氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺及联合制备系统的制作方法

本发明属于氧化锆及有机硅单体生产技术领域，具体涉及一种氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺及联合制备系统。

背景技术：

二氧化锆(zro2)是一种重要的陶瓷材料，具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优越的功能，除了应用于耐火材料和陶瓷颜料外，已经成为电子陶瓷、功能陶瓷以及人造宝石的主要原料，在高科技领域的应用日益广泛。四氯化锆是制备氧化锆的基本原料，也是氧化锆制备过程的关键步骤，氯化法制备四氯化锆过程中会产生大量的co、co2尾气，利用四氯化锆制备氧化锆过程中会产生大量的废酸溶液，直接进行排放一方面造成环境的污染，同时也造成资源的浪费。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺及联合制备系统，将氧化锆制备过程中产生的一氧化碳、氯化氢等废气用作甲基氯硅烷的原料，使得废气得到了有效的高值化的回收利用，而且降低了废气的处理成本，同时降低了甲基氯硅烷的生产成本。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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(氯化氢为四氯化锆制备氧化锆过程中产生)，

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。

优选的是，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。

优选的是，所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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。

优选的是，碳与氢的预设的摩尔比为(1：4)～(1：5)。

优选的是，第三反应器内加压的压力为5.0～6.0mpa，加热的温度为220～250℃。

优选的是，所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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。

优选的是，解析塔内解析的温度为40～60℃，压力为0.1～0.3mpa。

优选的是，所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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。

优选的是，所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，所述的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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℃。

优选的是，第四反应器内的加热温度为130～150℃。

优选的是，第五反应器内的加热温度为280～320℃。

优选的是，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。

本发明还提供一种上述工艺所使用的所述氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

优选的是，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。

本发明中将氧化锆制备过程中产生的一氧化碳、氯化氢等废气用作甲基氯硅烷的原料，使得废气得到了有效的高值化的回收利用，而且降低了废气的处理成本，避免了环境污染，同时降低了甲基氯硅烷的生产成本，提高了工艺水平，提高了综合经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例2中的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统的结构示意图；

图2是本发明实施例3中的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统的结构示意图；

图3是本发明实施例2中的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺的流程图。

图中：1-第一反应器；2-第一冷却分离器；3-水解罐；4-蒸发器；5-结晶器；6-第一固液分离器；7-第二反应器；8-淋洗塔；9-第三反应器；10-第四反应器；11-第五反应器；12-第三冷却器；13-第三储罐；14-氢气管道；15-碳氢检测器；16-第一阀门；17-解析塔；18-换热器；19-解析塔塔釜再沸器；20-第二固液分离器；21-第一冷却器；22-第一储罐；23-第一输送泵；24-压缩机；25-第二冷却器；26-精馏塔；27-第二储罐；28-第二输送泵；29-喷淋冷却塔；30-干燥塔；31-加热器；32-打浆机；33-离心分离器；34-解析塔塔顶冷却分离器；35-除氯器；36-第一反应腔室；37-第一反应器的出口；38-氯化氢管道；39-第一反应器的入口；40-第二阀门。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种上述工艺所使用的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统，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。

本实施例提供一种使用上述联合制备系统的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，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。

本实施例中将氧化锆制备过程中产生的一氧化碳、氯化氢等废气用作甲基氯硅烷的原料，使得废气得到了有效的高值化的回收利用，而且降低了废气的处理成本，避免了环境污染，同时降低了甲基氯硅烷的生产成本，提高了工艺水平，提高了综合经济效益。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺所使用的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统，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1、除氯器35、第一冷却分离器2、水解罐3、蒸发器4、结晶器5、第一固液分离器6、第二反应器7、淋洗塔8；

