本發(fā)明屬于氯硅烷高沸回收，尤其涉及一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法。
背景技術(shù)：
1、改良西門子法制備多晶硅和氯硅烷歧化制備硅烷的過程中都會副產(chǎn)大量四氯化硅(sicl4)，目前主要采用冷氫化技術(shù)轉(zhuǎn)化成三氯氫硅原料(sihcl3)循環(huán)利用。冷氫化技術(shù)是以四氯化硅、硅粉、氫氣為原料進(jìn)行低溫高壓反應(yīng)合成三氯氫硅，此外還會副產(chǎn)氯硅烷高沸物(如：五氯乙硅烷、六氯乙硅烷等)；由于硅粉含有金屬雜質(zhì)，也會生成金屬氯化物。這部分副產(chǎn)物的沸點(diǎn)都比較高，與未反應(yīng)的硅粉和催化劑一并作為渣漿料從急冷塔和粗分塔塔釜排出至渣漿回收裝置進(jìn)行回收利用。
2、六氯乙硅烷等氯硅烷高沸物是形成太陽能板、液晶面板和集成電路上氮化硅膜和氧化硅膜的電子化學(xué)品原料，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益；同時氯硅烷高沸物能夠在催化劑的作用下與氯化氫反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成低沸點(diǎn)氯硅烷原料循環(huán)利用，例如：六氯乙硅烷和氯化氫反應(yīng)生成三氯氫硅和四氯化硅。因此需要對渣漿料中的氯硅烷高沸物進(jìn)行回收利用。三氯化鋁是溶解在氯硅烷高沸物的主要金屬雜質(zhì)，其從120℃就開始升華，比絕大多數(shù)氯硅烷高沸物的沸點(diǎn)低(六氯乙硅烷的沸點(diǎn)145℃)，導(dǎo)致在氯硅烷高沸物回收過程中難以脫除，影響氯硅烷高沸物的品質(zhì)。
3、專利cn221971506u公開了一種連續(xù)化裂解精餾系統(tǒng)，包括還原一級塔、高沸分離塔、高沸裂解分離塔和高沸裂解反應(yīng)器，針對多晶硅還原裝置副產(chǎn)的氯硅烷高沸物進(jìn)行連續(xù)化裂解精餾，但該系統(tǒng)未對高沸物中的金屬氯化物進(jìn)行脫除就直接用于反應(yīng)，將導(dǎo)致催化劑中毒和裝置堵塞，嚴(yán)重降低催化劑的使用周期和裝置的連續(xù)性。
4、專利cn221071042u公開了一種處理氯硅烷渣漿和高沸物的裝置，該裝置通過膜分離裝置和吸附裝置分離液體氯硅烷混合物和硅粉，再通過氯硅烷分離、閃蒸罐和高沸裂解塔回收高沸物中的氯硅烷；該裝置的工藝流程復(fù)雜，同時氯硅烷渣漿中含有的高粘性銅基氯化物催化劑，極易導(dǎo)致膜分離裝置和吸附裝置堵塞；并且氯硅烷分離塔塔釜的氯硅烷高沸物直接進(jìn)行裂解反應(yīng)，也未考慮高沸物的金屬氯化物雜質(zhì)脫除，將導(dǎo)致高沸裂解塔內(nèi)的催化劑出現(xiàn)金屬中毒，嚴(yán)重影響催化劑的使用。
5、專利cn219429721u公開了一種冷氫化渣漿蒸發(fā)裂解回收處理裝置，該裝置通過蒸發(fā)、過濾、洗滌、裂解等環(huán)節(jié)對渣漿進(jìn)行二次回收，流程看似復(fù)雜，但只對渣漿進(jìn)行簡單的處理，一樣未考慮金屬氯化物的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、【擬解決的技術(shù)問題】
2、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法，對氯硅烷高沸物進(jìn)行金屬絡(luò)合吸附脫除和裂解反應(yīng)，從分離塔塔頂?shù)玫饺葰涔韬退穆然璧确磻?yīng)產(chǎn)物，絡(luò)合釜底部排出絡(luò)合吸附殘?jiān)?。與以往的氯硅烷高沸物裂解方法相比，本發(fā)明旨在通過一套金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同時對高沸物進(jìn)行金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)，工藝流程簡單，顯著提高催化劑使用周期、高沸物轉(zhuǎn)化率和氯化氫單程利用率。
3、【技術(shù)方案】
4、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
5、一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法，利用金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)進(jìn)行高沸物的回收利用，提高催化劑使用周期和高沸物轉(zhuǎn)化率。
