RU2807187C1 - Combined production method and combined installation for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane and/or polysilicon - Google Patents
Combined production method and combined installation for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane and/or polysilicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807187C1 RU2807187C1 RU2022111801A RU2022111801A RU2807187C1 RU 2807187 C1 RU2807187 C1 RU 2807187C1 RU 2022111801 A RU2022111801 A RU 2022111801A RU 2022111801 A RU2022111801 A RU 2022111801A RU 2807187 C1 RU2807187 C1 RU 2807187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- zirconium oxide
- producing
- hydrogen
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION
Эта заявка испрашивает приоритет заявки на патент Китая № CN201811510146.5, поданной 11 декабря 2018 года, с названием «Комбинированный способ получения оксида циркония, метилхлорсилана и/или поликристаллического кремния и комбинированная установка», которая включена сюда по ссылке во всей своей полноте.This application claims priority to Chinese Patent Application No. CN201811510146.5, filed on December 11, 2018, entitled “Combined Method for Producing Zirconium Oxide, Methylchlorosilane and/or Polycrystalline Silicon and Combination Plant,” which is incorporated herein by reference in its entirety.
Область изобретенияField of invention
Настоящее изобретение относится к технической области получения оксида циркония и силиконовых мономеров, и, в частности, относится к комбинированному способу получения оксида циркония, метилхлорсилана и/или поликристаллического кремния, а также к комбинированной установке.The present invention relates to the technical field of producing zirconium oxide and silicone monomers, and, in particular, relates to a combined method for producing zirconium oxide, methylchlorosilane and/or polycrystalline silicon, as well as a combined installation.
Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Диоксид циркония (ZrO2) - это важный керамический материал с превосходными свойствами, такими как стойкость к высокой температуре, износостойкость и коррозионная стойкость. В дополнение к применению в качестве огнеупорных материалов и керамических пигментов, он стал важным сырьем для электронной керамики, функциональной керамики и искусственных драгоценных камней и все более и более широко используется в высокотехнологичных областях. Тетрахлорид циркония является базовым сырьем для получения оксида циркония, и способ получения тетрахлорида циркония также является ключевой стадией при получении оксида циркония. Во время получения тетрахлорида циркония способом хлорирования образуется большое количество содержащего СО отходящего газа. Во время процесса получения оксида циркония будет возникать большое количество сбросного кислотного раствора, и непосредственный сброс будет вызывать загрязнение окружающей среды, с одной стороны, и утрату ценных ресурсов, с другой стороны.Zirconium dioxide (ZrO 2 ) is an important ceramic material with excellent properties such as high temperature resistance, wear resistance and corrosion resistance. In addition to applications as refractory materials and ceramic pigments, it has become an important raw material for electronic ceramics, functional ceramics and artificial gemstones, and is increasingly used in high-tech fields. Zirconium tetrachloride is the base raw material for producing zirconium oxide, and the method for producing zirconium tetrachloride is also a key step in producing zirconium oxide. During the production of zirconium tetrachloride by the chlorination process, a large amount of CO-containing exhaust gas is generated. During the zirconium oxide production process, a large amount of waste acid solution will be generated, and the direct discharge will cause environmental pollution on the one hand and loss of valuable resources on the other hand.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Для решения вышеуказанных проблем в уровне техники настоящее изобретение предлагает комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана и/или поликристаллического кремния и комбинированную установку, причем в комбинированном способе могут использоваться отходящие газы, такие как монооксид углерода и хлороводород, образовавшиеся во время получения оксида циркония, в качестве сырья для получения метилхлорсилана, с тем чтобы обеспечить возможность эффективного повторного использования отходящих газов с большой выгодой, что дополнительно сокращает затраты на обработку отходящих газов и затраты на производство метилхлорсилана. В то же время, жидкофазный продукт тетрахлорид кремния, образовавшийся во время получения оксида циркония, также может быть использован в качестве сырья для получения поликристаллического кремния.To solve the above problems in the prior art, the present invention provides a combined method for producing zirconium oxide and methylchlorosilane and/or polycrystalline silicon and a combined plant, wherein the combined method can use off-gases such as carbon monoxide and hydrogen chloride generated during the production of zirconium oxide, in as a raw material for the production of methylchlorosilane, so as to enable the efficient reuse of off-gases with great profit, which further reduces the cost of off-gas treatment and the cost of producing methylchlorosilane. At the same time, the liquid-phase silicon tetrachloride product formed during the production of zirconium oxide can also be used as a raw material for the production of polycrystalline silicon.
В первом аспекте настоящее изобретение предлагает комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана, включающий:In a first aspect, the present invention provides a combined process for producing zirconium oxide and methylchlorosilane, comprising:
получение оксида циркония с использованием цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, и продукты, отделенные во время получения оксида циркония, включают газофазные продукты и жидкофазные продукты, и упомянутые газофазные продукты включают монооксид углерода, газообразный водород и хлороводород; иproducing zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, and the products separated during the production of zirconium oxide include gas-phase products and liquid-phase products, and said gas-phase products include carbon monoxide, gas hydrogen and hydrogen chloride; And
получение метилхлорсилана с использованием отделенных во время получения оксида циркония газофазных продуктов в качестве сырьевых материалов.producing methylchlorosilane using gas-phase products separated during the production of zirconium oxide as raw materials.
Предпочтительно, комбинированный способ в частности включает следующие стадии:Preferably, the combined method particularly includes the following steps:
смешение и нагревание цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в первом реакторе, причем цирконовый песок, углеродный восстановитель и газообразный хлор реагируют с образованием тетрахлорида циркония, тетрахлорида кремния и монооксида углерода; теплопополняющий агент кремний, газообразный хлор и хлороводород реагируют с образованием тетрахлорида кремния и газообразного водорода, с тем чтобы получить первую газофазную смесь;mixing and heating zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride in the first reactor, the zircon sand, carbon reducing agent and chlorine gas reacting to form zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride and carbon monoxide; the heat replenishing agent silicon, chlorine gas and hydrogen chloride react to form silicon tetrachloride and hydrogen gas so as to obtain a first gas-phase mixture;
удаление хлороводорода и газообразного хлора из первой газофазной смеси пропусканием первой газофазной смеси через кремниевый порошок в дехлораторе;removing hydrogen chloride and chlorine gas from the first gas-phase mixture by passing the first gas-phase mixture through silicon powder in a dechlorinator;
охлаждение первой газофазной смеси, из которой были удалены хлороводород и газообразный хлор, для отделения чернового твердого тетрахлорида циркония; осуществление гидролиза чернового твердого тетрахлорида циркония с образованием оксихлорида циркония, с тем чтобы получить гидролизатную смесь; затем подвергание гидролизатной смеси выпариванию, кристаллизации и разделению твердой и жидкой фаз с получением твердого оксихлорида циркония; и нагревание твердого оксихлорида циркония во втором реакторе с получением оксида циркония;cooling the first gas-phase mixture from which hydrogen chloride and chlorine gas have been removed to separate the rough solid zirconium tetrachloride; hydrolyzing the rough solid zirconium tetrachloride to form zirconium oxychloride to obtain a hydrolyzate mixture; then subjecting the hydrolyzate mixture to evaporation, crystallization and solid-liquid separation to obtain solid zirconium oxychloride; and heating the solid zirconium oxychloride in a second reactor to produce zirconium oxide;
промывание первой газофазной смеси, из которой был удален черновой твердый тетрахлорид циркония, с использованием тетрахлорида кремния в качестве промывного раствора для извлечения из него тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить вторую газофазную смесь, содержащую монооксид углерода и газообразный водород;washing the first gas-phase mixture from which the crude solid zirconium tetrachloride has been removed using silicon tetrachloride as a washing solution to recover silicon tetrachloride therefrom so as to obtain a second gas-phase mixture containing carbon monoxide and hydrogen gas;
введение второй газофазной смеси в третий реактор; сжатие и нагревание для проведения реакции и образования метанола, с тем чтобы получить третью газофазную смесь;introducing a second gas-phase mixture into a third reactor; compressing and heating to react and form methanol so as to obtain a third gas-phase mixture;
введение третьей газофазной смеси в четвертый реактор и введение хлороводорода в четвертый реактор, нагревание для проведения реакции метанола с хлороводородом с образованием хлорметана, с тем чтобы получить четвертую газофазную смесь;introducing a third gas-phase mixture into a fourth reactor and introducing hydrogen chloride into the fourth reactor, heating to react methanol with hydrogen chloride to form chloromethane so as to obtain a fourth gas-phase mixture;
введение четвертой газофазной смеси в пятый реактор и введение кремниевого порошка в пятый реактор, нагревание для проведения реакции хлорметана с кремниевым порошком с образованием метилхлорсилана, с тем чтобы получить пятую газофазную смесь.introducing a fourth gas-phase mixture into a fifth reactor; and introducing silicon powder into the fifth reactor, heating to react chloromethane with the silicon powder to form methylchlorosilane so as to obtain a fifth gas-phase mixture.
Предпочтительно, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, the combination method further includes the following steps:
детектирование молярного отношения углерода к водороду во вводимых в третий реактор газах с помощью углеводородного детектора, когда детектированное молярное отношение углерода к водороду является бóльшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, вводят газообразный водород в третий реактор до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду во вводимых в третий реактор газах не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду; когда детектированное молярное отношение углерода к водороду является меньшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, сокращают количество вводимого в первый реактор хлороводорода до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду во вводимых в третий реактор газах не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду.detecting the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor using a hydrocarbon detector, when the detected molar ratio of carbon to hydrogen is greater than the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, introducing hydrogen gas into the third reactor until the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor will not be equal to the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen; when the detected molar ratio of carbon to hydrogen is less than the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, reduce the amount of hydrogen chloride introduced into the first reactor until the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor is equal to the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen.
Предварительно, заданное молярное отношение углерода к водороду составляет от 1:4 до 1:5.The predetermined molar ratio of carbon to hydrogen is from 1:4 to 1:5.
Предпочтительно, третий реактор имеет давление от 5,0 МПа до 6,0 МПа и температуру нагрева от 220ºС до 250ºС.Preferably, the third reactor has a pressure of from 5.0 MPa to 6.0 MPa and a heating temperature of from 220ºC to 250ºC.
Предпочтительно, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, the combination method further includes the following steps:
введение одного или более из газофазных продуктов, полученных выпариванием гидролизатной смеси и кристаллизацией гидролизатной смеси, в отпарную колонну для отпаривания хлороводорода, а затем использование отпаренного хлороводорода в качестве источника хлороводорода для введения в четвертый реактор.introducing one or more of the gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture and crystallizing the hydrolyzate mixture into a stripper column for stripping hydrogen chloride, and then using the stripped hydrogen chloride as a source of hydrogen chloride for introduction into the fourth reactor.
Предпочтительно, упомянутая отпарная колонна имеет температуру отпаривания от 40ºС до 60ºС и давление от 0,1 МПа до 0,3 МПа.Preferably, said stripping column has a stripping temperature of 40°C to 60°C and a pressure of 0.1 MPa to 0.3 MPa.
Предпочтительно, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, the combination method further includes the following steps:
введение газофазных продуктов, полученных выпариванием гидролизатной смеси, в теплообменник в качестве источника тепла; введение гидролизатной смеси в теплообменник для повышения температуры за счет теплообмена, затем выпаривание гидролизатной смеси после повышения температуры за счет теплообмена; введение газофазных продуктов, полученных выпариванием гидролизатной смеси, в теплообменник для снижения температуры за счет теплообмена, после чего введение газофазных продуктов в отпарную колонну для отпаривания.introducing gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture into the heat exchanger as a heat source; introducing the hydrolyzate mixture into the heat exchanger to increase the temperature by heat exchange, then evaporating the hydrolyzate mixture after increasing the temperature by heat exchange; introducing the gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture into a heat exchanger to reduce the temperature due to heat exchange, followed by introducing the gas-phase products into a stripping column for stripping.
Предпочтительно, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, the combination method further includes the following steps:
охлаждение хлороводорода, выпущенного из газофазного выпуска отпарной колонны, для отделения от него воды и введение хлороводорода, из которого была удалена вода, в четвертый реактор.cooling the hydrogen chloride discharged from the gas-phase outlet of the stripping column to separate water therefrom; and introducing the hydrogen chloride from which the water has been removed into the fourth reactor.
Предпочтительно, перед подверганием гидролизатной смеси выпариванию, кристаллизации и разделению твердой и жидкой фаз для получения твердого оксихлорида циркония, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, before subjecting the hydrolyzate mixture to evaporation, crystallization and solid-liquid separation to obtain solid zirconium oxychloride, the combination method further includes the following steps:
подвергание гидролизатной смеси разделению твердой и жидкой фаз для удаления из нее твердых примесей.subjecting the hydrolyzate mixture to solid-liquid separation to remove solid impurities from it.
Предпочтительно, перед введением второй газофазной смеси в третий реактор, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, before introducing the second gas-phase mixture into the third reactor, the combination method further includes the following steps:
охлаждение второй газофазной смеси для отделения жидкого тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить очищенные продукты второй газовой фазы.cooling the second gas phase mixture to separate the liquid silicon tetrachloride so as to obtain purified products of the second gas phase.
Предпочтительно, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, the combination method further includes the following steps:
используют жидкий тетрахлорид кремния, отделенный охлаждением второй газофазной смеси, в качестве источника холода для стадии охлаждения и отделения чернового твердого тетрахлорида циркония из первой газофазной смеси; и/илиusing liquid silicon tetrachloride, separated by cooling the second gas-phase mixture, as a cold source for the cooling step and separating the crude solid zirconium tetrachloride from the first gas-phase mixture; and/or
используют жидкий тетрахлорид кремния, отделенный охлаждением второй газофазной смеси, в качестве промывного раствора для стадии промывания первой газофазной смеси, от которой был отделен тетрахлорид кремния, для удаления тетрахлорида кремния.using liquid silicon tetrachloride, separated by cooling the second gas-phase mixture, as a washing solution for the step of washing the first gas-phase mixture, from which silicon tetrachloride was separated, to remove silicon tetrachloride.
Предпочтительно, перед введением третьей газофазной смеси в четвертый реактор, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, before introducing the third gas-phase mixture into the fourth reactor, the combination method further includes the following steps:
охлаждение третьей газофазной смеси для получения метанола-сырца и очистку метанола-сырца ректификацией с получением очищенных продуктов третьей газовой фазы.cooling the third gas-phase mixture to obtain raw methanol and purifying the raw methanol by rectification to obtain purified products of the third gas phase.
Предпочтительно, перед введением четвертой газофазной смеси в пятый реактор, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, before introducing the fourth gas-phase mixture into the fifth reactor, the combination method further includes the following steps:
промывание и охлаждение четвертой газофазной смеси с использованием воды в качестве промывного раствора для удаления метанола и хлороводорода, а затем осушение для удаления воды, с тем чтобы получить очищенные продукты четвертой газовой фазы.washing and cooling the fourth gas phase mixture using water as a wash solution to remove methanol and hydrogen chloride, and then drying to remove water so as to obtain purified fourth gas phase products.
Предпочтительно, первый реактор имеет температуру нагрева от 1050ºС до 1200ºС, и/или второй реактор имеет температуру нагрева от 800ºС до 1000ºС.Preferably, the first reactor has a heating temperature of from 1050°C to 1200°C, and/or the second reactor has a heating temperature of from 800°C to 1000°C.
Предпочтительно, четвертый реактор имеет температуру нагрева от 130ºС до 150ºС.Preferably, the fourth reactor has a heating temperature of from 130ºC to 150ºC.
Предпочтительно, пятый реактор имеет температуру нагрева от 280ºС до 320ºС.Preferably, the fifth reactor has a heating temperature of from 280ºC to 320ºC.
Предпочтительно, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии:Preferably, the combination method further includes the following steps:
возвращение жидкости, полученной выпариванием, кристаллизацией и разделением твердой и жидкой фаз гидролизатной смеси, в гидролизатную смесь, которая получена гидролизом чернового твердого тетрахлорида циркония с образованием оксихлорида циркония, и затем подвергание гидролизатной смеси выпариванию, кристаллизации и разделению твердой и жидкой фаз.returning the liquid obtained by evaporation, crystallization and solid-liquid separation of the hydrolyzate mixture into the hydrolyzate mixture, which is obtained by hydrolyzing the crude solid zirconium tetrachloride to form zirconium oxychloride, and then subjecting the hydrolyzate mixture to evaporation, crystallization and solid-liquid separation.
Во втором аспекте настоящее изобретение также предлагает комбинированный способ получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, причем упомянутые жидкофазные продукты, отделенные во время вышеуказанного комбинированного способа получения оксида циркония и метилхлорсилана, включают тетрахлорид кремния, и упомянутый тетрахлорид кремния используют в качестве сырьевого материала для получения поликристаллического кремния.In a second aspect, the present invention also provides a combination process for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon, wherein said liquid phase products separated during the above combined process for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane include silicon tetrachloride, and said silicon tetrachloride is used as a raw material for producing polycrystalline silicon.
Предпочтительно, согласно вышеуказанному комбинированному способу получения оксида циркония и метилхлорсилана, он дополнительно включает следующие стадии:Preferably, according to the above combined method for producing zirconium oxide and methylchlorosilane, it further includes the following steps:
использование жидкофазных продуктов с тетрахлоридом кремния, отделенных во время получения оксида циркония, в качестве сырьевого материала для получения поликристаллического кремния, которое включает сначала выполнение гидрохлорирования упомянутого тетрахлорида кремния для получения трихлорсилана, а затем проведение реакции восстановления трихлорсилана водородом с получением поликристаллического кремния.using liquid-phase silicon tetrachloride products separated during the production of zirconium oxide as a raw material for producing polycrystalline silicon, which includes first performing hydrochlorination of said silicon tetrachloride to produce trichlorosilane, and then carrying out a reduction reaction of trichlorosilane with hydrogen to produce polycrystalline silicon.
В третьем аспекте настоящее изобретение также предлагает комбинированную установку для получения оксида циркония и метилхлорсилана, используемую в вышеуказанном комбинированном способе, включающую:In a third aspect, the present invention also provides a combination plant for producing zirconium oxide and methylchlorosilane used in the above combination method, comprising:
устройство получения оксида циркония, которое используется для получения оксида циркония с применением цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, а также используется для отделения газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода, полученных во время получения оксида циркония;zirconium oxide producing device, which is used to produce zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, and is also used to separate the gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride obtained during obtaining zirconium oxide;
устройство получения метилхлорсилана, которое соединено с упомянутым устройством получения оксида циркония и которое используется для получения метилхлорсилана с использованием газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода, выделенных из упомянутого устройства получения оксида циркония, в качестве сырьевых материалов.a methylchlorosilane producing device which is connected to said zirconium oxide producing device and which is used to produce methylchlorosilane using gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride separated from said zirconium oxide producing device as raw materials.
