CN108675309B - 一种气相白炭黑生产原料供给的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气相白炭黑生产原料供给的方法，将(CH3)mSiHnCl（4‑m‑n）（m、n为0‑4的整数）与精馏塔底部采出的高沸物换热后进入精馏塔，通过调节阀控制精馏塔顶气相物料采出量和冷凝量，一部分气相物料经过热器过热后去合成炉高温水解，另一部分气相物料冷凝后参与回流。本发明无尾气排放，工艺流程简单，设备投资小，旨在提高气相白炭黑产品质量并实现节能降耗，减少环境污染，具有良好的经济效益和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及气相法白炭黑生产技术领域，尤其是气相白炭黑生产原料供给方法。
背景技术
气相白炭黑是极其重要的纳米级无机原材料之一，由于其特异的性能广泛用于各行业作为添加剂、石油化工、橡胶补强剂、塑料充填剂、高级日用化妆品填料、医药、环保等各种领域。并为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证。国内外气相白炭黑生产工艺基本相似，先把汽化的氯硅烷与空气、氢气混合，在合成炉中反应后再分离制得成品。近年来，随着工业发展，气相白炭黑的应用越来越广泛，产能也逐渐扩大，其原料越来越紧缺。各气相白炭黑生产厂家为保证原料供应不断开发新原料来源。气相白炭黑原料主要来源有三氯氢硅生产的副产四氯化硅、有机硅单体生产副产的甲基氯硅烷、硅粉和氯气直接合成的四氯化硅、甚至还有硅矿石和氯气合成的四氯化硅等。原料来源复杂，其中夹带较多的硅粉等固体杂质或高沸点难汽化杂质，在运输过程中也可能存在槽罐车运装其它产品带来污染，这些因素造成原料汽化器累积大量渣浆，后续的设备及管道也容易堵塞，影响生产稳定性和连续性，并且给气相白炭黑的产品质量带来黑点等外观不达标等影响。传统原料进料的方法是料液经泵送入汽化器汽化，原料气体再与空气、氢气混合去合成炉反应，汽化器底部定期排渣，后续气体混合器及管路定期切换清理，这必然给企业造成一定的经济损失，也增加了操作危险性。CN201720568088公开了一种气相法白炭黑生产用四氯化硅的纯化系统。将粗四氯化硅纯化，顶部排出气相四氯化硅经两级冷凝器冷凝收集至产品中间罐储存，不凝气去尾气处理系统，该方法可以将四氯化硅有效提纯，但工艺设备复杂，需设专门尾气处理装置，有大量的废水、废气产生造成环境污染。且纯化后的四氯化硅液体需要再进行加热汽化去高温水解反应，故能耗高。
发明内容
本发明的目的在于解决以上问题，提供一种气相白炭黑生产原料供给的方法，以稳定生产，延长开车周期，提高气相白炭黑产品质量，节能降耗，提高企业经济效益。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
将(CH3)mSiHnCl（4-m-n）（m、n为0-4的整数）通入冷却器，与精馏塔底部采出高沸物换热后进入精馏塔。精馏塔顶部出气口设除雾器，减少气相夹带硅粉等杂质。两个串级的调节阀控制从除雾器出去的气相采出量和气相冷凝量比例为6~1:1。采出气相物料经过热器加热后去合成炉高温水解，需冷凝的气相经冷凝器冷凝至回流槽经泵送至精馏塔。采出的气相中沸点大于二甲基二氯硅烷的物质及固体总含量小于10ppm。精馏塔底部采出的混合物中(CH3)mSiHnCl（4-m-n）质量少于40%。