甲基氯硅烷制备装置包括：第三反应器9、第四反应器10、第五反应器11。

第一反应器1，锆英砂、还原剂碳、氯气、补热剂硅、氯化氢在第一反应器1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35，设置于第一反应器1内，将第一反应器1的第一反应腔室36与第一反应器的出口37分隔开，除氯器35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2，与第一反应器1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2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；第一冷却分离器2的塔顶设置有第一温度检测装置及第一回流喷淋液流量控制装置，第一温度检测装置与第一回流喷淋液流量控制装置成串级回路控制；

水解罐3，与第一冷却分离器2连接，粗四氯化锆固体通入水解罐3内水解生成氧氯化锆，得到水解混合物；水解罐3为石墨材质；

蒸发器4，与水解罐3连接，水解混合物通入蒸发器4内蒸发；蒸发器4材质为石墨材质；

结晶器5，与蒸发器4连接，蒸发后的水解混合物通入结晶器5内结晶；结晶器5为搪玻璃材质；

第一固液分离器6，与结晶器5连接，结晶后的水解混合物通入第一固液分离器6内进行固液分离得到固体氧氯化锆；具体的，本实施例中的第一固液分离器6为带式过滤器，带式过滤器为真空袋式过滤器。

第二反应器7，与第一固液分离器6连接，固体氧氯化锆通入第二反应器7内加热得到氧化锆；

淋洗塔8，与第一冷却分离器2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8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；淋洗塔8为筛板塔。淋洗塔8顶部设置有第二温度检测装置、第二喷淋液流量控制装置，第二温度检测装置与第二喷淋液流量控制装置成串级回路控制；

第三反应器9，与淋洗塔8连接，第二气相混合物通入第三反应器9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10，与第三反应器9连接，第三气相混合物通入第四反应器10内，并向第四反应器10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11，与第四反应器10连接，第四气相混合物通入第五反应器11中，并向第五反应器11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。具体的，第五反应器11为流化床反应器。

具体的，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置，还包括：

第三冷却器12，与第五反应器11连接，第三冷却器12用于将第五气相混合物冷却为液体；

第三储罐13，与第三冷却器12连接，第三储罐13用于储存通过第三冷却器12冷却下来的液体，液体为甲基氯硅烷。

需要说明的是，甲基氯硅烷制备装置，还包括：

氢气管道14，与第三反应器9的入口连接，氢气管道14用于向第三反应器9内通入氢气，氢气管道14上设置有第一阀门16；

氯化氢管道38，与第一反应器的入口39连接，氯化氢管道38用于向第一反应器1内通入氯化氢，氯化氢管道38上设置有第二阀门40；

碳氢检测器15，用于检测通入到第三反应器9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15检测到的第三反应器9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16向第三反应器9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16；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40减少向第一反应器1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40。

优选的是，氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统，还包括：

解析塔17，解析塔17的气体出口与第四反应器10的入口连接，

解析塔17的入口与蒸发器4连接，通过蒸发器4蒸发得到的气相物通入解析塔17中解析出氯化氢，将解析出的氯化氢作为通入第四反应器10中的氯化氢的来源；

和/或，解析塔17的入口与结晶器5连接，通过结晶器5结晶得到的气相物通入解析塔17中解析出氯化氢，将解析出的氯化氢作为通入第四反应器10中的氯化氢的来源；

和/或，解析塔17的入口与第一固液分离器6连接，通过第一固液分离器6固液分离得到的液相物通入解析塔17中解析出氯化氢，将解析出的氯化氢作为通入第四反应器10中的氯化氢的来源。