Предпочтительно,Preferably,
устройство получения оксида циркония включает в себя первый реактор, дехлоратор, первый охлаждающий сепаратор, гидролизный резервуар, выпариватель, кристаллизатор, первый сепаратор твердой и жидкой фаз, второй реактор и промывную колонну,the zirconium oxide production device includes a first reactor, a dechlorinator, a first cooling separator, a hydrolysis tank, an evaporator, a crystallizer, a first solid-liquid separator, a second reactor and a washing column,
устройство получения метилхлорсилана включает в себя третий реактор, четвертый реактор и пятый реактор;the methylchlorosilane producing apparatus includes a third reactor, a fourth reactor and a fifth reactor;
причем упомянутый первый реактор используется для смешения и нагрева цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода, обеспечения реакции цирконового песка, углеродного восстановителя и газообразного хлора с образованием тетрахлорида циркония, тетрахлорида кремния и монооксида углерода; и обеспечения реакции теплопополняющего агента кремния, газообразного хлора, хлороводорода с образованием тетрахлорида кремния, газообразного водорода, с тем чтобы получить первую газофазную смесь;wherein said first reactor is used for mixing and heating the zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride, causing the zircon sand, carbon reducing agent and chlorine gas to react to form zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride and carbon monoxide; and causing the heat replenishing agent silicon, chlorine gas, hydrogen chloride to react to form silicon tetrachloride, hydrogen gas, so as to obtain a first gas-phase mixture;
упомянутый дехлоратор размещен между упомянутым первым реактором и упомянутым первым охлаждающим сепаратором, и упомянутый дехлоратор соединен с упомянутым первым реактором и упомянутым первым охлаждающим сепаратором соответственно; в альтернативном варианте, упомянутый дехлоратор размещен в упомянутом первом реакторе и отделяет первую реакционную камеру, предусмотренную в первом реакторе, от выпуска первого реактора, и дехлоратор используется для удаления газообразного хлора, хлороводорода в первой газофазной смеси с использованием кремниевого порошка в нем;said dechlorinator is disposed between said first reactor and said first cooling separator, and said dechlorinator is connected to said first reactor and said first cooling separator, respectively; alternatively, said dechlorinator is disposed in said first reactor and separates a first reaction chamber provided in the first reactor from the outlet of the first reactor, and the dechlorinator is used to remove chlorine gas, hydrogen chloride in the first gas phase mixture using silicon powder therein;
упомянутый первый охлаждающий сепаратор соединен с упомянутым первым реактором и используется для охлаждения вводимой первой газофазной смеси, из которой были удалены хлороводород и хлор, с тем чтобы отделить черновой твердый тетрахлорид циркония и получить первую газофазную смесь без чернового твердого тетрахлорида циркония;said first cooling separator is connected to said first reactor and is used to cool the introduced first gas-phase mixture from which hydrogen chloride and chlorine have been removed so as to separate rough solid zirconium tetrachloride and obtain a first gas-phase mixture without rough solid zirconium tetrachloride;
упомянутый гидролизный резервуар соединен с упомянутым первым охлаждающим сепаратором, и упомянутый черновой твердый тетрахлорид циркония вводится в гидролизный резервуар и затем гидролизуется с образованием оксихлорида циркония, с тем чтобы получить гидролизатную смесь;said hydrolysis tank is connected to said first cooling separator, and said crude solid zirconium tetrachloride is introduced into the hydrolysis tank and then hydrolyzed to form zirconium oxychloride so as to obtain a hydrolyzate mixture;
упомянутый выпариватель соединен с упомянутым гидролизным резервуаром, и упомянутая гидролизатная смесь вводится в выпариватель для выпаривания;said evaporator is connected to said hydrolysis tank, and said hydrolyzate mixture is introduced into the evaporator for evaporation;
упомянутый кристаллизатор соединен с упомянутым выпаривателем, и гидролизатная смесь после выпаривания вводится в кристаллизатор для кристаллизации;said crystallizer is connected to said evaporator, and the hydrolyzate mixture after evaporation is introduced into the crystallizer for crystallization;
упомянутый первый сепаратор твердой и жидкой фаз соединен с упомянутым кристаллизатором, и гидролизатная смесь после кристаллизации вводится в первый сепаратор твердой и жидкой фаз для разделения твердой и жидкой фаз, с тем чтобы получить твердый оксихлорид циркония;said first solid-liquid separator is connected to said crystallizer, and the hydrolyzate mixture after crystallization is introduced into the first solid-liquid separator to separate the solid and liquid phases so as to obtain solid zirconium oxychloride;
упомянутый второй реактор соединен с упомянутым первым сепаратором твердой и жидкой фаз, и твердый оксихлорид циркония вводится во второй реактор и нагревается для получения оксида циркония;said second reactor is connected to said first solid-liquid separator, and solid zirconium oxychloride is introduced into the second reactor and heated to produce zirconium oxide;
упомянутая промывная колонна соединена с упомянутым первым охлаждающим сепаратором, и первая газофазная смесь, из которой был удален черновой твердый тетрахлорид циркония, промывается с использованием тетрахлорида кремния в качестве промывного раствора для извлечения жидкого тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить вторую газофазную смесь, содержащую монооксид углерода и газообразный водород;said washing column is connected to said first cooling separator, and the first gas-phase mixture from which the rough solid zirconium tetrachloride has been removed is washed using silicon tetrachloride as a washing solution to recover liquid silicon tetrachloride so as to obtain a second gas-phase mixture containing carbon monoxide and hydrogen gas;
упомянутый третий реактор соединен с упомянутой промывной колонной, и упомянутая вторая газофазная смесь вводится в третий реактор, сжимается и нагревается для проведения реакции второй газофазной смеси и образования метанола, с тем чтобы получить третью газофазную смесь;said third reactor is connected to said washing column, and said second gas-phase mixture is introduced into the third reactor, compressed and heated to react the second gas-phase mixture and produce methanol so as to obtain a third gas-phase mixture;
упомянутый четвертый реактор соединен с упомянутым третьим реактором, упомянутая третья газофазная смесь вводится в четвертый реактор; хлороводород вводится в четвертый реактор; и оба из них нагреваются для проведения реакции метанола с хлороводородом и образования хлорметана, с тем чтобы получить четвертую газофазную смесь;said fourth reactor is connected to said third reactor, said third gas-phase mixture is introduced into the fourth reactor; hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor; and both of them are heated to react methanol with hydrogen chloride to form chloromethane so as to obtain a fourth gas phase mixture;
упомянутый пятый реактор соединен с упомянутым четвертым реактором, упомянутая четвертая газофазная смесь вводится в пятый реактор, кремниевый порошок вводится в пятый реактор, и оба из них нагреваются для проведения реакции хлорметана с кремниевым порошком и образования метилхлорсилана, с тем чтобы получить пятую газофазную смесь.said fifth reactor is connected to said fourth reactor, said fourth gas-phase mixture is introduced into the fifth reactor, silicon powder is introduced into the fifth reactor, and both of them are heated to react chloromethane with the silicon powder and form methylchlorosilane so as to obtain a fifth gas-phase mixture.
Предпочтительно, устройство получения метилхлорсилана дополнительно включает:Preferably, the methylchlorosilane production apparatus further includes:
водородный трубопровод, соединенный со впуском упомянутого третьего реактора, причем упомянутый водородный трубопровод используется для введения водорода в третий реактор, и упомянутый водородный трубопровод оснащен первым клапаном;a hydrogen pipeline connected to the inlet of said third reactor, said hydrogen pipeline being used for introducing hydrogen into the third reactor, and said hydrogen pipeline being equipped with a first valve;
хлороводородный трубопровод, соединенный со впуском упомянутого первого реактора, причем упомянутый хлороводородный трубопровод используется для введения хлороводорода в первый реактор, и упомянутый хлороводородный трубопровод оснащен вторым клапаном;a hydrogen chloride pipeline connected to the inlet of said first reactor, wherein said hydrogen chloride pipeline is used for introducing hydrogen chloride into the first reactor, and said hydrogen chloride pipeline is equipped with a second valve;
углеводородный детектор для детектирования молярного отношения углерода к водороду в газах, вводимых в упомянутый третий реактор;a hydrocarbon detector for detecting the molar ratio of carbon to hydrogen in gases introduced into said third reactor;
контроллер для приема значения молярного отношения углерода к водороду в газах в упомянутом третьем реакторе, детектированного упомянутым углеводородным детектором, когда детектированное углеводородным детектором молярное отношение углерода к водороду становится бóльшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, контроллер открывает первый клапан для введения газообразного водорода в третий реактор до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду во вводимых в третий реактор газах не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду, и тогда контроллер закрывает первый клапан; когда детектированное углеводородным детектором молярное отношение углерода к водороду становится меньшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, контроллер закрывает второй клапан для сокращения количества вводимого в первый реактор хлороводорода до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду во вводимых в третий реактор газах не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду, и тогда контроллер открывает второй клапан.a controller for receiving a value of a molar ratio of carbon to hydrogen in the gases in said third reactor detected by said hydrocarbon detector; when the molar ratio of carbon to hydrogen detected by the hydrocarbon detector becomes larger than a predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, the controller opens the first valve to introduce hydrogen gas into the third reactor until the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor becomes equal to the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, and then the controller closes the first valve; when the molar ratio of carbon to hydrogen detected by the hydrocarbon detector becomes less than the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, the controller closes the second valve to reduce the amount of hydrogen chloride introduced into the first reactor until the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor is becomes equal to the preset molar ratio of carbon to hydrogen, and then the controller opens the second valve.
Предпочтительно, устройство получения метилхлорсилана дополнительно включает в себя:Preferably, the methylchlorosilane producing apparatus further includes:
отпарную колонну, и газовый выпуск упомянутой отпарной колонны соединен со впуском упомянутого четвертого реактора,a stripping column, and a gas outlet of said stripping column is connected to an inlet of said fourth reactor,
впуск упомянутой отпарной колонны соединен с упомянутым выпаривателем, и газофазные продукты, испаренные в выпаривателе, вводятся в отпарную колонну для отпаривания хлороводорода, а отпаренный хлороводород вводятся в упомянутый четвертый реактор в качестве источника хлороводорода; и/илиthe inlet of said stripping column is connected to said evaporator, and gas-phase products evaporated in the evaporator are introduced into the stripping column for stripping hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is introduced into said fourth reactor as a source of hydrogen chloride; and/or
впуск упомянутой отпарной колонны соединен с упомянутым кристаллизатором, и газовая фаза, кристаллизованная в кристаллизаторе, вводится в отпарную колонну для отпаривания хлороводорода, а отпаренный хлороводород вводится в упомянутый четвертый реактор в качестве источника хлороводорода.the inlet of said stripping column is connected to said crystallizer, and the gas phase crystallized in the crystallizer is introduced into the stripping column to strip off hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is introduced into said fourth reactor as a source of hydrogen chloride.
Предпочтительно, устройство получения метилхлорсилана дополнительно включает в себя:Preferably, the methylchlorosilane producing apparatus further includes:
теплообменник, который соединен с упомянутой отпарной колонной и также соединен с упомянутым выпаривателем, и газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси посредством выпаривателя, вводятся в теплообменник в качестве источника тепла, а гидролизатная смесь вводится в теплообменник для повышения температуры за счет теплообмена, и затем газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси, вводятся в теплообменник для снижения температуры за счет теплообмена, после чего газофазные продукты вводятся в отпарную колонну для отпаривания.a heat exchanger which is connected to said stripping column and also connected to said evaporator, and gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture by means of the evaporator are introduced into the heat exchanger as a heat source, and the hydrolyzate mixture is introduced into the heat exchanger to raise the temperature by heat exchange, and then gas-phase The products obtained by evaporation of the hydrolyzate mixture are introduced into the heat exchanger to reduce the temperature by heat exchange, after which the gas-phase products are introduced into the stripper column for stripping.
Предпочтительно, устройство получения метилхлорсилана дополнительно включает в себя:Preferably, the methylchlorosilane producing apparatus further includes:
охлаждающий сепаратор на верху отпарной колонны, причем впуск охлаждающего сепаратора на верху отпарной колонны соединен с газовым выпуском отпарной колонны, жидкостный выпуск охлаждающего сепаратора на верху отпарной колонны соединен со впуском на верху отпарной колонны, и газовый выпуск охлаждающего сепаратора на верху колонны соединен с упомянутым четвертым реактором, и охлаждающий сепаратор на верху отпарной колонны используется для охлаждения и отделения воды, и охлажденная и отделенная вода стекает обратно в отпарную колонну, а хлороводород, из которого была удалена вода, протекает в четвертый реактор.a cooling separator at the top of the stripping column, wherein an inlet of the cooling separator at the top of the stripping column is connected to a gas outlet of the stripping column, a liquid outlet of the cooling separator at the top of the stripping column is connected to the inlet at the top of the stripping column, and a gas outlet of the cooling separator at the top of the stripping column is connected to said fourth reactor, and a cooling separator at the top of the stripper is used to cool and separate the water, and the cooled and separated water flows back into the stripper, and the hydrogen chloride from which the water has been removed flows into the fourth reactor.
Предпочтительно, упомянутое устройство получения оксида циркония дополнительно включает в себя:Preferably, said zirconium oxide producing device further includes:
второй сепаратор твердой и жидкой фаз, причем впуск упомянутого второго сепаратора твердой и жидкой фаз соединен с выпуском упомянутого гидролизного резервуара, выпуск второго сепаратора твердой и жидкой фаз соединен со впуском упомянутого выпаривателя, и гидролизатная смесь через гидролизный резервуар вводится во второй сепаратор твердой и жидкой фаз для выполнения разделения твердой и жидкой фаз с удалением твердых примесей, а затем протекает в выпариватель.a second solid-liquid separator, wherein an inlet of said second solid-liquid separator is connected to an outlet of said hydrolysis tank, an outlet of the second solid-liquid separator is connected to an inlet of said evaporator, and the hydrolyzate mixture is introduced through the hydrolysis tank into the second solid-liquid separator to perform solid-liquid separation, removing solid impurities, and then flows into the evaporator.
Предпочтительно, упомянутое устройство получения оксида циркония дополнительно включает в себя:Preferably, said zirconium oxide producing device further includes:
первый охладитель, размещенный между упомянутой промывной колонной и упомянутым третьим реактором, причем впуск упомянутого первого охладителя соединен с газовым выпуском промывной колонны, газовый выпуск первого охладителя соединен со впуском третьего реактора, и первый охладитель используется для охлаждения второй газофазной смеси для отделения жидкого тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить очищенные продукты второй газовой фазы.a first cooler disposed between said wash column and said third reactor, wherein an inlet of said first cooler is connected to a gas outlet of the wash column, a gas outlet of the first cooler is connected to an inlet of the third reactor, and the first cooler is used to cool the second gas-phase mixture to separate liquid silicon tetrachloride, in order to obtain purified products of the second gas phase.
Предпочтительно, жидкостный выпуск упомянутого первого охладителя соединен со впуском упомянутого первого охлаждающего сепаратора, и жидкий тетрахлорид кремния, отделенный от второй газофазной смеси, вводится в первый охлаждающий сепаратор в качестве источника холода для охлаждения первой газофазной смеси с отделением чернового твердого тетрахлорида циркония; и/илиPreferably, a liquid outlet of said first cooler is connected to an inlet of said first cooling separator, and liquid silicon tetrachloride separated from the second gas-phase mixture is introduced into the first cooling separator as a cold source for cooling the first gas-phase mixture to separate rough solid zirconium tetrachloride; and/or
жидкостный выпуск упомянутого первого охладителя соединен с предназначенным для промывного раствора впуском промывной колонны, и жидкий тетрахлорид кремния, отделенный охлаждением второй газофазной смеси, вводится в промывную колонну для промывания с извлечением тетрахлорида кремния.a liquid outlet of said first cooler is connected to a wash solution inlet of the wash column, and liquid silicon tetrachloride separated by cooling the second gas-phase mixture is introduced into the wash column for washing to recover silicon tetrachloride.
Предпочтительно, упомянутое устройство получения метилхлорсилана дополнительно включает в себя:Preferably, said methylchlorosilane producing apparatus further includes:
второй охладитель, соединенный с упомянутым третьим реактором, причем третья газофазная фаза поступает в упомянутый второй охладитель для охлаждения с получением метанола-сырца;a second cooler connected to said third reactor, the third gas phase entering said second cooler for cooling to produce raw methanol;
ректификационную колонну, размещенную между упомянутым вторым охладителем и упомянутым четвертым реактором, причем ректификационная колонна соединена со вторым охладителем и четвертым реактором соответственно, и метанол-сырец вводится в ректификационную колонну для очистки с получением очищенных продуктов третьей газовой фазы.a distillation column placed between said second cooler and said fourth reactor, wherein the distillation column is connected to the second cooler and the fourth reactor, respectively, and the raw methanol is introduced into the distillation column for purification to obtain purified third gas phase products.
Предпочтительно, упомянутое устройство получения метилхлорсилана дополнительно включает в себя:Preferably, said methylchlorosilane producing apparatus further includes:
промывную и охладительную колонну, соединенную с упомянутым четвертым реактором, причем четвертая газофазная смесь поступает в упомянутую промывную и охладительную колонну, и в качестве промывного раствора используется вода для промывания и охлаждения, чтобы удалить метанол и хлороводород;a washing and cooling column connected to said fourth reactor, the fourth gas-phase mixture entering said washing and cooling column, and washing and cooling water being used as a washing solution to remove methanol and hydrogen chloride;
сушильную колонну, размещенную между упомянутой промывной и охладительной колонной и упомянутым пятым реактором, причем сушильная колонна используется для осушения и удаления диметилового простого эфира - побочного продукта во время реакции воды, метанола и хлороводорода для образования метилхлорсилана, с тем чтобы получить очищенные продукты четвертой газовой фазы.a drying column placed between said washing and cooling column and said fifth reactor, the drying column being used for drying and removing dimethyl ether, a by-product during the reaction of water, methanol and hydrogen chloride to form methyl chlorosilane, so as to obtain purified products of the fourth gas phase .
Предпочтительно, жидкостный выпуск упомянутого первого сепаратора твердой и жидкой фаз соединен со впуском упомянутого гидролизного резервуара, и жидкость в первом сепараторе твердой и жидкой фаз перетекает в гидролизный резервуар.Preferably, the liquid outlet of said first solid-liquid separator is connected to the inlet of said hydrolysis tank, and the liquid in the first solid-liquid separator flows into the hydrolysis tank.
В четвертом аспекте настоящее изобретение также предлагает комбинированную установку для получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, причем кроме установки, используемой для комбинированного способа получения оксида циркония и метилхлорсилана, применяемой в вышеуказанном способе, она дополнительно включает в себя:In a fourth aspect, the present invention also provides a combination plant for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon, and in addition to the plant used for the combined method for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane used in the above method, it further includes:
устройство получения поликристаллического кремния, которое соединено с упомянутым устройством получения оксида циркония и его используется для получения поликристаллического кремния с использованием тетрахлорида кремния, отделенного упомянутым устройством получения оксида циркония, в качестве сырьевого материала.a polycrystalline silicon producing device which is connected to said zirconium oxide producing device and is used to produce polycrystalline silicon using silicon tetrachloride separated by said zirconium oxide producing device as a raw material.
По сравнению с уровнем техники, настоящее изобретение обеспечивает следующие выгодные результаты:Compared with the prior art, the present invention provides the following advantageous results:
В комбинированном способе получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния и комбинированной установке, предложенной в настоящем изобретении, для получения метилхлорсилана в качестве сырьевых материалов используются не только монооксид углерода, хлороводород и другие отходящие газы, образовавшиеся во время получения оксида циркония, но и тетрахлорид кремния - побочный продукт, образовавшийся во время получения оксида циркония, также используется в качестве сырьевого материала для получения поликристаллического кремния, так что и отходящие газы, и тетрахлорид кремния могут быть эффективно рециркулированы с большой выгодой, что снижает затраты на обработку отходящих газов и тетрахлорида кремния, исключает загрязнение окружающей среды, снижает затраты на производство метилхлорсилана и поликристаллического кремния и повышает технологический уровень, а также совокупные экономические преимущества.In the combined method for producing zirconium oxide, methylchlorosilane and polycrystalline silicon and the combination plant proposed in the present invention, not only carbon monoxide, hydrogen chloride and other waste gases generated during the production of zirconium oxide, but also silicon tetrachloride are used as raw materials for producing methylchlorosilane - the by-product generated during the production of zirconium oxide is also used as a raw material for the production of polycrystalline silicon, so that both the waste gases and silicon tetrachloride can be efficiently recycled with great benefit, which reduces the cost of treating the waste gases and silicon tetrachloride, eliminates environmental pollution, reduces the cost of producing methylchlorosilane and polycrystalline silicon and increases the technological level, as well as overall economic benefits.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
ФИГ. 1 представляет принципиальную технологическую схему комбинированной установки для получения оксида циркония, метилхлорсилана и/или поликристаллического кремния, приведенной в Примере 2 настоящего изобретения;FIG. 1 is a schematic flow diagram of a combined plant for the production of zirconium oxide, methylchlorosilane and/or polycrystalline silicon shown in Example 2 of the present invention;
ФИГ. 2 представляет принципиальную технологическую схему комбинированной установки для получения оксида циркония и метилхлорсилана и/или поликристаллического кремния, приведенной в Примере 3 настоящего изобретения;FIG. 2 is a schematic flow diagram of a combined plant for the production of zirconium oxide and methylchlorosilane and/or polycrystalline silicon shown in Example 3 of the present invention;
ФИГ. 3 представляет технологическую блок-схему комбинированного способа получения оксида циркония, метилхлорсилана и/или поликристаллического кремния, приведенного в Примере 2 настоящего изобретения.FIG. 3 is a flowchart of the combined process for producing zirconium oxide, methylchlorosilane and/or polycrystalline silicon shown in Example 2 of the present invention.
