專(zhuān)利名稱(chēng)：碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶煉碳化硅領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種碳化硅冶煉爐氣的回收和提 純一氧化碳的方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是碳化硅生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)，2005年中國(guó)的碳化硅年產(chǎn)已經(jīng)在60 萬(wàn)噸以上。因碳化硅冶煉屬于高耗能行業(yè)，生產(chǎn)一噸碳化硅耗電在6,000 7，000kwh左右，占碳化硅生產(chǎn)成本的50%以上，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)碳化硅的冶煉工廠(chǎng)主 要集中在電力資源比較充足的西北地區(qū)。面對(duì)原材料價(jià)格上漲和國(guó)家對(duì)高能 耗、高污染等資源性產(chǎn)品加強(qiáng)控制的大背景下，各生產(chǎn)廠(chǎng)利潤(rùn)下降，甚至虧損。
工業(yè)生產(chǎn)碳化硅使用的原材料的主要成分為石英和焦炭。它們?cè)谔砑舆m量 的木屑或食鹽，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工成一定粒度后，在電阻爐內(nèi)是按以下反應(yīng)方程式 進(jìn)行的
Si02 + 3C — SiC + 2C0 從反應(yīng)式看出生成一摩爾碳化硅的同時(shí)生成兩摩爾一氧化碳?xì)怏w，也就是 說(shuō)生產(chǎn)一噸碳化硅產(chǎn)品同時(shí)產(chǎn)生1.4噸的一氧化碳?xì)怏w。由于配置爐料時(shí)使用 的焦炭、木屑等也會(huì)揮發(fā)出部分氣體，實(shí)際每生產(chǎn)一噸碳化硅約有1.6 1.7 噸氣體逸出爐外，這些氣體的熱量約為5.7X106千卡。同時(shí)，這些氣體在碳化 硅冶煉爐表面的溫度可達(dá)80(TC以上，含有一氧化碳、氫氣、可燃烴類(lèi)、氧氣、 二氧化碳、硫化物等氣體，以及一氧化硅、二氧化硅、碳化硅、食鹽等蒸汽。 其中一氧化碳含量在80% (體積比)以上，是一種非常有用的一碳化工原料。 目前碳化硅爐氣的熱量和有效成分的利用率都很低， 一氧化碳在冶煉爐表面燃 燒掉，還有大約18%未燃部分造成空氣污染，經(jīng)常使現(xiàn)場(chǎng)操作人員被爐氣熏染而出現(xiàn)煤氣中毒現(xiàn)象?？梢?jiàn)，碳化硅爐氣的回收利用勢(shì)在必行。
碳化硅爐氣組分大致為72% 92%的0)、 4. 5 12%的&、 0. 1 4%的CH4、 1 5%的(1 2、 0.8 4. 5%的&、 0. 1 1%的02(氣體組分含量為體積百分含量)， 顆粒物含量50 5000g/Nm3,硫化物0. 5 15g/Nm3，氯化物0. 2 6g/Nm3。
對(duì)于碳化硅爐氣的利用及治理可以有以下三種方法第一，通過(guò)火炬直接 燃燒。第二，除塵后作為燃料，回收利用其熱量。第三，除塵、凈化、分離出 高濃、高純的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行羰基合成，發(fā)展一碳化學(xué)工業(yè)。由于生產(chǎn)碳化 硅所排放的爐氣中一氧化碳含量可大于80%，比用煤、天然氣等化石燃料制造 的合成氣的一氧化碳含量高很多，凈化成本很低，是一種理想的一碳化學(xué)工業(yè) 原料。
專(zhuān)利CN 1146503C報(bào)道了一種碳化硅纖維生產(chǎn)中的尾氣回收方法及裝置， 是將尾氣通過(guò)-40 -80。C的冷凝裝置，分離CH3SiCl3 、 CH3SiHCl2及高沸點(diǎn)物 質(zhì)，然后將不能被冷凝的HC1、 &等物質(zhì)送入含10%堿液的吸收塔，除去HC1、 H2送入凈化器凈化，被冷凝分離出的硅烷，經(jīng)過(guò)精密蒸餾出去高沸點(diǎn)物質(zhì)后再 使用。生產(chǎn)碳化硅纖維的原料是氯硅垸，尾氣中的主要雜質(zhì)成分也是氯硅烷， 回收凈化的方法是冷凝和堿液吸收，與本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域不同。
專(zhuān)利CN 1212183C報(bào)道了一種用于冶煉碳化硅的爐氣回收裝置。在冶煉爐 上方設(shè)置有一封閉爐罩，在爐罩與地面的連接處設(shè)置有一水封槽，爐罩上部的 氣體出口通過(guò)閥門(mén)與洗氣裝置相連，其出口與風(fēng)機(jī)相聯(lián)通，而風(fēng)機(jī)的出口則與 儲(chǔ)罐或燃燒系統(tǒng)相連通。該發(fā)明改善了現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境，所回收的爐氣可輸送 到指定地點(diǎn)燃燒或作燃料使用。
