专利名称：多晶硅行业废气液焚烧处理后回收二氧化硅的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多晶硅领域，尤其是一种多晶硅行业的废气、废液焚烧处理后干法回收二氧化硅的方法。
背景技术：
高纯多晶硅是当今发展微电子产业和太阳能产业的重要基础原材料。是跨化工、 冶金、机械、电子等多学科、多领域的高新技术产品。目前，随着全球微电子产业和光伏产业的迅猛发展，特别是受光伏产业的强劲拉动，多晶硅市场国内一直供不应求。为此，近年来国内形成多晶硅热，许多大的多晶硅项目已经上马或即将上马。据不完全统计，我国正在建设或即将建设的多晶硅企业有60家以上，产能达到10吨、从2005年国内多晶硅产量不足百吨到2010年国内多晶产量将达到3. 5 万吨左右，可以说发展是飞速的。随着国内多晶硅产业飞速发展，规模、产量的不断扩大，随之而来的多晶硅生产过程中排出的废气、废液和副产物的安全和环保问题日益突出。由于国内尚未完全掌握多晶硅生产的核心技术，消耗指标普遍比国外高，以每生产Ikg多晶硅消耗液氯为例。国外 0. 4^0. Wcg，国内消耗2kg或更高，加重了废气、废液的处理量和难度，更凸显出污染物综合治理的重要性。在多晶硅生产中，废气、废液的主要成分是三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅等氯硅烷。还有少量金属杂质氯化物及氢、氮气，这些未经处理的氯硅烷是具有强腐蚀性的有毒有害液体或气体，对安全和环境危害很大。因此，氯硅烷废气废液的安全、有效、稳定的处理工艺已成为整个多晶硅产业链中急需解决的瓶颈之一。目前国内多晶硅行业对氯硅烷废气、废液的处理工艺通常采用如下几种方法(1)、水解碱吸收法水解、碱吸收法是将多晶硅生程中各工序排放的氯硅烷废气、 废液，全部分别用管道送入废气淋洗塔，用10%Na0H溶液连续洗涤，出塔底的淋洗液，经过滤后，渣外运填埋，过滤液用泵送入废水处理工序继续处理，余气经烟 达标排放。水解碱吸收法虽然能够处理多晶硅生产过程中的废气和废液，可以将有毒的氯硅烷转化为无害的物质，但同时也产生了大量的废水、废渣，尤其是碱消耗量大，水解池易结渣导致设备不能正常运行，对环境污染较大。(2)、用常规的石灰乳Ca(OH)2中和沉淀法由于氯化钙在水中的溶解度高，氯离子仍存在于水中，处理后水是含盐水，这种含盐水是不能排放的，导致处理效果不好。由于投加石灰的量大，现场需要很大的占地面积堆放石灰和溶解石灰，使得废气、 废液处理需占据更大场地，且现场操作环境很差。(3)、用中和沉淀加反渗透法虽然效果不错，但最后浓缩产生的废水中氯离子浓度更高，更难于处理达标。(4)、中和沉淀加蒸发结晶法方法虽然好，但处理量大、投资、运行成本费太高、能耗也高，一般项目难以承担，而且氯以渣的形态被排放没有回收。[0013](5)、焚烧湿式处理法与上述诸法相比，该法引进了燃烧技术，在焚烧炉中将有毒难处理的氯硅烷(SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2)经高温水解生成Si02、HCI、C02、H20和少量Cl2的高温烟气。然后用水进行急冷降温，文丘里洗涤、湿式静电沉淀等处理后，渣同酸性废液还要再分别处理达标排放。虽然焚烧湿法处理技术与传统的水解碱吸收技术相比具有优点，国外有采用，但是也存在严重的缺陷它没有对物料和余热的回收功能，造成资源的白白浪费。