В фигурах: 1 - первый реактор; 2 - первый охлаждающий сепаратор; 3 - гидролизный резервуар (гидролизер); 4 - выпариватель; 5 - кристаллизатор; 6 - первый сепаратор твердой и жидкой фаз; 7 - второй реактор; 8 - промывная колонна (скруббер); 9 - третий реактор; 10 - четвертый реактор; 11 - пятый реактор; 12 - третий охладитель; 13 - третий резервуар-хранилище; 14 - водородный трубопровод; 15 - углеводородный детектор; 16 - первый клапан; 17 - отпарная колонна; 18 - теплообменник; 19 - испарительный котел отпарной колонны; 20 - второй сепаратор твердой и жидкой фаз; 21 - первый охладитель; 22 - первый резервуар-хранилище; 23 - первый перекачивающий насос; 24 - компрессор; 25 - второй охладитель; 26 - ректификационная колонна; 27 - второй резервуар-хранилище; 28 - второй перекачивающий насос; 29 - промывная и охладительная колонна; 30 - сушильная колонна; 31 - нагреватель; 32 - мельница; 33 - центробежный сепаратор; 34 - охлаждающий сепаратор на верху отпарной колонны; 35 - дехлоратор; 36 - первая реакционная камера; 37 - выпуск первого реактора; 38 - хлороводородный трубопровод; 39 - впуск первого реактора; 40 - второй клапан.In the figures: 1 - first reactor; 2 - first cooling separator; 3 - hydrolysis tank (hydrolyzer); 4 - evaporator; 5 - crystallizer; 6 - first separator of solid and liquid phases; 7 - second reactor; 8 - washing column (scrubber); 9 - third reactor; 10 - fourth reactor; 11 - fifth reactor; 12 - third cooler; 13 - third storage tank; 14 - hydrogen pipeline; 15 - hydrocarbon detector; 16 - first valve; 17 - stripping column; 18 - heat exchanger; 19 - evaporation boiler of the stripping column; 20 - second separator of solid and liquid phases; 21 - first cooler; 22 - first storage tank; 23 - first transfer pump; 24 - compressor; 25 - second cooler; 26 - distillation column; 27 - second storage tank; 28 - second transfer pump; 29 - washing and cooling column; 30 - drying column; 31 - heater; 32 - mill; 33 - centrifugal separator; 34 - cooling separator at the top of the stripping column; 35 - dechlorinator; 36 - first reaction chamber; 37 - release of the first reactor; 38 - hydrogen chloride pipeline; 39 - inlet of the first reactor; 40 - second valve.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments
Чтобы сделать технические решения по настоящему изобретению более понятными специалистам в этой области техники, настоящее изобретение ниже будет дополнительно описано подробнее со ссылкой на сопроводительные чертежи и примеры.To make the technical solutions of the present invention more understandable to those skilled in the art, the present invention will be further described below in more detail with reference to the accompanying drawings and examples.
Примеры настоящего изобретения подробно описаны ниже, причем эти примеры проиллюстрированы на сопроводительных чертежах, на которых одинаковые или сходные ссылочные позиции обозначают одинаковые или сходные элементы, или же элементы, имеющие на всем протяжении описания одинаковые или сходные функции. Примеры, описываемые ниже со ссылками на сопроводительные чертежи, являются иллюстративными и использованы только для разъяснения настоящего изобретения, но не должны быть истолкованы как ограничение настоящего изобретения.Examples of the present invention are described in detail below, which examples are illustrated in the accompanying drawings, in which the same or similar reference numerals denote the same or similar elements, or elements having the same or similar functions throughout the description. The examples described below with reference to the accompanying drawings are illustrative and are used only to explain the present invention, but should not be construed as limiting the present invention.
Пример 1Example 1
Пример настоящего изобретения представляет комбинированную установку для получения оксида циркония и метилхлорсилана, содержащую:An example of the present invention is a combined plant for the production of zirconium oxide and methylchlorosilane, containing:
устройство получения оксида циркония, которое используется для получения оксида циркония с применением цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, и это устройство получения оксида циркония также используется для отделения газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода, образовавшихся во время получения оксида циркония;a zirconium oxide producing device which is used to produce zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, and this zirconium oxide producing device is also used to separate the gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride formed during the production of zirconium oxide;
устройство получения метилхлорсилана, которое соединено с устройством получения оксида циркония и которое используется для получения метилхлорсилана с применением отделенных газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода из устройства получения оксида циркония в качестве сырьевых материалов.a methylchlorosilane producing device which is connected to the zirconium oxide producing device and which is used to produce methyl chlorosilane using separated gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride from the zirconium oxide producing device as raw materials.
Пример настоящего изобретения также представляет комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана с использованием вышеуказанной комбинированной установки для получения оксида циркония и метилхлорсилана, включающий:An example of the present invention also provides a combined method for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane using the above combined plant for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane, comprising:
получение оксида циркония с использованием цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, причем газофазные продукты, отделенные во время получения оксида циркония, включают газофазные продукты монооксид углерода, газообразный водород и хлороводород; иproducing zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, wherein the gas-phase products separated during the production of zirconium oxide include gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride; And
получение метилхлорсилана с использованием отделенных во время получения оксида циркония газофазных продуктов в качестве сырьевых материалов.producing methylchlorosilane using gas-phase products separated during the production of zirconium oxide as raw materials.
В примере настоящего изобретения монооксид углерода и хлороводород, образовавшиеся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырьевых материалов для получения метилхлорсилана, так что как отходящие газы, так и тетрахлорид кремния могут быть эффективно рециркулированы с большой выгодой, что сокращает затраты на обработку отходящих газов и тетрахлорида кремния, исключает загрязнение окружающей среды, снижает затраты на производство метилхлорсилана и поликристаллического кремния и повышает технологический уровень, а также совокупные экономические преимущества.In an example of the present invention, carbon monoxide and hydrogen chloride generated during the production of zirconium oxide are used as raw materials for the production of methyl chlorosilane, so that both off-gases and silicon tetrachloride can be efficiently recycled with great benefit, which reduces off-gas treatment costs and silicon tetrachloride, eliminates environmental pollution, reduces the cost of producing methylchlorosilane and polycrystalline silicon and increases the technological level, as well as overall economic benefits.
Пример 2Example 2
Как показано в ФИГ. 1, пример настоящего изобретения представляет комбинированную установку, применяемую для осуществления комбинированного способа получения оксида циркония и метилхлорсилана, содержащую:As shown in FIG. 1, an example of the present invention represents a combined installation used for implementing a combined method for producing zirconium oxide and methylchlorosilane, containing:
устройство получения оксида циркония, которое используется для получения оксида циркония с применением цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, и это устройство получения оксида циркония также используется для отделения газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода, образовавшихся во время получения оксида циркония;a zirconium oxide producing device which is used to produce zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, and this zirconium oxide producing device is also used to separate the gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride formed during the production of zirconium oxide;
устройство получения метилхлорсилана, которое соединено с устройством получения оксида циркония и которое используется для получения метилхлорсилана с применением отделенных газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода из устройства получения оксида циркония в качестве сырьевых материалов.a methylchlorosilane producing device which is connected to the zirconium oxide producing device and which is used to produce methyl chlorosilane using separated gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride from the zirconium oxide producing device as raw materials.
Кроме того, устройство получения оксида циркония в данном примере включает в себя: первый реактор 1, дехлоратор 35, первый охлаждающий сепаратор 2, гидролизный резервуар 3, выпариватель 4, кристаллизатор 5, первый сепаратор 6 твердой и жидкой фаз, второй реактор 7 и промывную колонну 8.In addition, the device for producing zirconium oxide in this example includes: a first reactor 1, a dechlorinator 35, a first cooling separator 2, a hydrolysis tank 3, an evaporator 4, a crystallizer 5, a first solid-liquid separator 6, a second reactor 7 and a washing column 8.
Цирконовый песок, углеродный восстановитель, газообразный хлор, теплопополняющий агент кремний и хлороводород смешивают и нагревают в первом реакторе 1, в котором цирконовый песок, углеродный восстановитель и газообразный хлор реагируют с образованием тетрахлорида циркония, тетрахлорида кремния и монооксида углерода; теплопополняющий агент кремний, газообразный хлор и хлороводород реагируют с образованием тетрахлорида кремния и газообразного водорода, так что получается первая газофазная смесь.Zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, heat replenishing agent silicon and hydrogen chloride are mixed and heated in the first reactor 1, in which zircon sand, carbon reducing agent and chlorine gas react to form zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride and carbon monoxide; the heat replenishing agent silicon, chlorine gas and hydrogen chloride react to form silicon tetrachloride and hydrogen gas, so that the first gas-phase mixture is obtained.
Более конкретно, первый реактор 1 снабжен одним или более газовым(-и) впуском(-ами) для введения газообразного хлора и хлороводорода. Первый реактор 1 также снабжен одним или более загрузочным(-и) каналом(-ами) для добавления цирконового песка, углеродного восстановителя и теплопополняющего агента кремния. В данном примере внутреннее пространство первого реактора 1 включает первую реакционную камеру 36, и эта первая реакционная камера 36 предпочтительно расположена в нижней части внутреннего пространства первого реактора 1. Первый реактор 1 также должен иметь функцию нагрева для нагревания первой реакционной камеры 36, и имеет температуру нагрева от 1050ºС до 1200ºС.More specifically, the first reactor 1 is provided with one or more gas inlet(s) for introducing chlorine gas and hydrogen chloride. The first reactor 1 is also provided with one or more feed channel(s) for adding zircon sand, carbon reducing agent and silicon heat replenishing agent. In this example, the interior of the first reactor 1 includes a first reaction chamber 36, and this first reaction chamber 36 is preferably located at the lower part of the interior of the first reactor 1. The first reactor 1 should also have a heating function for heating the first reaction chamber 36, and has a heating temperature from 1050ºС to 1200ºС.
Дехлоратор 35 размещен в первом реакторе 1 и отделяет предусмотренную в первом реакторе 1 первую реакционную камеру 36 от выпуска 37 первого реактора. Дехлоратор 35 снабжен кремниевым порошком для удаления газообразного хлора и хлороводорода из первой газофазной смеси при пропускании первой газофазной смеси через кремниевый порошок в дехлораторе 35.The dechlorinator 35 is located in the first reactor 1 and separates the first reaction chamber 36 provided in the first reactor 1 from the outlet 37 of the first reactor. The dechlorinator 35 is provided with silicon powder for removing chlorine gas and hydrogen chloride from the first gas phase mixture by passing the first gas phase mixture through the silicon powder in the dechlorinator 35.
Первый охлаждающий сепаратор 2 соединен с первым реактором 1 и используется для охлаждения вводимой первой газофазной смеси, из которой были удалены хлороводород и газообразный хлор, с тем чтобы отделить черновой твердый тетрахлорид циркония и получить первую газофазную смесь без чернового твердого тетрахлорида циркония; верх колонны первого охлаждающего сепаратора 2 оснащен первым устройством детектирования температуры и первым устройством управления течением флегмового промывного раствора, причем первое устройство детектирования температуры и первое устройство управления течением флегмового промывного раствора соединены в каскадном контуре для управления первым охлаждающим сепаратором с целью поддержания надлежащей температуры охлаждения. В данном примере первый охлаждающий сепаратор 2 предпочтительно имеет температуру нагрева от 180ºС до 250ºС.The first cooling separator 2 is connected to the first reactor 1 and is used to cool the input of the first gas-phase mixture from which hydrogen chloride and chlorine gas have been removed so as to separate rough solid zirconium tetrachloride and obtain a first gas-phase mixture without rough solid zirconium tetrachloride; the top of the column of the first cooling separator 2 is equipped with a first temperature detection device and a first reflux wash solution flow control device, wherein the first temperature detection device and the first reflux wash solution flow control device are connected in a cascade circuit for controlling the first cooling separator to maintain a proper cooling temperature. In this example, the first cooling separator 2 preferably has a heating temperature of from 180ºC to 250ºC.
Гидролизный резервуар 3 соединен с первым охлаждающим сепаратором 2, и черновой твердый тетрахлорид циркония вводят в гидролизный резервуар 3 и затем гидролизуют для образования оксихлорида циркония, с тем чтобы получить гидролизатную смесь. В данном примере гидролизный резервуар 3 выполнен из графита.The hydrolysis tank 3 is connected to the first cooling separator 2, and the rough solid zirconium tetrachloride is introduced into the hydrolysis tank 3 and then hydrolyzed to form zirconium oxychloride so as to obtain a hydrolyzate mixture. In this example, the hydrolysis tank 3 is made of graphite.
С гидролизным резервуаром 3 соединен выпариватель 4, и гидролизатную смесь вводят в выпариватель 4 для выпаривания. В данном примере выпариватель 4 выполнен из графита.An evaporator 4 is connected to the hydrolysis reservoir 3, and the hydrolyzate mixture is introduced into the evaporator 4 for evaporation. In this example, the evaporator 4 is made of graphite.
С выпаривателем 4 соединен кристаллизатор 5, и гидролизатную смесь после выпаривания вводят в кристаллизатор 5 для кристаллизации. В данном примере кристаллизатор 5 выполнен из стеклянного облицовочного материала.A crystallizer 5 is connected to the evaporator 4, and the hydrolyzate mixture after evaporation is introduced into the crystallizer 5 for crystallization. In this example, the crystallizer 5 is made of glass facing material.
С кристаллизатором 5 соединен первый сепаратор 6 твердой и жидкой фаз, и гидролизатную смесь после кристаллизации вводят в первый сепаратор 6 твердой и жидкой фаз для разделения твердой и жидкой фаз, с тем чтобы получить твердый оксихлорид циркония; более конкретно, сепаратор 6 твердой и жидкой фаз в данном примере представляет собой ленточный фильтр, причем, предпочтительно, ленточный фильтр является вакуумным ленточным фильтром.A first solid-liquid separator 6 is connected to the crystallizer 5, and the hydrolyzate mixture after crystallization is introduced into the first solid-liquid separator 6 to separate the solid and liquid phases so as to obtain solid zirconium oxychloride; more specifically, the solid-liquid separator 6 in this example is a belt filter, and preferably the belt filter is a vacuum belt filter.
С первым сепаратором 6 твердой и жидкой фаз соединен второй реактор 7, и твердый оксихлорид циркония вводят во второй реактор 7 и нагревают для получения оксида циркония. В данном примере второй реактор 7 может иметь температуру нагрева от 800ºС до 1000ºС.A second reactor 7 is connected to the first solid-liquid separator 6, and solid zirconium oxychloride is introduced into the second reactor 7 and heated to produce zirconium oxide. In this example, the second reactor 7 may have a heating temperature from 800ºC to 1000ºC.
С первым охлаждающим сепаратором 2 соединена промывная колонна 8, и первую газофазную смесь, из которой был удален черновой твердый тетрахлорид циркония, вводят в промывную колонну 8, затем ее промывают с использованием тетрахлорида кремния в качестве промывного раствора для извлечения жидкого тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить вторую газофазную смесь, содержащую монооксид углерода и газообразный водород. В данном примере промывная колонна 8 представляет собой колонну с сетчатыми тарелками, и промывная колонна 8 предпочтительно рассчитана на применение тетрахлорида кремния в качестве промывного раствора. Верх промывной колонны 8 оснащен вторым устройством детектирования температуры и вторым устройством управления течением промывного раствора, и второе устройство детектирования температуры и второе устройство управления течением промывного раствора соединены в каскадном контуре для управления промывной колонной 8 с целью поддержания надлежащей температуры охлаждения. В данном примере промывная колонна 8 предпочтительно имеет температуру нагрева от -15ºС до 5ºС.A washing column 8 is connected to the first cooling separator 2, and the first gas-phase mixture from which rough solid zirconium tetrachloride has been removed is introduced into the washing column 8, then it is washed using silicon tetrachloride as a washing solution to recover liquid silicon tetrachloride so that obtain a second gas-phase mixture containing carbon monoxide and hydrogen gas. In this example, the washing column 8 is a sieve tray column, and the washing column 8 is preferably designed to use silicon tetrachloride as the washing solution. The top of the washing column 8 is equipped with a second temperature detection device and a second washing solution flow control device, and the second temperature detection device and a second washing solution flow control device are connected in a cascade circuit to control the washing column 8 to maintain a proper cooling temperature. In this example, the washing column 8 preferably has a heating temperature of -15ºC to 5ºC.
Кроме того, устройство получения метилхлорсилана в данном примере главным образом включает: третий реактор 9, четвертый реактор 10 и пятый реактор 11.In addition, the methylchlorosilane production apparatus in this example mainly includes: a third reactor 9, a fourth reactor 10 and a fifth reactor 11.
Третий реактор 9 соединен с промывной колонной 8, и вторую газофазную смесь вводят в третий реактор 9 и сжимают и нагревают ее для проведения реакции второй газофазной смеси с образованием метанола, с тем чтобы получить третью газофазную смесь. В данном примере третий реактор 9 должен иметь функции нагрева и создания давления, и третий реактор 9 может иметь температуру нагрева от 220ºС до 250ºС и давление от 5,0 МПа до 6,0 МПа.The third reactor 9 is connected to the washing column 8, and the second gas-phase mixture is introduced into the third reactor 9 and is compressed and heated to react the second gas-phase mixture to form methanol, so as to obtain the third gas-phase mixture. In this example, the third reactor 9 must have heating and pressurizing functions, and the third reactor 9 may have a heating temperature of 220ºC to 250ºC and a pressure of 5.0 MPa to 6.0 MPa.
С третьим реактором 9 соединен четвертый реактор 10. В четвертый реактор 10 вводят третью газофазную смесь, а также в четвертый реактор 10 вводят хлороводород, оба из них нагревают для проведения реакции метанола с хлороводородом с образованием хлорметана, с тем чтобы получить четвертую газофазную смесь. В данном примере четвертый реактор 10 может иметь температуру нагрева от 130ºС до 150ºС.Connected to the third reactor 9 is a fourth reactor 10. A third gas-phase mixture is introduced into the fourth reactor 10, and hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor 10, both of which are heated to react methanol with hydrogen chloride to form chloromethane, so as to obtain a fourth gas-phase mixture. In this example, the fourth reactor 10 may have a heating temperature of from 130ºC to 150ºC.
С четвертым реактором 10 соединен пятый реактор 11. В пятый реактор 11 вводят четвертую газофазную смесь, а также в пятый реактор вводят кремниевый порошок, оба из них нагревают для проведения реакции хлорметана с кремниевым порошком с образованием метилхлорсилана, с тем чтобы получить пятую газофазную смесь. Более конкретно, пятый реактор 11 представляет собой реактор с псевдоожиженным слоем и может иметь температуру нагрева от 280ºС до 320ºС.Connected to the fourth reactor 10 is a fifth reactor 11. A fourth gas-phase mixture is introduced into the fifth reactor 11, and silicon powder is introduced into the fifth reactor, both of which are heated to react chloromethane with the silicon powder to form methylchlorosilane, so as to obtain a fifth gas-phase mixture. More specifically, the fifth reactor 11 is a fluidized bed reactor and may have a heating temperature of 280°C to 320°C.