專(zhuān)利CN 1699160A報(bào)道了一種用于生產(chǎn)碳化硅氣體的收集方法。用金屬材 料或軟材料做成專(zhuān)用棚罩，用風(fēng)機(jī)將產(chǎn)生的爐氣抽排出棚罩外，輸送指定地點(diǎn) 凈化處理或燒掉，從而改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，減少生產(chǎn)碳化硅廢氣對(duì)大氣的污染， 利用收集爐氣可作發(fā)電、民用燃料。該收集方法具有節(jié)能降耗，廢物利用，變 廢為寶，改善環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。以上對(duì)碳化硅冶煉爐氣的回收，僅僅對(duì)生產(chǎn)碳化硅所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收 集，由于收集到的生產(chǎn)碳化硅氣體僅能作燃料使用，限制了其使用范圍。如果 要將回收的碳化硅氣體用作化工原料，必須進(jìn)行凈化處理。而生產(chǎn)碳化硅氣體 含有碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等多種雜質(zhì)，是其他氣體都不具備 的獨(dú)特特征，凈化難度大。到目前還未見(jiàn)碳化硅冶煉爐氣凈化技術(shù)及裝置方面 的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提取的方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按照下列工序處理碳化硅冶煉爐氣
(1) 將碳化硅爐氣從冶煉爐中引出，經(jīng)過(guò)干法除塵和/或濕法除塵裝置，
實(shí)現(xiàn)初脫；
(2) 將初脫后的爐氣壓縮到0. 1 1. 5MPa，送入裝有焦炭或活性炭或硅藻 土和脫硫劑以及脫氯劑的化工填料塔中進(jìn)行精脫；
(3) 精脫后的氣體經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變壓吸附裝置后輸出一氧化碳。 經(jīng)過(guò)本方法處理后的氣體中， 一氧化碳的含量達(dá)到94%以上，完全可以應(yīng)
用與化工生產(chǎn)，而且用本方法獲取一氧化碳的成本明顯低于現(xiàn)有技術(shù)中一氧化 碳制取的成本。以煤、天然氣、焦炭為原料生產(chǎn)一氧化碳的成本已經(jīng)達(dá)到每立 方米2元，而從碳化硅生產(chǎn)副產(chǎn)的爐氣中回收一氧化碳的成本為每立方米0. 6 元，相當(dāng)于每噸一氧化碳就可節(jié)約成本1200元，后續(xù)產(chǎn)品的成本明顯降低。 同時(shí)，與碳化硅爐氣直接放空燃燒比較，從中回收一氧化碳可以減少二氧化碳 排放132萬(wàn)噸。
根據(jù)本發(fā)明的方法，利用風(fēng)機(jī)或真空泵將碳化硅爐氣輸送出冶煉爐，降低 了冶煉爐內(nèi)的一氧化碳?jí)毫?。由于碳化硅冶煉過(guò)程中固體相是產(chǎn)品，氣體相是廢氣，氣體滯留在爐內(nèi)將抑制反應(yīng)速度，使單位時(shí)間的碳化硅產(chǎn)量下降，并導(dǎo) 致二氧化硅的反應(yīng)不完全，使二氧化硅的利用率降低。使?fàn)t內(nèi)的氣體流通、迅 速離開(kāi)爐體，降低一氧化碳?jí)毫?，?duì)改善生產(chǎn)狀況的影響很大，可節(jié)電10%以 上，并提高碳化硅的產(chǎn)量和二氧化硅的利用率。在輸送氣體時(shí)為了保證冶煉安 全，冶煉爐內(nèi)的氣體壓力應(yīng)大于外界大氣壓。
在冶煉爐和輸送設(shè)備之間有干法除塵設(shè)備和濕法除塵設(shè)備中的至少一種， 爐氣經(jīng)過(guò)除塵設(shè)備實(shí)現(xiàn)初脫。干法除塵設(shè)備可以是靜電捕集和旋風(fēng)等設(shè)備中的 至少一個(gè)，濕法除塵設(shè)備可以是布袋除塵和液體噴淋中的至少一個(gè)。
初脫所涉及的除塵設(shè)備優(yōu)選重力機(jī)械分離、慣性力機(jī)械分離和離心力機(jī)械 分離設(shè)備，也可以使用水洗噴淋設(shè)備。
干法除塵設(shè)備和/或濕法除塵設(shè)備既將爐氣的溫度從800 1450。C冷卻到 20 380°C，又通過(guò)除塵作用使氣體中總的固體含量從50 5000 g/Nm3降低到 1 500g/Nm3，硫含量從0. 5 15 g/Nm3降低到0. 1 1. 0g/Nm3，氯離子含量從 0.2 6 g/Nm3降低到0.01 0.05 g/Nm3。爐氣中雜質(zhì)含量的降低是后續(xù)過(guò)程所 必須的。顆粒物含量降低既有利于原料和產(chǎn)品的回收利用，又避免了顆粒物進(jìn) 入精脫步驟使管路和填料塔堵塞、磨損的危險(xiǎn)。硫含量和氯含量降低既減少了 精脫步驟的負(fù)荷又減輕了對(duì)后續(xù)設(shè)備的腐蝕，降低了精脫成本。但是初脫步驟 只能達(dá)到這種脫除效率，為了提供高品質(zhì)的一氧化碳?xì)怏w，還需要進(jìn)一步的凈 化過(guò)程。初脫將爐氣中大部分的碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒從氣體中 分離出來(lái)。分離得到的碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等可返回冶煉爐 重新利用，或用作生產(chǎn)水泥、耐火材料、墻體磚等產(chǎn)品的原料。
初脫后的爐氣被氣體壓縮機(jī)加壓到0. 01 1. 5MPa后，送入裝填有凈化劑 的化工填料塔，經(jīng)過(guò)對(duì)碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉、二氧化碳、硫
化物等組分的精脫，使氣體雜質(zhì)含量進(jìn)一步降低，使?fàn)t氣中的幾種氣體能進(jìn)入 后續(xù)分離工序。
