碳化硅冶炼尾气回收系统及其尾气回收方法与流程

本发明涉及碳化硅冶炼技术领域，特别涉及一种碳化硅冶炼尾气回收系统及其尾气回收方法。

背景技术：
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碳化硅是一种人造材料，它具有许多优异的性能，如耐磨削、耐高温、耐腐蚀、高热导率、高化学稳定性、宽带隙以及高电子迁移率等，被广泛应用于磨料磨具、耐火材料、高温结构陶瓷等领域。碳化硅工业化生产是以石英砂、石油焦、木屑、食盐为原料，其主要化学反应为：SiO2+3C＝SiC+2CO-744.5kJ，是一个吸热反应，须为反应提供所需能源。理论推算每生产1公斤碳化硅的能耗为4491千卡，折合成电能是5.222度，而实际生产中，由于不可避免的能量损失，实际能耗要远远大于此值。目前，中国有碳化硅冶炼企业200多家，年生产能力220多万吨(其中：绿碳化硅块120多万吨，黑碳化硅块约100万吨)。冶炼变压器功率大多为6300～12500kVA，最大冶炼变压器为32000kVA。中国碳化硅与世界先进水平的差距主要集中在四个方面：一是在生产过程中很少使用大型机械设备，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅产量较低；二是在碳化硅深加工产品上，对粒度砂和微粉产品的质量管理不够精细，产品质量的稳定性不够；三是某些尖端产品的性能指标与发达国家同类产品相比有一定差距；四是冶炼过程中一氧化碳直接排放。国外主要企业基本实现了封闭冶炼，而中国碳化硅冶炼几乎全部是开放式冶炼，一氧化碳全部直排。

CO气体虽是一种有毒气体，但它还是一种气体资源，每生成1t碳化硅要放出有害气体1.7t，其中纯CO1.4t，CO+H2平均含量达85％，CO+H2+CH4平均含量达90％，目前的处理方法只能是将气体在炉体表面燃烧，而只获得SiC产品，既污染环境，又白白浪费气体资源。如能把这部分气体资源收集合理利用，对于环境治理、资源再利用和提高SiC行业生产效益都是十分有利的。

技术实现要素：
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鉴于此，有必要设计一种碳化硅冶炼尾气回收、综合利用系统，此外，还要提供一种利用该系统回收尾气的方法。

一种碳化硅冶炼尾气回收系统，包括：密闭冶炼炉、惰性气源、除焦油装置、第一气液分离装置、多级碱洗装置、水环真空泵、第二气液分离装置、事故燃烧火炬、加压机组、隔爆缓冲器、燃气发电机组、升压变压器、整流设备、供电母排；惰性气源与密闭冶炼炉的进气口相连，密闭冶炼炉的排气口依次联通除焦油装置、第一气液分离装置、多级碱洗装置、水环真空泵，其中，除焦油装置用于除去焦油等挥发份，第一气液分离装置用于除去尾气中的水蒸气，多级碱洗装置用于除去尾气中的硫化氢，水环真空泵提供尾气流动的驱动力，并加压输送到后段；水环真空泵的排气口接第二气液分离装置；第二气液分离装置的出气口一路接事故燃烧火炬，另一路依次通向加压机组、隔爆缓冲器、燃气发电机组，隔爆缓冲器用于回火时将火焰隔开；燃气发电机组产生的电力一路接常规用电设备(相对于高压用电设备而言)，另一路经升压变压器、整流设备、供电母排反送给密闭冶炼炉，且升压后的电压比外网电压略高。

优选的，碳化硅冶炼尾气回收系统还包括：硫化钠蒸发罐；多级碱洗装置的排液口连接硫化钠蒸发罐，通过硫化钠蒸发罐制取固体硫化钠。

优选的，碳化硅冶炼尾气回收系统还包括：燃气余热锅炉、蒸馏水储罐；燃气发电机组排出的废气进入燃气余热锅炉用于产生水蒸气，并将该水蒸气送去加热硫化钠蒸发罐，水蒸气冷凝后流入蒸馏水储罐，蒸馏水储罐为燃气余热锅炉供水。

