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专利号: 2018115101465
申请人: 新特能源股份有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:以锆英砂、还原剂碳、氯气、补热剂硅、氯化氢为原料制备氧化锆,制备氧化锆过程中分离出的气相物包括一氧化碳、氢气、氯化氢气相物,以制备氧化锆过程中分离出的气相物为原料制备甲基氯硅烷;

所述步骤具体为:

将锆英砂、还原剂碳、氯气、补热剂硅、氯化氢在第一反应器内混合,加热,其中,锆英砂、还原剂碳、氯气反应生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳,补热剂硅、氯气、氯化氢反应生成四氯化硅、氢气,得到第一气相混合物;

将第一气相混合物通过除氯器中的硅粉除去其中的氯化氢、氯气;

将除去氯化氢、氯气的第一气相混合物冷却分离出粗四氯化锆固体,将粗四氯化锆固体水解生成氧氯化锆,得到水解混合物,再将水解混合物通过蒸发、结晶、固液分离得到固体氧氯化锆,将固体氧氯化锆在第二反应器内加热得到氧化锆;

将分离出粗四氯化锆固体的第一气相混合物再通过四氯化硅作为淋洗液进行淋洗除去其中四氯化硅,得到第二气相混合物,第二气相物包括一氧化碳、氢气;

将第二气相混合物通入第三反应器,加压、加热,反应生成甲醇,得到第三气相混合物;

将第三气相混合物通入第四反应器中,并向第四反应器中通入氯化氢,加热,甲醇与氯化氢反应生成一氯甲烷,得到第四气相混合物;

将第四气相混合物通入第五反应器中,并向第五反应器中通入硅粉,加热,一氯甲烷与硅粉反应生成甲基氯硅烷,得到第五气相混合物。

2.根据权利要求1所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,还包括以下步骤:通过碳氢检测器检测通入到第三反应器中的气体中的碳与氢的摩尔比,若碳与氢的摩尔比大于预设的摩尔比,则向第三反应器中通入氢气,直到通入到第三反应器中的气体中的碳与氢的摩尔比为预设的摩尔比;若碳与氢的摩尔比小于预设的摩尔比,则减少第一反应炉中加入的氯化氢的量,直至通入到第三反应器中的气体中的碳与氢的摩尔比为预设的摩尔比。

3.根据权利要求2所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,碳与氢的预设的摩尔比为(1:4)~(1:5)。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,第三反应器内加压的压力为5.0~6.0MPa,加热的温度为220~250℃。

5.根据权利要求1~3任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,还包括以下步骤:将水解混合物通过蒸发得到的气相物、结晶得到的气相物、固液分离得到的液相物中的一种或几种通入解析塔中解析出氯化氢,将解析出的氯化氢作为通入第四反应器中的氯化氢的来源。

6.根据权利要求5所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,解析塔内解析的温度为40~60℃,压力为0.1~0.3MPa。

7.根据权利要求5所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,还包括以下步骤:将水解混合物通过蒸发得到的气相物通入换热器作为热源,将水解混合物通入到换热器中换热升温,水解混合物经过换热器换热升温后再进行蒸发,水解混合物通过蒸发得到的气相物通过换热器换热降温后再通入到解析塔中进行解析。

8.根据权利要求5所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,还包括以下步骤:将解析塔的气相出口排出的氯化氢进行冷却分离出其中的水,将除去水的氯化氢通入到第四反应器中。

9.根据权利要求1~3、6、7、8任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,在将水解混合物通过蒸发、结晶、固液分离得到固体氧氯化锆之前还包括以下步骤:将水解混合物进行固液分离,除去其中的固体杂质。

10.根据权利要求1~3、6、7、8任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,将第二气相混合物通入第三反应器前还包括以下步骤:将第二气相混合物冷却析出四氯化硅液体,得到提纯的第二气相物。

11.根据权利要求10所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,还包括以下步骤:将第二气相混合物冷却析出的四氯化硅液体作为第一气相混合物冷却分离出粗四氯化锆固体步骤的冷源;和/或,将第二气相混合物冷却析出的四氯化硅液体作为分离出粗四氯化锆固体的第一气相混合物进行淋洗除去其中四氯化硅步骤的淋洗液。

12.根据权利要求1~3、6、7、8、11任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,将第三气相混合物通入第四反应器之前还包括以下步骤:将第三气相混合物通过冷却得到粗甲醇,将粗甲醇通过精馏提纯,得到提纯的第三气相物。

