一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法技术

本发明专利技术提供了一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，采用气相法制备二氧化硅，原料包括氢气、四氯化硅和/或甲基三氯硅烷，采用沸腾氯化法制备氧氯化锆，原料包括氯气、锆英砂、石油焦、金属硅和/或碳化硅；其中，所述四氯化硅为所述制备氧氯化锆的副产物；所述氢气来自盐酸电解反应；所述氢气来自所述制备氧氯化锆的尾气分离出的一氧化碳与水蒸气的反应。制备氧氯化锆反应所需的氯气主要来自盐酸电解反应，不足部分由外界供给。本申请将三个工艺生产过程联合，既解决了副产物处理及原料来源问题，又解决了余热能量利用问题，提高产品附加值，减少了物料运输、储存成本、环保处理成本，实现低成本、低消耗的清洁生产。

A method of synthesis of silica and zirconium oxychloride by comprehensive use of reaction byproducts

The present invention provides a method for preparing silica reaction by-products and zirconyl chloride utilization by gas phase method for preparing silicon dioxide, hydrogen chloride, silicon raw materials including four and / or three methyl chlorosilane, prepared by zirconium oxychloride boiling chlorination process, raw materials including chlorine, zircon sand, petroleum coke, metal silicon and / or silicon carbide; among them, the four chlorinated silicon as the by-product of the preparation of zirconium oxychloride; the hydrogen from hydrochloric acid electrolysis of water vapor and carbon monoxide; the hydrogen gas from the exhaust system of preparing zirconium oxychloride isolated reaction. The chlorine gas required for the preparation of zirconium oxychloride reaction mainly comes from the hydrochloric acid electrolysis reaction, and the insufficient part is supplied by the outside world. This application will be the three joint production process, not only solved the problem of by-product processing and sources of raw materials, but also solve the problem of the use of waste heat energy, improve the added value of the products, reduce the material cost of transportation and storage, environmental treatment cost, realize clean production of low cost and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法
本专利技术涉及二氧化硅制备
，具体而言，涉及一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法。
技术介绍
