鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置。屬于鋯的鹵化物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋯英砂是鋯英石礦物經(jīng)過加工、選礦而得的鋯英石(ZrS14)精礦，其理論組成為:ZrO2含量為67.21%, S12含量為32.79 %。鋯英砂是生產(chǎn)金屬鋯及其化學(xué)制品的主要原料。用于制備四氯化硅、氧氯化鋯和二氧化鋯等。
[0003]氧氯化鋯(ZrOCl2.SH2O)是重要的鋯化學(xué)品，是制備金屬鋯、二氧化鋯和諸多鋯鹽及其它鋯化合物的基礎(chǔ)原料。可用作涂料干燥劑、橡膠添加劑、耐火材料、陶瓷顏料、潤(rùn)滑劑;在陶瓷、鞣革、電子、核工業(yè)、珠寶、冶金工業(yè)、催化劑、醫(yī)療、汽車尾氣凈化等方面得到廣泛應(yīng)用。而且，氧氯化鋯還是制備原子能級(jí)金屬鋯鉿的重要原料。
[0004]由于氧氯化鋯(ZrOCl2.SH2O)用途廣泛，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求量不斷攀升，氧氯化鋯產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0005]目前四氯化硅的主要來源是有機(jī)硅行業(yè)和多晶硅行業(yè)的副產(chǎn)物，由于多晶硅行業(yè)的持續(xù)低迷，行業(yè)開工率低，造成了副產(chǎn)物四氯化硅的緊缺，而多晶硅行業(yè)近年來為了降低生產(chǎn)成本，開發(fā)了出了四氯化硅冷氫化技術(shù)，把四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，這就大大增加了四氯化硅的市場(chǎng)需求量，使得四氯化硅的價(jià)格不斷攀升。
[0006]鋯英砂沸騰氯化工藝即鋯英砂直接氯化工藝，是指鋯英砂與石油焦按照一定配比混合研磨后，在沸騰氯化爐中在950?1100°C溫度下，通入氯氣進(jìn)行反應(yīng)，生成四氯化鋯(ZrCL4)和四氯化硅(SiCl4)兩種主要產(chǎn)物的工藝過程。
[0007]沸騰氯化，在流體的作用下使固體顆粒懸浮起來，因此固體顆粒具有了流體的某些表觀特性，物料間的接觸得到了強(qiáng)化，故亦被稱為流態(tài)化技術(shù)。其應(yīng)用于鋯英砂氯化工藝稱為鋯英砂沸騰氯化。主要化學(xué)反應(yīng)式如下:
[0008]ZrSi04+4Cl2+4C = ZrCl4+SiCl4+4C0
[0009]純ZrCl4在常溫下是固態(tài)，其升華點(diǎn)為331°C，SiCl4的沸點(diǎn)是57°C，在沸騰氯化反應(yīng)條件下，兩種產(chǎn)物均以氣態(tài)形式產(chǎn)出。首先收集ZrCl4產(chǎn)品，然后，將ZrCl4水解制得氧氯化鋯。SiCl4由于沸點(diǎn)低，收集ZrCl4產(chǎn)品后的氣體，再繼續(xù)經(jīng)過冷凝、精制、制得SiCl4產(chǎn)品。
[0010]鋯英砂沸騰氯化裝置，通過氯氣對(duì)鋯英砂的氯化，在制得氧氯化鋯產(chǎn)品的同時(shí)，制得了副產(chǎn)品四氯化硅，為生產(chǎn)氣相法二氧化鋯提供了優(yōu)質(zhì)原料。使得不可多得的寶貴的鋯英砂礦產(chǎn)資源得到了有效的利用。徹底解決了鋯英砂分解制備鋯產(chǎn)品工業(yè)中，廢硅渣的排放所導(dǎo)致的諸多弊端。
[0011]因此，鋯英砂沸騰氯化裝置的工藝方法，具有堿熔法無法比擬的低成本、低污染的特點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)品中的Si02、Na20、Ti02、硫酸鹽等一些雜質(zhì)，在冷卻回收Z(yǔ)rCl4時(shí)得到去除。避免了這些雜質(zhì)進(jìn)入后續(xù)的系統(tǒng)。
[0012]鋯英砂沸騰氯化工藝直接將鋯英砂原料轉(zhuǎn)化為氧氯化鋯的原料ZrCl4和SiCl4副產(chǎn)品，原料利用率高，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，廢氣廢渣排放較少;具有設(shè)備緊湊、運(yùn)行效率高、控制穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛采用。
[0013]但是，現(xiàn)有技術(shù)中還存在如下不足:
[0014]1.在鋯英砂沸騰氯化裝置排放的尾氣中，含有數(shù)量較多C12、C0，是具有很高利用價(jià)值的寶貴資源。尚未得到有效的分離和利用。造成資源浪費(fèi)。
[0015]2.現(xiàn)有技術(shù)中，鋯英砂沸騰氯化工藝產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，經(jīng)首先分離收集ZrCl4以后，再繼續(xù)收集并精制SiCl4,最后，尾氣經(jīng)過簡(jiǎn)單的堿液吸收后，CO由點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃后，燃燒排放?；蛘咚腿脲仩t作為燃料使用。不僅即浪費(fèi)資源，而且存在CO燃燒、爆炸、中毒等安全隱患。
[0016]3.⑶燃燒焓產(chǎn)生的CO2，⑶2是主要的溫室氣體，會(huì)加劇大氣的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖，并由此引發(fā)自然災(zāi)害，嚴(yán)重的威脅著人類的生存和發(fā)展。
[0017]4.現(xiàn)有技術(shù)中，Cl2作為氯化反應(yīng)的主要原料，由于沒有回收循環(huán)利用，導(dǎo)致原料消耗增加，產(chǎn)品生產(chǎn)成本的提高。