本申请的技术方案中控制气相中高沸物及固体总含量小于10ppm一是通过控制精馏塔回流比，即气相去冷凝回精馏塔的量：气相采出去高温水解的量。本申请中比例为6-1：1；二是，精馏塔压力和温度，三是精馏塔的高度。将本申请中高沸物改为沸点大于二甲基二氯硅烷的物质更合适，实际生产中将在一定温度下不能汽化的物质统称高沸物，其中有机械杂质和硅粉、液相未能分析化验出具体是什么物质。去高温水解的原料若夹带这些物质将降低其纯度及白炭黑产品质量）
2.精馏塔底采出的中高沸物混合物质量少于40%，尽量将(CH3)mSiHnCl（4-m-n）利用去高温水解，而不是从塔底排出，另外还要保证塔底物料不要太粘稠，不便于外输。与原料纯度、回流比有关系，影响采出气相的组分及质量，影响设备1换热效果和精馏塔的操作温度。这里的高沸物指二甲基二氯硅烷、一甲基三氯硅烷、四氯化硅中一种或几种物质以及沸点高于二甲基二氯硅烷的物质和硅粉等固体杂质，因此精馏塔底部采出的混合物中(CH3)mSiHnCl（4-m-n）质量少于40%。）
过热器采用0.5-1.0MPa（G）蒸汽加热，加热温度在140-170℃，使原料充分汽化，便于与氢气和空气充分混合。塔釜再沸器采用0.5MPa（G）蒸汽加热，将釜温维持在70-100℃，塔顶压力通过调节阀优先控制在0.1-0.15MPa（G），与反应系统压力匹配。塔底采出高沸物与原料换热冷却至30-60℃后送至储罐，通过控制高沸物出料量来调节精馏塔釜液位。
本发明技术优点：（1）将原料中的沸点大于二甲基二氯硅烷的物质及固体杂质有效分离，实现原料中杂质含量低于10ppm，大大提高了产品质量。（2）原料净化及供给合成炉实现了连续化，优化了工艺路线，减少设备投资，每生产一吨气相白炭黑节约蒸汽消耗 5.1×105kj。（3）本工艺无尾气外排，不产生二次污染，采出的气相全部去合成炉高温水解反应，属清洁生产工艺。本发明稳定了气相白炭黑生产，提高了产品质量，降低了成本，工艺流程简单，减少了环境污染，具有良好的经济效益和环保效益。
附图说明
1.附图1是本发明工艺流程示意图。
图中：1—冷却器、2—精馏塔、3—塔釜再沸器、4—除雾器、5—冷凝量调节阀、6—冷凝器、7—回流槽、8—回流泵、9—气相流量调节阀、10—过热器。
2.附图2是传统原料供给系统。
图中：1’—高位槽、2’—汽化器、3’—渣浆槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
传统工艺：
质量份数97%的四氯化硅由泵自储罐打入高位槽（1’），控制高位槽液位以稳定进料，料液经控制流量1t/h由高位槽自流至汽化器（2’）。汽化器采用0.5MPa（G）蒸汽加热至90℃，使原料瞬间汽化，然后去合成炉水解反应。汽化器（2’）底部逐渐积累高沸点物质和固体杂质，成粘稠黑褐色液体，定期排至渣浆槽（3’）。每7-15天停车清理一次汽化器及汽化器至合成炉间管道。合成的气相白炭黑产品淡黄色，每20g产品中黑点数量10颗，三氧化二铁含量50ppm。
实施例2
一甲基三氯硅烷95%、三甲基一氯硅烷1%、二甲基二氯硅烷3%，杂质等1%的混合物1t/h经计量后由泵自储罐打入冷却器（1），冷却器内的物料与精馏塔（2）底部采出物料换热至40℃，进入精馏塔（2）。精馏塔（2）底部采出物料含二甲基二氯硅烷、一甲基三氯硅烷、硅粉及其它固体杂质，被冷却到40-50℃后去储罐储存。精馏塔（2）物料通过塔釜再沸器（3）提供的热源进行质和热的交换。塔釜再沸器（3）采用0.5MPa（G）蒸汽加热，维持塔顶温度在89-92℃，塔顶压力为0. 12MPa（G）。塔顶气相经过除雾器除去液雾夹带后经冷凝量调节阀（5）和气相流量调节阀（9）串级调节控制采出量和冷凝量，采出和回流的质量比为4：1。气相采出物料沸点高于二甲基二氯硅烷的物质含量5ppm，再经过热器（4）采用1.0MPa（G）蒸汽加热至150℃去合成炉中高温水解。精馏塔底部采出高沸物14.3kg/h，其中一甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷总质量分数30%。得到气相白炭黑产品白色蓬松粉末。每20g中黑点数量少于3颗。三氧化二铁含量9ppm。
