一种硅制品清洁生产系统的制作方法

1.本实用新型涉及硅制品生产相关技术领域，具体地说是涉及一种硅制品清洁生产系统。


背景技术：

2.现有高比表面积二氧化硅生产方法主要包括以硅酸酯为原料的溶胶凝胶法和以四氯化硅为原料的气相法。但现有溶胶凝胶法生产高比表面积二氧化硅时，存在溶剂回收率低的问题，而气相法存在氯化氢不能回收再利用的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型公开了一种硅制品清洁生产系统。
4.所述硅制品清洁生产系统包括氯化氢循环系统和醇循环系统；其中，所述氯化氢循环系统和所述醇循环系统相衔接，使得硅制品生产过程中产生的氯化氢和/或醇能够被循环利用。
5.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述醇循环系统包括酯化反应塔、醇回收装置和反应釜；其中，所述酯化反应塔通过第一硅制品输送管道与所述反应釜相连接；所述反应釜通过第一醇回收管道与所述醇回收装置相连接；所述醇回收装置与所述酯化反应塔相衔接。
6.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述醇循环系统还包括脱液装置；其中，所述反应釜通过第二硅制品输送管道a与所述脱液装置相连接；所述脱液装置通过第二醇回收管道与所述醇回收装置相连接。
7.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述醇循环系统还包括干燥机；其中，所述脱液装置通过第二硅制品输送管道b与所述干燥机相连接；所述干燥机通过第三醇回收管道与所述醇回收装置相连接。
8.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述醇回收装置通过醇输送管道或罐车与所述酯化反应塔相衔接。
9.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述氯化氢循环系统包括合成反应装置、分离提纯塔和氯化氢纯化装置；其中，所述醇循环系统中的酯化反应塔通过第二尾气输送管道与所述氯化氢纯化装置相连接；所述合成反应装置通过第一尾气输送管道和第一氯化氢回收管道与所述分离提纯塔相连接；所述分离提纯塔与所述醇循环系统中的酯化反应塔相衔接；所述氯化氢纯化装置通过第二氯化氢回收管道与所述合成反应装置相连接。
10.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述氯化氢循环系统还包括还原炉；其中，所述分离提纯塔通过第三硅制品输送管道和第三尾气输送管道与所述还原炉相连接。
11.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述分离提纯塔还通过第四硅制品输送管道b与所述合成反应装置相连接；所述分离提纯塔通过第四硅制品输送管道a或罐车与所述酯化反应塔相衔接。
12.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述氯化氢纯化装置设有物料入口和物料出口；其中，所述氯化氢纯化装置的物料入口直接通过第二尾气输送管道与所述醇循环系统中的酯化反应塔的尾气出口相连接；所述氯化氢纯化装置的物料出口与所述合成反应装置通过第二氯化氢回收管道直接连接。
13.根据本实用新型的一个优选实施方式，第一硅制品为硅酸酯；第二硅制品为纳米二氧化硅；第三硅制品为三氯氢硅；第四硅制品为四氯化硅。
14.与现有技术相比，本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统具有如下有益效果：
15.本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统可以形成氯循环和醇循环两大循环系统，以单质硅为初始原料，可以源源不断产出高比表面积纳米二氧化硅、硅酸酯和多晶硅等硅制品，正常生产过程中很少甚至没有三废排放，具体为：
16.氯循环系统中，纳米二氧化硅生产系统的氯化氢纯化装置直接与多晶硅生产系统中的合成反应装置相连接，满足氯化氢返回合成反应装置中与硅粉反应生成三氯氢硅，三氯氢硅还原生产多晶硅时副产大量的四氯化硅，四氯化硅可以通过管道或者罐车送至纳米二氧化硅生产系统的酯化反应塔，与乙醇反应生产纳米二氧化硅的直接原料硅酸酯，反应尾气去氯化氢纯化塔将氯化氢纯化。在此循环过程中，可以实现多晶硅和硅酸酯的清洁生产。
17.醇循环系统中，硅酸酯在反应釜中发生水解反应生成纳米二氧化硅，同时副产大量的醇roh(r为cnhxoyclz,n＝1～12,x＝1～25,y＝0～10，z＝0～6)，反应物料经过脱液分离后，固相通过干燥机干燥后得到硅制品，液相去醇回收装置回收醇，回收醇通过管道或罐车送去酯化反应塔，与四氯化硅反应生产纳米二氧化硅的直接原料硅酸酯。在此循环过程中，可以实现纳米二氧化硅和硅酸酯的清洁生产。
18.通过上述氯循环及醇循环两个循环系统，可以实现三氯氢硅、四氯化硅、多晶硅、纳米二氧化硅和硅酸酯等硅制品的“0”排放生产。
19.本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统无需严苛的工业生产条件，可以大幅降低生产成本，减少污染甚至无污染、可循环且可连续生产。
20.本实用新型的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本实用新型的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本实用新型披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