例如，氯硅烷经过焚烧后的烟气，含有较高浓度的氯化氢(HCl )、二氧化硅(SiO2),和热能，完全可回收利用，粒径在微米、亚微米级别，气相二氧化硅(白炭黑)以其优越的补强、增稠、触变、吸附等性能而广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨油漆、电子、农业、医药、食品、化妆品等领域，经济效益很高；氯化氢(HCl)易溶于水，完全可以利用水吸收法回收利用。热能可转变成蒸汽供多晶硅生产使用。上述这些情况，是国内多晶硅行业中综合处理含氯硅烷废气、废液的现状，它严重束缚了这个行业的健康发展。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种利用金属滤芯过滤器干法回收气相二氧化硅、回收热能、避免破坏环境的多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置及方法。按照本实用新型提供的技术方案，所述多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置为烟气输送管与两台并联连接的金属滤芯式过滤器的烟气入口端相接，金属滤芯式过滤器的粉体出口端安装有卸料阀，卸料阀通过管道接负压输送管道的中段，负压输送管道的进口端设有进风过滤器，负压输送管道的出口端与粉体收集器的粉体入口端相接，粉体收集器的粉体出口端与脱气器的入口端相接，脱气器的出口端与密封包装机的入口端相接，在粉体收集器上连接有罗茨风机；将反吹气体储气包的出口端通过管道与两台并联连接的金属滤芯式过滤器的反吹气体入口端相接，反吹气体储气包外装有储气包伴热系统; 所述的金属滤芯式过滤器内通过隔板将其内部空间分成上下两个独立的腔室，在隔板上安装高温气体过滤滤芯，在隔板上方的金属滤芯式过滤器上连接有烟气外排管道，在烟气外排管道上设有烟气出口控制阀门，烟气外排管道伸入水池内；在隔板下方的金属滤芯式过滤器外安装有过滤器伴热系统，在金属滤芯式过滤器上安装有差压变送器，差压变送器的两个感应头分别位于隔板上下方的空间内。所述的高温气体过滤滤芯为金属烧结纤维毡滤芯、金属粉末烧结滤芯或者陶瓷滤芯。所述的高温气体过滤滤芯采用倒圆锥结构。在隔板下方的金属滤芯式过滤器上安装有安全气体置换管道，在安全气体置换管道上安装有安全气体置换阀门；在隔板上方的金属滤芯式过滤器上安装有排气阀，排气阀通过管道接入废气排放管道，反吹气体储气包的废气出口并联接入废气排放管道。本实用新型改变了现有工艺中对多晶硅生产各工序中的废弃物所含有的有用资源不处理回收、能源浪费、生成物二次污染、废弃物处理费用高等现象。本实用新型在集中处理废气废液达到环保要求的同时，有效回收气相二氧化硅，并形成产业化，创造更高的经济价值。
图1是本实用新型中设备的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图所示，该多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置如下烟气输送管与两台并联的金属滤芯式过滤器1的烟气入口端相接，金属滤芯式过滤器1的粉体出口端安装有卸料阀16，卸料阀16通过管道接负压输送管道17的中段，负压输送管道17的进口端设有进风过滤器18，负压输送管道17的出口端与粉体收集器12的粉体入口端相接，粉体收集器12的粉体出口端与脱气器13的入口端相接，脱气器13的出口端与密封包装机15的入口端相接，在粉体收集器13上连接有罗茨风机14 ；将反吹气体储气包6的出口端通过管道与两台并联连接的金属滤芯式过滤器1的反吹气体入口端相接， 反吹气体储气包6外装有储气包伴热系统19 ；所述的金属滤芯式过滤器1内通过隔板将其内部空间分成上下两个独立的腔室，在隔板上安装高温气体过滤滤芯4，在隔板上方的金属滤芯式过滤器1上连接有烟气外排管道，在烟气外排管道上设有烟气出口控制阀门8，烟气外排管道伸入水池内；在隔板下方的金属滤芯式过滤器1外安装有过滤器伴热系统2，在金属滤芯式过滤器1上安装有差压变送器5，差压变送器5的两个感应头分别位于隔板上下方的空间内；打开烟气输送管上的烟气入口控制阀门3，使得高温烟气进入金属滤芯式过滤器 1内，如果进入金属滤芯式过滤器1的烟气温度低于160°C，则启动过滤器伴热系统2，使得烟气被加热至16(T250°C，粉料被高温气体过滤滤芯4阻挡，启动罗茨风机14、脱气器13与密封包装机15，粉料经负压输送至粉体收集器12，粉体收集器12收集的粉体进入脱气器13 内脱气，脱气后的粉料经密封包装机15包装成二氧化硅粉体成品袋；二氧化硅粉体收集完毕后，启动反吹气体储气包6与反吹阀门7，通过金属滤芯式过滤器1内安装的反吹气体管对高温气体过滤滤芯4进行由内向外的反吹，如果进入金属滤芯式过滤器1的反吹气体温度低于160°C，则启动储气包伴热系统19，使得反吹气体被加热至 16(T250°C ；反吹结束后，高温气体过滤滤芯4即被反吹清洗，这台过滤器离线备用，待另一台过滤器开始反吹清洗时，这台过滤器开始进入过滤状态，如此反复连续工作。安装过滤器伴热系统2可以确保金属滤芯式过滤器1的内部达到恒定的温度，以利于二氧化硅粉粒与HCL气体的分离，保证二氧化硅的纯净度，并保证过滤系统的稳定运行。所述的高温气体过滤滤芯4为金属烧结纤维毡滤芯、金属粉末烧结滤芯或者陶瓷滤芯，选择这些滤芯不需要对高温烟气降温，可直接对高温烟气进行过滤。所述的高温气体过滤滤芯4采用倒圆锥结构，这样有利于反吹清洗。在隔板下方的金属滤芯式过滤器1上安装有安全气体置换管道，在安全气体置换管道上安装有安全气体置换阀门11 ；在隔板上方的金属滤芯式过滤器1上安装有排气阀10，排气阀10通过管道接入废气排放管道9，反吹气体储气包6的废气出口并联接入废气排放管道9。对金属滤芯过滤器1的内部进行检修维护时要先进行安全气体置换，防止出现危险。本实用新型的具体实施过程是经高温焚烧后的烟气经余热锅炉降温(从1000°C降到300°C左右)然后被送入金属滤芯过滤器1 (气固分离)，烟气从高温气体过滤滤芯4的外面进入高温气体过滤滤芯4内， 被过滤的洁净烟气从高温气体过滤滤芯4顶部排出，从金属滤芯过滤器1出口排出的洁净烟气被送去用水循环吸收制成浓度30%的盐酸回用，少量未吸收的HCl气体经中和处理后达标排放。烟气当中所含的二氧化硅被高温气体过滤滤芯4拦截，经过负压输送管道17被输送到粉体收集器12，再经过脱气，纯净的二氧化硅粉粒被压缩定量密封包装成袋。如图1所示，本实用新型的工艺使用两台金属滤芯过滤器1并联工作，一台过滤器在线过滤工作，另一台过滤器离线反吹，气相二氧化硅粉粒沉降。因为经高温焚烧后的烟气中所含的气相二氧化硅颗粒非常细小，直径可达0.1微米以下，在高温工况下，进入金属滤芯过滤器1的粉末除了一部分附着在高温气体过滤滤芯4外表面形成滤饼，很大一部分粉末被高温气体过滤滤芯4拦截后在空间内呈飘浮状态，沉降速度非常慢，如果粉末颗粒不能充分沉降，会大大影响过滤效率及排渣卸料。