13.根据权利要求1~3、6、7、8、11任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,将第四气相混合物通入第五反应器之前还包括以下步骤:将第四气相混合物通过水作为喷淋液进行喷淋冷却除去甲醇、氯化氢,再通过干燥除去水,得到提纯的第四气相物。

14.根据权利要求1~3、6、7、8、11任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,第一反应器内的加热温度为1050~1200℃;和/或,第二反应器内温度为800~

1000℃。

15.根据权利要求1~3、6、7、8、11任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,第四反应器内的加热温度为130~150℃。

16.根据权利要求1~3、6、7、8、11任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,第五反应器内的加热温度为280~320℃。

17.根据权利要求1~3、6、7、8、11任意一项所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺,其特征在于,将水解混合物通过蒸发、结晶、固液分离得到的液体,返回通入到粗四氯化锆固体水解生成氧氯化锆得到水解混合物中,再将水解混合物通过蒸发、结晶、固液分离。

18.一种权利要求1~17任意一项所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,包括:氧化锆制备装置,用于以锆英砂、还原剂碳、氯气、补热剂硅、氯化氢为原料制备氧化锆,氧化锆制备装置还用于分离出制备氧化锆过程中的一氧化碳、氢气、氯化氢气相物;

甲基氯硅烷制备装置,与氧化锆制备装置连接,甲基氯硅烷制备装置用于以分离出的制备氧化锆过程中的一氧化碳、氢气、氯化氢气相物为原料,制备甲基氯硅烷;

氧化锆制备装置包括:第一反应器、除氯器、第一冷却分离器、水解罐、蒸发器、结晶器、第一固液分离器、第二反应器、淋洗塔,甲基氯硅烷制备装置包括:第三反应器、第四反应器、第五反应器,

第一反应器,锆英砂、还原剂碳、氯气、补热剂硅、氯化氢在第一反应器内混合,加热,其中,锆英砂、还原剂碳、氯气反应生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳,补热剂硅、氯气、氯化氢反应生成四氯化硅、氢气,得到第一气相混合物;

除氯器,设置于第一反应器、第一冷却分离器之间,除氯器分别与第一反应器、第一冷却分离器连接,或者,除氯器设置于第一反应器内,将第一反应器的第一反应腔室与第一反应器的出口分隔开,除氯器用于通过其内的硅粉除去第一气相混合物中的氯气、氯化氢;

第一冷却分离器,与第一反应器连接,将除去氯化氢、氯气的第一气相混合物通入第一冷却分离器内冷却分离出粗四氯化锆固体,还得到分离出粗四氯化锆固体的第一气相混合物;

水解罐,与第一冷却分离器连接,粗四氯化锆固体通入水解罐内水解生成氧氯化锆,得到水解混合物;

蒸发器,与水解罐连接,水解混合物通入蒸发器内蒸发;

结晶器,与蒸发器连接,蒸发后的水解混合物通入结晶器内结晶;

第一固液分离器,与结晶器连接,结晶后的水解混合物通入第一固液分离器内进行固液分离得到固体氧氯化锆;

第二反应器,与第一固液分离器连接,固体氧氯化锆通入第二反应器内加热得到氧化锆;

淋洗塔,与第一冷却分离器连接,分离出粗四氯化锆固体的第一气相混合物通入淋洗塔内通过四氯化硅作为淋洗液进行淋洗除去四氯化硅液体,得到第二气相混合物,第二气相物包括一氧化碳、氢气;

第三反应器,与淋洗塔连接,第二气相混合物通入第三反应器内,加压、加热,反应生成甲醇,得到第三气相混合物;

第四反应器,与第三反应器连接,第三气相混合物通入第四反应器内,并向第四反应器中通入氯化氢,加热,甲醇与氯化氢反应生成一氯甲烷,得到第四气相混合物;

第五反应器,与第四反应器连接,第四气相混合物通入第五反应器中,并向第五反应器中通入硅粉,加热,一氯甲烷与硅粉反应生成甲基氯硅烷,得到第五气相混合物。

19.根据权利要求18所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,甲基氯硅烷制备装置还包括:氢气管道,与第三反应器的入口连接,氢气管道用于向第三反应器内通入氢气,氢气管道上设置有第一阀门;

氯化氢管道,与第一反应器的入口连接,氯化氢管道用于向第一反应器内通入氯化氢,氯化氢管道上设置有第二阀门;

碳氢检测器,用于检测通入到第三反应器中的气体中的碳与氢的摩尔比;