21.在此所述的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，
22.图1是根据本实用新型的一些实施例所示的硅制品清洁生产系统的系统结构示意图。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实
施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
24.需要说明的是，如果本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中涉及到术语“第一”、“第二”等，其是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，如果涉及到术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.在本实用新型中，如果涉及到术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
26.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
27.此外，在本实用新型中，如果涉及到术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”、“衔接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
29.本实用新型实施例公开了一种硅制品清洁生产系统。
30.如图1所示，该硅制品清洁生产系统包括氯化氢循环系统和醇循环系统。
31.其中，氯化氢循环系统和醇循环系统相衔接，使得硅制品生产过程中产生的氯化氢和/或醇能够被循环利用。
32.示例性的，该醇循环系统可以包括酯化反应塔210、醇回收装置230和反应釜240。其中，酯化反应塔210通过第一硅制品输送管道308与反应釜240相连接。反应釜240通过第一醇回收管道309与醇回收装置230相连接。醇回收装置230与酯化反应塔210相衔接。
33.进一步的，该醇循环系统还包括脱液装置250。其中，反应釜240通过第二硅制品输送管道a与脱液装置250相连接。脱液装置250通过第二醇回收管道 311与醇回收装置230相连接。
34.进一步的，该醇循环系统还包括干燥机260。其中，脱液装置250通过第二硅制品输送管道b与干燥机260相连接。干燥机260通过第三醇回收管道313 与醇回收装置230相连接。
35.进一步的，该醇回收装置230可以通过醇输送管道303或罐车与酯化反应塔210相
衔接。
36.示例性的，该氯化氢循环系统包括合成反应装置110、分离提纯塔120和氯化氢纯化装置220。其中，醇循环系统中的酯化反应塔210通过第二尾气输送管道304与氯化氢纯化装置220相连接。合成反应装置110通过第一尾气输送管道301和第一氯化氢回收管道302与分离提纯塔120相连接。分离提纯塔120 与醇循环系统中的酯化反应塔210相衔接。氯化氢纯化装置220通过第二氯化氢回收管道305与合成反应装置110相连接。
37.进一步的，该氯化氢循环系统还包括还原炉130。其中，分离提纯塔120通过第三硅制品输送管道306和第三尾气输送管道307与还原炉130相连接。
38.进一步的，分离提纯塔120还可以通过第四硅制品输送管道b与合成反应装置110相连接。
39.进一步的，分离提纯塔120可以通过第四硅制品输送管道a或罐车与酯化反应塔210相衔接。
40.进一步的，氯化氢纯化装置220设有物料入口和物料出口。其中，氯化氢纯化装置220的物料入口直接通过第二尾气输送管道304与醇循环系统中的酯化反应塔210的尾气出口相连接。氯化氢纯化装置220的物料出口与合成反应装置110通过第二氯化氢回收管道305直接连接。
41.其中，第一硅制品可以为硅酸酯。第二硅制品可以为纳米二氧化硅。第三硅制品可以为三氯氢硅。第四硅制品可以为四氯化硅。
42.下面以生产多晶硅和纳米二氧化硅为例具体说明本实用新型的硅制品清洁生产系统。
43.如图1所示，该硅制品清洁生产系统可以包括多晶硅生产系统100和纳米二氧化硅生产系统200。
44.其中，多晶硅生产系统100包括合成反应装置110和分离提纯塔120。合成反应装置110通过第一尾气输送管道301和第一氯化氢回收管道302与分离提纯塔120相连接。
45.进一步的，分离提纯塔120还通过四氯化硅输送管道315(第四硅制品输送管道b)与合成反应装置110相连接。
46.进一步的，多晶硅生产系统100还包括多晶硅还原炉130。其中，分离提纯塔120通过三氯氢硅输送管道(第三硅制品输送管道306)和第三尾气输送管道307与多晶硅还原炉130相连接。
47.其中，纳米二氧化硅生产系统200包括酯化反应塔210、氯化氢纯化装置 220和醇回收装置230。醇回收装置230与酯化反应塔210相衔接。酯化反应塔 210通过第二尾气输送管道304与氯化氢纯化装置220相连接。分离提纯塔120 与酯化反应塔210相衔接。氯化氢纯化装置220通过第二氯化氢回收管道305 与合成反应装置110相连接。具体的，醇回收装置230可以通过醇输送管道303 或罐车与酯化反应塔210相衔接。分离提纯塔120可以通过四氯化硅输送管道 314(第四硅制品输送管道a)或罐车与酯化反应塔210相衔接。氯化氢纯化装置220设有物料入口和物料出口。氯化氢纯化装置220的物料入口直接通过第二尾气输送管道304与酯化反应塔210的尾气出口相连接。氯化氢纯化装置220 的物料出口与合成反应装置110通过第二氯化氢回收管道305直接连接。