本实用新型就是针对这一特殊工况设计的两台或多台过滤器并联工作的特定工艺系统，保证其中一台金属滤芯过滤器1离线反吹， 并使内部被拦截的二氧化硅粉末颗粒充分沉降到金属滤芯过滤器1底部的锥形料斗内。本实用新型的工艺系统中所有设备的自动控制共用一套PLC控制系统，也可以集中到整个项目的DCS控制系统中进行统一控制操作。从进气、过滤气固分离到排渣、负压输送气相二氧化硅粉粒、粉体收集，再到定量密封包装，整个流程全自动控制，全密闭运行，无任何泄漏和环境污染，运行安全方便。本实用新型中的两台金属滤芯过滤器1中的高温气体过滤滤芯4由金属烧结纤维毡材料制成，具有很强的耐高温腐蚀性能、耐冲击性能和耐磨蚀性能。金属烧结纤维毡开孔率高、孔隙均勻，因此流通量大、过滤精度高、过滤效率高。滤芯制成倒圆锥形，上粗下细，更利于反吹清洗。本实用新型工作时同时使用两台金属滤芯过滤器1，当第一台金属滤芯过滤器1 正在过滤工作时，第二台金属滤芯过滤器1离线反吹，第二台金属滤芯过滤器1反吹结束后待机。高温烟气经烟气入口控制阀门3进入金属滤芯过滤器1内部，由高温气体过滤滤芯4 将高温烟气中的气相二氧化硅细小颗粒拦截在高温气体过滤滤芯4的外面，一部分二氧化硅粉粒沉降到金属滤芯过滤器1下部锥形料斗里，一部分二氧化硅颗粒漂浮在金属滤芯过滤器1里，一部分气相二氧化硅颗粒会附着在高温气体过滤滤芯4的外表面形成滤饼。被过滤的洁净的烟气经高温气体过滤滤芯4进入金属滤芯过滤器1的洁净气空间，再从烟气出口控制阀门8排出过滤器。当第一台金属滤芯过滤器1在正常过滤时，只有烟气入口控制阀门3及烟气出口控制阀门8打开，其它阀门均关闭。在金属滤芯过滤器1的进料室(隔板下方空间)与净气室(隔板上方空间)安装了差压变送器5，当高温气体过滤滤芯4外表面的二氧化硅滤饼达到一定厚度时，两个空间就会产生压力差，差压变送器5就会把压差值传送到PLC控制系统，当压差达到系统设定值，第一台金属滤芯过滤器1就停止过滤，关闭第一台金属滤芯过滤器1的烟气入口控制阀门3及烟气出口控制阀门8，打开反吹阀门7及排气阀10，系统开始自动对第一台金属滤芯过滤器1的高温气体过滤滤芯4反吹清洗。第一台金属滤芯过滤器1停止过滤的同时，反吹结束正在待机的第二台金属滤芯过滤器1打开烟气入口控制阀门3及烟气出口控制阀门8，其它阀门均关闭，开始正常过滤。第一台金属滤芯过滤器1开始按系统设定的程序进行反吹清洗，待压差达到初始设定值，停止反吹， 关闭反吹系统，待机。系统如此反复，全自动控制运行。但是实际工作时，因为二氧化硅粉末很细小，不易沉降，第一台金属滤芯过滤器1和第二台金属滤芯过滤器1都是按预先设定的工作时间来控制反吹，目的是为了保证足够的粉末沉降时间，有利于排料。本实用新型的多晶硅废气废液处理中用金属滤芯过滤器回收二氧化硅工艺系统中的金属滤芯过滤器的反吹清洗系统包括反吹气体储气包6、反吹门阀7、喷吹管及反吹气体管线。每个高温气体过滤滤芯4对应一个喷吹管，一组喷吹管对应一个反吹阀门7。每个金属滤芯过滤器1系统对应几个反吹阀门，按程序控制反吹阀门7依次分组反吹，反吹时间及反吹次数按不同物料及过滤精度要求设定。本实用新型只有当系统检修需要打开金属滤芯过滤器1时，才能打开安全气体置换系统，此时打开排气阀10及安全气体置换阀门11，其它阀门均关闭，系统开始安全置换， 直到设定时间，金属滤芯过滤器1内部的危险气体被安全置换以后，关闭排气阀10及安全气体置换阀门11，金属滤芯过滤器1才能开盖检修保养。