控制器,用于接收碳氢检测器检测到的第三反应器中的气体中的碳与氢的摩尔比,若碳与氢的摩尔比大于预设的摩尔比,则控制器控制打开第一阀门向第三反应器中通入氢气,直至碳与氢的摩尔比等于预设的摩尔比,控制器控制关闭第一阀门;若碳与氢的摩尔比小于预设的摩尔比,则控制器控制关闭第二阀门减少向第一反应器内通入氯化氢的量,直至碳与氢的摩尔比等于预设的摩尔比,控制器控制打开第二阀门。

20.根据权利要求18或19所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,甲基氯硅烷制备装置还包括:解析塔,解析塔的气体出口与第四反应器的入口连接,

与蒸发器连接,通过蒸发器蒸发得到的气相物通入解析塔中解析出氯化氢,将解析出的氯化氢作为通入第四反应器中的氯化氢的来源;

和/或,解析塔与结晶器连接,通过结晶器结晶得到的气相物通入解析塔中解析出氯化氢,将解析出的氯化氢作为通入第四反应器中的氯化氢的来源;

和/或,解析塔与第一固液分离器连接,通过第一固液分离器固液分离得到的液相物通入解析塔中解析出氯化氢,将解析出的氯化氢作为通入第四反应器中的氯化氢的来源。

21.根据权利要求20所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,甲基氯硅烷制备装置还包括:换热器,与解析塔连接,还与蒸发器连接,将水解混合物通过蒸发器蒸发得到的气相物通入换热器作为热源,将水解混合物通入到换热器中换热升温,水解混合物经过换热器换热升温后再通入蒸发器进行蒸发,水解混合物通过蒸发器蒸发得到的气相物通过换热器换热降温后再通入到解析塔中进行解析。

22.根据权利要求20所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,甲基氯硅烷制备装置还包括:解析塔塔顶冷却分离器,解析塔塔顶冷却分离器的入口与解析塔塔顶出口连接,解析塔塔顶冷却分离器的液体出口与解析塔的塔顶入口连接,解析塔塔顶冷却分离器的气体出口与第四反应器连接,解析塔塔顶冷却分离器用于冷却分离水,冷却分离的水再流回解析塔内,除去水的氯化氢流入到第四反应器内。

23.根据权利要求18、19、21、22任意一项所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,氧化锆制备装置还包括:第二固液分离器,第二固液分离器的入口与水解罐的出口连接,第二固液分离器的出口与蒸发器的入口连接,通过水解罐的水解混合物再通入第二固液分离器进行固液分离除去其中的固体杂质,再流入蒸发器。

24.根据权利要求18、19、21、22任意一项所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,氧化锆制备装置还包括:第一冷却器,设置于淋洗塔与第二反应器之间,第一冷却器的入口与淋洗塔的气体出口连接,第一冷却器的气体出口与第二反应器的入口连接,第一冷却器用于将第二气相混合物冷却析出四氯化硅液体,得到提纯的第二气相物。

25.根据权利要求24所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,第一冷却器的液体出口与第一固液分离器的入口连接,第二气相混合物冷却析出的四氯化硅液体通入第一固液分离器中作为冷源对第一气相混合物冷却分离出粗四氯化锆固体;

和/或,第一冷却器的液体出口与淋洗塔的入口连接,第二气相混合物冷却析出的四氯化硅液体通入淋洗塔进行淋洗除去其中四氯化硅。

26.根据权利要求18、19、21、22、25任意一项所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,甲基氯硅烷制备装置还包括:第二冷却器,与第三反应器连接,第三气相混合物进入第二冷却器进行冷却得到粗甲醇;

精馏塔,设置于第二冷却器与第四反应器之间,精馏塔分别与第二冷却器、精馏塔连接,粗甲醇通入到精馏塔中提纯,得到提纯的第三气相物。

27.根据权利要求18、19、21、22、25任意一项所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,甲基氯硅烷制备装置还包括:喷淋冷却塔,与第四反应器连接,第四气相混合物进入喷淋冷却塔通过水作为喷淋液进行喷淋冷却除去甲醇、氯化氢;

干燥塔,设置于喷淋冷却塔与第五反应器之间,干燥塔用于干燥除去水、甲醇与氯化氢反应生成一氯甲烷过程的副产物二甲醚,得到提纯的第四气相物。

28.根据权利要求18、19、21、22、25任意一项所述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备装备,其特征在于,第一固液分离器的液体出口与水解罐的入口连接,第一固液分离器内的液体流入到水解罐中。