Более конкретно, устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the methylchlorosilane producing apparatus in this example further includes:
третий охладитель 12, который соединен с пятым реактором 11, и этот третий охладитель 12 используется для охлаждения выходящей из пятого реактора 11 пятой газофазной смеси с образованием жидкости;a third cooler 12, which is connected to the fifth reactor 11, and this third cooler 12 is used for cooling the fifth gas-phase mixture exiting the fifth reactor 11 to form a liquid;
третий резервуар-хранилище 13, который соединен с третьим охладителем 12, и этот третий резервуар-хранилище 13 используется для хранения появившейся жидкости после охлаждения третьим охладителем 12, причем эта жидкость представляет собой метилхлорсилан.a third storage tank 13, which is connected to the third cooler 12, and this third storage tank 13 is used to store the resulting liquid after cooling by the third cooler 12, which liquid is methyl chlorosilane.
Следует отметить, что устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:It should be noted that the device for producing methylchlorosilane in this example further includes:
водородный трубопровод 14, который соединен со впуском третьего реактора 9 и используется для введения газообразного водорода в третий реактор 9, и этот водородный трубопровод 14 снабжен первым клапаном 16;a hydrogen line 14 which is connected to the inlet of the third reactor 9 and is used for introducing hydrogen gas into the third reactor 9, and this hydrogen line 14 is provided with a first valve 16;
хлороводородный трубопровод 38, который соединен со впуском 39 первого реактора и используется для введения хлороводорода в первый реактор 1, и хлороводородный трубопровод 38 снабжен вторым клапаном 40;a hydrogen chloride line 38, which is connected to the inlet 39 of the first reactor and is used for introducing hydrogen chloride into the first reactor 1, and the hydrogen chloride line 38 is provided with a second valve 40;
углеводородный детектор 15, предпочтительно размещенный между промывной колонной 8 и третьим реактором 9, который используется для детектирования молярного отношения углерода к водороду во вводимых в третий реактор 9 газах и передачи детектированного значения молярного отношения углерода к водороду;a hydrocarbon detector 15, preferably located between the washing column 8 and the third reactor 9, which is used to detect the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor 9 and transmit the detected value of the molar ratio of carbon to hydrogen;
контроллер, который электрически соединен с углеводородным детектором и используется для приема детектированного углеводородным детектором 15 значения молярного отношения углерода к водороду в газах, которые вводятся в третий реактор 9, и контроллер также электрически соединен с вышеуказанным первым клапаном и вышеуказанным вторым клапаном; значение молярного отношения углерода к водороду предварительно задано в контроллере, и детектированное углеводородным детектором молярное отношение углерода к водороду сравнивается контроллером с предварительно заданным значением; когда детектированное углеводородным детектором молярное отношение углерода к водороду становится бóльшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, контроллер открывает первый клапан 16 для введения газообразного водорода в третий реактор 9 до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду, и тогда контроллер закрывает первый клапан 16; когда детектированное углеводородным детектором молярное отношение углерода к водороду становится меньшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, контроллер закрывает второй клапан 40 для сокращения количества вводимого в первый реактор 1 хлороводорода до тех пор, пока детектированное молярное отношение углерода к водороду не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду, и тогда контроллер открывает второй клапан 40. a controller that is electrically connected to the hydrocarbon detector and is used to receive a value of the molar ratio of carbon to hydrogen in gases that are introduced into the third reactor 9 detected by the hydrocarbon detector 15, and the controller is also electrically connected to the above first valve and the above second valve; a carbon to hydrogen molar ratio value is preset in the controller, and the carbon to hydrogen molar ratio detected by the hydrocarbon detector is compared by the controller with the preset value; when the molar ratio of carbon to hydrogen detected by the hydrocarbon detector becomes greater than the preset molar ratio of carbon to hydrogen, the controller opens the first valve 16 to introduce hydrogen gas into the third reactor 9 until the molar ratio of carbon to hydrogen becomes equal to the predetermined molar ratio the ratio of carbon to hydrogen, and then the controller closes the first valve 16; when the molar ratio of carbon to hydrogen detected by the hydrocarbon detector becomes less than the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, the controller closes the second valve 40 to reduce the amount of hydrogen chloride introduced into the first reactor 1 until the detected molar ratio of carbon to hydrogen becomes equal to the preset a given molar ratio of carbon to hydrogen, and then the controller opens the second valve 40.
Предпочтительно, комбинированная установка для получения оксида циркония и метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:Preferably, the combined plant for producing zirconium oxide and methylchlorosilane in this example further includes:
отпарную колонну 17, причем газовый выпуск отпарной колонны 17 соединен со впуском четвертого реактора 10,a stripping column 17, wherein the gas outlet of the stripping column 17 is connected to the inlet of the fourth reactor 10,
впуск отпарной колонны 17 соединен с выпаривателем 4, и газофазные продукты, выпаренные выпаривателем 4, вводятся в отпарную колонну 17 для отпаривания хлороводорода, а отпаренный хлороводород вводится в четвертый реактор 10 в качестве источника хлороводорода; и/илиthe inlet of the stripping column 17 is connected to the evaporator 4, and the gas-phase products evaporated by the evaporator 4 are introduced into the stripping column 17 to strip off hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor 10 as a source of hydrogen chloride; and/or
впуск отпарной колонны 17 соединен с кристаллизатором 5, и газофазные продукты, кристаллизованные в кристаллизаторе 5, вводятся в отпарную колонну 17 для отпаривания хлороводорода, а отпаренный хлороводород вводится в четвертый реактор 10 в качестве источника хлороводорода.the inlet of the stripping column 17 is connected to the crystallizer 5, and the gas-phase products crystallized in the crystallizer 5 are introduced into the stripping column 17 to strip off hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor 10 as a source of hydrogen chloride.
Следует отметить, что комбинированная установка для получения оксида циркония и метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:It should be noted that the combined installation for producing zirconium oxide and methylchlorosilane in this example additionally includes:
отпарную колонну 17, причем газовый выпуск отпарной колонны 17 соединен со впуском четвертого реактора 10,a stripping column 17, wherein the gas outlet of the stripping column 17 is connected to the inlet of the fourth reactor 10,
впуск отпарной колонны 17 соединен с выпаривателем 4, и газофазные продукты, выпаренные выпаривателем 4, вводятся в отпарную колонну 17 для отпаривания хлороводорода, а отпаренный хлороводород вводится в четвертый реактор 10 в качестве источника хлороводорода; и/илиthe inlet of the stripping column 17 is connected to the evaporator 4, and the gas-phase products evaporated by the evaporator 4 are introduced into the stripping column 17 to strip off hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor 10 as a source of hydrogen chloride; and/or
впуск отпарной колонны 17 соединен с кристаллизатором 5, и газофазные продукты, кристаллизованные в кристаллизаторе 5, вводятся в отпарную колонну 17 для отпаривания хлороводорода, а отпаренный хлороводород вводится в четвертый реактор 10 в качестве источника хлороводорода; иthe inlet of the stripping column 17 is connected to the crystallizer 5, and the gas-phase products crystallized in the crystallizer 5 are introduced into the stripping column 17 to strip off hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor 10 as a source of hydrogen chloride; And
жидкостный выпуск отпарной колонны 17 соединен со впуском гидролизного резервуара 3, и отходящая из отпарной колонны 17 жидкость далее направляется в гидролизный резервуар 3 в качестве воды для гидролиза, чем можно снизить количество воды, расходуемое на гидролиз в гидролизном резервуаре 3.The liquid outlet of the stripping column 17 is connected to the inlet of the hydrolysis tank 3, and the effluent liquid from the stripping column 17 is further sent to the hydrolysis tank 3 as hydrolysis water, thereby reducing the amount of water consumed for hydrolysis in the hydrolysis tank 3.
Следует отметить, что устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:It should be noted that the device for producing methylchlorosilane in this example further includes:
теплообменник 18, который соединен с отпарной колонной 17 и также соединен с выпаривателем 4, и газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси в выпаривателе 4, вводятся в теплообменник 18 в качестве источника тепла, а гидролизатная смесь вводится в теплообменник 18 для повышения температуры за счет теплообмена, и затем гидролизатная смесь после повышения температуры за счет теплообмена вводится в выпариватель 4 для выпаривания, и затем газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси в выпаривателе 4, вводятся в теплообменник 18 для снижения температуры за счет теплообмена, после чего газофазные продукты вводятся в отпарную колонну 17 для отпаривания.heat exchanger 18, which is connected to the stripping column 17 and also connected to the evaporator 4, and the gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture in the evaporator 4 are introduced into the heat exchanger 18 as a heat source, and the hydrolyzate mixture is introduced into the heat exchanger 18 to increase the temperature due to heat exchange , and then the hydrolyzate mixture, after increasing the temperature due to heat exchange, is introduced into the evaporator 4 for evaporation, and then the gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture in the evaporator 4 are introduced into the heat exchanger 18 to reduce the temperature due to heat exchange, after which the gas-phase products are introduced into the stripping column 17 for steaming.
Более конкретно, теплообменник 18 используют для рекуперации тепла газовой фазы, полученной в выпаривателе, и для предварительного нагрева гидролизатной смеси, выходящей из гидролизного резервуара. Теплообменник 18 включает впуск для источника холода, выпуск для источника холода, впуск для источника тепла и выпуск для источника тепла, причем: впуск для источника холода соединен с выпуском гидролизного резервуара, а выпуск для источника холода соединен со впуском выпаривателя, тогда как впуск для источника тепла соединен с газовым выпуском выпаривателя, а выпуск для источника тепла соединен со впуском отпарной колонны. Газофазные продукты, полученные выпариванием в выпаривателе 4, вводятся в теплообменник в качестве источника тепла через впуск для источника тепла, а гидролизатная смесь, полученная из гидролизного резервуара 3, вводится в теплообменник 18 через впуск для источника холода для повышения температуры за счет теплообмена с вышеуказанным источником тепла (то есть газофазными продуктами, полученными выпариванием в выпаривателе 4), и затем гидролизатная смесь после повышения температуры за счет теплообмена посредством теплообменника 18 вводится в выпариватель 4 для выпаривания, газофазные продукты, полученные выпариванием в выпаривателе 4, вводятся в теплообменник 18 для снижения температуры за счет теплообмена с вышеуказанной гидролизатной смесью, вводимой в теплообменник из гидролизного резервуара 3, после чего она становится газо-жидкостной смесью. Затем газо-жидкостная смесь вводится в отпарную колонну 17 для отпаривания через впуск для источника тепла. В данном примере теплообменник 18 представляет собой кожухотрубный теплообменник 18, и теплообменник 18 выполнен из графита.More specifically, heat exchanger 18 is used to recover heat from the gas phase produced in the evaporator and to preheat the hydrolyzate mixture exiting the hydrolysis tank. The heat exchanger 18 includes a cold source inlet, a cold source outlet, a heat source inlet, and a heat source outlet, wherein: the cold source inlet is connected to the outlet of the hydrolysis tank, and the cold source outlet is connected to the evaporator inlet, while the source inlet The heat source is connected to the gas outlet of the evaporator, and the heat source outlet is connected to the inlet of the stripping column. The gas-phase products obtained by evaporation in the evaporator 4 are introduced into the heat exchanger as a heat source through the heat source inlet, and the hydrolyzate mixture obtained from the hydrolysis tank 3 is introduced into the heat exchanger 18 through the cold source inlet to increase the temperature by heat exchange with the above source heat (that is, gas-phase products obtained by evaporation in the evaporator 4), and then the hydrolyzate mixture, after increasing the temperature due to heat exchange through the heat exchanger 18, is introduced into the evaporator 4 for evaporation, the gas-phase products obtained by evaporation in the evaporator 4 are introduced into the heat exchanger 18 to reduce the temperature due to heat exchange with the above hydrolyzate mixture introduced into the heat exchanger from the hydrolysis reservoir 3, after which it becomes a gas-liquid mixture. The gas-liquid mixture is then introduced into the stripping column 17 through a heat source inlet. In this example, the heat exchanger 18 is a shell-and-tube heat exchanger 18, and the heat exchanger 18 is made of graphite.
Более конкретно, устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the methylchlorosilane producing apparatus in this example further includes:
испарительный котел 19 отпарной колонны, соединенный с отпарной колонной 17, и этот испарительный котел 19 отпарной колонны используется для нагревания кубовой части отпарной колонны 17. Более конкретно, впуск испарительного котла 19 отпарной колонны соединен с выпуском котла отпарной колонны, а газовый выпуск испарительного котла 19 отпарной колонны соединен со впуском отпарной колонны с тем, чтобы возвращать продукты газификации в отпарную колонну для повторного отпаривания. Жидкостный выпуск испарительного котла 19 отпарной колонны и/или отпарной колонны соединен с гидролизным резервуаром 3 и используется для предоставления возможности отходящей жидкости в испарительном котле 19 отпарной колонны и/или в отпарной колонне далее перетекать в гидролизный резервуар 3 с тем, чтобы использовать ее в качестве воды для гидролиза, тем самым может быть сокращено количество воды, расходуемое на гидролиз в гидролизном резервуаре 3.a stripping column evaporation boiler 19 is connected to the stripping column 17, and this stripping column evaporating boiler 19 is used to heat the bottom portion of the stripping column 17. More specifically, the inlet of the stripping column evaporation boiler 19 is connected to the stripping column boiler outlet, and the gas outlet of the flashing column 19 of the stripper is connected to the inlet of the stripper so as to return the gasification products to the stripper for re-stripping. The liquid outlet of the stripper boiler 19 and/or the stripper is connected to the hydrolysis tank 3 and is used to allow the effluent in the stripper boiler 19 and/or the stripper to further flow into the hydrolysis tank 3 so as to be used as water for hydrolysis, thereby the amount of water consumed for hydrolysis in the hydrolysis tank 3 can be reduced.
Следует отметить, что устройство получения оксида циркония в данном примере дополнительно включает в себя:It should be noted that the zirconium oxide production device in this example further includes:
второй сепаратор 20 твердой и жидкой фаз, причем впуск второго сепаратора 20 твердой и жидкой фаз соединен с выпуском гидролизного резервуара 3, выпуск второго сепаратора 20 твердой и жидкой фаз соединен со впуском выпаривателя 4, и гидролизатная смесь через гидролизный резервуар 3 вводится во второй сепаратор 20 твердой и жидкой фаз для выполнения разделения твердой и жидкой фаз с целью удаления твердых примесей, а затем протекает в выпариватель 4. Более конкретно, второй сепаратор 20 твердой и жидкой фаз в данном примере представляет собой фильтр-пресс, и этот фильтр-пресс выполнен из FRPP (т.е. трубы из армированного стекловолокном полипропилена).a second solid-liquid separator 20, wherein the inlet of the second solid-liquid separator 20 is connected to the outlet of the hydrolysis tank 3, the outlet of the second solid-liquid separator 20 is connected to the inlet of the evaporator 4, and the hydrolyzate mixture is introduced through the hydrolysis tank 3 into the second separator 20 solid-liquid phase to perform solid-liquid separation to remove solid impurities, and then flows into the evaporator 4. More specifically, the second solid-liquid separator 20 in this example is a filter press, and this filter press is made of FRPP (i.e. glass fiber reinforced polypropylene pipes).
Более конкретно, устройство получения оксида циркония в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the zirconium oxide producing apparatus in this example further includes:
первый охладитель 21, который размещен между промывной колонной 8 и третьим реактором 9, причем впуск первого охладителя 21 соединен с газовым выпуском промывной колонны 8, газовый выпуск первого охладителя 21 соединен со впуском третьего реактора 9, и первый охладитель 21 используется для охлаждения второй газофазной смеси, выходящей из промывной колонны 8, для отделения (или, другими словами, осаждения) жидкого тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить очищенные продукты второй газовой фазы. В данном примере первый охладитель 21 представляет собой трубчатый теплообменник.a first cooler 21, which is placed between the washing column 8 and the third reactor 9, and the inlet of the first cooler 21 is connected to the gas outlet of the washing column 8, the gas outlet of the first cooler 21 is connected to the inlet of the third reactor 9, and the first cooler 21 is used to cool the second gas-phase mixture exiting the wash column 8 to separate (or in other words, precipitate) liquid silicon tetrachloride so as to obtain purified second gas phase products. In this example, the first cooler 21 is a tubular heat exchanger.
В данном примере жидкостный выпуск первого охладителя 21 соединен со впуском первого охлаждающего сепаратора 2, и жидкий тетрахлорид кремния, отделенный от второй газофазной смеси, вводится в первый охлаждающий сепаратор 2 в качестве источника холода для охлаждения первой газофазной смеси с тем, чтобы отделить черновой твердый тетрахлорид циркония; и/илиIn this example, the liquid outlet of the first cooler 21 is connected to the inlet of the first cooling separator 2, and liquid silicon tetrachloride separated from the second gas-phase mixture is introduced into the first cooling separator 2 as a cold source for cooling the first gas-phase mixture so as to separate rough solid tetrachloride zirconium; and/or
жидкостный выпуск первого охладителя 21 соединен со впуском промывной колонны 8, и жидкий тетрахлорид кремния, отделенный охлаждением второй газофазной смеси, вводится в промывную колонну 8 для промывания, чтобы удалить или извлечь примеси хлоридов металлов, таких как тетрахлорид кремния, во второй газофазной смеси.the liquid outlet of the first cooler 21 is connected to the inlet of the washing column 8, and liquid silicon tetrachloride separated by cooling the second gas-phase mixture is introduced into the washing column 8 for washing to remove or extract metal chloride impurities such as silicon tetrachloride in the second gas-phase mixture.
Более конкретно, комбинированная установка для получения оксида циркония и метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the combined plant for producing zirconium oxide and methylchlorosilane in this example further includes:
первый резервуар-хранилище 22, причем впуск первого резервуара-хранилища 22 соединен с выпуском первого охладителя 21, первый резервуар-хранилище 22 используется для хранения жидкого тетрахлорида кремния, отделенного первым охладителем 21, часть жидкого тетрахлорида кремния в первом резервуаре-хранилище 22 протекает в первый перекачивающий насос 23, которая может быть затем использована в качестве источника холода для первого охладителя 21 и/или использована в качестве промывного раствора в промывной колонне 8, а другая его часть вытекает для последующего процесса, например, процесса получения поликремния, то есть, первый резервуар-хранилище 22 также может быть соединен с устройством получения поликристаллического кремния, таким как реактор гидрохлорирования;a first storage tank 22, the inlet of the first storage tank 22 is connected to the outlet of the first cooler 21, the first storage tank 22 is used to store liquid silicon tetrachloride separated by the first cooler 21, a portion of the liquid silicon tetrachloride in the first storage tank 22 flows into the first transfer pump 23, which can then be used as a cold source for the first cooler 21 and/or used as a wash solution in the wash column 8, and the other part flows out for a subsequent process, for example, a polysilicon production process, that is, the first reservoir -storage 22 can also be connected to a device for producing polycrystalline silicon, such as a hydrochlorination reactor;
первый перекачивающий насос 23, причем впуск первого перекачивающего насоса 23 соединен с выпуском первого резервуара-хранилища 22, выпуск первого перекачивающего насоса 23 соединен с выпуском промывной колонны 8, и первый перекачивающий насос 23 используется для перекачки жидкого тетрахлорида кремния в первом резервуаре-хранилище 22 в промывную колонну 8 в качестве промывного раствора, и/или выпуск первого перекачивающего насоса 23 соединен с первым охлаждающим сепаратором 2, и первый перекачивающий насос 23 используется для перекачки жидкого тетрахлорида кремния в первом резервуаре-хранилище 22 в первый охлаждающий сепаратор 2 промывной колонны в качестве источника охлаждения. В данном примере первый перекачивающий насос 23 представляет собой герметичный электронасос.a first transfer pump 23, wherein an inlet of the first transfer pump 23 is connected to an outlet of the first storage tank 22, an outlet of the first transfer pump 23 is connected to an outlet of the washing column 8, and the first transfer pump 23 is used for pumping liquid silicon tetrachloride in the first storage tank 22 into washing column 8 as a washing solution, and/or the outlet of the first transfer pump 23 is connected to the first cooling separator 2, and the first transfer pump 23 is used to pump liquid silicon tetrachloride in the first storage tank 22 to the first cooling separator 2 of the washing column as a source cooling. In this example, the first transfer pump 23 is a sealed electric pump.