本实用新型为了金属滤芯过滤器1内部能保证恒定的过滤温度，得到更纯的二氧化硅，并且防止系统内部腐蚀及结露阻塞现象发生，在金属滤芯过滤器1外安装了过滤器伴热系统2、反吹气体储气包6外安装了储气包伴热系统19，整个工艺系统做了很好的保温绝热层，金属滤芯过滤器1安装了温度变送器，可及时将过滤系统内的温度数值传送给PLC 控制系统，从而控制系统的过滤温度。被过滤拦截的气相二氧化硅粉粒沉降到金属滤芯过滤器1的下部锥形料斗里，当排料时，打开金属滤芯过滤器1底部的卸料阀16，卸料阀16下部连接负压输送管道17，负压输送管道17前端安装了进气过滤器18，负压式气力输送动力源为罗茨风机14，由罗茨风机14作用，金属滤芯过滤器1锥形料斗里的气相二氧化硅粉粒被输送到粉体收集器12，粉体收集器12内的气相二氧化硅粉粒经脱气器13被脱气压缩后送到密封包装机15定量密封包装。此过程为全自动密封式，无泄漏及环境污染。本实用新型的工艺可以在高温情况下直接过滤高温烟气，回收气相二氧化硅，最大限度节约能源，减少环境污染。本实用新型的工艺回收的气相二氧化硅为高品质亚微米粉末状二氧化硅，粒径微小，比表面积大，化学纯度高，性能优异，可广泛应用于环保、医药、 化工、化妆品及涂料等多个领域，具有很高的商业价值。多晶硅行业各生产工序所产生的废气废液集中，经高温焚烧处理后，将有毒的难处理的氯硅烷(SiHCL3、SiCL4、SiH2CL2)等物质高温氧化水解为性质稳定的氯化氢(HCL)和气相二氧化硅(SiO2),本实用新型就是将这些含气相二氧化硅(SiO2)的高温烟气，经过金属滤芯式过滤器1进行过滤，用高温气体过滤滤芯4将超细二氧化硅(SiO2)粉末颗粒拦截在高温气体过滤滤芯4的外表面，结合气动负压输送装置，气相二氧化硅被干法回收，经过滤的气体再用水循环吸收制成浓度30%左右的盐酸回收利用。本实用新型是利用金属滤芯过滤器1过滤拦截焚烧后反应生成的亚微米级粉末状气相二氧化硅，回收效率达到99. 5%以上，本工艺即解决了环保排放问题又充分回收有用资源，具有环保与经济的双重效益，市场推广前景很好。本实用新型是在高温条件下直接过滤回收气相二氧化硅，被过滤的气体没有冷凝现象，不会产生HCl腐蚀，回收的气相二氧化硅更纯，性能更优异。本工艺从过滤到输送回收全过程采用全自动控制系统，使操作更简单。高温气体过滤滤芯4最好采用金属烧结纤维毡滤芯，使本工艺更适用于高温环境。金属烧结纤维毡滤芯较非金属滤料相比更耐冲击、耐磨蚀，机械性能更好，在高温过滤除尘项目上正逐步取代非金属滤料。金属滤芯式过滤器1安装有过滤器伴热系统2及温度控制装置，有效防止金属滤芯式过滤器1内部高温烟气降温结露现象，防止过滤元件表面因结露阻塞而造成的系统阻力增加的故障，同时也防止系统内部腐蚀。由于气相二氧化硅粉末很细小，重力沉降现象不明显，基本上在过滤器内呈飘浮状态，本实用新型采用两台过滤器联装结构，在线过滤，离线反吹粉体沉降，反清洗更彻底。针对气相二氧化硅粉末细小，不易排渣的现象，设计了负压抽吸排渣输送系统，及自动定量包装系统，整个系统全封闭运行，确保现场无粉尘泄漏飞扬，保证现场环境的清洁环保。本实用新型不仅实现了无害化处理同时还实现了资源化处理，采用特殊的金属滤芯过滤器，从过滤工艺和设备及气流组织上成功地解决了由于气相二氧化硅颗粒非常细小，直径可达0. 1微米以下，比表面积大、漂浮不易沉降过滤、粘附、高温烟气腐蚀等技术难题，达到了过滤效率高、环保、安全、稳定运行目的。
