一種回收利用氯硅烷渣漿殘液的裝置系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種回收利用氯硅烷渣漿殘液的裝置系統(tǒng)，該裝置系統(tǒng)中主要包括反應(yīng)精餾裝置、趕酸裝置、固液分離裝置、換熱設(shè)備、物料輸送設(shè)備、物料儲(chǔ)存設(shè)備。采用本實(shí)用新型的裝置系統(tǒng)回收渣漿殘液中的氯硅烷及高沸物合成硅酸酯，可以做到連續(xù)化生產(chǎn)，避開了氯硅烷渣漿殘液中高沸物及固體的分離，有效利用硅酸酯的合成反應(yīng)熱將原料進(jìn)行氣化，使反應(yīng)更平穩(wěn)地進(jìn)行。另外，在硅酸酯的合成、提純過(guò)程中便將氯硅烷渣漿殘液中的硅粉和催化劑回收，同時(shí)讓副產(chǎn)物氯化氫全部返回生產(chǎn)裝置。本實(shí)用新型中所涉及的裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，能夠解決目前多晶硅生產(chǎn)及各種氯硅烷生產(chǎn)中嚴(yán)重的原料浪費(fèi)和各種氯硅烷及高沸物的處理問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種回收利用氯硅烷渣漿殘液的裝置系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種回收利用氯硅烷渣漿殘液的裝置系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)直接利用氯硅烷渣漿殘液為原料合成硅酸酯，并在合成、提純硅酸酯的過(guò)程中同時(shí)將渣漿殘液中的固體物料及副產(chǎn)物氯化氫完全回收。該裝置系統(tǒng)中設(shè)備布置緊湊合理，有效利用體系反應(yīng)熱，并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，操作起來(lái)也簡(jiǎn)單易控，屬于環(huán)保及化工領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)際上生產(chǎn)晶體硅材料主要的工藝還是化學(xué)方法，包括比較成熟的西門子法以及正在迅速發(fā)展的硅烷法和流化床法等。采用這些方法生產(chǎn)晶體硅材料，氯硅烷都是其必須的中間產(chǎn)品。四氯化硅(STC)、三氯氫硅(TCS)和二氯二氫硅(DCS)主要為西門子法和硅烷法多晶硅生產(chǎn)的中間體或原料，也大量用于制造光導(dǎo)纖維、外延、蝕刻、化學(xué)氣相淀積及氣相法白炭黑等。
[0003]在氣娃燒生廣中，不論是合成TCS還是通過(guò)氧化還原制備TCS,或者是各種氣娃烷、硅烷之間的歧化或者反歧化反應(yīng)，其相應(yīng)的反應(yīng)裝置和提純過(guò)程中都難免會(huì)產(chǎn)生大量的渣漿殘液。在多晶硅生產(chǎn)中，渣漿殘液主要來(lái)自STC氫化還原、TCS合成、氯硅烷分離提純等裝置。尤其是采用冷氫化工藝后，冷氫化裝置及分離提純裝置排放的渣漿殘液量大大增加。
[0004]冷氫化制備TCS比熱氫化效率高，但反應(yīng)中需要加入催化劑，而且渣漿殘液量的排放也增加了很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用冷氫化制備TCS，平均每生產(chǎn)一噸TCS會(huì)產(chǎn)生氯硅烷渣漿殘液0.04噸。即年產(chǎn)十萬(wàn)噸TCS的冷氫化裝置一年會(huì)產(chǎn)生氯硅烷渣漿殘液4000噸。該渣漿殘液中含有大量的STC、硅粉、催化劑及其它金屬氯化物雜質(zhì)。