气相法二氧化硅生产过程中需要用到的主要原料有四氯化硅或甲基三氯硅烷、氢气，副产氯化氢尾气吸收需要用到大量的水。目前，气相法二氧化硅生产企业大多使用多晶硅生产企业副产的四氯化硅或有机硅生产企业副产的甲基三氯硅烷、甲醇制氢或氯碱厂副产氢气和自来水为原料，副产的氯化氢用水吸收制成盐酸外售或是输送给多晶硅或有机硅生产企业作为原料。生产过程中需要的原料一般靠外界输入，造成运输成本高。副产品盐酸直接卖给甚至送给下游用户，造成附加值低甚至是亏损。生产盐酸所需的水一般是从外界获得，导致生产过程中水耗偏高。生产过程中释放出的大量热量通过余热回收设备可生产大量低压蒸汽，除装置内消耗掉一部分外，仍有大量蒸汽可以外供。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，以解决现有技术中副产品不能循环利用造成的经济损失和环境污染问题，以及原料和副产品运输过程种中成本过高的问题，所述的综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，综合利用了沸腾氯化法制备氧氯化锆反应的副产物和盐酸电解反应的产物及废水，以及制备二氧化硅过程中的副产物和余热，具有提高产品附加值、减少了物料运输和储存成本、减少了环保处理成本、实现低成本、低消耗的清洁生产等优点。本专利技术的第二目的在于提供一种所述的综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的制备方法所制备的二氧化硅和氧氯化锆，该方法二氧化硅和氧氯化锆，具有制备成本低的优点。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，采用气相法制备二氧化硅，原料包括氢气、四氯化硅和/或甲基三氯硅烷，采用沸腾氯化法制备氧氯化锆，原料包括氯气、锆英砂、石油焦、金属硅和/或碳化硅；其中，所述四氯化硅为所述制备氧氯化锆的副产物；所述氢气来自盐酸电解反应；和/或；所述氢气来自所述制备氧氯化锆的尾气分离出的一氧化碳与水蒸气的反应。气相法二氧化硅生产过程中需要用到的主要原料有四氯化硅或甲基三氯硅烷、氢气，副产氯化氢尾气吸收需要用到大量的水。气相法二氧化硅生产企业大多使用多晶硅企业副产的四氯化硅或有机硅企业副产的甲基三氯硅烷、甲醇制氢或氯碱厂副产氢气和自来水为原料，副产的氯化氢用水吸收制成盐酸外售或是输送给多晶硅或有机硅企业作为原料。反应式为：SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl。沸腾氯化法氧氯化锆需要氯气、锆英砂(硅酸锆)、石油焦、金属硅(或碳化硅或二者混合物)为原料，生产过程中先生成四氯化锆和四氯化硅，四氯化硅经提纯作为副产品，四氯化锆再与水反应生成氧氯化锆和盐酸。反应式为：ZrSiO4+4C+4Cl2→ZrCl4+SiCl4+4COZrSiO4+2C+4Cl2→ZrCl4+SiCl4+2CO2Si+2Cl2→SiCl4SiC+2Cl2→SiCl4+CZrCl4+9H2O→ZrOCl2·8H2O+2HCl生产过程中需要的原料一般靠外界输入，造成运输成本高，尤其是氯气的运输危险性大、费用高。副产品四氯化硅直接卖给下游用户，运输费用高昂，成本高，没有深加工利用，附加值低。副产品盐酸浓度一般低于20％，大部分浓度4％-8％，难以有效利用，若将其提浓，则需要消耗大量能量，提高了生产成本，而且盐酸的用途有限，价值很低。四氯化锆再与水反应生成氧氯化锆和盐酸的过程中消耗大量的水，需从外界获得，造成生产水耗很高。生产过程中副产大量氯化尾气，主要成分为一氧化碳，一般用作锅炉燃料以获得蒸汽作为生产过程中所需的热源。但依然无法满足项目所需能量需求，仍需外界提供蒸汽。盐酸电解工艺，得到氯气并副产稀盐酸。生产过程中使用高浓度盐酸为原料，通过盐酸电解装置电解后转化为氯气、氢气和低浓度盐酸，低浓度盐酸(12.6％左右)一般用于副产氯化氢吸收，提浓成浓盐酸后循环使用，氯气用水洗涤除去氯化氢后再经干燥等处理后用于消耗氯气的生产，氢气经水洗涤除去氯化氢后再经干燥等处理后用于其它生产工艺或直接排放。生产过程中需要定期更换用于洗涤氯气和氢气的水，以保证氯气和氢气中的氯化氢含量不超标，带来了巨大的废水处理压力。三个工艺生产过程的联合既解决了副产物处理及原料来源问题，又解决了余热能量利用问题，提高产品附加值，还减少了物料运输、储存成本，减少了环保处理成本，实现低成本、低消耗的清洁生产。当沸腾氯化法制备氧氯化锆反应的副产物四氯化硅不能作为制备二氧化硅的原料时，另外加入甲基三氯硅烷代替四氯化硅作为气相法二氧化硅的原料。另外，可以将盐酸电解装置替换为氧阴极盐酸电解装置，通过加入氧气使电解槽阴极不产生氢气，只产生水，使电解过程耗电量降低。