Более конкретно, устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the methylchlorosilane producing apparatus in this example further includes:
компрессор 24, причем впуск компрессора 24 соединен с газовым выпуском первого охладителя 21, выпуск компрессора 24 соединен с третьим реактором 9, и компрессор 24 используется для сжатия очищенных продуктов второй газовой фазы.a compressor 24, wherein the inlet of the compressor 24 is connected to the gas outlet of the first cooler 21, the outlet of the compressor 24 is connected to the third reactor 9, and the compressor 24 is used to compress the purified products of the second gas phase.
Следует отметить, что устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя второй охладитель 25 и ректификационную колонну 26.It should be noted that the device for producing methylchlorosilane in this example additionally includes a second cooler 25 and a distillation column 26.
Второй охладитель 25 соединен с третьим реактором 9 и используется для охлаждения третьей газофазной смеси, выходящей из третьего реактора 9, с тем чтобы отделять и получать метанол-сырец.The second cooler 25 is connected to the third reactor 9 and is used to cool the third gas-phase mixture exiting the third reactor 9 so as to separate and produce raw methanol.
Ректификационная колонна 26 размещена между вторым охладителем 25 и четвертым реактором 10 и используется для ректификации и очистки метанола-сырца с получением очищенных продуктов третьей газовой фазы. Более конкретно, впуск и газовый выпуск ректификационной колонны 26 соединены во вторым охладителем 25 и четвертым реактором 10 соответственно, и метанол-сырец ректифицируют и очищают в ректификационной колонне 29 для получения очищенных продуктов третьей газовой фазы. В данном примере процесс ректификации метанола-сырца в ректификационной колонне может быть осуществлен стандартным способом, который здесь не будет повторно приведен.The distillation column 26 is located between the second cooler 25 and the fourth reactor 10 and is used for rectification and purification of raw methanol to obtain purified products of the third gas phase. More specifically, the inlet and gas outlet of the distillation column 26 are connected to the second cooler 25 and the fourth reactor 10, respectively, and the raw methanol is rectified and purified in the distillation column 29 to obtain purified third gas phase products. In this example, the process of rectification of raw methanol in a distillation column can be carried out in a standard way, which will not be repeated here.
В данном примере газовый выпуск второго охладителя 25 соединен со впуском компрессора 24. После того, как неохлажденные газы во втором охладителе 25 сжаты компрессором, они продолжают поступать в третий реактор 9 для реакции.In this example, the gas outlet of the second cooler 25 is connected to the inlet of the compressor 24. After the uncooled gases in the second cooler 25 are compressed by the compressor, they continue to flow into the third reactor 9 for reaction.
Более конкретно, устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя второй резервуар-хранилище 27 и второй перекачивающий насос 28.More specifically, the methylchlorosilane production apparatus in this example further includes a second storage tank 27 and a second transfer pump 28.
Второй резервуар-хранилище 27 размещен между вторым охладителем 25 и ректификационной колонной 26. Более конкретно, впуск второго резервуара-хранилища 27 соединен с жидкостным выпуском второго охладителя 25, а выпуск второго резервуара-хранилища 27 соединен со впуском ректификационной колонны 26. Второй резервуар-хранилище 27 используется для хранения метанола-сырца;The second storage tank 27 is located between the second cooler 25 and the distillation column 26. More specifically, the inlet of the second storage tank 27 is connected to the liquid outlet of the second cooler 25, and the outlet of the second storage tank 27 is connected to the inlet of the distillation column 26. The second storage tank 27 is used for storing raw methanol;
Второй перекачивающий насос 28 размещен между вторым резервуаром-хранилищем 27 и ректификационной колонной. Более конкретно, впуск второго перекачивающего насоса 28 соединен со вторым резервуаром-хранилищем 27, а выпуск второго перекачивающего насоса 28 соединен с ректификационной колонной 26. Второй перекачивающий насос 28 используется для перекачки метанола-сырца в ректификационную колонну 26.The second transfer pump 28 is located between the second storage tank 27 and the distillation column. More specifically, the inlet of the second transfer pump 28 is connected to the second storage tank 27, and the outlet of the second transfer pump 28 is connected to the distillation column 26. The second transfer pump 28 is used to pump raw methanol to the distillation column 26.
Следует отметить, что устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:It should be noted that the device for producing methylchlorosilane in this example further includes:
промывную и охладительную колонну 29, соединенную с четвертым реактором 10, причем четвертая газофазная смесь поступает в промывную и охладительную колонну 29, а в качестве промывного раствора используется вода для промывания и охлаждения, чтобы удалить метанол и хлороводород, причем в данном примере вода (то есть промывной раствор) для промывной и охладительной колонны 29 представляет собой деминерализованную воду;a washing and cooling column 29 connected to a fourth reactor 10, wherein the fourth gas-phase mixture enters the washing and cooling column 29, and water is used as the washing solution for washing and cooling to remove methanol and hydrogen chloride, in this example water (i.e. the washing solution) for the washing and cooling column 29 is demineralized water;
сушильную колонну 30, размещенную между промывной и охладительной колонной 29 и пятым реактором 11, причем сушильная колонна 30 используется для осушения и удаления диметилового простого эфира - побочного продукта во время реакции воды, метанола и хлороводорода для образования метилхлорсилана, с тем чтобы получить очищенные продукты четвертой газовой фазы. Более конкретно, впуск сушильной колонны соединен с газовым выпуском промывной и охладительной колонны, выпуск (газовый выпуск) сушильной колонны 30 соединен с пятым реактором 11, и сушильная колонна 30 снабжена влагопоглотителем. В данном примере влагопоглотителем предпочтительно является концентрированная серная кислота.a drying column 30 placed between the washing and cooling column 29 and the fifth reactor 11, the drying column 30 being used for drying and removing dimethyl ether, a by-product during the reaction of water, methanol and hydrogen chloride to form methylchlorosilane, so as to obtain the purified products of the fourth gas phase. More specifically, the inlet of the drying column is connected to the gas outlet of the washing and cooling column, the outlet (gas outlet) of the drying column 30 is connected to the fifth reactor 11, and the drying column 30 is provided with a desiccant. In this example, the desiccant is preferably concentrated sulfuric acid.
Более конкретно, устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the methylchlorosilane producing apparatus in this example further includes:
нагреватель 31, причем впуск нагревателя 31 соединен с газовым выпуском сушильной колонны 30, выпуск нагревателя 31 соединен со впуском пятого реактора 11, и нагреватель 31 используется для нагрева очищенных продуктов четвертой газовой фазы.a heater 31, wherein the inlet of the heater 31 is connected to the gas outlet of the drying column 30, the outlet of the heater 31 is connected to the inlet of the fifth reactor 11, and the heater 31 is used for heating the purified products of the fourth gas phase.
Более конкретно, устройство получения оксида циркония в данном примере дополнительно включает в себя:More specifically, the zirconium oxide producing apparatus in this example further includes:
мельницу 32, причем впуск мельницы 32 соединен с предназначенным для твердой фазы выпуском первого сепаратора 6 твердой и жидкой фаз, и мельница 32 используется для растирания твердого вещества, отделенного первым сепаратором 6 твердой и жидкой фаз, с тем чтобы дополнительно высвободить жидкость из твердого вещества;a mill 32, the inlet of the mill 32 being connected to a solid outlet of the first solid-liquid separator 6, and the mill 32 being used to grind the solid separated by the first solid-liquid separator 6 so as to further release liquid from the solid;
центробежный сепаратор 33, причем впуск центробежного сепаратора 33 соединен с выпуском мельницы 32, выпуск центробежного сепаратора 33 соединен со впуском второго реактора 7, и центробежный сепаратор 33 используется для отделения твердого вещества (т.е. ZrOCl2·8H2O).a centrifugal separator 33, wherein the inlet of the centrifugal separator 33 is connected to the outlet of the mill 32, the outlet of the centrifugal separator 33 is connected to the inlet of the second reactor 7, and the centrifugal separator 33 is used for separating solid matter (ie ZrOCl 2 8H 2 O).
Следует отметить, что в данном примере жидкостный выпуск первого сепаратора 6 твердой и жидкой фаз соединен со впуском гидролизного резервуара 3, который используется для обеспечения возможности жидкости, отделенной в первом сепараторе 6 твердой и жидкой фаз, перетекать в гидролизный резервуар 3, с тем чтобы дополнить воду для гидролиза, что может сократить количество воды, расходуемое на гидролиз в гидролизном резервуаре 3.It should be noted that in this example, the liquid outlet of the first solid-liquid separator 6 is connected to the inlet of the hydrolysis tank 3, which is used to allow the liquid separated in the first solid-liquid separator 6 to flow into the hydrolysis tank 3 so as to supplement water for hydrolysis, which can reduce the amount of water consumed for hydrolysis in the hydrolysis tank 3.
Следует отметить, что устройство получения метилхлорсилана в данном примере дополнительно включает в себя:It should be noted that the device for producing methylchlorosilane in this example further includes:
охлаждающий сепаратор 34 на верху отпарной колонны, который соединен с верхом отпарной колонны 17. Охлаждающий сепаратор 34 на верху отпарной колонны используется для охлаждения и отделения воды, и охлажденная и отделенная вода стекает обратно в отпарную колонну 17, и газовый выпуск верхнего кипятильника отпарной колонны 17 соединен с четверным реактором 10. Более конкретно, впуск охлаждающего сепаратора на верху отпарной колонны соединен с газовым выпуском отпарной колонны, жидкостный выпуск охлаждающего сепаратора на верху отпарной колонны соединен со впуском верха отпарной колонны, и газовый впуск охлаждающего сепаратора на верху отпарной колонны соединен с четвертым реактором; охлаждающий сепаратор на верху отпарной колонны используется для охлаждения отделенной воды, охлажденная и отделенная вода стекает обратно в отпарную колонну, и затем хлороводород, из которого была удалена вода, протекает в четвертый реактор.a cooling separator 34 at the top of the stripping column, which is connected to the top of the stripping column 17. A cooling separator 34 at the top of the stripping column is used to cool and separate water, and the cooled and separated water flows back to the stripping column 17, and the gas outlet of the upper reboiler of the stripping column 17 connected to the quadruple reactor 10. More specifically, the stripper top cooling separator inlet is connected to the stripper gas outlet, the stripper top liquid separator liquid outlet is connected to the stripper top inlet, and the stripper top cooling separator gas inlet is connected to the fourth reactor; a cooling separator at the top of the stripper is used to cool the separated water, the cooled and separated water flows back into the stripper, and then the hydrogen chloride from which the water has been removed flows into the fourth reactor.
Как показано в ФИГ. 3, пример настоящего изобретения представляет комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана с использованием вышеуказанной комбинированной установки получения, и этот комбинированный способ включает следующие стадии:As shown in FIG. 3, an example of the present invention presents a combination method for producing zirconium oxide and methylchlorosilane using the above combination production plant, and this combination method includes the following steps:
(1) получение первой газофазной смеси в качестве промежуточного продукта: смешение и нагревание цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода, причем цирконовый песок, углеродный восстановитель и газообразный хлор реагируют с образованием тетрахлорида циркония, тетрахлорида кремния и монооксида углерода; и теплопополняющий агент кремний, газообразный хлор и хлороводород реагируют с образованием тетрахлорида кремния и газообразного водорода, с тем чтобы получить первую газофазную смесь;(1) obtaining a first gas-phase mixture as an intermediate product: mixing and heating zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride, wherein zircon sand, carbon reducing agent and chlorine gas react to form zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride and carbon monoxide ; and the heat replenishing agent silicon, chlorine gas and hydrogen chloride react to form silicon tetrachloride and hydrogen gas so as to obtain a first gas-phase mixture;
причем температура нагрева составляет от 1050ºС до 1200ºС, в данном примере температура нагрева предпочтительно составляет 1050ºС; молярное отношение цирконового песка к теплопополняющему агенту кремнию составляет 1:(1,2-1,6). В данном примере молярное отношение предпочтительно составляет 1:1,6, и в качестве теплопополняющего агента кремния предпочтительно применяется кремниевый порошок; количество углеродного восстановителя должно поддерживаться в избытке, предпочтительно газообразный хлор и хлороводород также могут быть в небольшом избытке, и конкретное количество может быть выбрано согласно фактической ситуации, которая в данном примере дополнительно не определена.wherein the heating temperature is from 1050ºC to 1200ºC, in this example the heating temperature is preferably 1050ºC; The molar ratio of zircon sand to the heat-replenishing agent silicon is 1:(1.2-1.6). In this example, the molar ratio is preferably 1:1.6, and silicon powder is preferably used as the silicon heat replenishing agent; the amount of carbon reducing agent must be maintained in excess, preferably chlorine gas and hydrogen chloride may also be in slight excess, and the specific amount can be selected according to the actual situation, which is not further specified in this example.
Более конкретно, в первом реакторе 1 смешивают цирконовый песок, углеродный восстановитель, газообразный хлор, теплопополняющий агент кремний и хлороводород и нагревают эту смесь при температуре нагрева 1050ºС, причем цирконовый песок, углеродный восстановитель и газообразный хлор реагируют с образованием тетрахлорида циркония, тетрахлорида кремния и монооксида углерода по реакции карбохлорирования; и теплопополняющий агент кремний, газообразный хлор и хлороводород реагируют при высокой температуре с образованием тетрахлорида кремния и газообразного водорода, с тем чтобы получить первую газофазную смесь; молярное отношение цирконового песка к кремниевому порошку составляет 1:1,6.More specifically, in the first reactor 1, zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, heat replenishing agent silicon and hydrogen chloride are mixed and the mixture is heated at a heating temperature of 1050ºC, wherein zircon sand, carbon reducing agent and chlorine gas react to form zirconium tetrachloride, silicon tetrachloride and monoxide carbon by carbochlorination reaction; and the heat replenishing agent silicon, chlorine gas and hydrogen chloride react at high temperature to form silicon tetrachloride and hydrogen gas so as to obtain a first gas-phase mixture; The molar ratio of zircon sand to silicon powder is 1:1.6.
В данном примере комбинированный способ дополнительно включает удаление хлороводорода и газообразного хлора из первой газофазной смеси. В данном примере для удаления хлороводорода и газообразного хлора используют дехлоратор 35.In this example, the combination method further includes removing hydrogen chloride and chlorine gas from the first gas phase mixture. In this example, dechlorinator 35 is used to remove hydrogen chloride and chlorine gas.
Более конкретно, хлороводород и газообразный хлор удаляют пропусканием первой газофазной смеси через кремниевый порошок в дехлораторе 35.More specifically, hydrogen chloride and chlorine gas are removed by passing the first gas-phase mixture through silicon powder in a dechlorinator 35.
(2) Получение оксида циркония: охлаждение первой газофазной смеси, из которой были удалены хлороводород и газообразный хлор, для выделения чернового твердого тетрахлорида циркония; проведение гидролиза чернового твердого тетрахлорида циркония с образованием оксихлорида циркония, с тем чтобы получить гидролизатную смесь; затем подвергание гидролизатной смеси выпариванию, кристаллизации и разделению твердой и жидкой фаз с получением твердого оксихлорида циркония (основной компонент – ZrOCl2·8H2O); и затем нагревание и прокаливание твердого оксихлорида циркония для получения оксида циркония в результате разложения;(2) Preparation of zirconium oxide: cooling the first gas-phase mixture from which hydrogen chloride and chlorine gas have been removed to isolate crude solid zirconium tetrachloride; hydrolyzing the rough solid zirconium tetrachloride to form zirconium oxychloride to obtain a hydrolyzate mixture; then subjecting the hydrolyzate mixture to evaporation, crystallization and separation of solid and liquid phases to obtain solid zirconium oxychloride (the main component is ZrOCl 2 8H 2 O); and then heating and calcining the solid zirconium oxychloride to obtain zirconium oxide by decomposition;
при этом вода для проведения гидролиза твердого оксихлорида циркония включает добавляемую свежую воду, причем добавляемая свежая вода предпочтительно представляет собой деминерализованную воду, и массовое отношение тетрахлорида циркония к воде для гидролиза составляет 1:(3-4). В данном примере массовое отношение предпочтительно составляет 1:3; и температура обработки при выпаривании тетрахлорида циркония и воды составляет от 85ºС до 100ºС, предпочтительно 85ºС; температура обработки при кристаллизации составляет от 30ºС до 45ºС, предпочтительно 30ºС; температура, при которой твердый оксихлорид циркония нагревают и прокаливают, составляет от 800ºС до 1000ºС, и предпочтительная температура при прокаливании составляет 1000ºС; для разделения твердой и жидкой фаз используют ленточный фильтр, такой как вакуумный ленточный фильтр.wherein the water for hydrolysis of solid zirconium oxychloride includes added fresh water, wherein the added fresh water is preferably demineralized water, and the weight ratio of zirconium tetrachloride to hydrolysis water is 1:(3-4). In this example, the mass ratio is preferably 1:3; and the treatment temperature for evaporating zirconium tetrachloride and water is from 85ºC to 100ºC, preferably 85ºC; the crystallization treatment temperature is from 30ºC to 45ºC, preferably 30ºC; the temperature at which solid zirconium oxychloride is heated and calcined is 800ºC to 1000ºC, and the preferred calcination temperature is 1000ºC; A belt filter, such as a vacuum belt filter, is used to separate the solid and liquid phases.
Необязательно, вода для гидролиза в данном примере также включает отходящую воду, полученную на других стадиях комбинированного способа получения в данном примере, такую как отходящая кислая вода с низкой концентрацией, полученная в процессе отпаривания соляной кислоты в отпарной колонне 17, и жидкофазные продукты, полученные во время выпаривания, кристаллизации и разделения твердой и жидкой фаз гидролизатной смеси.Optionally, the hydrolysis water in this example also includes waste water obtained from other stages of the combined production process in this example, such as low concentration acidic waste water obtained from the hydrochloric acid stripping process in the stripper 17, and liquid phase products obtained from time of evaporation, crystallization and separation of solid and liquid phases of the hydrolyzate mixture.
В данном примере, необязательно, перед подверганием гидролизатной смеси выпариванию, кристаллизации и разделению твердой и жидкой фаз для получения твердого оксихлорида циркония, комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии: подвергание гидролизатной смеси обработке разделением твердой и жидкой фаз для удаления твердых примесей. В данном примере подвергание гидролизатной смеси обработке разделением твердой и жидкой фаз означает фильтрацию гидролизатной смеси в фильтр-прессе, и удаляемые фильтрацией твердые примеси включают непрореагировавший цирконовый песок и восстановитель.In this example, optionally before subjecting the hydrolyzate mixture to evaporation, crystallization, and solid-liquid separation to produce solid zirconium oxychloride, the combination method further includes the following steps: subjecting the hydrolyzate mixture to a solid-liquid separation treatment to remove solid impurities. In this example, subjecting the hydrolyzate mixture to a solid-liquid separation treatment means filtering the hydrolyzate mixture in a filter press, and the solids removed by filtration include unreacted zircon sand and a reducing agent.
Необязательно, перед нагреванием и прокаливанием твердого оксихлорида циркония комбинированный способ дополнительно включает следующие стадии: растирание твердого оксихлорида циркония для высвобождения жидкости, захваченной в твердом оксихлориде циркония.Optionally, before heating and calcining the solid zirconium oxychloride, the combination method further includes the following steps: grinding the solid zirconium oxychloride to release liquid trapped in the solid zirconium oxychloride.