[0005]冷氫化技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還是比較晚的，目前也就只有屈指可數(shù)的幾家企業(yè)。由冷氫化技術(shù)帶來(lái)的大量氯硅烷渣漿殘液，一些廠家采用蒸發(fā)、沉降、過(guò)濾等手段試圖回收硅粉，但由于其中的固體顆粒都比較細(xì)小，而氯硅烷本身又屬于高?；瘜W(xué)品，采用常規(guī)的分離方法難以達(dá)到分離目的，目前為止只能通過(guò)蒸發(fā)回收少部分STC，而硅粉由于其中的雜質(zhì)和氯硅烷難以除去，則全部被廢棄掉。由于大家都沒(méi)有很好的解決辦法，所以所有渣漿殘液幾乎都直接排放到三廢裝置進(jìn)行水解中和處理。長(zhǎng)期來(lái)看，這無(wú)疑是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，更是對(duì)環(huán)境的巨大傷害。
[0006]在氯硅烷為原料制備硅酸酯的傳統(tǒng)方法中，生成的氯化氫部分制成鹽酸，但因?yàn)槭袌?chǎng)需求量及其它原因，幾乎都是直接排放到三廢處理中進(jìn)行水解，所以氯硅烷法制備硅酸酯一直被當(dāng)成高耗高污染的方法。本實(shí)用新型中考慮到了氯化氫是制備氯硅烷必不可少的原料，尤其在三氯氫硅的生產(chǎn)中，幾乎全世界都在采用硅粉和氯化氫直接反應(yīng)合成三氯氫硅，除非是在有大量副產(chǎn)物四氯化硅的情況才用氫化還原的方法來(lái)制備，包括后來(lái)發(fā)展的氯氫化技術(shù)中也用到了大量的氯化氫為原料。因此，本實(shí)用新型中也涉及到了將氯化氫回收使其回到氯硅烷合成裝置中的裝置系統(tǒng)。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，專利CN2014102071393中提出了可行的回收方法，本實(shí)用新型給出了可具體實(shí)施的裝置系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)直接利用氯硅烷渣漿殘液為原料合成硅酸酯，并在合成、提純硅酸酯的過(guò)程中同時(shí)將渣漿殘液中的固體物料及副產(chǎn)物氯化氫完全回收。另外，本實(shí)用新型所涉及裝置系統(tǒng)中設(shè)備布置緊湊合理，有效利用了體系反應(yīng)熱，并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，操作起來(lái)也簡(jiǎn)單易控。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型提供一種回收利用氯硅烷渣漿殘液的裝置系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)直接利用氯硅烷渣漿殘液為原料合成硅酸酯，并在合成、提純硅酸酯的過(guò)程中同時(shí)將渣漿殘液中的固體物料及副產(chǎn)物氯化氫完全回收。本實(shí)用新型所涉及的裝置系統(tǒng)有效利用了硅酸酯的合成反應(yīng)熱，并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，操作起來(lái)也簡(jiǎn)單易控。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
[0010]一種回收利用氯硅烷渣漿殘液制備硅酸酯的裝置系統(tǒng)，包括反應(yīng)精餾裝置、趕酸裝置、固液分離裝置、換熱設(shè)備、物料輸送設(shè)備和物料儲(chǔ)存設(shè)備。其特征具體為:
[0011]所述的裝置系統(tǒng)以反應(yīng)精餾裝置為核心，與趕酸裝置、固液分離設(shè)備、換熱設(shè)備、物料輸送設(shè)備和儲(chǔ)存設(shè)備共同組成回收利用氯硅烷渣漿殘液制備硅酸酯的裝置系統(tǒng)。
[0012]優(yōu)選的，實(shí)施過(guò)程中渣漿殘液先進(jìn)入所述裝置系統(tǒng)的反應(yīng)精餾裝置，待物料中的氯元素都變成氯化氫后，再通過(guò)固液分離裝置和趕酸裝置將各物料分開，最終得到合格的硅酸酯產(chǎn)品、回收硅粉、催化劑和氯化氫。