优选的，碳化硅冶炼尾气回收系统还包括配碱液罐；多级碱洗装置包括：一级碱洗罐、二级碱洗罐、三级碱洗罐；由除焦油装置排出的气体依次经过一级碱洗罐、二级碱洗罐、三级碱洗罐后进入水环真空泵，配碱液罐内的碱液通过泵分别输送给三级碱洗罐和水环真空泵，水环真空泵排出的碱液流入三级碱洗罐，三级碱洗罐排出的碱液流入二级碱洗罐，二级碱洗罐排出的碱液流入一级碱洗罐，一级碱洗罐排出的碱液流入硫化钠蒸发罐。将碱液注入水环真空泵作为其水环既能起到密封作用，又能最大程度的去除硫化氢。

优选的，硫化钠蒸发罐采用硫化钠4效蒸发罐。

优选的，除焦油装置采用列管换热器。

优选的，第一气液分离装置、第二气液分离装置均为膨胀罐。

优选的，惰性气源的气体为氮气。

优选的，蒸馏水储罐还为配碱液罐供水。

一种碳化硅冶炼尾气回收系统回收尾气的方法，包括以下步骤：

配置除硫化氢的碱液，启动水环真空泵；

将碱液送入水环真空泵作为水环，将碱液送入末级碱洗罐；

将水环真空泵流出的碱液送入末级碱洗罐洗涤尾气；

将末级碱洗罐利用过的碱液送入前级碱洗罐洗涤尾气；将前级碱洗罐利用过的碱液送入更前级碱洗罐直至流入初级碱洗罐；

通过水环真空泵产生的负压使密闭冶炼炉内的尾气依次通过除焦油装置、第一气液分离装置，并由初级碱洗罐至末级碱洗罐进行逐级碱洗直至水环真空泵后加压送往第二气液分离装置去除尾气中的水份；初级碱洗罐利用后的碱液流入硫化钠蒸发罐；

当燃气发电机组停机时，由第二气液分离装置分离后的尾气送入事故燃烧火炬燃烧掉；当燃气发电机组工作时，由第二气液分离装置分离后的尾气经加压机组、隔爆缓冲器后送入燃气发电机组；

燃气发电机组排出的高温废气送去加热燃气余热锅炉，产生的水蒸气送去加热硫化钠蒸发罐以浓缩制取硫化钠，冷凝后的水蒸气流入蒸馏水储罐以备循环利用；

燃气发电机组产生的电力一路供给常规用电设备，另一路经升压变压器、整流设备、供电母排反送给密闭冶炼炉，且升压后的电压比外网电压高8～15％。

优选的，末级碱洗罐为三级碱洗罐，初级碱洗罐为一级碱洗罐。

本方案安全、高效的实现了碳化硅冶炼的尾气回收并结合生产特点充分再利用，对传统高耗能高污染行业的环境治理、资源再利用和降低成本都十分有利。

附图说明：

附图1是碳化硅冶炼尾气回收系统的系统组成图。

附图2是多级碱洗装置的系统组成图。

图中：密闭冶炼炉1、惰性气源2、除焦油装置3、第一气液分离装置4、多级碱洗装置5、水环真空泵6、第二气液分离装置7、事故燃烧火炬8、加压机组9、隔爆缓冲器10、燃气发电机组11、升压变压器12、整流设备13、供电母排14、安全阀15、常规用电设备16、硫化钠蒸发罐17、硫化钠制片装置18、燃气余热锅炉19、蒸馏水储罐20、配碱液罐21、碱仓22。

具体实施方式：

如附图1、2所示，一种碳化硅冶炼尾气回收系统，包括：密闭冶炼炉1、惰性气源2、除焦油装置3、第一气液分离装置4、多级碱洗装置5、水环真空泵6、第二气液分离装置7、事故燃烧火炬8、加压机组9、隔爆缓冲器10、燃气发电机组11、升压变压器12、整流设备13、供电母排14；密闭冶炼炉1上设有安全阀15，惰性气源2与密闭冶炼炉1的进气口相连，密闭冶炼炉1的排气口依次联通除焦油装置3、第一气液分离装置4、多级碱洗装置5、水环真空泵6，其中，除焦油装置3用于除去焦油等挥发份，第一气液分离装置4用于除去尾气中的水蒸气，多级碱洗装置5用于除去尾气中的硫化氢，水环真空泵6提供尾气流动的驱动力，并加压输送到后段；水环真空泵6的排气口接第二气液分离装置7；第二气液分离装置7的出气口一路接事故燃烧火炬8，另一路依次通向加压机组9、隔爆缓冲器10、燃气发电机组11，隔爆缓冲器10用于回火时将火焰隔开；燃气发电机组11产生的电力一路接常规用电设备16(相对于高压用电设备而言)，另一路经升压变压器12、整流设备13、供电母排14反送给密闭冶炼炉1。