需要说明的是，本实施例中氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统，还包括：

解析塔17，解析塔17的气体出口与第四反应器10的入口连接，

解析塔17的入口与蒸发器4连接，通过蒸发器4蒸发得到的气相物通入解析塔17中解析出氯化氢，将解析出的氯化氢作为通入第四反应器10中的氯化氢的来源；

解析塔17的入口与结晶器5连接，通过结晶器5结晶得到的气相物通入解析塔17中解析出氯化氢，将解析出的氯化氢作为通入第四反应器10中的氯化氢的来源。

解析塔17的液体出口与水解罐3的入口连接，解析塔17内的废液补充到水解罐3中。

需要说明的是，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置，还包括：

换热器18，与解析塔17连接，还与蒸发器4连接，将水解混合物通过蒸发器4蒸发得到的气相物通入换热器18作为热源，将水解混合物通入到换热器18中换热升温，水解混合物经过换热器18换热升温后再通入蒸发器4进行蒸发，水解混合物通过蒸发器4蒸发得到的气相物通过换热器18换热降温后再通入到解析塔17中进行解析。换热器18为管壳式换热器18，材质为石墨；

具体的，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置，还包括：

解析塔塔釜再沸器19，与解析塔17连接，解析塔塔釜再沸器19用于对解析塔17的塔釜液进行加热。

第一固液分离器6的液体出口与水解罐3的入口连接。

需要说明的是，本实施例中氧化锆制备装置，还包括：

第二固液分离器20，第二固液分离器20的入口与水解罐3的出口连接，第二固液分离器20的出口与蒸发器4的入口连接，通过水解罐3的水解混合物再通入第二固液分离器20进行固液分离除去其中的固体杂质，再流入蒸发器4。具体的，本实施例中的第二固液分离器20为压滤机，压滤机的材质为frpp材质。

需要说明的是，本实施例中氧化锆制备装置，还包括：

第一冷却器21，设置于淋洗塔8与第二反应器7之间，第一冷却器21的入口与淋洗塔8的气体出口连接，第一冷却器21的气体出口与第二反应器7的入口连接，第一冷却器21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。第一冷却器21为列管式换热器18；

具体的，本实施例中的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统还包括：

第一储罐22，第一储罐22的入口与第一冷却器21的出口连接，第一储罐22用于储存四氯化硅液体，第一储罐22中的四氯化硅液体一部分流入到第一输送泵23中，另外一部分流出用于后续工序；

第一输送泵23，第一输送泵23的入口与第一储罐22的出口连接，第一输送泵23的出口与淋洗塔8连接，第一输送泵23用于将四氯化硅液体输送到淋洗塔8中；第一输送泵23为屏蔽泵；

具体的，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置，还包括：

压缩机24，压缩机24的入口与第一冷却器21的气体出口连接，压缩机24的出口与第二反应器7连接，压缩机24用于对提纯的第二气相物进行压缩；

优选的是，第一冷却器21的液体出口与第一固液分离器6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6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21的液体出口与淋洗塔8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8进行淋洗除去其中四氯化硅。

需要说明的是，本实施例中第一冷却器21的液体出口与第一固液分离器6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6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；

第一冷却器21的液体出口与淋洗塔8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8进行淋洗除去其中四氯化硅。

需要说明的是，本实施例中甲基氯硅烷制备装置，还包括：

第二冷却器25，与第三反应器9连接，第三气相混合物进入第二冷却器25进行冷却得到粗甲醇；

精馏塔26，设置于第二冷却器25与第四反应器10之间，精馏塔26分别与第二冷却器25、精馏塔26连接，粗甲醇通入到精馏塔26中提纯，得到提纯的第三气相物。

具体的，本实施例中的第二冷却器25的气体出口与压缩机24的入口连接，第二冷却器25中未被冷却下来的气体继续通入到第二反应器7中反应。

具体的，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置还包括：

第二储罐27，与第二冷却器25连接，第二储罐27用于储存粗甲醇；

第二输送泵28，第二输送泵28的入口与第二储罐27连接，第二输送泵28的出口与精馏塔26连接，第二输送泵28用于将粗甲醇输送到精馏塔26中；

需要说明的是，本实施例中甲基氯硅烷制备装置，还包括：

喷淋冷却塔29，与第四反应器10连接，第四气相混合物进入喷淋冷却塔29通过水作为喷淋液进行喷淋冷却除去甲醇、氯化氢，具体的水为脱盐水；

干燥塔30，设置于喷淋冷却塔29与第五反应器11之间，干燥塔30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，干燥塔30以浓硫酸为干燥剂。