48.进一步的，纳米二氧化硅生产系统200还包括反应釜240。酯化反应塔210 通过硅
酸酯输送管道308与反应釜240相连接。反应釜240通过第一醇回收管道309与醇回收装置230相连接。
49.进一步的，纳米二氧化硅生产系统200还包括脱液装置250。反应釜240通过第一纳米二氧化硅输送管道310(第二硅制品输送管道a)与脱液装置250相连接。脱液装置250通过第二醇回收管道311与醇回收装置230相连接。
50.进一步的，纳米二氧化硅生产系统200还包括干燥机260。脱液装置250通过第二纳米二氧化硅输送管道312(第二硅制品输送管道b)与干燥机260相连接。干燥机260通过第三醇回收管道313与醇回收装置230相连接。
51.本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统，生产周期短，无需超临界设备，可实现工业化连续生产，产品质量稳定可控，生产成本较低。加之所有副产物均全部回收再利用，生产运行中不排放任何“三废”，实现真正的“0”排放，具有极好的环保效益，且大幅度降低了生产成本。
52.本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统以单质硅为初始原料，通过氯元素循环和醇溶液循环系统，源源不断产出高比表面积纳米二氧化硅、硅酸酯和多晶硅，正常生产过程中没有三废排放。
53.具体为：
54.用生产多晶硅副产的四氯化硅和醇roh(r为 cnhxoyclz,n＝1～12,x＝1～25,y＝0～10，z＝0～6)进行反应，得到硅酸酯si(or)4和氯化氢气体，反应如下：
55.sicl4 4roh
→
si(or)4 hcl；
56.氯化氢气体经氯化氢纯化装置220纯化后去参与三氯氢硅的合成反应，以四氯化硅、单质硅和氯化氢为原料发生氯氢化合成反应制备三氯氢硅(sihcl3)，反应方程式为：
57.sicl4 2hcl si
→
2sihcl3；
58.合成反应装置110合成反应尾气中含有四氯化硅原料气体和三氯氢硅，经分离提纯塔120分离提纯后分别得到三氯氢硅和四氯化硅，氯化氢返回合成反应装置110，四氯化硅可去酯化反应塔210参与制备硅酸酯si(or)4的反应，也可去合成反应装置110参与合成反应制备三氯氢硅。
59.三氯氢硅在多晶硅还原炉130进行还原反应，制备多晶硅，总反应方程式为：
60.4sihcl3→
2si 4hcl 2sicl4；
61.还原反应过程中，会副产大量的四氯化硅，还原尾气经分离提纯塔120分离纯化后得到四氯化硅和氯化氢，四氯化硅和氯化氢均可以去参与合成反应制备三氯氢硅。
62.至此，实现氯元素的循环，即氯元素在四氯化硅、三氯氢硅和氯化氢中进行循环转化，过程中不断产出多晶硅和硅酸酯。
63.以硅酸酯为原料在反应釜中进行水解缩聚反应制备高比表面积二氧化硅，其总反应式为：
64.si(or)4 2h2o
→
sio2 4roh
65.反应结束后进行通过脱液装置250脱液，脱液后物料去干燥机260中干燥得高比表面积二氧化硅产品，脱液得到的液体为醇水溶液，与干燥机260干燥尾气、酯化反应尾气一起通过醇回收装置230进行回收，得到回收醇，回收醇可以返回酯化反应塔210与四氯化硅进行反应制备硅酸酯。
66.至此，实现醇的循环，即醇在生成硅酸酯的反应被消耗，在高比表面积纳米二氧化硅的制备中产生，在醇的循环转化过程中不断产出纳米二氧化硅和硅酸酯。
67.即：
68.本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统可以形成氯循环和醇循环两大循环系统，以单质硅为初始原料，可以源源不断产出高比表面积纳米二氧化硅、硅酸酯和多晶硅，正常生产过程中很少甚至没有三废排放，具体为：
69.氯循环系统中，纳米二氧化硅生产系统的氯化氢纯化装置直接与多晶硅生产系统中的合成反应装置相连接，满足氯化氢返回合成反应装置中与硅粉反应生成三氯氢硅，三氯氢硅还原生产多晶硅时副产大量的四氯化硅，四氯化硅可以通过管道或者罐车送至纳米二氧化硅生产系统的酯化反应塔，与乙醇反应生产纳米二氧化硅的直接原料硅酸酯，反应尾气去氯化氢纯化塔将氯化氢纯化。在此循环过程中，可以实现多晶硅和硅酸酯的清洁生产。
70.醇循环系统中，硅酸酯在反应釜中发生水解反应生成纳米二氧化硅，同时副产大量的醇roh(r为cnhxoyclz,n＝1～12,x＝1～25,y＝0～10，z＝0～6)，反应物料经过脱液分离后，固相通过干燥机干燥后得到硅制品，液相去醇回收装置回收醇，回收醇通过管道或罐车送去酯化反应塔，与四氯化硅反应生产纳米二氧化硅的直接原料硅酸酯。在此循环过程中，可以实现纳米二氧化硅和硅酸酯的清洁生产。
71.通过上述氯循环及醇循环两个循环系统，可以实现三氯氢硅、四氯化硅、多晶硅、纳米二氧化硅和硅酸酯等硅制品的“0”排放生产。
72.综上所述，本实用新型实施例的硅制品清洁生产系统无需严苛的工业生产条件，可以大幅降低生产成本，减少污染甚至无污染、可循环且可连续生产。
73.需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
74.另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。