Более конкретно, первую газофазную смесь, из которой были удалены хлороводород и газообразный хлор, охлаждают и разделяют в первом охлаждающем сепараторе 2 для отделения чернового твердого тетрахлорида циркония, и черновой твердый тетрахлорид циркония вводят в гидролизный резервуар 3. В гидролизный резервуар 3 добавляют свежую воду, и добавляемая свежая вода представляет собой деминерализованную воду, и вода в гидролизном резервуаре 3 включает: отходящую кислую воду с низкой концентрацией, полученную в процессе отпаривания соляной кислоты в отпарной колонне 17, и фильтрат, полученный фильтрацией суспензии кристаллов оксихлорида циркония. Массовое отношение чернового тетрахлорида циркония к воде составляет 1:3. Черновой тетрахлорид циркония гидролизуют в гидролизном резервуаре 3 с образованием оксихлорида циркония, с тем чтобы получить гидролизатную смесь, и затем гидролизатную смесь фильтруют в фильтр-прессе (т.е. втором сепараторе 20 твердой и жидкой фаз) для удаления твердых примесей, причем твердые примеси включают непрореагировавший цирконовый песок и восстановитель;More specifically, the first gas-phase mixture from which hydrogen chloride and chlorine gas have been removed is cooled and separated in the first cooling separator 2 to separate rough solid zirconium tetrachloride, and the rough solid zirconium tetrachloride is introduced into the hydrolysis tank 3. Fresh water is added to the hydrolysis tank 3, and the fresh water added is demineralized water, and the water in the hydrolysis tank 3 includes: the low concentration acidic waste water obtained from the hydrochloric acid stripping process in the stripping column 17, and the filtrate obtained by filtration of the zirconium oxychloride crystal suspension. The mass ratio of crude zirconium tetrachloride to water is 1:3. The rough zirconium tetrachloride is hydrolyzed in the hydrolysis tank 3 to form zirconium oxychloride so as to obtain a hydrolyzate mixture, and then the hydrolyzate mixture is filtered in a filter press (ie, the second solid-liquid separator 20) to remove solid impurities, wherein the solid impurities include unreacted zircon sand and reducing agent;
Затем гидролизатную смесь, из которой были удалены примеси, выпаривают при условии 85ºС в выпаривателе 4 для получения концентрированного раствора с концентрацией ZrOCl2 (оксихлорида циркония) свыше 20 мас.%, и концентрированный раствор подвергают кристаллизации в кристаллизаторе 5 при условии 30ºС с получением суспензии ZrOCl2·8H2O (октагидрата оксихлорида циркония), суспензию после кристаллизации фильтруют на вакуумном ленточном фильтре (т.е. первом сепараторе 6 твердой и жидкой фаз) для получения твердой фазы, которая представляет собой фильтровальный осадок ZrOCl2·8H2O. Полученную при фильтрации жидкость возвращают и вводят в гидролизный резервуар 3, а твердофазный фильтровальный осадок, полученный разделением в первом сепараторе 6 твердой и жидкой фаз, вводят в мельницу 32 для растирания, и фильтровальный осадок растирают для высвобождения жидкости, захваченной в твердом веществе во время кристаллизации, с тем чтобы получить шлам, и затем этот шлам вводят в центробежный сепаратор 33 для отделения центрифугированием с получением ZrOCl2·8H2O в качестве продукта, и твердый оксихлорид циркония прокаливают во втором реакторе 7 при высокой температуре, и второй реактор 7 имеет температуру прокаливания 1000ºС. ZrOCl2·8H2O разлагается на оксид циркония, газообразный хлороводород и водяной пар.Then the hydrolyzate mixture, from which impurities have been removed, is evaporated at 85ºC in evaporator 4 to obtain a concentrated solution with a ZrOCl 2 (zirconium oxychloride) concentration of over 20 wt.%, and the concentrated solution is subjected to crystallization in crystallizer 5 at 30ºC to obtain a ZrOCl suspension 2 8H 2 O (zirconium oxychloride octahydrate), the suspension after crystallization is filtered on a vacuum belt filter (i.e., the first solid-liquid separator 6) to obtain a solid phase, which is the filter cake ZrOCl 2 8H 2 O. The resulting in filtration, the liquid is returned and introduced into the hydrolysis tank 3, and the solid filter cake obtained by separating the first solid and liquid phase separator 6 is introduced into the grinding mill 32, and the filter cake is ground to release the liquid trapped in the solid during crystallization, so as to obtain sludge, and then this sludge is introduced into the centrifugal separator 33 for separation by centrifugation to obtain ZrOCl 2 8H 2 O as a product, and the solid zirconium oxychloride is calcined in the second reactor 7 at a high temperature, and the second reactor 7 has a calcination temperature 1000ºС. ZrOCl 2 ·8H 2 O decomposes into zirconium oxide, hydrogen chloride gas and water vapor.
(3) Получение второй газофазной смеси в качестве промежуточного продукта: промывание первой газофазной смеси, из которой был удален черновой твердый тетрахлорид циркония, охлаждение для отделения и извлечения из нее тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить вторую газофазную смесь, содержащую монооксид углерода и газообразный водород. В данном примере тетрахлорид кремния (жидкий) используют в качестве промывного раствора для промывания.(3) Obtaining a second gas-phase mixture as an intermediate product: washing the first gas-phase mixture from which the crude solid zirconium tetrachloride has been removed, cooling to separate and recover silicon tetrachloride therefrom, so as to obtain a second gas-phase mixture containing carbon monoxide and hydrogen gas . In this example, silicon tetrachloride (liquid) is used as the wash solution for washing.
Следует отметить, что стадия (3) также включает дополнительную очистку второй газофазной смеси, и ее конкретные стадии заключаются в следующем: введение второй газофазной смеси в первый охладитель 21 для охлаждения и отделения жидкого тетрахлорида кремния с получением очищенных продуктов второй газовой фазы, отделенный жидкий тетрахлорид кремния затем направляют в первый резервуар-хранилище 22 для временного хранения.It should be noted that step (3) also includes further purification of the second gas-phase mixture, and its specific steps are as follows: introducing the second gas-phase mixture into the first cooler 21 to cool and separate liquid silicon tetrachloride to obtain purified second gas-phase products, separated liquid tetrachloride the silicon is then sent to the first storage tank 22 for temporary storage.
В данном примере часть жидкого тетрахлорида кремния в первом резервуаре-хранилище 22 может быть использована в качестве источника холода (такого как источник холода в первом охладителе 2) и/или промывного раствора (такого как промывной раствор в промывной колонне 8), а другая часть может быть использована для последующих процессов, таких как процессы получения поликристаллического кремния.In this example, part of the liquid silicon tetrachloride in the first storage tank 22 can be used as a cold source (such as a cold source in the first cooler 2) and/or a washing solution (such as a washing solution in a washing column 8), and the other part can be used for downstream processes such as polycrystalline silicon processes.
Более конкретно, проводят промывание первой газофазной смеси, отделенной от чернового твердого тетрахлорида циркония в первом охлаждающем сепараторе 2, с использованием тетрахлорида кремния в качестве промывного раствора для извлечения из нее тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить вторую газофазную смесь, содержащую монооксид углерода и газообразный водород;More specifically, the first gas-phase mixture separated from the rough solid zirconium tetrachloride in the first cooling separator 2 is washed using silicon tetrachloride as a washing solution to extract silicon tetrachloride therefrom, so as to obtain a second gas-phase mixture containing carbon monoxide and hydrogen gas ;
введение второй газофазной смеси в первый охладитель 21 для охлаждения и отделения жидкого тетрахлорида кремния, с тем чтобы получить очищенные продукты второй газовой фазы, и отделенный жидкий тетрахлорид кремния перетекает в первый резервуар-хранилище 22, и перекачку части жидкого тетрахлорида кремния из первого резервуара-хранилища 22 в промывную колонну 8 посредством первого перекачивающего насоса 23 для использования в качестве промывного раствора и перекачку другой его части в первый охладитель 2 посредством первого перекачивающего насоса 23 для использования в качестве источника холода для охлаждения первого газофазного продукта, а остальное вытекает для последующих процессов.introducing a second gas-phase mixture into the first cooler 21 to cool and separate the liquid silicon tetrachloride so as to obtain purified products of the second gas phase, and the separated liquid silicon tetrachloride flows into the first storage tank 22, and pumping a portion of the liquid silicon tetrachloride from the first storage tank 22 into the wash column 8 by means of the first transfer pump 23 for use as a wash solution and pumping another part of it into the first cooler 2 by means of the first transfer pump 23 to use as a cold source for cooling the first gas-phase product, and the rest flows out for subsequent processes.
(4) Получение промежуточного продукта метанола: сжимают и нагревают вторую газофазную смесь для проведения реакции и образования метанола, с тем чтобы получить третью газофазную смесь, причем давление при сжатии составляет от 5,0 МПа до 6,0 МПа, а температура нагрева составляет от 220ºС до 250ºС. В данном примере давление при сжатии предпочтительно составляет 5,0 МПа, а температура нагрева предпочтительно составляет 220ºС.(4) Obtaining the intermediate product of methanol: the second gas-phase mixture is compressed and heated to react and produce methanol so as to obtain the third gas-phase mixture, where the compression pressure is from 5.0 MPa to 6.0 MPa, and the heating temperature is from 220ºС to 250ºС. In this example, the compression pressure is preferably 5.0 MPa, and the heating temperature is preferably 220°C.
Кроме того, молярное отношение углерода к водороду в очищенных продуктах второй газовой фазы составляет 1:(4-5), предпочтительно молярное отношение углерода к водороду составляет 1:4. Поэтому, перед подверганием вышеуказанных очищенных продуктов второй газовой фазы сжатию и нагреву для реакции с образованием метанола, проводят детектирование и регулирование молярного отношения углерода к водороду для достижения желательного диапазона молярного отношения углерода к водороду.In addition, the molar ratio of carbon to hydrogen in the purified products of the second gas phase is 1:(4-5), preferably the molar ratio of carbon to hydrogen is 1:4. Therefore, before subjecting the above purified second gas phase products to compression and heating to react to form methanol, the carbon to hydrogen molar ratio is detected and adjusted to achieve a desired carbon to hydrogen molar ratio range.
Более конкретно, очищенную вторую газофазную смесь сжимают компрессором 24, а затем вводят в третий реактор 9, и используют углеводородный детектор 15 для детектирования молярного отношения углерода к водороду в газах, вводимых в третий реактор 9; предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду составляет 1:4; когда детектированное молярное отношение углерода к водороду становится большим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, открывают с помощью контроллера первый клапан 16 на водородном трубопроводе 14 для введения газообразного водорода в третий реактор 9 до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду, тогда первый клапан 16 закрывается контроллером; когда детектированное молярное отношение углерода к водороду становится меньшим, чем предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду, контроллером закрывается второй клапан 40 для сокращения количества вводимого в первый реактор 1 хлороводорода до тех пор, пока молярное отношение углерода к водороду не станет равным предварительно заданному молярному отношению углерода к водороду, и второй клапан 40 открывается контроллером.More specifically, the purified second gas-phase mixture is compressed by the compressor 24 and then introduced into the third reactor 9, and a hydrocarbon detector 15 is used to detect the molar ratio of carbon to hydrogen in the gases introduced into the third reactor 9; the preset molar ratio of carbon to hydrogen is 1:4; when the detected molar ratio of carbon to hydrogen becomes larger than the predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, the controller opens the first valve 16 on the hydrogen pipeline 14 to introduce hydrogen gas into the third reactor 9 until the molar ratio of carbon to hydrogen becomes equal to a predetermined molar ratio of carbon to hydrogen, then the first valve 16 is closed by the controller; when the detected molar ratio of carbon to hydrogen becomes less than the preset molar ratio of carbon to hydrogen, the controller closes the second valve 40 to reduce the amount of hydrogen chloride introduced into the first reactor 1 until the molar ratio of carbon to hydrogen becomes equal to the predetermined molar ratio carbon to hydrogen, and the second valve 40 is opened by the controller.
Третий реактор 9 имеет давление сжатия 5,0 МПа и температуру нагрева 220ºС. Осуществляют реакцию для получения метанола, с тем чтобы получить третью газофазную смесь.The third reactor 9 has a compression pressure of 5.0 MPa and a heating temperature of 220ºC. A reaction is carried out to produce methanol so as to obtain a third gas-phase mixture.
В данном примере оно также включает очистку третьей газофазной смеси, которая в частности включает следующие стадии:In this example, it also includes purification of the third gas-phase mixture, which in particular includes the following steps:
введение третьей газофазной смеси, полученной по реакции в третьем реакторе 9, во второй охладитель 25 для охлаждения и разделения, с тем чтобы получить метанол-сырец (т.е. жидкофазный продукт, полученный охлаждением) и газофазные продукты, которые не охлаждены до жидкофазных продуктов. Неохлажденные жидкие продукты могут быть возвращены для смешения с вышеуказанными очищенными продуктами второй газовой фазы, и затем поступают в третий реактор 9 для реакции с образованием метанола. Метанол-сырец перетекает во второй резервуар-хранилище 27, а затем перекачивается в ректификационную колонну 26 посредством второго перекачивающего насоса 28, и метанол-сырец перегоняют и очищают в ректификационной колонне 26. Стоки выводят из ректификационной колонны 26 с получением очищенных продуктов третьей газовой фазы, и основным компонентом продуктов третьей газовой фазы является метанол.introducing a third gas-phase mixture obtained from the reaction in the third reactor 9 into a second cooler 25 for cooling and separation so as to obtain raw methanol (i.e., a liquid-phase product obtained by cooling) and gas-phase products that are not cooled to liquid-phase products . The uncooled liquid products may be returned for mixing with the above purified second gas phase products, and then enter the third reactor 9 to react to form methanol. The raw methanol flows into the second storage tank 27, and then is pumped into the distillation column 26 by means of a second transfer pump 28, and the raw methanol is distilled and purified in the distillation column 26. The effluent is removed from the distillation column 26 to obtain purified third gas phase products, and the main component of the third gas phase products is methanol.
Следует отметить, что в данном примере технологическими условиями очистки метанола-сырца в ректификационной колонне могут быть существующие традиционные технологические условия, которые здесь не будут повторяться.It should be noted that in this example, the technological conditions for purifying raw methanol in a distillation column may be existing traditional technological conditions, which will not be repeated here.
(5) Получение промежуточного продукта хлорметана: смешение и нагревание третьей газофазной смеси с хлороводородом для реагирования с образованием хлорметана и диметилового простого эфира, с тем чтобы получить четвертую газофазную смесь;(5) Preparation of the chloromethane intermediate: mixing and heating the third gas-phase mixture with hydrogen chloride to react to form chloromethane and dimethyl ether so as to obtain a fourth gas-phase mixture;
причем температура нагрева третьей газофазной смеси и хлороводорода составляет от 130 до 150ºС, предпочтительно 130ºС.wherein the heating temperature of the third gas-phase mixture and hydrogen chloride is from 130 to 150ºC, preferably 130ºC.
В данном примере комбинированный способ дополнительно включает стадию добавления катализатора, и катализатором предпочтительно является хлорид цинка.In this example, the combination method further includes the step of adding a catalyst, and the catalyst is preferably zinc chloride.
Более конкретно, вводят третью газофазную смесь в четвертый реактор 10, а также в четвертый реактор 10 вводят хлороводород, и нагревают их в четвертом реакторе 10, причем температура нагрева составляет 130ºС, а используемым для реакции катализатором является хлорид цинка, и осуществляют реакцию гидрохлорирования с образованием хлорметана и диметилового простого эфира, с тем чтобы получить четвертую газофазную смесь.More specifically, the third gas-phase mixture is introduced into the fourth reactor 10, and hydrogen chloride is introduced into the fourth reactor 10, and they are heated in the fourth reactor 10, and the heating temperature is 130ºC, and the catalyst used for the reaction is zinc chloride, and a hydrochlorination reaction is carried out to form chloromethane and dimethyl ether to obtain a fourth gas phase mixture.
В данном примере хлороводород, введенный в четвертый реактор 10 на стадии (4), может быть дополнительно вводимым хлороводородом или хлороводородом, выделенным из газофазных продуктов, отделенных во время получения оксида циркония, а именно, один или более газофазных продуктов, полученных выпариванием гидролизатной смеси в выпаривателе 4 и кристаллизацией гидролизатной смеси в кристаллизаторе 5, вводят в отпарную колонну 17 для отпаривания хлороводорода, и отпаренный хлороводород очищают, а затем пропускают в четвертый реактор 10 в качестве источника необходимого хлороводорода.In this example, the hydrogen chloride introduced into the fourth reactor 10 in step (4) may be additionally introduced hydrogen chloride or hydrogen chloride separated from gas-phase products separated during the production of zirconium oxide, namely, one or more gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture in evaporator 4 and crystallization of the hydrolyzate mixture in the crystallizer 5, is introduced into the stripping column 17 to strip off hydrogen chloride, and the stripped hydrogen chloride is purified and then passed into the fourth reactor 10 as a source of the necessary hydrogen chloride.
В данном примере отпарная колонна 17 имеет температуру отпаривания от 40ºС до 60ºС и давление от 0,1 МПа до 0,3 МПа. В данном примере отпарная колонна 17 предпочтительно имеет температуру отпаривания 40ºС и давление 0,3 МПа.In this example, the stripping column 17 has a stripping temperature from 40ºC to 60ºC and a pressure from 0.1 MPa to 0.3 MPa. In this example, the stripping column 17 preferably has a stripping temperature of 40ºC and a pressure of 0.3 MPa.
В некоторых необязательных вариантах осуществления отпарная колонна 17 имеет температуру верха колонны от 40ºС до 60ºС и температуру куба колонны от 100ºС до 120ºС и давление от 20 кПа до 40 кПа.In some optional embodiments, stripping column 17 has a top temperature of 40°C to 60°C and a bottom temperature of 100°C to 120°C and a pressure of 20 kPa to 40 kPa.
Более конкретно, вводят газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси в выпаривателе 4 и кристаллизацией гидролизатной смеси в кристаллизаторе 5, в отпарную колонну 17 для отпаривания хлороводорода, и отпарная колонна 17 имеет температуру отпаривания 40ºС и давление 0,3 МПа; вводят хлороводород, выведенный из газофазного выпуска отпарной колонны 17, в охлаждающий сепаратор 34 на верху отпарной колонны для охлаждения и отделения воды из него, с тем чтобы получить газообразный хлороводород с чистотой более 99,9 мас.% и с влагосодержанием менее 1000 млн-1; обеспечивают возможность стекания воды после охлаждения и отделения обратно в отпарную колонну 17 и выводят полученную после отпаривания отходящую жидкость (главным образом отходящую кислоту низкой концентрации) в гидролизный резервуар 3 в качестве воды для гидролиза; затем вводят хлороводород, из которого была удалена вода, в четвертый реактор 10 в качестве источника хлороводорода;More specifically, gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture in the evaporator 4 and crystallizing the hydrolyzate mixture in the crystallizer 5 are introduced into the stripping column 17 for stripping hydrogen chloride, and the stripping column 17 has a stripping temperature of 40ºC and a pressure of 0.3 MPa; introducing hydrogen chloride withdrawn from the gas-phase outlet of the stripping column 17 into a cooling separator 34 at the top of the stripping column to cool and separate water therefrom so as to obtain hydrogen chloride gas with a purity of more than 99.9 wt.% and a moisture content of less than 1000 ppm ; allow the water after cooling and separation to flow back into the stripping column 17, and discharge the waste liquid obtained after stripping (mainly low concentration waste acid) into the hydrolysis tank 3 as hydrolysis water; then hydrogen chloride from which water has been removed is introduced into the fourth reactor 10 as a source of hydrogen chloride;
комбинированный способ получения согласно данному примеру позволяет эффективно использовать образовавшиеся во время получения оксида циркония кислые отходящий газ и отходящую жидкость с большой выгодой, избежать загрязнения окружающей среды, снизить затраты на обработку отходящих кислоты и газа, в то же время сокращая затраты на производство метилхлорсилана.The combined production method according to this example makes it possible to effectively use the acidic waste gas and waste liquid generated during the production of zirconium oxide with great benefit, avoid environmental pollution, reduce the cost of treating waste acid and gas, while at the same time reducing the cost of producing methyl chlorosilane.