氯化物的進(jìn)一步脫除對(duì)后續(xù)處理和所得的一氧化碳的質(zhì)量有很大的影響。氯化鈉的熔點(diǎn)為80(TC，沸點(diǎn)1442"C，碳化硅爐氣的溫度一般大于80(TC，最 高可達(dá)1400°C，氯化鈉會(huì)揮發(fā)到碳化硅爐氣中，而且氯離子和氫還會(huì)生成氯化 氫，使?fàn)t氣中含有氯化鈉、氯化氫等氯離子。氯化鈉在爐氣溫度降低時(shí)，大部 分凝結(jié)為顆粒被去除，溶液洗滌或噴淋再脫除氯化鈉和一部分氯化氫；而剩余 的微量的氯化鈉和少量氯化氫則需要精脫部分去除。如果不冷卻降溫，爐氣中 的氯化鈉和氯化氫形式的氯離子含量很高，則需要很多昂貴的脫氯劑，成本很 高。氯化物的存在還會(huì)降低一氧化碳分離階段的所用的吸附劑的分離效果；一 氧化碳用于甲醇、甲酸、醋酸等羰基合成生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品時(shí)一般會(huì)使用貴金屬催 化劑，氯會(huì)和貴金屬催化劑反應(yīng)、將會(huì)消耗貴金屬，是催化劑活性降低，所以 需要其中的氯化物含量低， 一般在O. 1 100mg/Nm3之間。
在輸送和壓縮步驟之間可以有一個(gè)氣體存儲(chǔ)設(shè)備，如氣柜、氣罐等，既使 輸送步驟和壓縮步驟之間的壓力穩(wěn)定，又在事故發(fā)生時(shí)，保證后續(xù)步驟能繼續(xù) 運(yùn)行一定時(shí)間。
精脫步驟除了進(jìn)一步脫除碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅外，主要是脫除硫 化物、氯化鈉和少量二氧化碳。使用的凈化劑有脫硅劑、脫氯劑、脫硫劑，幾 種凈化劑可以復(fù)合裝填在一個(gè)填料塔中，也可以每種凈化劑分別裝填在單獨(dú)的 填料塔中。
精脫設(shè)備可以一個(gè)裝有凈化劑的化工填料塔實(shí)現(xiàn)，也可以由至少2個(gè)的裝 填有凈化劑的化工填料塔組成，精脫操作在各個(gè)填料塔之間切換。當(dāng)其中的某 一個(gè)填料塔中的凈化劑達(dá)到飽和時(shí)，氣體切換到裝填有相同凈化劑的填料塔繼
續(xù)進(jìn)行精脫操作，已經(jīng)飽和的填料塔中的凈化劑被更換或者再生。
脫氯后的爐氣進(jìn)入裝填有脫硫劑的化工塔設(shè)備，經(jīng)過(guò)脫硫劑脫除其中的硫
化物，使其硫含量在O. 1 150mg/Nn^之間。
脫氯劑和脫硫劑可以裝填在同一個(gè)填料塔中，也可分別裝在不同的填料塔中。
精脫工序使氣體中總的固體含量從不大于500g/Nm3降低到不大于0. 05g/Nm3的，硫含量從不大于1. 0g/Nm3降低到不大于0. 02g/Nm3，氯離子含量 從不大于0. 05g/Nm3降低到不大于0. 01g/Nm3。
精脫工序通過(guò)化工填料塔中填料對(duì)雜質(zhì)的過(guò)濾、吸附、反應(yīng)作用將雜質(zhì)含 量降低，使變壓吸附過(guò)程分離一氧化碳順利進(jìn)行，保護(hù)吸附劑不受污染、維 持吸附分離能力。
用變壓吸附的方法從精脫后的氣體中提純一氧化碳提純。變壓吸附分離可 以是一段或兩段組成。 一段分離時(shí)，直接用變壓吸附的方法吸附分離得到一氧 化碳；兩段分離時(shí)先采用變壓吸附法脫除爐氣中的二氧化碳，使其二氧化碳含 量在0. 001%~2%(體積百分含量)之間，再用變壓吸附一氧化碳的方法分離得到 一氧化碳。
變壓吸附分離步驟可以由一個(gè)吸附裝置完成，也可以由包含至少兩個(gè)吸附 床組成的連續(xù)循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)。連續(xù)循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)中，每一個(gè)吸附塔在一次循環(huán) 中可以包含以下步驟吸附、均壓降、順?lè)拧⒅脫Q、逆放、抽空、沖洗、均壓 升、最終升壓。
變壓吸附分兩段實(shí)現(xiàn)時(shí)，第一段變壓吸附分離步驟的吸附塔中裝填的吸附 劑為氧化鋁、活性炭、硅膠、分子篩的至少一種，第二段變壓吸附分離步驟的 吸附塔中裝填的吸附劑為分子篩、 一氧化碳絡(luò)合吸附劑的至少一種。
采用由多個(gè)吸附塔組成的變壓吸附裝置分離一氧化碳、氫氣、甲烷、二氧 化碳。在變壓吸附裝置中，每個(gè)塔中裝填一氧化碳吸附劑，脫除硫化物后的氣 體進(jìn)入吸附塔，氫氣、甲垸、氧氣等作為弱吸附氣體離開(kāi)吸附塔，可作燃料使 用或進(jìn)一步分離氫氣使用。被吸附的一氧化碳采用降壓、抽空的方式解析出來(lái)， 送入下一步一碳化工應(yīng)用工序。
變壓工序使氣體中總的固體含量從不大于0.05g/Nm3降低到不大于 0. 03g/Nm3，硫含量從不大于0. 02 g/Nm3降低不大于0. 015g/Nm3，氯離子含量從 不大于0.01g/Nm3降低到不大于0.008g/Nm3。本步驟達(dá)到減少副反應(yīng)、維持催 化劑活性的目的，滿(mǎn)足了合成反應(yīng)對(duì)一氧化碳的要求。上述處理工藝中，在初脫和精脫后，都對(duì)氣體中總固體含量、硫含量和氯 離子含量的范圍做了限制，其目的是便于后續(xù)步驟的順利進(jìn)行。如果某一步驟 處理完后，氣體中總固體含量、硫含量和氯離子含量不在上述范圍內(nèi)，將根據(jù) 工藝要求，重復(fù)相應(yīng)的步驟，即用相應(yīng)的工藝步驟再次處理氣體，以保證在進(jìn) 入下一個(gè)步驟之前，氣體中總固體含量、硫含量和氯離子含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。 同理，分離一步驟后，二氧化碳的含量不高于2%，以及最終氣體中總的固體含
