Высокотемпературный плазмохимический гидролиз тетрафторида кремния, содержащегося в сбросных газах производства фтороводорода Кузьминых, Сергей Анатольевич

Введение к работе

Актуальность работы. В технологии фтороводорода (ФВ) обычно используют флюорит так называемого "кислотного" сорта с содержанием CaF₂ не менее 92 %, который в качестве примесей содержит до 3 % кремнезема (Si0₂), поэтому на стадии сернокислотного разложения флюорита идет образование тетрафторида кремния (SiF₄) по реакциям: 2CaF₂ + 2H₂S0₄ = 2CaS0₄ + 4HF, 4HF + Si0₂ =SiF₄ + 2H₂0.

Концентрация тетрафторида кремния в сбросных газах напрямую зависит от количества кремнезема в исходном сырье.

В технологии фтороводорода SiF₄ вносит основной вклад в безвозвратные потери фтора (до 30 кг на тонну товарного HF), поэтому возврат сбросного фтора в технологию имеет большое практическое значение, как с точки зрения экологии, так и экономики. И что особенно важно, тетрафторид кремния как один из основных компонентов сбросных газов при традиционных схемах получения фтороводорода имеет практически нулевую стоимость, поэтому возникает вопрос, нельзя ли SiF₄ использовать в качестве исходного сырья для получения фторсодержащих растворов, в частности, фтороводородной кислоты, пригодных к дальнейшей переработке по действующей технологии фтороводорода.

Одним из таких процессов, где исходным сырьем может служить содержащийся в сбросных газах SiF₄, является высокотемпературный плазмо-химический гидролиз, основанный на проведении следующей реакции:

SiF₄+2H₂0 = Si0₂ + 4HF, причем такая сложная и дорогостоящая процедура, как концентрирование SiF₄ и его выделение из сбросных газов оказывается излишней.

Цель работы. Изучение процесса высокотемпературного плазмо-химического гидролиза тетрафторида кремния, содержащегося в сбросных газах производства фтороводорода. Разработка и создание промышленной плазмохимической технологии переработки сбросных газов производства

фтороводорода.

Научная новизна работы. Впервые проведен термодинамически анализ процесса высокотемпературного гидролиза тетрафторида кремни; содержащегося в сбросных газах производства фтороводорода, с учетом и реального состава.

Установлено, что методом высокотемпературного гидролиза, пр переработке кремнефторсодержащих сбросных газов производства фторе водорода, термодинамически невозможно одновременно получить безводны фтороводород и твердую фазу диоксида кремния.

Впервые процесс высокотемпературного гидролиза тетрафторид кремния осуществлен с использованием в качестве высокотемпературноп теплоносителя и реагента потока низкотемпературной плазмы водяного пара.

Установлено, что методом высокотемпературного плазмохимической гидролиза, наряду с тетрафторидом кремния, из сбросных газої производства фтороводорода возможна утилизация S0₂ в виде серноі кислоты.

Определены оптимальные параметры процесса плазмохимическоі переработки сбросных газов производства фтороводорода, при соблюденш которых, несмотря на значительное содержание в перерабатываемом газ* воздуха, на стадии конденсации парогазовой фазы продуктов высоко температурного гидролиза практически исключено образование азотної кислоты.

Проведен патентный поиск по теме: "Исследование плазмохимической технологии переработки тетрафторида кремния не высокодисперсные оксиды кремния и плавиковую кислоту". Аналогов разработанной плазмохимической технологии утилизации тетрафторида кремния не выявлено.

Практическое значение работы. Разработана и внедрена в действующее производство фтороводорода плазмохимическая технология переработки сбросных кремнефторсодержащих газов данного производства,

на фторсодержащие растворы, пригодные к переработке на фтороводород по технологии фтороводорода, либо к использованию в нефтегазодобыче.

Определены области применения и потенциально возможные потребители, получаемого в качестве побочного продукта ультрадисперсного диоксида кремния.

На защиту выносятся: 1) результаты термодинамического анализа процесса высокотемпературного гидролиза тетрафторида кремния, содержащегося в сбросных газах производства фтороводорода;

1. результаты опытной проверки данного процесса с использованием в качестве высокотемпературного теплоносителя и реагента потока низкотемпературной плазмы водяного пара;

2. результаты опытно-промышленных испытаний плазмохимической технологии переработки сбросных кремнефторсодержащих газов производства фтороводорода на ультрадисперсный диоксид крмния и фторсодержащие растворы, пригодные к переработке на фтороводород по действующей технологии фтороводорода, либо к использованию в нефтегазодобыче.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждались на объединенном семинаре СТИ ТПУ и СХК, а также были представлены на: 10-ой Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы, г. Новосибирск, 1989 г.; 10-ом Международном симпозиуме по плазмохимии, Германия, г. Бохум, 1991 г.; 12-ом Международном симпозиуме по плазмохимии, США, г. Миннеаполис, 1995 г.; 1 и 5-ой Научно-технических конференциях СХК, г. Северск, 1991 и 1998 г.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 5 статьях, 2 докладах, 1 тезисе доклада и 5 научных отчетах. По результатам работы оформлена заявка на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы.

Работа изложена на 167 страницах, содержит 30 рисунков и 17

таблиц. Список используемой литературы насчитывает 94 наименования.