[0013]優(yōu)選的，反應(yīng)精餾裝置至少設(shè)置4個(gè)管口，一個(gè)用于反應(yīng)主產(chǎn)物出料，一個(gè)用于反應(yīng)尾氣出口，一個(gè)用于氯硅烷渣漿殘液物料的進(jìn)口，一個(gè)用于脂肪醇的進(jìn)口或者趕酸塔頂部物料的接收口。
[0014]反應(yīng)精餾裝置主要用于硅酸酯的合成和副產(chǎn)物氯化氫的分離。
[0015]優(yōu)選的，趕酸裝置釜底設(shè)置I個(gè)再沸器。
[0016]趕酸裝置主要用來(lái)除去反應(yīng)主產(chǎn)物硅酸酯中所溶解的氯化氫和脂肪醇。
[0017]優(yōu)選的，所涉及的吸收裝置可以為帶有氣體分布器的儲(chǔ)罐，或者反應(yīng)精餾結(jié)構(gòu)的設(shè)備。吸收裝置主要用來(lái)吸收氯化氫中所攜帶的脂肪醇。
[0018]優(yōu)選的，所涉及的吸收裝置其運(yùn)行溫度為-25 °C?300°C，壓力為0.1MPaA?3MPaA。
[0019]優(yōu)選的，所涉及的固液分離裝置為過(guò)濾裝置、離心分離器或者用于固液相物質(zhì)分離的任何設(shè)備。
[0020]優(yōu)選的，所涉及的換熱設(shè)備包括氣液換熱、液液換熱、冷卻器或者加熱器。
[0021]優(yōu)選的，所涉及的物料輸送設(shè)備可以為壓力輸送、屏蔽泵或者其它用于物料輸送的任何設(shè)備。
[0022]優(yōu)選的，趕酸裝置中主要采用含Cl?C12的脂肪醇作為趕酸劑，首選用于合成硅酸脂的脂肪醇。
[0023]優(yōu)選的，吸收裝置中用氯硅烷作為吸收氯化氫中所帶脂肪醇的吸收劑，首選渣漿殘液中含量最聞的氣娃燒。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]附圖1預(yù)先蒸發(fā)氯硅烷渣漿殘液再制備硅酸酯的裝置系統(tǒng)。
[0025]附圖2完全回收氯硅烷渣漿殘液及副產(chǎn)物氯化氫的裝置系統(tǒng)。
[0026]附圖3完全回收氯硅烷渣漿殘液并將副產(chǎn)物氯化氫制備成鹽酸的裝置系統(tǒng)。
[0027]裝置代號(hào)說(shuō)明:
[0028](I)——反應(yīng)精餾裝置；
[0029]⑵——趕酸裝置；
[0030](3)——物料儲(chǔ)存設(shè)備(吸收劑儲(chǔ)罐)；
[0031]⑷——物料儲(chǔ)存設(shè)備(硅酸酯緩沖罐)；
[0032](5)——物料儲(chǔ)存設(shè)備(氯硅烷緩沖罐)；
[0033](6)——氯化氫吸收槽；
[0034](7)—氯硅烷渣漿蒸發(fā)釜；
[0035](8)——水解中和槽；
[0036](9)-換熱設(shè)備(尾氣冷卻器)；
[0037](10)——換熱設(shè)備(加熱器)；
[0038](11)——換熱設(shè)備(氯硅烷冷凝器)；
[0039](12)——固液分離裝置(硅酸酯漿料固液分離器)；
[0040](13)——固液分離裝置(水解漿料固液分離器)；
[0041](14)—物料輸送設(shè)備(硅酸酯輸送泵)；
[0042](15)——物料輸送設(shè)備(氯硅烷輸送泵)；
[0043](16)——物料輸送設(shè)備(水解漿料輸送泵)。

【具體實(shí)施方式】
:
[0044]實(shí)施例1
[0045]本實(shí)施例中先將氯硅烷渣漿殘液蒸發(fā)回收后再送去反應(yīng)精餾裝置，與乙醇反應(yīng)合成硅酸酯，所涉及的裝置系統(tǒng)如附圖1所示:
[0046]先將氯硅烷渣漿殘液送去蒸發(fā)裝置(7)中，用低壓蒸汽LS加熱蒸出氣相氯硅烷，經(jīng)冷卻器(11)冷凝后收集到氯硅烷緩沖罐(5)中，再用泵(15)送去反應(yīng)精餾裝置(I)進(jìn)行硅酸酯的合成反應(yīng)。
[0047]蒸發(fā)裝置中剩余的固體及高沸物直接由釜底放到水解釜(8)中，與堿液進(jìn)行中和水解反應(yīng)，水解物由泵(16)送到固液分離裝置(13)后，通過(guò)分離得到液相為高氯含量的廢水，固相則為硅粉、催化劑、二氧化硅、金屬氯化物等的混合物，當(dāng)做固體廢物處理。
