CN108126644A - 氯硅烷液体中和处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氯硅烷液体中和处理装置，包括中和所述氯硅烷液体的碱性中和液、储存所述碱性中和液的储存槽、供应所述氯硅烷液体的供应管及用于喷射惰性气体的喷射管，所述供应管设于所述储存槽内，所述喷射管设于所述供应管的液体流出口的周围以向围设形成所述液体流出口的液体流出口侧壁喷射惰性气体防止液体流出口堵塞以及副生盐酸腐蚀所述供应管。通过上述技术手段可以大大减轻氯硅烷液体与水发生反应副生二氧化硅堵塞供应管的液体流出口部以及副生盐酸腐蚀液体流出口部。本发明装置结构简单、使用方便，具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及净化回收技术领域，具体来说涉及一种氯硅烷液体中和处理装置及处理方法。
背景技术
氯硅烷作为有机硅树脂的原料、表面处理剂、硅晶片以及太阳能电池中使用的多晶硅的原料被广泛使用。作为有机硅树脂原料的二甲基二氯硅烷是通过金属硅和氯代甲烷反应合成的，多晶硅原料的三氯硅烷是通过金属硅和氯化氢反应合成的。
上述反应都是通过蒸馏塔精制，需要能生产所要求纯度的氯硅烷生产工段。通过蒸馏被分离出来的目标产物以外的氯硅烷，根据需要可以使用在二氧化硅的原料和表面处理剂等中，但最终在蒸馏中未能充分精制的氯硅烷液体，必须要进行碱性水溶液中和后废弃。
如图1所示是现有技术中氯硅烷液体的中和装置的代表式样简略图。将氯硅烷液体供应管1的液体流出口部浸在储存槽2中的碱性中和液3的液体表面，通过将氯硅烷液体混入到碱性中和液中进行处理，这是一般的方法。但这种方法具有以下问题：和水反应的氯硅烷液体会副生二氧化硅，堵塞氯硅烷液体供应管1的液体流出口部，副生的盐酸气体会腐蚀管线，不能长期使用。特别是如果氯硅烷液体是通过上述的金属硅和氯化氢反应制造三氯氢硅工艺中所排出来的废液，该废液中大多会含有来源于金属硅中的金属杂质中的固体金属氯化物，如果像这样氯硅烷液体中含有固体物，该固体物会粘附在液体流出口侧壁上，容易发生二氧化硅的堆积和副生盐酸气体的冷凝，上述液体流出口部的堵塞和腐蚀问题会更加严重。
也有如下的不是使用氯硅烷的液体进行中和，而是使用氯硅烷气体进行中和的方法。使氯硅烷废气伴随着氮气，进入喷淋式除害塔顶部，进行碱性中和液处理，碱性中和液储存在储存槽中。当然，如果是气体状的，那么氯硅烷的浓度肯定要比液体状低很多，而且即使是上述金属硅和氯化氢反应生成三氯氢硅的制造工艺中排出来的氯硅烷，也不会含有固体金属氯化物等的固体物，所以废气供应管线的出口部也不会发生上述副生二氧化硅的堵塞以及盐酸腐蚀问题。因此相关的氯硅烷废气的喷淋式中和处理和上述氯硅烷液体的中和处理是完全不同的技术，在解决该氯硅烷液体的中和处理中的上述氯硅烷液体供应管的堵塞以及腐蚀问题上，不能作为任何的参考。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种氯硅烷液体处理装置及处理方法，能防止氯硅烷液体因和碱性中和液相接触产生的副生二氧化硅堵塞氯硅烷液体供应管的液体流出口部，以及可以减少副生盐酸气体对管线的腐蚀，特别是以金属硅为原料合成的氯硅烷液体，蒸馏残渣中会含有氯化铝为主的金属杂质。这些金属杂质是以固体形式存在，上述氯硅烷液体供应管的液体流出口部的堵塞会更加频繁的发生。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种氯硅烷液体中和处理装置，包括中和所述氯硅烷液体的碱性中和液及储存所述碱性中和液的储存槽，所述处理装置还包括：
