张友谊 ， 张　磊

(1.河南理工大学 物理化学学院 ， 河南 焦作　454000 ； 2.焦作煤业(集团)开元化工有限责任公司 ， 河南 焦作　454191)



组合型干燥塔对氯化氢气体干燥的优点

张友谊1,2， 张磊1

(1.河南理工大学 物理化学学院 ， 河南 焦作454000 ； 2.焦作煤业(集团)开元化工有限责任公司 ， 河南 焦作454191)

摘要：浓硫酸具有吸收水的性能，但不同浓度下的浓硫酸，吸收水能力不同。本文主要阐述利用了不同浓度下浓硫酸的吸水能力差别，设计出的组合型干燥塔。并介绍了组合型干燥塔和填料塔、板塔相比，具有优良的性能和操作优点。

关键词：浓硫酸 ； 组合型干燥塔 ； 干燥

水对三氯氢硅合成过程中收率影响很大[1]，三氯氢硅生产系统中含水量高低直接影响合成收率。三氯氢硅系统中水的来源主要有氯化氢、硅粉、氮气等含水，其中氮气含水可选用空分系统制备高纯氮气来解决，硅粉中含水可通过高温氮气对硅粉加热干燥，由于氯化氢在水中溶解性较大，氯化氢脱水较为困难[2]。若能将氯化氢中含水量降至50×10-6以下，将对三氯氢硅合成系统几乎不产生影响。

通常采用7、-15 ℃水冷却氯化氢气体进行脱水，该工艺得到的氯化氢中含水量仍达到500×10-6。质量分数为 98%的浓硫酸具有很强的吸水性，浓度越高吸水能力越强，采用浓硫酸对氯化氢进行干燥，浓硫酸的浓度、干燥塔的结构均对干燥指标产生一定影响[3]。

1浓硫酸吸水性与浓度的关系

质量分数为 98.3%的浓硫酸具有很强的吸水性，可以作为干燥剂，不同浓度下的浓硫酸吸水能力不同，浓度越高吸水能力则越强[4]。

2传统硫酸干燥塔

国内硫酸干燥塔通常塔体材质选用玻璃钢，塔内件有填料式或泡罩式两种。内件材质选用PVC，UPVC或PTFE。

2.1　填料式干燥塔

填料式干燥塔操作弹性较小，对于液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小时，填料表面不能很好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，容易产生液泛。另外进入干燥塔顶的是浓度较高的硫酸，密度大，容易堵塞系统。

2.2　泡罩式干燥塔

泡罩式干燥塔板上浓硫酸液层厚，塔板压降大，由于氯化氢进入干燥塔时的压力很低，泡罩塔的压降对氯化氢输送系统产生阻力，对氯化氢合成炉造成一定憋压。另外泡罩式干燥塔结构复杂、造价高。

3组合式干燥塔

组合型干燥塔由泡罩层、填料层两部分组成，根据两类填料的优点进行设计。填料层为88%~95%的经过脱水吸收后的浓硫酸，对酸性气体中的水分进行初步吸收，泡罩层为98%以上的浓硫酸，通过计量泵不断向系统中微量补充，浓硫酸对酸性气体中的水分进行二次吸收，最后出塔的酸性含水率可控制在50×10-6以下。组合式干燥塔流程如图1所示。

操作方法如下：①打开两个硫酸冷却器进出水阀，启动硫酸进料泵，加入部分浓硫酸。启动硫酸循环泵，浓硫酸开始在填料部分循环。②通入酸性气体，一段时间后，分析填料部分浓硫酸浓度和酸性气体水分含量，浓硫酸浓度低于95%，酸性气体含水量过高时，启动硫酸进料泵向塔内补充浓硫酸。启动进料泵时，注意流量计变化，同时分析酸性气体含水量，合格时，作为正常生产时浓硫酸的补充量。注意：硫酸进料泵应选用变频泵，频率与流量计、在线水分分析仪联锁，组成串联控制。使用PLC控制系统，操作简单。组合式干燥塔与其它氯化氢干燥方式含水量测试结果见图2。

图1　氯化氢组合式干燥工艺流程图

图2　氯化氢组合式干燥与其他干燥工艺质量对比

由图2可看出，硫酸干燥后氯化氢中含水量达到60×10-6左右，而采用冷冻脱水后氯化氢的含水量为500×10-6，氯化氢干燥采用硫酸干燥塔比采用冷冻脱水的方式含水量更低。硫酸组合式干燥塔干燥后的氯化氢达到50×10-6以下，比硫酸填料式干燥塔干燥后的氯化氢相比含水量略低，并且指标更稳定，说明硫酸组合式干燥塔的运行效果更好。

新型组合型干燥塔优点：①操作弹性大，能在较大的负荷变化范围内保持高效率；②生产能力较大；③适应多种介质且不易堵塞；④便于操作，稳定可靠；⑤成本降低，合理利用浓硫酸，减少浓硫酸的用量。

4组合型干燥塔前景展望

随着化工行业的进一步改革，对原材料的纯度要求逐步提高，气体含水率的要求将进一步苛刻，目前，国内现有气体干燥塔设备技术已经成为发展的瓶颈，组合型干燥塔在传统的干燥塔设备基础上进行的深化和完善，在操作上的简单化，使得它在工业化生产中表现出极为优良的操作性能。在成本方面，组合型干燥塔的出现，不仅在设备造价上降低了成本，也在生产中节约了成本，充分利用了浓硫酸的吸水性。随着人类文明的进步和自动化的要求，化工行业新的需求将激励组合干燥塔的发展，在未来几年里，它将会大幅度地应用到工业生产中。

参考文献：

[1]王小辉.氯化氢含水对生产三氯氢硅的影响[J].氯碱工业，2007(06):29-30.

[2]刘建路. 我国副产氯化氢的现状和综合利用[J].广州化工，2011,39(19):25-28.

[3]李丽华.浓硫酸吸水性和脱水性实验的微型化研究[J].广州化工，2007,35(5)：52-56.

[4]唐增富.用数字化实验演示浓硫酸的吸水性[J].化学教育，2011(6):62-69.

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作者简介：张友谊(1982-)，男，助理工程师，从事三氯氢硅生产技术开发工作，E-mail:kyhgzyy@163.com。

收稿日期：2015-02-07

中图分类号：TQ053

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)05-0034-02