[0048]反應(yīng)精餾裝置(I)中反應(yīng)非常迅速，生成硅酸酯的同時(shí)也有大量副產(chǎn)物氯化氫生成，氯化氫不停地往上移動(dòng)，通過(guò)(I)頂部出口及時(shí)移除，經(jīng)過(guò)冷卻器(9)冷卻分離掉其所攜帶的其它原副產(chǎn)物后，去氯化氫吸收槽(6)中，用水進(jìn)行吸收制備鹽酸。
[0049]反應(yīng)精餾裝置(I)底部排出反應(yīng)產(chǎn)物硅酸酯，直接通過(guò)硅酸酯輸送泵(14)送至趕酸裝置(2)，于趕酸裝置(2)中不斷通入乙醇作為趕酸劑，乙醇在(2)中與硅酸酯換熱蒸發(fā)，同時(shí)帶走硅酸酯中殘留的氯化氫氣體，由(2)裝置中上部采出后直接送去反應(yīng)精餾裝置(I)中參與反應(yīng)。由趕酸裝置(2)的中下部不間斷采出精制硅酸酯，并定期或不定期從
(2)的底部排出高沸物。
[0050]實(shí)施例2
[0051]本實(shí)施例中以四氯化硅渣漿殘液為反應(yīng)原料，乙醇為趕酸劑，所涉及的裝置系統(tǒng)如附圖2所示。
[0052]直接將四氯化硅渣漿殘液送至反應(yīng)精餾裝置(I)中進(jìn)行合成反應(yīng)，反應(yīng)中不但生成目標(biāo)產(chǎn)物硅酸乙酯，同時(shí)也有大量的副產(chǎn)物氯化氫產(chǎn)生。氯化氫由反應(yīng)精餾裝置(I)頂部出口及時(shí)移除，經(jīng)過(guò)冷卻器(9)冷卻分離掉其所攜帶的其它原副產(chǎn)物后，再送到吸收劑儲(chǔ)罐(3)中用四氯化硅進(jìn)一步吸收氯化氫中所攜帶的脂肪醇后，直接送去氯硅烷合成裝置循環(huán)使用。
[0053]反應(yīng)產(chǎn)物硅酸乙酯及固體物料由⑴底部排出，通過(guò)固液分離裝置(12)分離后，固體主要為硅粉和催化劑，可直接回收。液相收集于硅酸酯緩沖罐(4)中，通過(guò)硅酸酯輸送泵(14)送至趕酸裝置(2)。
[0054]于趕酸裝置(2)中不斷通入乙醇作為趕酸劑，乙醇在(2)中利用硅酸乙酯的熱量進(jìn)行蒸發(fā)，同時(shí)帶走硅酸乙酯中殘留的氯化氫氣體，由(2)裝置中上部采出后直接送去反應(yīng)精餾裝置(I)中參與反應(yīng)。趕酸裝置(2)的中下部不間斷采出精制硅酸乙酯，并定期或不定期從(2)的底部排出高沸物。
[0055]實(shí)施例3
[0056]本實(shí)施例中以四氯化硅渣漿殘液為反應(yīng)原料，乙醇為趕酸劑，直接將氯硅烷渣漿殘液送去反應(yīng)精餾裝置進(jìn)行反應(yīng)，但是反應(yīng)尾氣沒(méi)有返回氯硅烷合成裝置，而是用水吸收后制成鹽酸，所涉及的裝置系統(tǒng)如附圖3所示。
[0057]直接將四氯化硅渣漿殘液送至反應(yīng)精餾裝置(I)中進(jìn)行合成硅酸酯的反應(yīng)，反應(yīng)中不但生成目標(biāo)產(chǎn)物硅酸乙酯，同時(shí)也有大量的副產(chǎn)物氯化氫產(chǎn)生。氯化氫由反應(yīng)精餾裝置(I)頂部出口及時(shí)移除，經(jīng)過(guò)冷卻器(9)冷卻分離掉其所攜帶的其它原副產(chǎn)物后，去氯化氫吸收槽(6)中，用水進(jìn)行吸收制備鹽酸。
[0058]反應(yīng)產(chǎn)物硅酸乙酯及固體物料由⑴底部排出，通過(guò)固液分離裝置(12)分離后，固體主要為硅粉和催化劑，可直接回收。液相收集于硅酸酯緩沖罐(4)中，通過(guò)硅酸酯輸送泵(14)送至趕酸裝置(2)。
[0059]于趕酸裝置(2)中不斷通入乙醇作為趕酸劑，乙醇在(2)中利用硅酸乙酯的熱量進(jìn)行蒸發(fā)，同時(shí)帶走硅酸乙酯中殘留的氯化氫氣體，由(2)裝置中上部采出后直接送去反應(yīng)精餾裝置(I)中參與反應(yīng)。趕酸裝置(2)的中下部不間斷采出精制硅酸乙酯，并定期或不定期從(2)的底部排出高沸物。
