一种四氯化硅合成的节能装置及方法与流程

本发明涉及一种四氯化硅合成的节能装置，特别涉及一种用氯气和si粉直接合成四氯化硅的节能装置及方法。

背景技术：

高纯四氯化硅为无色透明液体，纯度稍低的呈现微黄或者淡黄色，有窒息性气味。常温常压下密度1.48，熔点-70℃，沸点57.6℃，沸点随着压力增高而增高。在潮湿空气中水解而成硅酸和氯化氢。遇水时水解作用很激烈，也能和醇类起激烈反应。溶于四氯化碳、四氯化钛、四氯化锡。对皮肤有腐蚀性。用于制硅酸酯类、有机硅单体、有机硅油、高温绝缘漆、硅树脂、硅橡胶等，也用作烟幕剂。工业上大部分的制取由硅粉高温与氯化氢合成反应而得。

中国专利cn201310360305.9提出了一种四氯化硅的合成方法及其生产系统，该方法包括四氯化硅粗产品的生产步骤和精馏步骤，所述的四氯化硅粗产品的生产步骤以硅粉为主要原料,在不添加任何催化剂的状况下，与氯气进行气固直接法合成反应制备四氯化硅，反应器为流化床；控制反应温度为250-450℃，压力为0.05-0.5mpa，氯气的流化气速为0.05～0.15m/s；粗产物中四氯化硅选择性在95％以上。

然而由于氯气和si粉直接反应产生大量的热量，因此上述专利为了保持反应器温度范围，必须加入介质将产生的热量取出，而常用的取热方式是加入大量的氮气或氯气加大过量作为冷媒移走反应产生的热量，从而产生以下问题：

1、氮气和氯气没有相变带走相应热量需过量极大，造成设备造价增大；

2、使用氮气带走相应热量，氮气在后续工艺无法回收，造成氮气浪费，增加经济成本；

3、使用氯气带走相应热量，由于出口温度为250-450℃，温度较高，氯气腐蚀性极强，需要使用造价高的材质以应对氯气的腐蚀性，不仅增加了经济成本，而且有较大的安全隐患；

4、使用氮气或氯气带走反应过程产生的热量，该部分热量无法回收，造成能量浪费。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种四氯化硅合成的节能装置；采用氯气和si粉直接反应制备四氯化硅，并向反应器中喷入液体四氯化硅作为冷媒，通过液体四氯化硅气化带走反应产生的热量，四氯化硅气化后具备较高品味的热量，因此增加蒸汽发生装置，将四氯化硅移走的热量回收发生蒸汽，将反应热充分回收利用，节约了能耗。由于四氯化硅为反应产物，该装置不仅减少了冷媒的加入量，而且避免了冷媒的回收困难问题；由于四氯化硅腐蚀性较低，也避免了设备材质要求较高及安全问题。本发明装置简单，易于实现，大大提高了企业的经济效益和社会效益。

本发明采用的技术方案如下：

一种四氯化硅合成的节能装置，包括反应器、蒸汽发生器和四氯化硅冷却器；反应器底部设有氯气进口、下部设有si粉进口，上部设有四氯化硅进口，顶部设有物料采出口，其中物料采出口连接蒸汽发生器热物料进口；蒸汽发生器设有热物料进口、热物料出口，水进口，蒸汽出口，其中热物料进口连接反应器，热物料出口连接四氯化硅冷却器；软水从水进口加入蒸汽发生器，蒸汽从蒸汽出口采出；四氯化硅冷却器设有热物料进口和热物料出口，其中热物料进口连接蒸汽发生器，热物料出口连接后续除尘分离装置。

利用本发明的装置合成四氯化硅的节能方法，采用氯气和si粉直接反应制备四氯化硅，并向反应器中喷入液体四氯化硅作为取热冷媒，通过液体四氯化硅气化带走反应产生的热量，四氯化硅气化后的热量进入蒸汽发生器，将四氯化硅移走的热量回收发生蒸汽，将反应热回收利用。

所述的反应器的取热冷媒为四氯化硅；

取热冷媒为四氯化硅来源于除尘后的粗四氯化硅、精制后的产品四氯化硅中的一种或混合。

所述的反应器取热用四氯化硅与反应生成的四氯化硅的摩尔比为7:1-10:1。

所述的蒸汽发生器发生蒸汽压力为0.5-1mpa。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是与传统四氯化硅合成装置相比，可节省能耗20-40％。

本发明采用氯气和si粉直接反应制备四氯化硅，并向反应器中喷入液体四氯化硅作为冷媒，通过液体四氯化硅气化带走反应产生的热量，主要优点如下：

1、由于四氯化硅为反应产物，该装置不仅减少了冷媒的加入量，而且避免了冷媒的回收困难问题；

2、由于四氯化硅腐蚀性较低，避免了设备材质要求较高及安全问题；

3、四氯化硅气化后具备较高品味的热量，因此增加蒸汽发生装置，将四氯化硅移走的热量回收发生蒸汽，将反应热充分回收利用，与传统四氯化硅合成装置相比，可节省能耗20-40％。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

r101反应器、e101蒸汽发生器、e102四氯化硅冷却器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明：