在本实施方式中，碳化硅冶炼尾气回收系统还包括：硫化钠蒸发罐17；多级碱洗装置5的排液口连接硫化钠蒸发罐17，通过硫化钠蒸发罐17制取固体硫化钠，并通过后续的硫化钠制片装置18来完成。

在本实施方式中，碳化硅冶炼尾气回收系统还包括：燃气余热锅炉19、蒸馏水储罐20；燃气发电机组11排出的废气进入燃气余热锅炉19用于产生水蒸气，并将该水蒸气送去加热硫化钠蒸发罐17，水蒸气冷凝后流入蒸馏水储罐20，蒸馏水储罐20为燃气余热锅炉19供水。

在本实施方式中，碳化硅冶炼尾气回收系统还包括配碱液罐21；多级碱洗装置5包括：一级碱洗罐、二级碱洗罐、三级碱洗罐；由除焦油装置3排出的气体依次经过一级碱洗罐、二级碱洗罐、三级碱洗罐后进入水环真空泵6，配碱液罐21内的碱液通过泵分别输送给三级碱洗罐和水环真空泵6，可为配碱液罐21接个碱仓22供碱，水环真空泵6排出的碱液流入三级碱洗罐，三级碱洗罐排出的碱液流入二级碱洗罐，二级碱洗罐排出的碱液流入一级碱洗罐，一级碱洗罐排出的碱液流入硫化钠蒸发罐17。将碱液注入水环真空泵6作为其水环既能起到密封作用，又能最大程度的去除硫化氢。

在本实施方式中，硫化钠蒸发罐17采用硫化钠4效蒸发罐。除焦油装置3采用列管换热器。第一气液分离装置4、第二气液分离装置7均为膨胀罐。惰性气源2的气体为氮气。蒸馏水储罐20还为配碱液罐21供水(图中未标示出)。

一种碳化硅冶炼尾气回收系统回收尾气的方法，包括以下步骤：

配置除硫化氢的碱液，启动水环真空泵6；

将碱液送入水环真空泵6作为水环，将碱液送入末级碱洗罐；

将水环真空泵6流出的碱液送入末级碱洗罐洗涤尾气；

将末级碱洗罐利用过的碱液送入前级碱洗罐洗涤尾气；将前级碱洗罐利用过的碱液送入更前级碱洗罐直至流入初级碱洗罐；

通过水环真空泵6产生的负压使密闭冶炼炉1内的尾气依次通过除焦油装置3、第一气液分离装置4，并由初级碱洗罐至末级碱洗罐进行逐级碱洗直至水环真空泵6后加压送往第二气液分离装置7去除尾气中的水份；初级碱洗罐利用后的碱液流入硫化钠蒸发罐17；

当燃气发电机组11停机时，由第二气液分离装置7分离后的尾气送入事故燃烧火炬8燃烧掉；当燃气发电机组11工作时，由第二气液分离装置7分离后的尾气经加压机组9、隔爆缓冲器10后送入燃气发电机组11；

燃气发电机组11排出的高温废气送去加热燃气余热锅炉19，热燃气余热锅炉19产生的水蒸气送去加热硫化钠蒸发罐17以浓缩制取硫化钠，冷凝后的水蒸气流入蒸馏水储罐20以备循环利用；

燃气发电机组11产生的电力一路供给常规用电设备16，另一路经升压变压器12、整流设备13、供电母排14反送给密闭冶炼炉1，且升压后的电压比外网电压高8～15％。

在本实施方式中，末级碱洗罐为三级碱洗罐，初级碱洗罐为一级碱洗罐。