【權(quán)利要求】
1.一種回收利用氯硅烷渣漿殘液制備硅酸酯的裝置系統(tǒng)，包括反應(yīng)精餾裝置、趕酸裝置、固液分離裝置、換熱設(shè)備、物料輸送設(shè)備和物料儲(chǔ)存設(shè)備，其特征具體為: 所述的裝置系統(tǒng)以反應(yīng)精餾裝置為核心，與趕酸裝置、固液分離設(shè)備、換熱設(shè)備、物料輸送設(shè)備和儲(chǔ)存設(shè)備共同組成回收利用氯硅烷渣漿殘液制備硅酸酯的裝置系統(tǒng)；所述物料儲(chǔ)存設(shè)備包括硅酸酯緩沖罐和吸收劑儲(chǔ)罐；所述反應(yīng)精餾裝置的底部與固液分離裝置、硅酸酯緩沖罐、物料輸送設(shè)備、趕酸裝置通過(guò)管道依次連通，且反應(yīng)蒸餾裝置與趕酸裝置連通；所述反應(yīng)精餾裝置的頂部與換熱設(shè)備、吸收劑儲(chǔ)罐通過(guò)管道依次連通，且反應(yīng)蒸餾裝置與吸收劑儲(chǔ)罐連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)施過(guò)程中渣漿殘液先進(jìn)入反應(yīng)精餾裝置，待物料中的氯元素都變成氯化氫后，再通過(guò)固液分離裝置和趕酸裝置將各物料分開，最終得到合格的硅酸酯產(chǎn)品、回收硅粉、催化劑和氯化氫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，所涉及的反應(yīng)精餾裝置至少設(shè)置4個(gè)管口，一個(gè)用于反應(yīng)主產(chǎn)物出料，一個(gè)用于反應(yīng)尾氣出口，一個(gè)用于氯硅烷渣漿殘液物料的進(jìn)口，一個(gè)用于脂肪醇的進(jìn)口或者趕酸塔頂部物料的接收口，反應(yīng)精餾裝置主要用于硅酸酯的合成和副產(chǎn)物氯化氫的分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，所涉及的趕酸裝置釜底設(shè)置1個(gè)再沸器，主要用于反應(yīng)主產(chǎn)物硅酸酯中所溶解的氯化氫和脂肪醇的分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，所涉及的吸收裝置可以為帶有氣體分布器的儲(chǔ)罐，或者為反應(yīng)精餾結(jié)構(gòu)的設(shè)備，主要用來(lái)吸收氯化氫中所攜帶的脂肪醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，其運(yùn)行溫度為_25°C?300°C，壓力為 0.1MPaA ?3MPaA。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，所涉及的固液分離裝置可以為過(guò)濾裝置、離心分離器或者用于固液相物質(zhì)分離的任何設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，所涉及的換熱設(shè)備包括氣液換熱、液液換熱、冷卻器或者加熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，所涉及的物料輸送設(shè)備可以為壓力輸送、屏蔽泵或者其它用于物料輸送的任何設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，主要采用含C1?C12的脂肪醇作為趕酸劑，首選用于合成硅酸脂的脂肪醇。
11.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于，首選渣漿殘液中含量最高的氯硅烷作為吸收氯化氫中所帶脂肪醇的吸收劑。
【文檔編號(hào)】C07F7/04GK204058313SQ201420342726
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】吳娟 申請(qǐng)人:吳娟