具体的，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置，还包括：

加热器31，加热器31的入口与干燥塔30的气体出口连接，干燥塔30的出口与第五反应器11的入口连接，加热器31用于对提纯的第四气相物进行加热。

具体的，本实施例中的氧化锆制备装置，还包括：

打浆机32，打浆机32的入口与第一固液分离器6的固体出口连接；

离心分离器33，离心分离器33的入口与打浆机32的出口连接，离心分离器33的出口与第二反应器7的入口连接。

需要说明的是，本实施例中第一固液分离器6的液体出口与水解罐3的入口连接，第一固液分离器6内的液体流入到水解罐3中。

具体的，本实施例中的甲基氯硅烷制备装置，还包括：

解析塔塔顶冷却分离器34，与解析塔17塔顶连接，解析塔塔顶冷却分离器34用于冷却分离水，冷却分离的水再流回解析塔17内，解析塔17塔顶再沸器的气体出口与第四反应器10连接；

解析塔塔釜再沸器19，与解析塔17塔釜连接，解析塔塔釜再沸器19用于对解析塔17的塔釜液加热。

如图3所示，本实施例提供一种使用上述联合制备系统的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，包括以下步骤：

(1)将锆英砂、还原剂碳、氯气、补热剂硅、氯化氢在第一反应器1内混合，加热，加热温度为1050℃，其中，锆英砂、还原剂碳、氯气发生碳化氯化反应生成四氯化锆、四氯化硅、一氧化碳，补热剂硅、氯气、氯化氢高温下反应生成四氯化硅、氢气，得到第一气相混合物；锆英砂与硅粉的摩尔比为1：1.6；将第一气相混合物通过除氯器35中的硅粉除去其中的氯化氢、氯气。

(2)将除去氯化氢、氯气的第一气相混合物在第一冷却分离器2内冷却分离出粗四氯化锆固体，将粗四氯化锆固体通入水解罐3，向水解罐3中补充新鲜水，补充的新鲜水为脱盐水，水解罐3内的水包括：解析塔17内盐酸解析过程产生的低浓度酸性废水以及氧氯化锆结晶浆液过滤得到的滤液，粗四氯化锆与水的质量比为1：3，粗四氯化锆在水解罐3内水解生成氧氯化锆，得到水解混合物，将水解混合物在压滤机内过滤，过滤除去其中的固体杂质，该固体杂质包括：未反应的锆英砂、还原剂；

再将经过除杂的水解混合物通过在蒸发器4内85℃的条件下蒸发得到zrocl2浓度大于20mas％的浓缩液，浓缩液在结晶器5内30℃的条件下结晶得到zrocl2·8h2o浆液，将结晶浆液在带式过滤器内过滤得到固相物，固相物为zrocl2·8h2o滤饼，将过滤得到的酸液返回通入到水解罐3中，将第一固液分离器6分离得到的固相物滤饼通入到打浆机32中打浆，滤饼进行打浆使得结晶过程中包裹在固体内的液体释放出来，得到浆料，将浆料通入到离心分离器33中进行离心分离得到zrocl2·8h2o产品，将固体氧氯化锆在第二反应器7内高温煅烧，煅烧温度为1000℃，zrocl2·8h2o分解为氧化锆及氯化氢气体、水蒸气；

将第一固液分离器6内固液分离得到的液体，返回通入到水解罐3中；

(3)将第一冷却分离器2内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冷却分离除去其中四氯化硅，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到第一冷却器21中冷却析出四氯化硅液体，得到提纯的第二气相物，析出的四氯化硅液体流入到第一储罐22中，第一储罐22中的四氯化硅液体一部分通过第一输送泵23输送到淋洗塔8中用作淋洗液，一部分通过第一输送泵23输送到第一固液分离器6中用作冷源对第一气相物进行冷却，其余部分流出用于后续工序；