6、優(yōu)選的，所述的一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法，包括以下步驟：
7、冷氫化裝置和還原裝置產(chǎn)生的渣漿料經(jīng)渣漿回收裝置脫除廢硅粉與銅基催化劑等固渣和回收四氯化硅后，得到的氯硅烷高沸物與金屬絡(luò)合吸附劑一并送至絡(luò)合釜，絡(luò)合釜的氣體進(jìn)入分離塔底部，分離塔中下部側(cè)采的六氯乙硅烷等高沸物依次進(jìn)入側(cè)采冷卻器降溫和側(cè)采泵加壓后，與氯化氫經(jīng)混合器混合后送至背包反應(yīng)器進(jìn)行裂解反應(yīng)，反應(yīng)后的物料返回分離塔中部，分離塔塔頂?shù)玫饺葰涔韬退穆然璧确磻?yīng)產(chǎn)物，分離塔塔釜液體返回絡(luò)合釜，絡(luò)合塔底部排出絡(luò)合吸附殘?jiān)?/p>
8、本發(fā)明提供的一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，包括金屬絡(luò)合劑罐、絡(luò)合釜、分離塔、冷凝器、側(cè)采冷卻器、側(cè)采泵、混合器和背包反應(yīng)器；所述絡(luò)合釜用于金屬氯化物的絡(luò)合和高沸物升溫氣化；所述冷凝器用于冷凝從分離塔塔頂收集的三氯氫硅和四氯化硅等反應(yīng)產(chǎn)物；所述側(cè)采冷卻器用于冷卻分離塔側(cè)采的六氯乙硅烷等高沸物；所述混合器用于六氯乙硅烷等高沸物與氯化氫的混合；所述背包反應(yīng)器用于六氯乙硅烷等高沸物與氯化氫的反應(yīng)；
9、所述分離塔被返回口和側(cè)采口分成上、中、下三段，每段都裝填有高效規(guī)整填料、塔盤或規(guī)整填料-塔盤復(fù)合的分離元件；
10、所述金屬絡(luò)合劑罐的金屬絡(luò)合劑出料管線與絡(luò)合釜的絡(luò)合劑入口相連通，絡(luò)合釜的氣相出口管線與分離塔底部氣相入口相連通，分離塔底部的液相出料管線與絡(luò)合釜的液相入口相連通，絡(luò)合釜底部的出口與絡(luò)合吸附殘?jiān)隽瞎芫€相連通；
11、所述冷凝器的物料進(jìn)口與所述分離塔的塔頂氣相出口相連通，冷凝器的物料出口分別與分離塔塔頂回流口和三氯氫硅及四氯化硅等反應(yīng)產(chǎn)物的出料管線相連通；
12、所述側(cè)采冷卻器的物料入口與分離塔的中下部側(cè)采管線相連通，側(cè)采冷卻器的物料出口與側(cè)采泵入口管線相連通，側(cè)采泵的出口管線和混合器的液相入口相連通，氯化氫的進(jìn)料管線和混合器的氣相入口相連通，混合器的出料管線與背包反應(yīng)器的入口相連通，背包反應(yīng)器的出料管線與分離塔中部的返回口相連通。
13、優(yōu)選的，所述分離塔上段分離元件的理論板數(shù)為5～20，中段分離元件的理論板數(shù)為5～20，下段分離元件的理論板數(shù)為5～20。
14、優(yōu)選的，所述金屬絡(luò)合吸附為一價或二價的金屬氯化物，包括：氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣，氯化鎂等。
15、優(yōu)選的，所述背包反應(yīng)器內(nèi)裝填有負(fù)載胺基或堿金屬功能團(tuán)的樹脂、分子篩、mof、zif和cof等固態(tài)催化劑中的一種或者多種混合；背包反應(yīng)器的操作壓力為0.3～1.0mpag，操作溫度為50～80℃。
16、優(yōu)選的，所述絡(luò)合釜為采用高品位熱源的夾套釜；冷凝器為采用循環(huán)水作為冷凝介質(zhì)的冷凝器；側(cè)采冷卻器為采用循環(huán)水作為冷凝介質(zhì)的冷卻器。
17、優(yōu)選的，所述分離塔的塔頂壓力為0.02～0.2mpag，塔頂溫度為40～80℃，塔頂回流比為(1.0～10)∶1；側(cè)采冷卻器控制的物料溫度為50～80℃。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：
19、本發(fā)明提供了一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法，利用絡(luò)合吸附技術(shù)和高沸裂解技術(shù)的耦合，在一套系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高沸物同時進(jìn)行金屬雜質(zhì)絡(luò)合吸附脫除和裂解反應(yīng)，與以往的裂解方法相比，工藝流程簡單，催化劑使用周期和高沸物轉(zhuǎn)化率顯著提高，氯化氫單程利用率達(dá)到98％以上。