量從不大于0.03g/Nm3，硫含量從不大于0.015g/Nm3，氯離子含量不大于 0.008g/Nm3;如果某一步驟處理完后，氣體中二氧化碳的含量，總的固體含量、 硫含量和氯離子含量不在上述范圍內(nèi)，將重復(fù)相應(yīng)的步驟，即用相應(yīng)的工藝步 驟再次處理氣體，以保證氣體中二氧化碳的含量、總固體含量、硫含量和氯離 子含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1是實(shí)施例1和6中碳化硅爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的工藝流程。
圖2是實(shí)施例1、 2、 3、 4、 5、 6、 7中的兩個(gè)化工填料塔操作時(shí)序。 圖3是實(shí)施例1和6中兩個(gè)化工填料塔的連接方式。 圖4是實(shí)施例1、 2、 6和7中四塔變壓吸附時(shí)序。
圖5是實(shí)施例2、 3、 4、 5和7中碳化硅爐氣的輸送和凈化的工藝流程中 的四塔結(jié)構(gòu)的變壓吸附裝置。
圖6是實(shí)施例2、 3和7中分離一步驟中四塔變壓吸附的操作時(shí)序圖。 圖7是實(shí)施例3、 4和5中分離二步驟中五塔變壓吸附的操作時(shí)序圖。 圖8是實(shí)施例4和5中分離一步驟中五塔變壓吸附的操作時(shí)序圖。 圖9是實(shí)施例1和6變壓吸附分離的四塔變壓吸附裝置圖。 圖10是實(shí)施例2和7分離一步驟中四塔變壓吸附的操作時(shí)序圖。圖11是實(shí)施例2和7分離一步驟中四塔變壓吸附裝置圖。
圖12是實(shí)施例3和5精脫部分的過(guò)程圖。
圖13是實(shí)施例5分離二步驟中五塔結(jié)構(gòu)的變壓吸附裝置。
具體實(shí)施例方式
以下所述實(shí)施例詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明。在這些實(shí)施例中，除了另有說(shuō)明外， 固體物、硫含量、氯含量的單位是g/Nm3，按重量百分比計(jì)算的，例如0. 05g/Nm3 表示每標(biāo)準(zhǔn)立方米氣體含0.05克固體物；而一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲 烷、氧氣、氮?dú)獾葰怏w含量的單位是%，表示體積百分含量。
實(shí)施實(shí)例1
本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖1所示。依次包含初脫、精脫、變壓吸附分離3個(gè)工序。
一、 初脫
將含C0為76呢，仏為12%， CH4為29&， 〔02為5%，化為4. 5%， 02為0. 5%，顆 粒含量50g/Nm 硫含量15 g/Nm3，氯離子含量0.2 g/Nm3的碳化硅爐氣以 500NmVh的速度經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為0.0007MPa，經(jīng) 過(guò)管道送入水洗噴淋塔洗滌，水可以是工業(yè)用水、石灰乳、碳酸鈉、或苛性鈉 溶液，溫度為常溫。洗滌時(shí)既使碳化硅爐氣溫度下降到8(TC，又脫除了其中的 二氧化硫、二氧化碳等酸性氣體組分和碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物， 還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽，使碳化硅爐氣被初步凈化到固體顆粒含量5g/Nm3 的范圍內(nèi)。
將碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。
二、 精脫
將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到0. 5MPa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土和脫硫劑/脫氯劑的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為
0. 01g/Nm3，硫含量為0. 02g/Nm3，氯離子含量為0. 01g/Nm3，溫度下降到40°C 。 采用兩個(gè)化工填料塔，當(dāng)一個(gè)塔中的填料被飽和后，立即切換到另一個(gè)， 被飽和的填料取出，裝入新的填料。操作時(shí)序見(jiàn)圖2。
兩個(gè)化工填料塔的連接方式如圖3。閥門(mén)1、 3開(kāi)啟，原料氣經(jīng)過(guò)閥門(mén)1 進(jìn)入凈化塔A，固體顆粒物、硫化物、氯化物被脫除后，氣體經(jīng)過(guò)閥門(mén)3進(jìn)入 下一步工序。當(dāng)塔A中裝填的凈化劑飽和后，先開(kāi)啟閥門(mén)2、閥門(mén)4，再關(guān)閉 閥門(mén)l、閥門(mén)3，使氣體經(jīng)過(guò)閥門(mén)2、塔B、閥門(mén)4進(jìn)行凈化。 三、變壓吸附分離
本工序采用4塔結(jié)構(gòu)的變壓吸附裝置，見(jiàn)圖9，每一個(gè)吸附塔裝填有一氧 化碳分離吸附劑。
4塔變壓吸附時(shí)序如圖4。精脫后的氣體進(jìn)入變壓吸附裝置，每一塔經(jīng)過(guò) 吸附、均壓降、置換、逆放、抽空、均壓升、升壓7個(gè)步驟，四個(gè)塔的步序相 互錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行，吸附廢氣和一氧化碳連續(xù)輸出。含有氫氣、甲烷、二氧化碳、氮 氣的吸附廢氣做燃料氣使用，使逆放和抽空得到的一氧化碳產(chǎn)品氣純度95%， 二氧化碳含量為2.0%，固體含量0.02g/Nm3，硫含量0.015g/Nm3，降低 0.008g/Nm3。供下一步工序適用。