根据图1说明如下：

包括反应器r101、蒸汽发生器e101、四氯化硅冷却器e102；反应器r101底部设有氯气进口、下部设有si粉进口，上部设有四氯化硅进口，顶部设有物料采出口，其中物料采出口连接蒸汽发生器e101热物料进口；蒸汽发生器e101设有热物料进口、热物料出口，水进口，蒸汽出口，其中热物料进口连接反应器r101，热物料出口连接四氯化硅冷却器e102，软水从水进口加入蒸汽发生器e101，蒸汽从蒸汽出口采出；四氯化硅冷却器e102设有热物料进口和热物料出口，其中热物料进口连接蒸汽发生器e101，热物料出口连接后续除尘分离装置。

氯气和si粉加入反应器r101，随着反应进行，从向反应器r101中加入四氯化硅移除反应产生的热量，反应器r101顶部采出未反应的氯气、四氯化硅和少量的si粉进入蒸汽发生器e101，发生蒸汽所需的软水从蒸汽发生器e101底部加入，蒸汽发生器e101顶部采出蒸汽，经换热后的反应器r101顶部采出物料经四氯化硅冷却器e102冷却后进入后续后续除尘分离装置进一步处理。

所述的反应器r101取热冷媒为反应产物四氯化硅。反应器r101取热用四氯化硅与反应生成的四氯化硅的摩尔比为7-10。蒸汽发生器e101发生蒸汽压力为0.5-1mpa。

实施例1

氯气和si粉加入反应器r101，随着反应进行，从向反应器r101中加入四氯化硅移除反应产生的热量，反应器r101顶部采出未反应的氯气、四氯化硅和少量的si粉进入蒸汽发生器e101，发生蒸汽所需的软水从蒸汽发生器e101底部加入，蒸汽发生器e101顶部采出蒸汽，经换热后的反应器r101顶部采出物料经四氯化硅冷却器e102冷却后进入后续后续除尘分离装置进一步处理。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是反应器r101取热冷媒为反应产物四氯化硅。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是反应器r101取热用四氯化硅与反应生成的四氯化硅的摩尔比为7。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是蒸汽发生器e101发生蒸汽压力为0.5mpa。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是与传统四氯化硅合成装置相比，可节省能耗40％。

实施例2

氯气和si粉加入反应器r101，随着反应进行，从向反应器r101中加入四氯化硅移除反应产生的热量，反应器r101顶部采出未反应的氯气、四氯化硅和少量的si粉进入蒸汽发生器e101，发生蒸汽所需的软水从蒸汽发生器e101底部加入，蒸汽发生器e101顶部采出蒸汽，经换热后的反应器r101顶部采出物料经四氯化硅冷却器e102冷却后进入后续后续除尘分离装置进一步处理。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是反应器r101取热冷媒为反应产物四氯化硅。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是反应器r101取热用四氯化硅与反应生成的四氯化硅的摩尔比为10。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是蒸汽发生器e101发生蒸汽压力为0.5mpa。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是与传统四氯化硅合成装置相比，可节省能耗20％。

实施例3

氯气和si粉加入反应器r101，随着反应进行，从向反应器r101中加入四氯化硅移除反应产生的热量，反应器r101顶部采出未反应的氯气、四氯化硅和少量的si粉进入蒸汽发生器e101，发生蒸汽所需的软水从蒸汽发生器e101底部加入，蒸汽发生器e101顶部采出蒸汽，经换热后的反应器r101顶部采出物料经四氯化硅冷却器e102冷却后进入后续后续除尘分离装置进一步处理。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是反应器r101取热冷媒为反应产物四氯化硅。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是反应器r101取热用四氯化硅与反应生成的四氯化硅的摩尔比为7。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是蒸汽发生器e101发生蒸汽压力为1mpa。

所述的一种四氯化硅合成的节能装置，其特征是与传统四氯化硅合成装置相比，可节省能耗36％。

本发明采用氯气和si粉直接反应制备四氯化硅，并向反应器中喷入液体四氯化硅作为冷媒，通过液体四氯化硅气化带走反应产生的热量，四氯化硅气化后具备较高品味的热量，因此增加蒸汽发生装置，将四氯化硅移走的热量回收发生蒸汽，将反应热充分回收利用，节约了能耗。由于四氯化硅为反应产物，该装置不仅减少了冷媒的加入量，而且避免了冷媒的回收困难问题；由于四氯化硅腐蚀性较低，也避免了设备材质要求较高及安全问题。本发明装置简单，易于实现，大大提高了企业的经济效益和社会效益。