Следует отметить, что в данном примере вводят газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси в выпаривателе 4, в теплообменник 18 в качестве источника тепла; вводят гидролизатную смесь из гидролизного резервуара 3 в теплообменник 18 для повышения температуры за счет теплообмена, и затем гидролизатную смесь после повышения температуры за счет теплообмена вводят в выпариватель 4 для выпаривания, и затем газофазные продукты, полученные выпариванием гидролизатной смеси в выпаривателе 4, вводят в теплообменник 18 для снижения температуры за счет теплообмена, после чего газофазные продукты вводят в отпарную колонну 17 для отпаривания; нагревают кубовую часть отпарной колонны 17 испарительным котлом 19 отпарной колонны и вынуждают отходящую жидкость из отпарной колонны 17 далее перетекать в гидролизный резервуар 3.It should be noted that in this example, gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture in the evaporator 4 are introduced into the heat exchanger 18 as a heat source; the hydrolyzate mixture from the hydrolysis tank 3 is introduced into the heat exchanger 18 to increase the temperature due to heat exchange, and then the hydrolyzate mixture, after increasing the temperature due to heat exchange, is introduced into the evaporator 4 for evaporation, and then the gas-phase products obtained by evaporating the hydrolyzate mixture in the evaporator 4 are introduced into the heat exchanger 18 to reduce the temperature due to heat exchange, after which the gas-phase products are introduced into the stripping column 17 for stripping; the bottom part of the stripping column 17 is heated by the evaporation boiler 19 of the stripping column and the waste liquid from the stripping column 17 is forced to further flow into the hydrolysis tank 3.
(6) Получение метилхлорсилана: нагревание четвертой газофазной смеси и добавление кремниевого порошка, проведение реакции хлорметана в четвертой газофазной смеси с кремниевым порошком с образованием метилхлорсилана, с тем чтобы получить пятую газофазную смесь, причем температура нагрева четвертой газофазной смеси (т.е. температура реакции в пятом реакторе) составляет от 280ºС до 320ºС, предпочтительно 280ºС. В данном примере во время реакции хлорметана и кремниевого порошка добавляют катализатор, и этим катализатором может быть медь или соль меди, предпочтительно медь.(6) Production of methylchlorosilane: heating the fourth gas-phase mixture and adding silicon powder, reacting chloromethane in the fourth gas-phase mixture with silicon powder to form methylchlorosilane so as to obtain a fifth gas-phase mixture, wherein the heating temperature of the fourth gas-phase mixture (i.e., the reaction temperature in the fifth reactor) is from 280ºC to 320ºC, preferably 280ºC. In this example, a catalyst is added during the reaction of chloromethane and silicon powder, and this catalyst may be copper or a copper salt, preferably copper.
Следует отметить, что в данном примере, перед подверганием четвертой газофазной смеси реагированию с кремниевым порошком с образованием метилхлорсилана, проводят очистку, промывание и осушение четвертой газофазной смеси для получения очищенных продуктов четвертой газовой фазы. Более конкретно, комбинированный способ включает следующие стадии:It should be noted that in this example, before subjecting the fourth gas-phase mixture to reaction with silicon powder to form methylchlorosilane, the fourth gas-phase mixture is purified, washed and dried to obtain purified fourth gas-phase products. More specifically, the combined method includes the following steps:
введение четвертой газофазной смеси в промывную и охладительную колонну 29, промывание и охлаждение четвертой газофазной смеси с использованием воды в качестве промывного раствора для удаления метанола и хлороводорода из четвертой газофазной смеси, а затем введение в сушильную колонну 30 для осушения с удалением воды и диметилового простого эфира, с тем чтобы получить очищенные продукты четвертой газовой фазы. В данном примере чистота метилхлорсилана в очищенных продуктах четвертой газовой фазы составляет более 99 мас.%.introducing the fourth gas-phase mixture into the washing and cooling column 29, washing and cooling the fourth gas-phase mixture using water as a washing solution to remove methanol and hydrogen chloride from the fourth gas-phase mixture, and then introducing into the drying column 30 for drying to remove water and dimethyl ether , in order to obtain purified products of the fourth gas phase. In this example, the purity of methylchlorosilane in the purified products of the fourth gas phase is more than 99 wt.%.
Более конкретно, нагревают вышеуказанную очищенную четвертую газофазную смесь (т.е. очищенные продукты четвертой газовой фазы) нагревателем 31, а затем вводят четвертую газофазную смесь в пятый реактор 11 при температуре нагрева 280ºС; вводят кремниевый порошок в пятый реактор 11, нагревают для проведения реакции хлорметана с кремниевым порошком при условии использования меди или соли меди в качестве катализатора с образованием метилхлорсилана, с тем чтобы получить пятую газофазную смесь; процесс реакции является экзотермическим, и тепло, выделяемое в процессе реакции в пятом реакторе 11, отводят охлаждающей водой для обеспечения того, что пятый реактор 11 имеет температуру 280ºС; вводят пятую газофазную смесь в третий охладитель 12 для охлаждения и получения жидкости, затем вводят полученную жидкость в третий резервуар-хранилище 13 для хранения охлажденной жидкости, причем упомянутая жидкость представляет собой метилхлорсилан. При ректификации и очистке метилхлорсилана получают диметилдихлорсилан, метилтрихлорсилан, триметилхлорсилан и метилдихлорсилан.More specifically, the above purified fourth gas phase mixture (ie, purified products of the fourth gas phase) is heated by the heater 31, and then the fourth gas phase mixture is introduced into the fifth reactor 11 at a heating temperature of 280°C; introducing silicon powder into the fifth reactor 11, heating to react chloromethane with silicon powder using copper or a copper salt as a catalyst to form methylchlorosilane, so as to obtain a fifth gas-phase mixture; the reaction process is exothermic, and the heat generated by the reaction process in the fifth reactor 11 is removed by cooling water to ensure that the fifth reactor 11 has a temperature of 280ºC; introducing the fifth gas-phase mixture into the third cooler 12 to cool and obtain a liquid, then introducing the resulting liquid into a third storage tank 13 for storing the cooled liquid, said liquid being methyl chlorosilane. When rectifying and purifying methylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, trimethylchlorosilane and methyldichlorosilane are obtained.
В некоторых необязательных вариантах осуществления цирконовый песок в данном примере представляет собой ZrSiO4, и молярное соотношение используемых сырьевых материалов составляет ZrSiO4:C:Cl2:Si:HCl=1:(4-5):4:(3-4):(12-16), массовое соотношение составляет ZrSiO4:C:Cl2:Si:HCl=183:(48-60):283:(84-112):(439-583); после того как цирконовый песок подвергнут реакции карбохлорирования, его пропускают через кремниевый порошок в дехлораторе 35 для удаления хлороводорода и газообразного хлора, и получившийся продукт (т.е. первая газофазная смесь) имеет состав: ZrCl = (186-233) кг, CO = (89-112) кг, SiCl4 = (815-849) кг, H2 = (12-16) кг; SiCl4 (тетрахлорид циркония) гидролизуют и прокаливают с образованием продукта оксида циркония (98-123) кг; после очистки и охлаждения первой газофазной смеси получают вторую газофазную смесь; после подвергания второй газофазной смеси охлаждению, реакции метанолизации, охлаждению и ректификации получают 81-128 кг метанола (то есть очищенных продуктов третьей газовой фазы); очищенные продукты третьей газовой фазы подвергают реакции гидрохлорирования, отпариванию и осушению с получением 109-201 кг метилхлорсилана (то есть очищенных продуктов четвертой газовой фазы); очищенные продукты третьей газовой фазы подвергают реакции гидрохлорирования, отпариванию и осушению с получением 109-201 кг метилхлорсилана (то есть очищенных продуктов четвертой газовой фазы); после подвергания метилхлорсилана и кремниевого порошка обработке в реакции ожижения, охлаждению и разделению получают продукт метилхлорсилан; после подвергания продукта метилхлорсилана обработке ректификацией и очисткой могут быть получены 98-361 кг диметилдихлорсилана.In some optional embodiments, the zircon sand in this example is ZrSiO 4 and the molar ratio of raw materials used is ZrSiO 4 :C:Cl 2 :Si:HCl=1:(4-5):4:(3-4): (12-16), the mass ratio is ZrSiO 4 :C:Cl 2 :Si:HCl=183:(48-60):283:(84-112):(439-583); After the zircon sand is subjected to the carbochlorination reaction, it is passed through silicon powder in a dechlorinator 35 to remove hydrogen chloride and chlorine gas, and the resulting product (i.e. the first gas phase mixture) has the composition: ZrCl = (186-233) kg, CO = (89-112) kg, SiCl 4 = (815-849) kg, H 2 = (12-16) kg; SiCl 4 (zirconium tetrachloride) is hydrolyzed and calcined to form the zirconium oxide product (98-123) kg; after purification and cooling of the first gas-phase mixture, a second gas-phase mixture is obtained; after subjecting the second gas-phase mixture to cooling, methanolization reaction, cooling and rectification, 81-128 kg of methanol (ie purified products of the third gas phase) are obtained; the purified products of the third gas phase are subjected to a hydrochlorination reaction, stripping and drying to obtain 109-201 kg of methylchlorosilane (ie, purified products of the fourth gas phase); the purified products of the third gas phase are subjected to a hydrochlorination reaction, stripping and drying to obtain 109-201 kg of methylchlorosilane (ie, purified products of the fourth gas phase); after subjecting methylchlorosilane and silicon powder to liquefaction reaction treatment, cooling and separation, the product methylchlorosilane is obtained; after subjecting the methylchlorosilane product to rectification and purification, 98-361 kg of dimethyldichlorosilane can be obtained.
Комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана и комбинированная установка в данных примерах позволяют реализовать рециркулирование элементов хлора, углерода и водорода, сокращение затрат на производство хлорметана на 50-65% и снижение затрат на производство метилхлорсилана (главным образом относится к диметилдихлорсилану) на 20-35%; в то же время, они позволяют сократить затраты на обработку отходящей воды и отходящего газа во время получения оксида циркония, в свою очередь, дополнительно снизить совокупную стоимость получения оксида циркония на величину от 10% до 15%, и, наконец, избежать выбросов парниковых газов. Более конкретно, это может быть отражено в следующих аспектах:The combined method for producing zirconium oxide and methylchlorosilane and the combined installation in these examples make it possible to recycle the elements of chlorine, carbon and hydrogen, reduce the cost of producing chloromethane by 50-65% and reduce the cost of producing methylchlorosilane (mainly related to dimethyldichlorosilane) by 20-35 %; at the same time, they reduce the cost of treating waste water and waste gas during zirconium oxide production, in turn further reducing the total cost of zirconium oxide production by 10% to 15%, and finally avoiding greenhouse gas emissions . More specifically, this can be reflected in the following aspects:
Таблица 1 - Анализ затрат на производство метанола из природного газа (юаней/тонну)Table 1 - Cost analysis of methanol production from natural gas (RMB/ton)
На стадии (4) монооксид углерода и газообразный водород в отходящих газах во время получения оксида циркония на стадиях (1) - (3) превращают в ценные материалы, что не только делает ненужной переработку отработанных газов во время получения оксида циркония, но и делает отработанные газы, такие как монооксид углерода и газообразный водород, непосредственно используемыми в качестве сырья для получения метанола. В ходе получения метанола на сырье монооксид углерода и газообразный водород приходятся до 80% затрат (как показано в Таблице 1), так что можно весьма значительно сократить затраты на производство метанола, тем самым снижая производственные затраты на получение метилхлорсилана на последующих стадиях (5) и (6).In step (4), carbon monoxide and hydrogen gas in the exhaust gases during the production of zirconium oxide in steps (1) to (3) are converted into valuable materials, which not only makes it unnecessary to process the exhaust gases during the production of zirconium oxide, but also makes waste gases such as carbon monoxide and hydrogen gas are directly used as feedstock to produce methanol. During methanol production, carbon monoxide and hydrogen gas feedstocks account for up to 80% of the costs (as shown in Table 1), so methanol production costs can be reduced quite significantly, thereby reducing downstream production costs of methylchlorosilane (5) and (6).
В дополнение, на стадии (2) отходящую воду и отходящий газ, содержащие хлороводород, непосредственно используют в качестве сырья для получения метилхлорсилана на последующей стадии (5) посредством отпаривания в отпарной колонне 17, так что содержащие хлороводород отходящую воду и отходящий газ превращают в ценные материалы, что не только исключает затраты на обработку отходящей воды и отходящего газа, но и сокращает затраты на производство метилхлорсилана, тем самым снижая производственные затраты на получение метилхлорсилана на последующей стадии (6).In addition, in step (2), the hydrogen chloride-containing waste water and waste gas are directly used as raw materials for producing methyl chlorosilane in the subsequent step (5) by stripping in the stripping column 17, so that the hydrogen chloride-containing waste water and waste gas are converted into valuable materials, which not only eliminates the cost of treating waste water and waste gas, but also reduces the cost of producing methyl chlorosilane, thereby reducing the production costs of producing methyl chlorosilane in the downstream stage (6).
В примере по настоящему изобретению монооксид углерода и хлороводород, образовавшиеся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырьевых материалов для получения метилхлорсилана, так что и отходящие газы, и тетрахлорид кремния могут быть эффективно использованы повторно с большой выгодой, что сокращает затраты на обработку отходящих газов и тетрахлорида кремния, исключает загрязнение окружающей среды, снижает затраты на производство метилхлорсилана и поликристаллического кремния и повышает технологический уровень, а также совокупные экономические преимущества.In the example of the present invention, carbon monoxide and hydrogen chloride generated during the production of zirconium oxide are used as raw materials for the production of methylchlorosilane, so that both the off-gases and silicon tetrachloride can be effectively reused with great benefit, which reduces the waste treatment costs. gases and silicon tetrachloride, eliminates environmental pollution, reduces the cost of production of methylchlorosilane and polycrystalline silicon and increases the technological level, as well as overall economic benefits.
Пример 3Example 3
Как показано в ФИГ. 2, пример по настоящему изобретению представляет комбинированную установку для получения оксида циркония и метилхлорсилана, и отличие от комбинированной установки из Примера 2 заключается в следующем: дехлоратор 35 размещен между первым реактором 1 и первым охлаждающим сепаратором 2, впуск дехлоратора 35 соединен с выпуском первого реактора 1, а выпуск дехлоратора 35 соединен с первым охлаждающим сепаратором 2.As shown in FIG. 2, the example of the present invention is a combined plant for producing zirconium oxide and methylchlorosilane, and the difference from the combined plant of Example 2 is as follows: the dechlorinator 35 is placed between the first reactor 1 and the first cooling separator 2, the inlet of the dechlorinator 35 is connected to the outlet of the first reactor 1 , and the outlet of the dechlorinator 35 is connected to the first cooling separator 2.
Пример по настоящему изобретению также представляет комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана с использованием вышеуказанной комбинированной установки, и отличие от комбинированного способа из примера 2 заключается в следующем:The example of the present invention also presents a combined method for producing zirconium oxide and methylchlorosilane using the above combination plant, and the difference from the combination method of Example 2 is as follows:
на стадии (1) первый реактор 1 имеет температуру нагрева 1200ºС, а молярное отношение цирконового песка к кремниевому порошку составляет 1:1,3;at stage (1), the first reactor 1 has a heating temperature of 1200ºC, and the molar ratio of zircon sand to silicon powder is 1:1.3;
на стадии (2) массовое отношение чернового тетрахлорида циркония к воде составляет 1:4, выпариватель 5 имеет температуру 100ºС, кристаллизатор имеет температуру 40ºС, а второй реактор 7 имеет температуру высокотемпературного прокаливания 800ºС;at stage (2), the mass ratio of crude zirconium tetrachloride to water is 1:4, the evaporator 5 has a temperature of 100ºC, the crystallizer has a temperature of 40ºC, and the second reactor 7 has a high-temperature calcination temperature of 800ºC;
на стадии (4) предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду составляет 1:5, третий реактор 9 имеет давление сжатия 6,0 МПа и температуру нагрева 250ºС;at stage (4), the preset molar ratio of carbon to hydrogen is 1:5, the third reactor 9 has a compression pressure of 6.0 MPa and a heating temperature of 250ºC;
на стадии (5) четвертый реактор 10 имеет температуру нагрева 140ºС; отпарная колонна 17 имеет температуру отпаривания 50ºС и давление 0,1 МПа;at stage (5) the fourth reactor 10 has a heating temperature of 140ºC; stripping column 17 has a stripping temperature of 50ºC and a pressure of 0.1 MPa;
на стадии (6) пятый реактор 11 имеет температуру нагрева 320ºС.at stage (6), the fifth reactor 11 has a heating temperature of 320ºC.
Пример 4Example 4
Пример по настоящему изобретению представляет комбинированный способ получения оксида циркония и метилхлорсилана с использованием комбинированной установки из Примера 2, и отличие от способа из Примера 2 заключается в следующем:The example of the present invention is a combined process for producing zirconium oxide and methylchlorosilane using the combination plant of Example 2, and the difference from the method of Example 2 is as follows:
на стадии (1) первый реактор 1 имеет температуру нагрева 1100ºС, а молярное отношение цирконового песка к кремниевому порошку составляет 1:1,4;at stage (1), the first reactor 1 has a heating temperature of 1100ºC, and the molar ratio of zircon sand to silicon powder is 1:1.4;
на стадии (2) массовое отношение чернового тетрахлорида циркония к воде составляет 1:3,5, выпариватель 5 имеет температуру 95ºС, кристаллизатор имеет температуру 45ºС, а второй реактор 7 имеет температуру высокотемпературного прокаливания 900ºС;at stage (2), the mass ratio of crude zirconium tetrachloride to water is 1:3.5, the evaporator 5 has a temperature of 95ºC, the crystallizer has a temperature of 45ºC, and the second reactor 7 has a high-temperature calcination temperature of 900ºC;
на стадии (4) предварительно заданное молярное отношение углерода к водороду составляет 1:4,5, третий реактор 9 имеет давление сжатия 5,5 МПа и температуру нагрева 235ºС;at stage (4), the preset molar ratio of carbon to hydrogen is 1:4.5, the third reactor 9 has a compression pressure of 5.5 MPa and a heating temperature of 235ºC;
на стадии (5) четвертый реактор 10 имеет температуру нагрева 150ºС; отпарная колонна 17 имеет температуру отпаривания 60ºС и давление 0,2 МПа;at stage (5) the fourth reactor 10 has a heating temperature of 150ºC; stripping column 17 has a stripping temperature of 60ºC and a pressure of 0.2 MPa;
на стадии (6) пятый реактор 11 имеет температуру нагрева 300ºС.at stage (6), the fifth reactor 11 has a heating temperature of 300ºC.
Пример 5Example 5
Пример по настоящему изобретению представляет комбинированную установку для получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, причем установка включает в себя комбинированную установку для получения оксида циркония и метилхлорсилана согласно Примеру 1 и дополнительно включает в себя:An example of the present invention is a combined plant for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon, the plant including a combined plant for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane according to Example 1 and further including:
устройство получения поликристаллического кремния, которое соединено с устройством получения оксида циркония и используется для получения поликристаллического кремния с использованием тетрахлорида кремния, выделенного устройством получения оксида циркония, в качестве сырьевого материала.a polycrystalline silicon producing device which is connected to the zirconium oxide producing device and is used to produce polycrystalline silicon using silicon tetrachloride recovered by the zirconium oxide producing device as a raw material.