供应所述氯硅烷液体的供应管，所述供应管的下端成形有氯硅烷液体流出口，所述液体流出口延伸至所述碱性中和液的储存槽内，所述液体流出口位于所述碱性中和液的液面上方；
用于喷射惰性气体的喷射管，所述喷射管包括喷射管管体及送气管，所述喷射管管体的一端成形有向下的气体喷出口，所述气体喷出口的高度高于所述氯硅烷液体流出口，所述喷射管设于所述液体流出口的周围以向围设形成所述液体流出口的液体流出口侧壁周围喷射惰性气体，所述送气管与所述喷射管管体连通设置。
本发明实施例中，所述供应管的液体流出口与所述碱性中和液的液面之间的距离为500～2000mm。
本发明实施例中，所述供应管的上端连接有清洗管，所述清洗管与所述供应管之间设有阀门以控制所述清洗管与所述供应管的连通与闭合；所述供应管的侧部形成有分支管，所述氯硅烷液体通过所述分支管进入所述供应管。
本发明实施例中，所述喷射管与所述供应管为双层管结构，所述喷射管的内壁与所述供应管的外壁之间有惰性气体的容纳空间。
本发明实施例中，所述喷射管的气体喷出口的口径小于所述喷射管的口径，围设形成所述气体喷出口的侧壁为倾斜面。
本发明实施例中，所述喷射管的气体喷出口的四周设置有庇板，所述庇板通过向下扩径形成阻挡所述惰性气体上升的挡板；所述供应管的外部还设有外筒以令所述惰性气体与外部空间隔开。
本发明实施例中，所述喷射管的气体喷出口的底端距离所述供应管的液体流出口底端的距离为0～30mm。
一种利用所述氯硅烷液体处理装置的氯硅烷液体处理方法，所述供应管供应的氯硅烷液体沿着所述碱性中和液的液面流入储存槽中与所述碱性中和液反应，同时所述喷射管向所述液体流出口侧壁周围喷射惰性气体；其中：
所述氯硅烷液体的供应量是以所述供应管的液体流出口面的每平方米0.20～0.50L/秒的速度供应，所述供应管的液体流出口的面积为0.5～10cm2。
本发明实施例中，所述惰性气体的喷射量是以所述气体喷出口面的每平方米0.35～2.5NL/秒的速度供应，所述喷射管的气体喷出口的面积为2～15cm2，所述惰性气体的喷射量相对于所述氯硅烷液体的供应量为1.2～5.0NL/L。
本发明实施例中，所述碱性中和液的pH为8～12，温度为25℃。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
(1)本发明的氯硅烷液体中和处理装置，可以有效的防止中和处理时副生二氧化硅对氯硅烷供应管液体流出口部的堵塞，以及能够减少副生盐酸气体对于管线的腐蚀。本发明处理装置结构简单，不含填料没有堵塞的风险，同时即使是从金属硅和氯化氢反应生成三氯氢硅的制造工艺中排出来的废液等的含有固体物的氯硅烷液体，也能充分发挥上述防堵塞和防腐蚀的效果。
(2)本发明在氯硅烷合成工段，特别是作为处理蒸馏残渣氯硅烷液体的装置，可以实现长期稳定运行。
附图说明
图1是现有技术中氯硅烷液体中和处理装置的代表样式简略图。
图2是本发明氯硅烷液体中和处理装置的代表样式简略图。
附图标记与部件的对应关系如下：
供应管1；清洗管11；阀门111；分支管12；液体流出口13；储存槽2；碱性中和液3；喷射管4；喷射管管体41；气体喷出口411；送气管42；庇板5；外筒6。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
请参阅图2，本发明提供一种氯硅烷液体中和处理装置，包括供应所述氯硅烷液体的供应管1、中和所述氯硅烷液体的碱性中和液3、储存所述碱性中和液的储存槽2及用于喷射惰性气体的喷射管4，在所述储存槽2中，碱性中和液3一般通过搅拌机来搅拌，所述供应管1设于所述储存槽2内，所述喷射管4设于所述供应管1的液体流出口13的周围以向围设形成所述液体流出口13的液体流出口侧壁喷射惰性气体防止液体流出口13堵塞以及副生盐酸腐蚀所述供应管1。其中：