實(shí)施例2
本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖5所示。依次包含除塵初脫、精脫、分離1和分離2等4個(gè)工序。 一、除塵初脫
將含CO為92%, H2為4. 5%， CH4為0. 2%， C。2為2%， ^為1%, 02為0. 3%， 顆粒含量5000g/Nm3，硫含量0.5 g/Nm3，氯離子含量2 g/Nm3的碳化硅爐氣以 1000Nm7h經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為O. 0005MPa，爐氣在高 溫下通過(guò)旋風(fēng)或布袋等干法脫塵裝置脫除到500 g/Nm3 。再進(jìn)入水洗噴淋塔洗滌，水可以是工業(yè)用水、石灰乳、碳酸鈉、或苛性鈉溶液，溫度為常溫。洗漆 時(shí)既使碳化硅爐氣溫度下降到80'C，又脫除了其中的二氧化硫、二氧化碳等酸 性氣體組分和碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物，還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī)
鹽，使碳化硅爐氣被初步凈化，顆粒物含量達(dá)到1. 5g/Nm3 。將碳化硅、 一氧化 硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。
二、 精脫
將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到0. 5MPa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別 被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為10mg/Nm3，然后，再送 入含有脫硫劑和脫氯劑的化工填料塔，硫含量為10mg/Nm3，氯離子含量為0. 1 g/Nm3，溫度下降到4(TC。
采用兩個(gè)化工填料塔，當(dāng)一個(gè)塔中的填料被飽和后，立即切換到另一個(gè)， 被飽和的填料取出，裝入新的填料。操作時(shí)序見(jiàn)圖2。兩個(gè)化工填料塔的連接 方式如圖3。
三、 分離一
分離一工序?qū)⒍趸紡臓t氣中分離出來(lái)，脫除二氧化碳后的爐氣進(jìn)入分 離二工序。該過(guò)程中，每一個(gè)吸附塔經(jīng)歷吸附、降壓、抽空、升壓步驟，四個(gè) 塔交替切換，實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)處理。
分離一工序采用變壓吸附法，將爐氣中的二氧化碳含量控制在0.01% (v/v)。采用四塔的變壓吸附裝置，見(jiàn)圖IO。操作時(shí)序表見(jiàn)圖6。
四、 分離二
將分離一來(lái)的爐氣經(jīng)過(guò)4塔變壓吸附分離為98%的一氧化碳，二氧化碳含 量為0.02%，固體雜質(zhì)含量降低到0.03g/Nm3，硫含量降0. 011g/Nm3，降低到 0.005g/Nm3。其余氣體作燃料使用。每一塔經(jīng)過(guò)吸附、均壓降、置換、逆放、 抽空、均壓升、升壓7個(gè)步驟，四個(gè)塔的步序相互錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行，吸附廢氣和一氧 化碳連續(xù)輸出。操作時(shí)序表見(jiàn)圖4。裝置如圖ll。實(shí)施例3
本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖5所示。依次包含除塵初脫、精脫、分離1和分離2等4個(gè)工序。
一、 除塵初脫
將含C0為85%， &為8%， C&為0.1%， 0)2為4%， K為2. 8%， 02為0. 1%, 顆粒含量3000g/Nm3，硫含量5 g/Nm3，氯離子含量6 g/Nm3的碳化硅爐氣 4000Nm7h經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為0.0002Mpa，爐氣在高 溫下通過(guò)旋風(fēng)、布袋等干法脫塵裝置脫除到800g/N m3 。再進(jìn)入水洗噴淋塔洗 滌，水可以是工業(yè)用水、石灰乳、碳酸鈉、或苛性鈉溶液，溫度為常溫。洗滌 時(shí)既使碳化硅爐氣溫度下降到8(TC，又脫除了其中的二氧化硫、二氧化碳等酸 性氣體組分和碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物，還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī) 鹽，使碳化硅爐氣被初步凈化，顆粒物含量達(dá)到50g/Nm3 。將碳化硅、 一氧化 硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。
二、 精脫
將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到0. 5Mpa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別 被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為lmg/Nm3。