Пример по настоящему изобретению также представляет комбинированный способ получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния с использованием вышеуказанной комбинированной установки для получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, включающий:The example of the present invention also provides a combined method for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon using the above combined plant for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon, comprising:
применение жидкофазных продуктов, отделенных во время комбинированного способа получения оксида циркония и метилхлорсилана согласно Примеру 1, причем упомянутые жидкофазные продукты включают тетрахлорид кремния, и упомянутый тетрахлорид кремния используют в качестве сырьевого материала для получения поликристаллического кремния. Более конкретно, стадии заключаются в следующем:using liquid-phase products separated during the combined process for producing zirconium oxide and methylchlorosilane according to Example 1, said liquid-phase products including silicon tetrachloride, and said silicon tetrachloride being used as a raw material for producing polycrystalline silicon. More specifically, the stages are as follows:
использование жидкофазных продуктов с тетрахлоридом кремния, отделенных во время осуществления комбинированного способа, в качестве сырья для получения поликристаллического кремния, которое включает сначала выполнение гидрохлорирования тетрахлорида кремния с образованием трихлорсилана, а затем проведение реакции восстановления трихлорсилана водородом для получения поликристаллического кремния.using the liquid-phase silicon tetrachloride products separated during the combined process as a raw material for producing polycrystalline silicon, which includes first performing hydrochlorination of silicon tetrachloride to form trichlorosilane, and then carrying out a reduction reaction of trichlorosilane with hydrogen to obtain polycrystalline silicon.
В примере по настоящему изобретению не только монооксид углерода и хлороводород, образовавшиеся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырья для получения метилхлорсилана, но и тетрахлорид кремния - побочный продукт, образовавшийся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырья для получения поликристаллического кремния, и тем самым как отходящие газы, так и тетрахлорид кремния могут быть эффективно использованы повторно с большой выгодой, что сокращает затраты на обработку отходящих газов и побочного продукта тетрахлорида кремния, исключает загрязнение окружающей среды, снижает затраты на производство метилхлорсилана и поликристаллического кремния и повышает технологический уровень, а также совокупные экономические преимущества.In the example of the present invention, not only the carbon monoxide and hydrogen chloride generated during the production of zirconium oxide are used as raw materials for the production of methylchlorosilane, but also silicon tetrachloride, a by-product formed during the production of zirconium oxide, is used as a raw material for the production of polycrystalline silicon , and thus both waste gases and silicon tetrachloride can be effectively reused with great benefit, which reduces the cost of processing waste gases and silicon tetrachloride by-product, eliminates environmental pollution, reduces the cost of producing methylchlorosilane and polycrystalline silicon and increases technological efficiency level, as well as cumulative economic benefits.
Пример 6Example 6
Пример по настоящему изобретению представляет комбинированную установку для получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, используемую в комбинированном способе получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, причем установка включает в себя комбинированную установку для получения оксида циркония и метилхлорсилана согласно Примеру 2 или Примеру 3, а устройство получения оксида циркония по данному примеру также используется для отделения тетрахлорида кремния во время получения оксида циркония.An example of the present invention is a combination plant for producing zirconium oxide, methylchlorosilane and polycrystalline silicon used in a combined method for producing zirconium oxide, methylchlorosilane and polycrystalline silicon, the plant including a combined plant for producing zirconium oxide and methylchlorosilane according to Example 2 or Example 3, and the zirconium oxide producing apparatus of this example is also used for separating silicon tetrachloride during the production of zirconium oxide.
Как показано в ФИГ. 1 или ФИГ. 2, комбинированная установка для получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния в данном примере дополнительно включает в себя:As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the combined installation for producing zirconium oxide, methylchlorosilane and polycrystalline silicon in this example further includes:
устройство получения поликристаллического кремния (в фигуре не показано), которое соединено с устройством получения оксида циркония и используется для получения поликристаллического кремния с использованием тетрахлорида кремния, отделенного устройством получения оксида циркония, в качестве сырьевого материала.a polycrystalline silicon producing device (not shown in the figure), which is connected to the zirconium oxide producing device and is used to produce polycrystalline silicon using silicon tetrachloride separated by the zirconium oxide producing device as a raw material.
Кроме того, устройство получения поликристаллического кремния включает в себя реактор гидрохлорирования, блок ректификации и очистки, и восстановительную CVD-печь (CVD, т.е. химическое осаждение из паровой фазы).In addition, the device for producing polycrystalline silicon includes a hydrochlorination reactor, a rectification and purification unit, and a CVD reduction furnace (CVD, i.e. chemical vapor deposition).
Реактор гидрохлорирования, предпочтительно реактор с псевдоожиженным слоем, соединен с устройством получения оксида циркония, например, соединен с первым резервуаром-хранилищем 20, и используется для проведения реакции гидрохлорирования побочного продукта тетрахлорида кремния, полученного устройством получения оксида циркония, с кремниевым порошком, газообразным водородом, хлороводородом с образованием трихлорсилана.A hydrochlorination reactor, preferably a fluidized bed reactor, is connected to the zirconium oxide producing device, for example, connected to the first storage tank 20, and is used to carry out a hydrochlorination reaction of the silicon tetrachloride by-product produced by the zirconium oxide producing device with silicon powder, hydrogen gas, hydrogen chloride to form trichlorosilane.
Блок ректификации и очистки включает в себя тарельчатую ректификационную колонну и насадочную ректификационную колонну, причем тарельчатая ректификационная колонна соединена с реактором гидрохлорирования и используется для удаления тетрахлорида кремния из смешанного раствора трихлорсилана и тетрахлорида кремния, образовавшегося в реакторе гидрохлорирования, и высококипящих примесей металлов, причем высококипящие примеси металлов включают хлорид алюминия, хлорид трехвалентного железа, хлорид кальция и т.д.; с тарельчатой ректификационной колонной соединена насадочная ректификационная колонна, которая используется для очистки жидкого трихлорсилана, из которого в тарельчатой ректификационной колонне были удалены тетрахлорид кремния и высококипящие примеси металлов, с тем чтобы дополнительно удалить дихлордигидросилан и примеси металлов, такие как хлорид фосфора и хлорид бора, в жидком трихлорсилане, с получением очищенного трихлорсилана.The rectification and purification unit includes a tray distillation column and a packed distillation column, wherein the tray distillation column is connected to the hydrochlorination reactor and is used to remove silicon tetrachloride from the mixed solution of trichlorosilane and silicon tetrachloride formed in the hydrochlorination reactor and high-boiling metal impurities, the high-boiling impurities metals include aluminum chloride, ferric chloride, calcium chloride, etc.; Connected to the tray distillation column is a packed distillation column, which is used to purify liquid trichlorosilane, from which silicon tetrachloride and high-boiling metal impurities have been removed in the tray distillation column, so as to further remove dichlorodihydrosilane and metal impurities such as phosphorus chloride and boron chloride, in liquid trichlorosilane to obtain purified trichlorosilane.
Восстановительная CVD-печь соединена с насадочной ректификационной колонной и используется для проведения реакции химического осаждения из паровой фазы очищенного трихлорсилана с газообразным водородом в условиях нагрева для восстановления трихлорсилана до поликристаллического кремния. CVD-печь может иметь температуру нагрева от 1000ºС до 1100ºС, и в данном примере CVD-печь предпочтительно имеет температуру нагрева 1080ºС.The CVD reduction furnace is coupled to a packed distillation column and is used to conduct a chemical vapor deposition reaction of purified trichlorosilane with hydrogen gas under heating conditions to reduce trichlorosilane to polycrystalline silicon. The CVD oven may have a heating temperature of from 1000°C to 1100°C, and in this example, the CVD oven preferably has a heating temperature of 1080°C.
Следует отметить, что в данном примере устройство получения поликристаллического кремния также может использовать традиционный технологический способ, такой как Сименс-процесс или модифицированный Сименс-процесс, и сходства не будут повторяться по отдельности.It should be noted that in this example, the polycrystalline silicon production apparatus may also use a conventional process method such as the Siemens process or a modified Siemens process, and the similarities will not be repeated separately.
Пример по настоящему изобретению также представляет комбинированный способ получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния с использованием вышеуказанной комбинированной установки для получения оксида циркония, метилхлорсилана и поликристаллического кремния, причем, в дополнение к наличию стадий (1)-(6) согласно Примеру 3, способ дополнительно включает стадию (7):The example of the present invention also presents a combined method for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon using the above combined plant for producing zirconium oxide, methyl chlorosilane and polycrystalline silicon, and, in addition to having steps (1) to (6) according to Example 3, the method further includes step (7):
(7) получение поликристаллического кремния: используют жидкостные продукты с тетрахлоридом кремния, отделенные во время получения оксида циркония, в качестве сырья для получения поликристаллического кремния, что включает сначала проведение гидрохлорирования упомянутого тетрахлорида кремния с образованием трихлорсилана, а затем проведение реакции восстановления трихлорсилана водородом с образованием поликристаллического кремния.(7) producing polycrystalline silicon: using liquid products of silicon tetrachloride separated during the production of zirconium oxide as raw materials for producing polycrystalline silicon, which involves first hydrochlorinating said silicon tetrachloride to form trichlorosilane, and then carrying out a reduction reaction of trichlorosilane with hydrogen to form polycrystalline silicon.
Более конкретно, в качестве сырья используют тетрахлорид кремния, отделенный на стадии (3), и вводят его в устройство получения поликристаллического кремния для получения поликристаллического кремния, то есть, сначала вводят тетрахлорид кремния в реактор гидрохлорирования в качестве сырьевого материала, а затем добавляют кремниевый порошок, газообразный водород, хлороводород и другие сырьевые материалы, заставляя вышеуказанные сырьевые материалы претерпевать реакцию гидрохлорирования с образованием трихлорсилана; затем вводят трихлорид кремния последовательно в тарельчатую ректификационную колонну и насадочную ректификационную колонну для очистки, чтобы получить очищенный трихлорсилан; после этого вводят очищенный трихлорсилан в восстановительную CVD-печь и подают газообразный водород, так что трихлорсилан и водород претерпевают реакцию восстановления с получением поликристаллического кремния.More specifically, silicon tetrachloride separated in step (3) is used as a raw material and introduced into a polycrystalline silicon producing apparatus to produce polycrystalline silicon, that is, silicon tetrachloride is first introduced into a hydrochlorination reactor as a raw material, and then silicon powder is added , hydrogen gas, hydrogen chloride and other raw materials, causing the above raw materials to undergo a hydrochlorination reaction to form trichlorosilane; then introducing silicon trichloride sequentially into the plate distillation column and the packed distillation column for purification to obtain purified trichlorosilane; thereafter, the purified trichlorosilane is introduced into the CVD reduction furnace and hydrogen gas is supplied, so that the trichlorosilane and hydrogen undergo a reduction reaction to obtain polycrystalline silicon.
Следует отметить, что в данном примере способ получения поликристаллического кремния предпочтительно осуществляют с использованием Сименс-процесса или модифицированного Сименс-процесса, и конкретные технологические параметры и одинаковые этапы не будут повторяться здесь.It should be noted that in this example, the method for producing polycrystalline silicon is preferably carried out using the Siemens process or a modified Siemens process, and the specific process parameters and the same steps will not be repeated here.
В примере по настоящему изобретению не только монооксид углерода и хлороводород, образовавшиеся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырья для получения метилхлорсилана, но и тетрахлорид кремния - побочный продукт, образовавшийся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырья для получения поликристаллического кремния, так что и отходящие газы, и побочный продукт тетрахлорид кремния могут быть эффективно использованы повторно с большой выгодой, что сокращает затраты на обработку отходящих газов и тетрахлорида кремния, исключает загрязнение окружающей среды, снижает затраты на производство метилхлорсилана и поликристаллического кремния и повышает технологический уровень, а также совокупные экономические преимущества.In the example of the present invention, not only the carbon monoxide and hydrogen chloride generated during the production of zirconium oxide are used as raw materials for the production of methylchlorosilane, but also silicon tetrachloride, a by-product formed during the production of zirconium oxide, is used as a raw material for the production of polycrystalline silicon , so that both the waste gases and the by-product silicon tetrachloride can be effectively reused with great benefit, which reduces the processing costs of waste gases and silicon tetrachloride, eliminates environmental pollution, reduces the production costs of methyl chlorosilane and polycrystalline silicon, and improves the technological level, and overall economic benefits.
Пример 7Example 7
Пример по настоящему изобретению представляет комбинированную установку для получения оксида циркония и поликристаллического кремния, причем установка включает в себя:An example of the present invention is a combined plant for the production of zirconium oxide and polycrystalline silicon, the plant including:
устройство получения оксида циркония, которое используется для получения оксида циркония с использованием цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, и устройство получения оксида циркония также используется для отделения газофазных продуктов монооксида углерода, газообразного водорода и хлороводорода, образовавшихся во время получения оксида циркония;a zirconium oxide producing device which is used to produce zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, and a zirconium oxide producing device is also used to separate the gas-phase products of carbon monoxide, hydrogen gas and hydrogen chloride , formed during the production of zirconium oxide;
устройство получения поликристаллического кремния, которое соединено с упомянутым устройством получения оксида циркония и используется для получения поликристаллического кремния с использованием тетрахлорида кремния, отделенного упомянутым устройством получения оксида циркония, в качестве сырьевого материала.a polycrystalline silicon producing device which is connected to said zirconium oxide producing device and is used to produce polycrystalline silicon using silicon tetrachloride separated by said zirconium oxide producing device as a raw material.
Следует отметить, что в данном примере в качестве устройства получения оксида циркония применяется такое же устройство, как и устройство получения оксида циркония в Примере 6, и подробности здесь не повторяются. Отходящие газы, такие как монооксид углерод и хлороводород, отделенные из устройства получения оксида циркония, могут быть использованы для последующих процессов, таких как получение метилхлорсилана.It should be noted that in this example, the zirconium oxide producing device is the same as the zirconium oxide producing device in Example 6, and the details are not repeated here. Off-gases such as carbon monoxide and hydrogen chloride separated from the zirconium oxide production device can be used for downstream processes such as the production of methylchlorosilane.
Следует отметить, что в качестве устройства получения поликристаллического кремния в данном примере применяется такое же устройство, как и устройство получения поликристаллического кремния в примере 6, и подробности здесь не повторяются.It should be noted that the device for producing polycrystalline silicon in this example is the same as the device for producing polycrystalline silicon in Example 6, and the details are not repeated here.
Пример по настоящему изобретению также представляет комбинированный способ получения оксида циркония и поликристаллического кремния с использованием вышеуказанной комбинированной установки для получения оксида циркония и поликристаллического кремния, причем способ включает:The example of the present invention also provides a combined method for producing zirconium oxide and polycrystalline silicon using the above combined plant for producing zirconium oxide and polycrystalline silicon, the method comprising:
получение оксида циркония с использованием цирконового песка, углеродного восстановителя, газообразного хлора, теплопополняющего агента кремния и хлороводорода в качестве сырьевых материалов, причем жидкофазные продукты, отделенные во время получения оксида циркония, включают тетрахлорид кремния; иproducing zirconium oxide using zircon sand, carbon reducing agent, chlorine gas, silicon heat replenishing agent and hydrogen chloride as raw materials, wherein the liquid phase products separated during the production of zirconium oxide include silicon tetrachloride; And
получение поликристаллического кремния с использованием отделенных во время получения оксида циркония жидкофазных продуктов в качестве сырьевых материалов.producing polycrystalline silicon using liquid-phase products separated during the production of zirconium oxide as raw materials.
Следует отметить, что способы получения оксида циркония и поликристаллического кремния в данном примере являются такими же, как и такие способы в Примере 6, которые здесь не будут повторены.It should be noted that the methods for producing zirconium oxide and polycrystalline silicon in this example are the same as those in Example 6, which will not be repeated here.
В примере по настоящему изобретению тетрахлорид кремния - побочный продукт, образовавшийся во время получения оксида циркония, используют в качестве сырья для получения поликристаллического кремния, так что побочный продукт тетрахлорид кремния может быть эффективно использован повторно с большой выгодой, что снижает затраты на обработку побочного продукта и дополнительно сокращает затраты на производство поликристаллического кремния, и повышает технологический уровень, а также совокупные экономические преимущества.In the example of the present invention, silicon tetrachloride, a by-product generated during the production of zirconium oxide, is used as a raw material for the production of polycrystalline silicon, so that the by-product silicon tetrachloride can be effectively reused with great benefit, which reduces the cost of processing the by-product and further reduces the cost of producing polycrystalline silicon, and increases the technological level, as well as overall economic benefits.
Может быть понятно, что вышеописанные варианты осуществления являются исключительно примерными вариантами реализации, использованными для иллюстрации принципов настоящего изобретения, но настоящее изобретению ими не ограничено. Специалистами в этой области техники могут быть проделаны различные вариации и модификации без отклонения от смысла и сущности настоящего изобретения, и эти вариации и модификации также находятся в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения.It may be understood that the above-described embodiments are purely exemplary embodiments used to illustrate the principles of the present invention, but the present invention is not limited to them. Various variations and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and spirit of the present invention, and these variations and modifications are also within the scope of the present invention.
Claims (87)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811510146.5 | 2018-12-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807187C1 true RU2807187C1 (en) | 2023-11-10 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2400429C2 (en) * | 2008-12-24 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of producing zirconium oxide having tetragonal modification for producing catalysts |
RU2450974C1 (en) * | 2010-12-06 | 2012-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" (ОАО "РИТМ") | Zircon concentrate processing method |
CN108557880A (en) * | 2018-03-08 | 2018-09-21 | 新疆晶硕新材料有限公司 | The preparation process of zirconium chloride and zirconium dioxide |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2400429C2 (en) * | 2008-12-24 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) | Method of producing zirconium oxide having tetragonal modification for producing catalysts |
RU2450974C1 (en) * | 2010-12-06 | 2012-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" (ОАО "РИТМ") | Zircon concentrate processing method |
CN108557880A (en) * | 2018-03-08 | 2018-09-21 | 新疆晶硕新材料有限公司 | The preparation process of zirconium chloride and zirconium dioxide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2665520C1 (en) | System and method for purifying and preparing a powder of high purity vanadium pentoxide | |
JP6347903B2 (en) | Manufacturing system and manufacturing method of divanadium pentoxide powder | |
CN110589838B (en) | Method for treating chlorosilane residual liquid | |
US20110262338A1 (en) | Method and system for the production of pure silicon | |
CN210825446U (en) | Cold hydrogenation slag slurry zero-emission treatment system | |
CN105502423A (en) | Method for producing high-grade zircon sand | |
WO2016119717A1 (en) | System and method for producing high-purity divanadium pentoxide powder | |
CN104909400A (en) | Treatment system and treatment method of chlorosilane slurry raffinate | |
CN102602936B (en) | Method and device for treating residual silicon tetrachloride liquor | |
EP2540666B1 (en) | Method for manufacturing trichlorosilane | |
CN103449448B (en) | Equipment for purification trichlorosilane | |
RU2807187C1 (en) | Combined production method and combined installation for producing zirconium oxide and methyl chlorosilane and/or polysilicon | |
CN110627069B (en) | System for handle chlorosilane raffinate | |
US20230074106A1 (en) | Combination preparation process and combination preparation system for zirconia and methylchlorosilane and/or polysilicon | |
AU2016241255B2 (en) | High purity synthetic fluorite, process for preparing the same and apparatus therefor | |
CN103663553B (en) | The method preparing titanium dioxide | |
CN113943319B (en) | Process for preparing dimethyl dichlorosilane by using organosilicon by-product | |
RU2313485C2 (en) | Monosilane preparation process | |
CN211078489U (en) | System for handle chlorosilane raffinate | |
CN103482573B (en) | Method and device for drying hydrogen chloride gas in polysilicon production | |
CN103466633B (en) | The method of purification trichlorosilane | |
CN115557506B (en) | Slag slurry treatment process and device in polycrystalline silicon production process | |
CN219429719U (en) | Cold hydrogenation slag slurry treatment system | |
JPH03199116A (en) | After-treatment for waste-free chlorosilane distillation residue | |
CN220412892U (en) | Silane coupling agent hydrogen chloride tail gas recovery device |