所述供应管1具有相对的上、下端，所述供应管1的上端连接有清洗11管，所述清洗管11与所述供应管1之间设有阀门111以控制所述清洗管11与所述供应管1的连通与闭合；所述供应管1的侧部形成有分支管12，所述氯硅烷液体通过所述分支管12进入所述供应管1，所述供应管1的下端成形有氯硅烷液体流出口13，所述液体流出口13延伸至所述碱性中和液3的储存槽2内，所述液体流出口13位于所述碱性中和液3的液面上方；
所述清洗管11的设置可以防止供应管1的液体流出口13因二氧化硅副生而堵塞，也可以通过清洗棒清扫等来解决堵塞问题。
所述喷射管4包括喷射管管体41及送气管42，所述喷射管管体41一端成形有向下的气体喷出口411，所述气体喷出口411的高度高于所述氯硅烷液体流出口13，所述喷射管4设于所述液体流出口13的周围以向所述液体流出口13喷射惰性气体，所述送气管42与所述喷射管管体41连通设置。本发明实施例中，所述送气管42通过所述喷射管管体41的侧部向外延伸形成。
本发明实施例中，所述喷射管4与所述供应管1为双层管结构，所述喷射管4的内壁与所述供应管1的外壁之间有惰性气体的容纳空间，所述气体喷出口411的口径小于所述喷射管4的口径，围设形成所述气体喷出口411的侧壁为倾斜面，此时可以根据上述倾斜的程度，调整喷到所述供应管1的液体流出口侧壁上的惰性气体的喷射压力。同时对于碱性中和液3液面，还可以调整影响碱性中和液3的飞沫的上升和副生盐酸气体的上升的控制效果的范围。
所述气体喷出口411以向下的形式设于围设形成所述液体流出口13的液体流出口侧壁周围是指，只要从所述喷射管4中喷射出来的惰性气体流的至少一部分，有喷到供应管线1的液体流出口侧壁，沿着碱性中和液3的液面往下流即可。像这样要使喷出气体流喷到供应管1的液体流出口侧壁，需要所述气体喷出口411的底端位于所述液体流出口13底端的上部，一般最好是位于上部0～30mm左右。本发明中所述喷射管4但也可以是在供应管1的液体流出口侧壁周围的任意一处或几处，设置各自独立的喷射管4的样式。
上述氯硅烷液体中和处理装置中，所述供应管1的液体流出口13位于所述碱性中和液3的液面上方，因此所述液体流出口13不和碱性中和液3直接接触。而且上述液体流出口13会被喷到从所述喷射管4中喷射出来的惰性气体流，所以即使在操过过程中发生误操作，使液体流出口13沾到了碱性中和液3，也可以通过惰性气体流将其吹掉。
在氯硅烷液体的中和处理中，在碱性中和液3的液面上会有氯硅烷液体落下，即使该碱性中和液3会飞溅，但也可以将飞溅程度控制得很低，可以防止沾到上述氯硅烷液体供应管1的液体流出口部13。同时，在氯硅烷液体的中和处理中，在碱性中和液3的液面会副生盐酸气体，惰性气体流的喷射可以防止该盐酸气体上升停留在上述供应管1的液体流出口13部周围。
通过上述措施，可以大大改善液体流出口处氯硅烷液体与水反应副生二氧化硅引起的液体流出口13部堵塞以及副生盐酸气体对液体流出口13部的侧壁腐蚀问题。
如果供应管1的液体流出口13部和碱性中和液3的液面上方的距离太近，就不能很好得控制上述液体流出口13部的二氧化硅引起的堵塞以及盐酸气体引起的腐蚀问题，因此要距离500mm以上，特别是最好距离600～2000mm。
氯硅烷液体供应管1的氯硅烷液体的供应量，如果太慢处理效率会变差，因此上述氯硅烷供应管的液体流出口13面的每平方米需要0.20～0.50L/秒，最好是0.28～0.38L/秒的速度供应所述氯硅烷液体。一般的，氯硅烷液体供应管1的液体流出口13面积最好从0.5～10cm2中选择。