而气相法二氧化硅装置所需的氢气改为外界直接供给，或气相法二氧化硅装置内加一个制氢装置，例如：天然气制氢、甲醇制氢等。优选的，所述沸腾氯化法制备氧氯化锆反应的原料为锆英砂、石油焦和金属硅或碳化硅中的一种或者两者的混合物。优选的，所述盐酸的质量浓度为10％～35％。盐酸吸收单元来的浓盐酸和电解槽出来的部分稀盐酸(浓度12.6％)混合成14％的盐酸进电解槽阳极，电解产生氯气。随着电解的发生，阳极液的酸浓度不断下降，当盐酸浓度降低至12.6％时，一部分排至盐酸吸收工段重新吸收氯化氢制成浓盐酸，另一部分与浓盐酸混合成14％的盐酸重回电解槽的阳极室。在阳极产生氯气的同时，阴极产生同摩尔的氢气，阴极室的盐酸流程与阳极室相同。若在阴极通入氧气，则为氧阴极盐酸电解工艺，该工艺的阳极与上述工艺相同，阴极在电解过程中产生氢离子，氢离子与氧气结合成水，可降低电解过程中的能耗。优选的，所述盐酸电解反应制备的氯气作为制备氧氯化锆的原料，氢气作为制备二氧化硅的原料。优选的，所述盐酸电解反应得到的氢气和氯气经过水洗去除氯化氢，得到的洗涤水用于所述制备氧氯化锆过程中；或/和；所述洗涤水用于吸收所述制备氧氯化锆过程中产生的氯化氢；或/和；所述洗涤水用于吸收所述制备二氧化硅过程中产生的氯化氢。优选的，所述洗涤水吸收氯化氢之后，制备成浓度大于31％的盐酸；或者继续用于吸收所述制备二氧化硅过程中产生的氯化氢。优选的，所述盐酸电解反应得到的副产物盐酸用于吸收所述制备氧氯化锆和/或所述制备二氧化硅过程中产生的氯化氢，并作为所述盐酸电解反应的原料。使三个反应过程中的洗涤水和氯化氢循环使用，降低水和氯化氢的消耗。优选的，所述制备二氧化硅的副产物盐酸作为所述盐酸电解反应的原料。优选的，所述制备二氧化硅过程中产生的蒸汽用于所述制备氧氯化锆的生产过程。优选的，所述沸腾氯化法制备氧氯化锆反应的尾气成分包括一氧化碳和氯气，分离所述氯气作为所述沸腾氯化法制备氧氯化锆反应的原料，分离所述的一氧化碳用于与水蒸汽反应产生氢气。如上所述的综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法所制备的二氧化硅和氧氯化锆。综合上述两个与气相法制备二氧化硅紧密相关的工业流程，本申请提供了一种将三种工艺联合起来，通过调整三种工艺装置的产能，实现了四氯化硅、盐酸等副产物的内部利用；氯气和氢气洗涤水用于生产氧氯化锆解决了废水处理难题；气相法二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，其特征在于，采用气相法制备二氧化硅，原料包括氢气、四氯化硅和/或甲基三氯硅烷，采用沸腾氯化法制备氧氯化锆，原料包括氯气、锆英砂、石油焦、金属硅和/或碳化硅；其中，所述四氯化硅为所述制备氧氯化锆的副产物；所述氢气来自盐酸电解反应；和/或；所述氢气来自所述制备氧氯化锆的尾气分离出的一氧化碳与水蒸汽的反应。

【技术特征摘要】
1.一种综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，其特征在于，采用气相法制备二氧化硅，原料包括氢气、四氯化硅和/或甲基三氯硅烷，采用沸腾氯化法制备氧氯化锆，原料包括氯气、锆英砂、石油焦、金属硅和/或碳化硅；其中，所述四氯化硅为所述制备氧氯化锆的副产物；所述氢气来自盐酸电解反应；和/或；所述氢气来自所述制备氧氯化锆的尾气分离出的一氧化碳与水蒸汽的反应。2.根据权利要求1所述的综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，其特征在于，所述盐酸的质量浓度为10％～35％。3.根据权利要求1所述的综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，其特征在于，所述盐酸电解反应制备的氯气作为制备氧氯化锆的原料，氢气作为制备二氧化硅的原料。4.根据权利要求1所述的综合利用反应副产物制备二氧化硅和氧氯化锆的方法，其特征在于，所述盐酸电解反应得到的氢气和氯气经过水洗去除氯化氢，得到的洗涤水用于所述制备氧氯化锆过程中；或/和；所述洗涤水用于吸收所述制备氧氯化锆过程中产生的氯化氢；或/和；所述洗涤水用于吸收所述制备二氧化硅过程中产生的氯化氢。5.根据权利要求4所述的综合利用反应副产物制备二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：马公林，贾广宇，成光明，韩晓玲，赵欣，
申请(专利权)人：赤峰盛森硅业科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15