再進(jìn)入裝填有脫硫劑和脫氯劑的化工填料塔脫除硫化物和氯化物，使硫含 量為5mg/Nm3，氯離子含量為0. 05mg/Nm3，溫度下降到40°C 。
精脫部分的過(guò)程見(jiàn)圖12，裝填有顆粒物脫除劑、脫硫劑、脫氯劑的凈化裝 置分為三組，每一組分別采用兩個(gè)化工填料塔。顆粒脫除劑裝填在塔A和塔B 中，脫硫劑裝填在塔C和塔D中，脫氯劑裝填在塔E和塔F中。當(dāng)某一組中的 一個(gè)塔中的填料被飽和后，采用與實(shí)施例l相同的方法，將氣體立即切換流經(jīng) 同一組的另一個(gè)塔，被飽和的填料取出，裝入新的填料。操作時(shí)序見(jiàn)圖2。
3組塔的切換可以同時(shí)進(jìn)行，也可以在不同時(shí)間進(jìn)行。
三、 分離一分離一工序?qū)⒍趸紡臓t氣中分離出來(lái)，脫除二氧化碳的爐氣進(jìn)入分離 二工序。
分離一工序采用變壓吸附法，將爐氣中的二氧化碳含量控制在0.05% (v/v)。采用四塔的變壓吸附裝置。每一塔經(jīng)過(guò)吸附、降壓、抽空、升壓4個(gè) 步驟，四個(gè)塔的步序相互錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行，保證氣體連續(xù)輸出。操作時(shí)序表見(jiàn)圖6。
四、分離二
將分離一來(lái)的爐氣經(jīng)過(guò)5塔變壓吸附分離為98%的一氧化碳，二氧化碳含 量為0.08%，固體雜質(zhì)含量降低到0.01g/Nm3，硫含量降低到0. 010g/Nm3，降低 到0.004g/Nm3。其余氣體作燃料使用。操作時(shí)序表見(jiàn)圖7。每一塔經(jīng)過(guò)吸附、 均壓降、置換、逆放、抽空、均壓升、升壓7個(gè)步驟，5個(gè)塔的步序相互錯(cuò)開(kāi) 運(yùn)行，吸附廢氣和一氧化碳連續(xù)輸出。
實(shí)施例4
本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖5所示。依次包含除塵初脫、精脫、分離1和分離2等4個(gè)工序。
一、 除塵初脫
將含CO為86%， &為9%， CH4為0. 1%， 0)2為3%， ^為1. 8%， 02為0. 1%, 顆粒含量2000g/Nm3，硫含量10 g/Nm3，氯離子含量1 g/Nm3的碳化硅爐氣 8000NmVh經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為0. 0003MPa，爐氣在高 溫下通過(guò)旋風(fēng)、布袋等干法脫塵裝置脫除到1000g/N m3 。再進(jìn)入水洗噴淋塔洗 滌，水可以是工業(yè)用水、石灰乳、碳酸鈉、或苛性鈉溶液，溫度為常溫。洗滌 時(shí)既使碳化硅爐氣溫度下降到6(TC，又脫除了其中的二氧化硫、二氧化碳等酸 性氣體組分和碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物，還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī) 鹽，使碳化硅爐氣被初步凈化，顆粒物含量達(dá)到500g/Nm3 。將碳化硅、 一氧化 硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。
二、 精將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到0. 6Mpa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別 被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為50mg/Nm3。
再進(jìn)入裝填有脫硫劑和脫氯劑的化工填料塔脫除硫化物和氯化物，使硫含 量為lmg/Nm3，氯離子含量為10 mg/Nm3，溫度下降到3CTC。精脫部分的過(guò)程見(jiàn) 圖5，操作過(guò)程與實(shí)施例3的精脫部分相同。
三、 分離一
分離一工序?qū)⒍趸紡臓t氣中分離出來(lái)，脫除二氧化碳的爐氣進(jìn)入分離 二工序。
分離一工序采用變壓吸附法，將爐氣中的二氧化碳含量控制在0.005% (v/v)。采用5塔的變壓吸附裝置，其結(jié)構(gòu)和圖9相近，只是增加了一個(gè)吸附 塔。操作時(shí)序表見(jiàn)圖8。每一塔經(jīng)過(guò)吸附、均壓降、逆放、抽空、均壓升、升 壓6個(gè)步驟，5個(gè)塔的步序相互錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行，保證氣體連續(xù)輸出。
四、 分離二
將分離一來(lái)的爐氣經(jīng)過(guò)5塔變壓吸附分離為99. 5%的一氧化碳，二氧化碳 含量為0.01%，固體雜質(zhì)含量降低到0.001g/Nm3，硫含量降低0. 0001g/Nm3，降 低到0.0001g/Nm3。其余氣體作燃料使用。操作時(shí)序表見(jiàn)圖7。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖13。
實(shí)施例5
本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖5所示。依次包含除塵初脫、精脫、分離1和分離2等4個(gè)工序。 一、除塵初脫