权利要求1.一种多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置，其特征是烟气输送管与两台并联的金属滤芯式过滤器(1)的烟气入口端相接，金属滤芯式过滤器(1)的粉体出口端安装有卸料阀(16)，卸料阀(16)通过管道接负压输送管道(17)的中段，负压输送管道 (17)的进口端设有进风过滤器(18)，负压输送管道(17)的出口端与粉体收集器(12)的粉体入口端相接，粉体收集器(12)的粉体出口端与脱气器(13)的入口端相接，脱气器(13)的出口端与密封包装机(15)的入口端相接，在粉体收集器(13)上连接有罗茨风机(14);将反吹气体储气包(6)的出口端通过管道与两台并联连接的金属滤芯式过滤器(1)的反吹气体入口端相接，反吹气体储气包(6)外具有储气包伴热系统(19);所述的金属滤芯式过滤器 (1)内通过隔板将其内部空间分成上下两个独立的腔室，在隔板上安装高温气体过滤滤芯 (4)，在隔板上方的金属滤芯式过滤器(1)上连接有烟气外排管道，在烟气外排管道上设有烟气出口控制阀门(8)，烟气外排管道伸入水池内；在隔板下方的金属滤芯式过滤器(1)外安装有过滤器伴热系统(2)，在金属滤芯式过滤器(1)上安装有差压变送器(5)，差压变送器(5)的两个感应头分别位于隔板上下方的空间内。
2.如权利要求1所述多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置，其特征是所述的高温气体过滤滤芯(4)为金属烧结纤维毡滤芯、金属粉末烧结滤芯或者陶瓷滤芯。
3.如权利要求1或2所述多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置，其特征是所述的高温气体过滤滤芯(4)采用倒圆锥结构。
4.如权利要求1所述多晶硅行业废气废液焚烧处理后回收二氧化硅的装置，其特征是在隔板下方的金属滤芯式过滤器(1)上安装有安全气体置换管道，在安全气体置换管道上安装有安全气体置换阀门(11)；在隔板上方的金属滤芯式过滤器(1)上安装有排气阀 (10 )，排气阀(10 )通过管道接入废气排放管道(9 )，反吹气体储气包(6 )的废气出口并联接入废气排放管道(9)。
专利摘要本实用新型涉及一种多晶硅行业废气废液焚烧处理后干法回收二氧化硅的装置，烟气输送管与两台并联连接的金属滤芯式过滤器的烟气入口端相接，金属滤芯式过滤器的粉体出口端安装有卸料阀，卸料阀通过管道接负压输送管道的中段，负压输送管道的进口端设有进风过滤器，粉体收集器的粉体出口端与脱气器的入口端相接，脱气器的出口端与密封包装机的入口端相接；将反吹气体储气包的出口端通过管道与两台并联连接的金属滤芯式过滤器的反吹气体入口端相接，反吹气体储气包外装有储气包伴热系统；本实用新型在集中处理废气废液达到环保要求的同时，有效回收气相二氧化硅，并形成产业化，创造更高的经济价值。
文档编号B01D46/24GK202046894SQ20112009129
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者唐明元, 姜静, 王忠群, 王绍祖 申请人:陕西天宏硅材料有限责任公司, 飞潮(无锡)过滤技术有限公司