(4)将提纯的第二气相混合物通过压缩机24压缩，然后通入第三反应器9中，通过碳氢检测器15检测通入到第三反应器9中的气体中的碳与氢的摩尔比，碳与氢的预设的摩尔比为1：4，若碳与氢的摩尔比大于预设的摩尔比，则控制器控制打开氢气管道14上的第一阀门16向第三反应器9中补充氢气，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16；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40减少向第一反应器1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40；

在第三反应器9内进行加压的压力为5.0mpa、加热的温度为220℃，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二冷却器25冷却分离得到粗甲醇，粗甲醇流入到第二储罐27中，再通过第二输送泵28输送到精馏塔26中，将粗甲醇通过精馏塔26精馏提纯甲醇，精馏塔26内排出污水，得到提纯的第三气相物，第三气相物的主要组分为甲醇；

(5)一氯甲烷的制备：将第三气相混合物通入第四反应器10中，并向第四反应器10中通入氯化氢，在第四反应器10内进行加热，加热温度为130℃，反应的催化剂为氯化锌，发生氢氯化反应生成一氯甲烷、二甲醚，得到第四气相混合物；

将第四气相混合物通入喷淋冷却塔29通过水作为喷淋液进行喷淋洗涤冷凝除去甲醇、氯化氢，再通过干燥塔30干燥除去水、二甲醚，得到提纯的第四气相物，提纯的第四气相物中的一氯甲烷的纯度大于99mas％；

将水解混合物在蒸发器4内蒸发得到的气相物、在结晶器5内结晶得到的气相物通入解析塔17中解析出氯化氢，解析塔17内解析的温度为40℃，压力为0.3mpa，将解析塔17的气相出口排出的氯化氢通入解析塔塔顶冷却分离器34进行冷却分离出其中的水，得到纯度大于99.9mas％、水分含量小于1000ppm的氯化氢气体，冷却分离的水再流回解析塔17内，解析后得到的低浓度的废酸排入水解罐3中，将除去水的氯化氢通入到第四反应器10中；使得二氧化锆制备过程中排出的酸性废气、废液得到了有效的高值化利用，避免了环境污染，降低了废酸废气的处理成本，同时降低了甲基氯硅烷的生产成本。

需要说明的是，本实施例中将水解混合物通过蒸发器4蒸发得到的气相物通入换热器18作为热源，将水解罐3中的水解混合物通入到换热器18中换热升温，水解混合物经过换热器18换热升温后再进入到蒸发器4内进行蒸发，水解混合物通过蒸发得到的气相物通过换热器18换热降温后再通入到解析塔17中进行解析，通过解析塔塔釜再沸器19对解析塔17的塔釜液进行加热，解析塔17内的废液补充流入到水解罐3中；

(6)将第四气相混合物通过加热器31加热，然后通入第五反应器11中，加热温度为280℃，并向第五反应器11中通入硅粉，在铜或铜盐催化剂条件下，加热，一氯甲烷与硅粉发生流化反应生成甲基氯硅烷，得到第五气相混合物，该反应过程为放热过程，第五反应器11内反应过程放出的热量通过冷却水移走，确保第五反应器11内的温度为280℃，将第五气相混合物通入到第三冷却器12中冷却分离得到液体，再通入到第三储罐13中储存冷却下来的液体，液体为甲基氯硅烷，通过精馏提纯得到二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基二氯硅烷。

生产成本、减少的废酸废气处理成本、产率、废气处理量、废酸处理量等等，或者其它

本实施例中氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺所用的原料的摩尔配比为zrsio4：c：cl2：si：hcl＝1:(4-5):4:(3-4):(12-16)，质量配比为zrsio4：c：cl2：si：hcl＝183:(48-60):283:(84-112):(439-583)。