將含C0為92%， H2為6%， C仏為0. 1%， 0)2為1%， ^為0. 8%， 02為0. 1%, 顆粒含量500g/Nm3，硫含量8g/Nm3，氯離子含量4g/Nii^的碳化硅爐氣7000Nm7h 經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為O. 00025Mpa，爐氣在高溫下通過(guò) 旋風(fēng)、布袋等干法脫塵裝置脫除到20g/Nm3 。再進(jìn)入水洗噴淋塔洗滌，水可以是工業(yè)用水、石灰乳、碳酸鈉、或苛性鈉溶液，溫度為常溫。洗滌時(shí)既使碳化 硅爐氣溫度下降到6(TC，又脫除了其中的二氧化硫、二氧化碳等酸性氣體組分 和碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物，還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽，使碳化
硅爐氣被初步凈化，顆粒物含量達(dá)到0. 5g/Nm3 。
將碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。
二、 精脫
將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到0. 4MPa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別 被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為5mg/Nm3。
再進(jìn)入裝填有脫硫劑和脫氯劑的化工填料塔脫除硫化物和氯化物，使硫含 量為0. 1 g/N m3 ，氯離子含量為0. 1 g/N m3 ，溫度下降到40°C 。精脫部分的過(guò) 程見(jiàn)圖12，操作過(guò)程與實(shí)施例3的精脫部分相同。
三、 分離一
分離一工序?qū)⒍趸紡臓t氣中分離出來(lái)，脫除二氧化碳的爐氣進(jìn)入分離 二工序。
分離一工序采用變壓吸附法，將爐氣中的二氧化碳含量控制在0.05% (v/v)。采用5塔的變壓吸附裝置，每一塔經(jīng)過(guò)吸附、降壓、逆放、抽空、升 壓、最終升壓6個(gè)步驟，五個(gè)塔的步序相互錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行，氣體連續(xù)輸出。操作時(shí) 序表見(jiàn)圖8。
四、 分離二
將分離一來(lái)的爐氣經(jīng)過(guò)5塔變壓吸附分離為99. 0%的一氧化碳，二氧化碳 含量為0. 06%,固體顆粒物含量降低到0. 0001g/Nm3，硫含量降低0. 0005g/Nm3， 降低到0.0005g/Nm3，其余氣體作燃料使用。操作時(shí)序表見(jiàn)圖7。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 13。
實(shí)施例6本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖1所示。依次包含初脫除塵、精脫、變壓吸附分離3個(gè)工序。
一、 除塵初脫
將含C0為92%， &為4. 5%， CH4為0. 2%， 0)2為2%， ^為1%， 02為0. 3%， 顆粒含量1500g/Nm3，硫含量8g/Nm3，氯離子含量3g/Nm3的碳化硅爐氣以 10000Nm7h經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為0.0005MPa，爐氣在 高溫下通過(guò)旋風(fēng)或布袋等干法脫塵裝置脫除到30g/Nm3 ，使碳化硅爐氣溫度下 降到40'C，又脫除了其中的二氧化硫、二氧化碳等酸性氣體組分和碳化硅、一 氧化硅、二氧化硅等顆粒物，還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽，使碳化硅爐氣被初步 凈化。將碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。
二、 精脫
將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到0. lMPa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別 被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為lmg/Nm3，然后，再送 入含有脫硫劑和脫氯劑的化工填料塔，硫含量為10mg/Nm3，氯離子含量為 0. 0001mg/Nm3，溫度下降到40°C 。
采用兩個(gè)化工填料塔，當(dāng)一個(gè)塔中的填料被飽和后，立即切換到另一個(gè)， 被飽和的填料取出，裝入新的填料。操作時(shí)序見(jiàn)圖2。
三、 變壓吸附分離 該過(guò)程與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例7
本發(fā)明的一種從碳化硅爐氣中輸送和凈化、提純一氧化碳的方法，其過(guò)程 如圖5所示。依次包含除塵初脫、精脫、分離1和分離2等4個(gè)工序。 一、除塵初脫
將含CO為72%， &為14. 5%， CH4為0. 2%， 0)2為2%， A為10%， 02為0. 3%，顆粒含量2000g/Nm3，硫含量2g/Nm3，氯離子含量3g/Nm3的碳化硅爐氣以 1000Nm7h經(jīng)引風(fēng)機(jī)從冶煉爐中引出，并維持爐內(nèi)壓力為0.0005MPa，爐氣在高 溫下通過(guò)旋風(fēng)或布袋等干法脫塵裝置脫除到500 g/Nm3 。再進(jìn)入水洗噴淋塔洗 滌，水可以是工業(yè)用水、石灰乳、碳酸鈉、或苛性鈉溶液，溫度為常溫。洗滌 時(shí)既使碳化硅爐氣^L度下降到6(TC，又脫除了其中的二氧化硫、二氧化碳等酸 性氣體組分和碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅等顆粒物，還脫除了氯化鈉等無(wú)機(jī) 鹽，使碳化硅爐氣被初步凈化，顆粒物含量達(dá)到0. 04g/Nm3 。將碳化硅、 一氧 化硅、二氧化硅等顆粒物處理后送回冶煉爐重新利用。 二、精脫