实施例3
质量份数97%的四氯化硅1.2t/h经计量后由泵自储罐打入冷却器（1）与精馏塔（2）底部采出物换热，将采出物冷却到40-50℃送储罐储存，换热后的四氯化硅约45℃进入精馏塔（2），通过塔釜再沸器（3）提供的热源进行质和热的交换。塔釜再沸器（3）采用0.5MPa（G）蒸汽加热，维持塔顶温度在75-77℃，塔顶压力为0. 1MPa（G）。塔顶气相经过除雾器出去液雾夹带后经冷凝量调节阀（5）和气相流量调节阀（9）串级调节控制采出量和冷凝量，采出和回流的质量比为5:1。气相采出物料四氯化硅含1.17t/h，杂质含量5ppm，再经过热器（4）采用1.0MPa（G）蒸汽加热至150℃去合成炉中高温水解。精馏塔底部采出物30kg/h，其中四氯化硅质量分数15%。得到气相白炭黑产品白色蓬松粉末。每20g中黑点数量少于3颗。三氧化二铁含量10ppm。
实施例4
一甲基三氯硅烷30%、四氯化硅67%、杂质3%的混合物1t/h经计量后由泵自储罐打入冷却器（1）与精馏塔（2）底部采出物换热，塔底采出物冷却到40-50℃送储罐储存，换热后的四氯化硅进入精馏塔（2），通过塔釜再沸器（3）提供的热源进行质和热的交换。塔釜再沸器（3）采用0.5MPa（G）蒸汽加热，维持塔顶温度在80℃左右，塔顶压力为 0.1-12MPa（G）。塔顶气相经过除雾器除去液雾夹带后经冷凝量调节阀（5）和气相流量调节阀（9）串级调节控制采出量和冷凝量，采出和回流的质量比为4:1。气相采出物料沸点高于二甲基二氯硅烷的杂质含量8ppm，再经过热器（4）采用1.0MPa（G）蒸汽加热至160℃去合成炉中高温水解。精馏塔底部采出高沸物50kg/h，其中四氯化硅、一甲基三氯硅烷总质量分数40%。开车周期45天。得到气相白炭黑产品白色蓬松粉末。每20g中黑点数量少于3颗。三氧化二铁含量10ppm。
Claims (3)
1.一种气相白炭黑生产原料供给的方法，其特征在于，
将氯硅烷原料进入冷却器，氯硅烷原料经换热至40-45℃后进精馏塔，精馏塔底部物料含二甲基二氯硅烷、一甲基三氯硅烷、四氯化硅中一种或几种物质以及沸点高于二甲基二氯硅烷的物质和硅粉的固体杂质，冷却至40-50℃采出去储罐；
精馏塔顶采出的原料经除雾后一部分经过热器后去合成炉高温水解，过热器采用0.5-1.0MPa G蒸汽加热，加热温度控制在140-170℃；
一部分去冷凝器冷凝全回流至精馏塔，除雾后的原料经调节阀一和调节阀二控制气相采出量及气相冷凝量比例为6~1：1，所述的氯硅烷原料为(CH3)mSiHnCl（4-m-n）中的单一组分或其组分混合物，其中m、n为0-4的整数；精馏塔的塔釜再沸器采用0.5MPa G蒸汽加热，将釜温维持在70-100℃，精馏塔顶压力0.05-0.2MPa G，采出的气相中沸点大于二甲基二氯硅烷的物质及固体总含量小于10ppm。
2.权利要求1所述的气相白炭黑生产原料供给的方法，其特征在于，所述的沸点高于二甲基二氯硅烷的物质和硅粉的固体杂质总量≥60%。
3.权利要求1所述的气相白炭黑生产原料供给的方法，其特征在于，提馏段为比表面积为200-400的板波纹填料或固阀塔盘。
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