[0018]5.現(xiàn)有技術(shù)中，Cl2作為氯化反應(yīng)的主要原料，由于沒有回收循環(huán)利用，鋯英砂與Cl2的摩爾配比，只能維持在1:6左右，限制了鋯英砂氯化反應(yīng)的反應(yīng)速度。影響了裝置的生廣能力的提尚。
[0019]—種能夠有效利用Cl2和CO資源，減少溫室氣體CO2的排放;避免因CO排放導(dǎo)致的燃燒、爆炸、中毒等安全事故發(fā)生;能夠降低鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅裝置產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高裝置生產(chǎn)能力的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，是人們所期待的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種能夠有效利用Cl2和CO資源，減少溫室氣體CO2的排放;避免因CO排放導(dǎo)致的燃燒、爆炸、中毒等安全事故發(fā)生;能夠降低鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅裝置產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高裝置生產(chǎn)能力的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置。
[0021]本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達(dá)到:
[0022]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，包括鋯英砂沸騰氯化系統(tǒng)、四氯化鋯冷凝收集系統(tǒng)、四氯化硅精餾系統(tǒng)和四氯化硅水解制備高純氧氯化鋯系統(tǒng)，其特征在于還包括尾氣的回收利用系統(tǒng);所述尾氣的回收利用系統(tǒng)包括尾氣儲(chǔ)存裝置、氯氣分離回收裝置和CO回收儲(chǔ)存裝置;首先分離收集尾氣中的氯氣，用作鋯英砂沸騰氯化反應(yīng)的原料，循環(huán)使用；分離氯氣后的尾氣作為CO參與的合成反應(yīng)涉及的工業(yè)生產(chǎn)裝置的原料利用。
[0023]氯氣是鋯英砂沸騰氯化的原料，尾氣中氯氣的完全回收利用，無疑對(duì)于降低ZrCl4、SiCl4以及氧氯化鋯產(chǎn)品的成本有益。而且由于原料氯氣能夠完全回收利用，在原料ZrSi04、C和Cl2的摩爾配比中，可以通過適當(dāng)提高Cl2的摩爾配比來提高氯化反應(yīng)的反應(yīng)速度，使得氯化反應(yīng)平衡向著生成氯化產(chǎn)物的方向移動(dòng)。從而提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。
[0024]ZrS04+4Cl2+4C = ZrCl4+SiCl4+4C0
[0025]從以上鋯英砂沸騰氯化反應(yīng)方程式中，可以看出:每摩爾ZrSO4氯化，生成I摩爾的ZrCl4，同時(shí)產(chǎn)生4摩爾的CO。尾氣中的CO的數(shù)量較大，作為CO參與的合成反應(yīng)涉及生產(chǎn)裝置的原料利用。無疑具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)效益。
[0026]本發(fā)明的目的還可以通過如下措施來達(dá)到:
[0027]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述的CO參與的合成反應(yīng)是:
[0028]①.合成氨裝置CO變換工段的將CO轉(zhuǎn)化為氫氣的反應(yīng)
[0029]C0+H20^H2+C02
[0030]②.CO加氫合成甲醇的反應(yīng)[0031 ] 2H2+C0^CH30H
[0032]③.不飽和化合物的羰基化反應(yīng)，例如:
[0033]CH2 = CH2+CO+H2^CH3CH2CHO
[0034]④.甲醇的羧化反應(yīng)
[0035]CH30H+C0—CH3C00H
[0036]㈤.CO參與的交替共聚反應(yīng)。
[0037]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，所述的CO參與的合成反應(yīng)涉及的工業(yè)生產(chǎn)裝置是:合成氨裝置、合成甲醇裝置、甲醇羧化合成乙酸裝置、烯烴氫甲基化制備相應(yīng)的醛的裝置、乙烯與CO制備聚酮的裝置。是優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0038]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，所述尾氣儲(chǔ)存裝置是干式氣柜。是優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0039]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，所述氯氣分離回收裝置是氯氣冷凝液化裝置，包括氯氣液化器、制冷機(jī)組及其他附屬設(shè)備，氯氣在氯氣液化器中被冷凝為液體，制冷機(jī)組為氯氣液化器提供冷源。
[0040]采用氯氣液化的方法分離尾氣中的氯氣，分離效率298.5%，得到的氯氣純度高，能夠滿足鋯英砂氯化工藝要求。是一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0041]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯化鋯副產(chǎn)四氯化硅的生產(chǎn)裝置，所述的氯氣冷凝液化采用低壓氨-氯化鈣鹽水間接冷凍液化裝置。是一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0042]本發(fā)明的鋯英砂沸騰氯化制備超純氧氯