將初步凈化后的爐氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到1. 5MPa，送入裝填有焦炭或活性炭或 硅藻土的化工填料塔，使碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅、氯化鈉等顆粒物分別 被脫除，氣體中碳化硅、 一氧化硅、二氧化硅的含量為0.001g/Nm3，然后，再 送入含有脫硫劑和脫氯劑的化工填料塔，硫含量為0. 002g/Nm3，氯離子含量為 0. 0002g/Nm3，溫度下降到40°C 。
采用兩個(gè)化工填料塔，當(dāng)一個(gè)塔中的填料被飽和后，立即切換到另一個(gè)， 被飽和的填料取出，裝入新的填料。操作時(shí)序見(jiàn)圖2。
與實(shí)施例2相同的方法，最終獲得純度不低于94%的一氧化碳，二氧化碳 含量為1. 0%，固體含量降低到0. 0005g/Nm3，硫含量降低0. 0002g/Nm3，降低到 0. 0001g/Nm3。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的方法，該方法包括下列步驟(1)將碳化硅爐氣從冶煉爐中引出，經(jīng)過(guò)干法除塵和/或濕法除塵裝置，實(shí)現(xiàn)初脫；(2)將初脫后的爐氣壓縮到0.1～1.5MPa，送入裝有焦炭或活性炭或硅藻土和脫硫劑以及脫氯劑的化工填料塔中進(jìn)行精脫；(3)精脫后的氣體經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變壓吸附裝置后輸出一氧化碳。
2. 按照權(quán)利要求1所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳 的方法，其特征在于從冶煉爐中引出的碳化硅爐氣中總的固體含量為50 5000g/Nm3，硫含量O. 5 15g/Nm3，氯離子含量0. 2 6g/Nm3，進(jìn)入步驟(2)之 前，爐氣中總的固體含量不超過(guò)500g/Nm3，硫含量不超過(guò)1. 0g/Nm3，氯離子含 量不超過(guò)O. 05g/Nm3，進(jìn)入步驟(3)之前，爐氣中總的固體含量不超過(guò)0. 05g/Nm3， 硫含量不超過(guò)0. 02g/Nm3，氯離子含量不超過(guò)0. 01g/Nm3。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧 化碳的方法，其特征在于步驟(3)中輸出的氣體中一氧化碳含量不低于94 %。
4. 按照權(quán)利要求1或2所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧 化碳的方法，其特征在于所述的步驟(2)中，焦炭或活性炭或硅藻土和脫 硫劑以及脫氯劑，分別裝在三個(gè)不同的填料塔中。
5. 按照權(quán)利要求3所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳 的方法，其特征在于所述的步驟(2)中，焦炭或活性炭或硅藻土和脫硫劑 以及脫氯劑，分別裝在三個(gè)不同的填料塔中。
6. 按照權(quán)利要求1或2所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(3)為精脫后的氣體先經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變 壓吸附裝置吸附脫除二氧化碳，再經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變壓吸附裝置后輸出一氧化 碳。
7. 按照權(quán)利要求3所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(3)為精脫后的氣體先經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變壓吸附裝置吸附脫除二氧化碳，再經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變壓吸附裝置后輸出一氧化碳。
8. 按照權(quán)利要求3所述的碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的方法，其特征在于所述步驟(3)中輸出的氣體中二氧化碳的體積百分含量不大于2%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種碳化硅冶煉爐氣的輸送、凈化和提純一氧化碳的方法，其特點(diǎn)是碳化硅爐氣從冶煉爐中引出后，通過(guò)干法或者濕法除塵后，將初步凈化后的爐氣壓縮到0.1～1.5MPa，送入裝有焦炭或活性炭或硅藻土和脫硫劑以及脫氯劑的化工填料塔中進(jìn)行精脫，精脫后的氣體經(jīng)過(guò)至少一個(gè)變壓吸附裝置，輸出一氧化碳，本發(fā)明的方法不僅能回收并純化碳化硅冶煉爐氣中的一氧化碳，而且可以有效的減少污染。
文檔編號(hào)B01D53/02GK101302009SQ20081004476
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者麗 劉, 張劍鋒, 云 楊, 管英富, 郜豫川 申請(qǐng)人:四川天一科技股份有限公司