1.一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法，同時進(jìn)行高沸物的金屬脫除和裂解反應(yīng)；其特征在于，包括以下步驟：冷氫化裝置和還原裝置產(chǎn)生的渣漿料經(jīng)渣漿回收裝置脫除廢硅粉與銅基催化劑等固渣和回收四氯化硅后，得到的氯硅烷高沸物與金屬絡(luò)合吸附劑一并送至絡(luò)合釜，絡(luò)合釜的氣體進(jìn)入分離塔底部，分離塔中下部側(cè)采的氯硅烷高沸物依次進(jìn)入側(cè)采冷卻器降溫和側(cè)采泵加壓后，與氯化氫經(jīng)混合器混合后送至背包反應(yīng)器進(jìn)行裂解反應(yīng)，反應(yīng)后的物料返回分離塔中部，分離塔塔頂?shù)玫饺葰涔韬退穆然璧确磻?yīng)產(chǎn)物，分離塔塔釜液體返回絡(luò)合釜，絡(luò)合塔底部排出絡(luò)合吸附殘?jiān)?/p>
2.一種金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)通過權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理方法進(jìn)行高沸物處理，包括金屬絡(luò)合劑罐(ⅰ)、絡(luò)合釜(ⅱ)、分離塔(ⅲ)、冷凝器(ⅳ)、側(cè)采冷卻器(ⅴ)、側(cè)采泵(ⅵ)、混合器(ⅶ)和背包反應(yīng)器(ⅷ)；所述絡(luò)合釜(ⅱ)用于金屬氯化物的絡(luò)合和氯硅烷高沸物升溫氣化；所述冷凝器(ⅳ)用于冷凝從分離塔(ⅲ)塔頂收集的三氯氫硅和四氯化硅等反應(yīng)產(chǎn)物；所述側(cè)采冷卻器(ⅴ)用于冷卻分離塔側(cè)采的六氯乙硅烷等高沸物；所述混合器(ⅶ)用于六氯乙硅烷等高沸物與氯化氫的混合；所述背包反應(yīng)器(ⅷ)用于六氯乙硅烷等高沸物與氯化氫的反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理回收系統(tǒng)，其特征在于，所述分離塔(ⅲ)被返回口和側(cè)采口分成上、中、下三段，每段都裝填有高效規(guī)整填料、塔盤或規(guī)整填料-塔盤復(fù)合的分離元件；上段的理論板數(shù)為5～20，中段的理論板數(shù)為5～20，下段的理論板數(shù)為5～20。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬絡(luò)合劑罐(ⅰ)的金屬絡(luò)合劑出料管線與絡(luò)合釜(ⅱ)的絡(luò)合劑入口相連通，絡(luò)合釜(ⅱ)的氣相出口管線與分離塔(ⅲ)底部氣相入口相連通，分離塔(ⅲ)底部的液相出料管線與絡(luò)合釜(ⅱ)的液相入口相連通，絡(luò)合釜(ⅱ)底部的出口與絡(luò)合吸附殘?jiān)隽瞎芫€相連通；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬絡(luò)合吸附為一價或二價的金屬氯化物，包括：氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣，氯化鎂等。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，其特征在于，所述背包反應(yīng)器(ⅷ)內(nèi)裝填有固態(tài)催化劑，包括負(fù)載胺基或堿金屬功能團(tuán)的樹脂、分子篩、mof、zif和cof等的一種或者多種；背包反應(yīng)器(ⅷ)的操作壓力為0.3～1.0mpag，操作溫度為50～80℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，其特征在于，所述絡(luò)合釜(ⅱ)為采用高品位熱源的夾套釜；冷凝器(ⅳ)為采用循環(huán)水作為冷凝介質(zhì)的冷凝器；側(cè)采冷卻器(ⅴ)為采用循環(huán)水作為冷凝介質(zhì)的冷卻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬絡(luò)合吸附和裂解反應(yīng)耦合的高沸物處理系統(tǒng)，其特征在于，所述分離塔(ⅲ)的塔頂壓力為0.02～0.2mpag，塔頂溫度為40～80℃，塔頂回流比為(1～10)∶1；側(cè)采冷卻器(ⅴ)控制的物料溫度為50～80℃。