锆英砂氯化反应后通过除氯器35中的硅粉除去其中的氯化氢、氯气后产物组成：zrcl4＝(186～233)kg，co＝(89～112)kg，sicl4＝(815～849)kg，h2＝(12～16)kg，四氯化锆水解、煅烧后得到氧化锆(98-123)kg。

分离后尾气甲醇化反应后，得到甲醇81～128kg。甲醇氯化后，得到一氯甲烷109～201kg，一氯甲烷与硅粉在第五反应器11内反应，得到二甲基二氯硅烷98～361g。

步骤(4)中将步骤(1)～(3)制备氧化锆过程中的尾气中的一氧化碳、氢气变废为宝，不仅使得制备氧化锆过程中的尾气不需要进行废气处理，而且可以使得尾气中的一氧化碳、氢气直接作为制备甲醇的原料。制备甲醇的过程中，原料一氧化碳、氢气占到成本的80％，所以大大降低了甲醇的生产成本，从而降低了后续步骤(6)中制备二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基二氯硅烷的成本。

另外步骤(2)通过解析塔17的解析，不仅使得含有氯化氢的废水、废气变废为宝，避免了废水、废气的处理成本，而且使得含有氯化氢的废水、废气直接作为后续步骤(5)制备一氯甲烷的原料，从而大大降低了氯甲烷的生产成本，也就降低了后续步骤(6)中制备二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基二氯硅烷的成本。

采用该方法实现了氯元素、碳元素、氢元素的循环利用，可以使一氯甲烷的生产成本降低50-65％，使得二甲基二氯硅烷的生产成本降低20-35％。

同时降低了氧化锆生产中废水、废气的处理成本，使得氧化锆的综合制备成本下降了10-15％，杜绝了温室气体的排放。

天然气制备甲醇成本分析(元/吨)

本实施例中将氧化锆制备过程中产生的一氧化碳、氯化氢等废气用作甲基氯硅烷的原料，使得废气得到了有效的高值化的回收利用，而且降低了废气的处理成本，避免了环境污染，同时降低了甲基氯硅烷的生产成本，提高了工艺水平，提高了综合经济效益。

实施例3

如图2所示，本实施例中的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备系统，与实施例2中的联合制备系统的区别为：除氯器35设置于第一反应器1、第一冷却分离器2之间，除氯器35分别与第一反应器1、第一冷却分离器2连接。

本实施例提供一种使用上述的联合制备系统的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，与实施例2中的工艺的区别为：

步骤(1)中的第一反应器内的加热温度为1200℃，锆英砂与硅粉的摩尔比为1：1.3；

步骤(2)中的粗四氯化锆与水的质量比为1：4，蒸发器内100℃，结晶器内的温度为40℃，第二反应器内高温煅烧温度为800℃；

步骤(4)中的碳与氢的预设的摩尔比为1：5，第三反应器内进行加压的压力为6.0mpa、加热的温度为250℃；

步骤(5)中第四反应器内的加热温度为140℃；解析塔内解析的温度为50℃，压力为0.1mpa；

步骤(6)中第五反应器中，加热温度为320℃。

实施例4

本实施例提供一种使用实施例2中的联合制备系统的氧化锆及甲基氯硅烷联合制备工艺，与实施例2中的工艺的区别为：

步骤(1)中的第一反应器内的加热温度为1100℃，锆英砂与硅粉的摩尔比为1：1.4；

步骤(2)中的粗四氯化锆与水的质量比为1：3.5，蒸发器内95℃，结晶器内的温度为45℃，第二反应器内高温煅烧温度为900℃；

步骤(4)中的碳与氢的预设的摩尔比为1：4.5，第三反应器内进行加压的压力为5.5mpa、加热的温度为235℃；

步骤(5)中第四反应器内的加热温度为150℃；解析塔内解析的温度为60℃，压力为0.2mpa；

步骤(6)中第五反应器中，加热温度为300℃。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。