所述供应管1内的氯硅烷液体的供应，可以是连续往下流，也可以是断断续续地往下滴。
另一方面，所述喷射管4的喷射量如果太少，就不能充分防止液体流出口13部的二氧化硅副生引起的堵塞以及副生盐酸气体引起的腐蚀，因此惰性气体喷射管4的气体喷出口面的每平方需要0.35～2.5NL/秒，最好是以0.50～1.0NL/秒的速度供应所述惰性气体。
本发明实施例中，所述惰性气体为氮气，从所述喷射管4中喷射出来的惰性气体，也可以使用氩气气体等的惰性气体，相关的氮气气体的喷射一般是连续进行的，但根据需要也可以间歇式进行。所述喷射管4的氮气气体的喷射量，一般相对于上述氯硅烷液体供应管1的氯硅烷液体的供应量来说，在1.2～5.0NL/L的范围内选择。最好是上述惰性气体喷射管4的气体喷出口面411的每平方米以0.35～2.5NL/秒的速度来供应，且相对于上述氯硅烷液体的供应量来说以1.7～5.0NL/L的条件来喷射。可以根据上述的喷射量来选择喷射管4的氮气气体供应量和其口径。一般的，所述喷射管4的气体喷出口411的面积最好从2～15cm2中选择。
较优地，所述喷射管4的气体喷出口411的四周设置有庇板5，所述庇板5通过向下扩径形成阻挡所述惰性气体上升的挡板；所述供应管1的外部还设有外筒6以令所述惰性气体与外部空间隔开。通过此设计可以防止惰性气体喷射管4中排出的惰性气体过多的向外方向扩散，以及控制碱性中和液3的飞沫和副生盐酸气体的上升的控制效果过弱。同时可以阻止相关碱性中和液3的飞沫和副生盐酸气体上升至所述喷射管4的气体喷出口部的上部。
本发明实施例中，所述供应管1以及所述喷射管4是以内插在外筒6的形式设计的。通过设置在外筒6内部，可以完全将供应管1以及喷射管4的周围和外部空间隔离。因此可以更好的发挥和上述庇板5相同的效果。另外，外筒6还可以减轻碱性中和液3的搅拌振动影响供应管1，造成氯硅烷液体供应不稳定的现象。
所述外筒6的上端开口面如果是密封的，即使将相关的外筒6浸到碱性中和液3的液面下，碱性中和液3也不会流入外筒6内，所以碱性中和液3的液面只会因外筒6的浸入的深度稍微下降。
本发明的氯硅烷液体中和处理装置，除了所述碱性中和液3的储存槽2以外，包括外筒6在内的本发明所涉及到的所有组成材料的材质最好选择防腐性的金属材料，特别适用碳钢。容易腐蚀的地方，最好进行FRP(Fiber-Reinforced Plastics)涂层。
以上所说明的氯硅烷液体中和处理装置，供应到所述供应管1的氯硅烷液体是含有一氯硅烷、二氯硅烷、三氯氢硅、四氯化硅(SiCl4)等的氯硅烷类，二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷等的烷基氯硅烷类，以及聚氯硅烷类，聚烷基氯硅烷类等的单独或是作为混合物的液体的总称。具体的例如金属硅和氯代甲烷反应产生二甲基二氯硅烷的制造工艺排出来的废液，以及金属硅和氯化氢反应产生三氯氢硅的制造工业排出来的废液等，最好是后者。
三氯氢硅的蒸馏残渣就是属于上述三氯氢硅的制造工艺排出来的废液，该废液至少包含了四氯化硅，一般四氯化硅的含量在50％以上。除四氯化硅以外，例如还含有六氯二硅烷等的沸点比三氯氢硅高的化合物(高沸点化合物)。除高沸点化合物以外，还含有金属硅中作为杂质存在的金属氯化物(固体金属盐)。主要是含有氯化铝的固含量在0.1％以上，一般在0.5～5％。
如上所述，从三氯氢硅制造工艺中排出来的废液含有固体金属氯化物等的固体物，该固体物粘附在氯硅烷液体供应管1的液体流出口侧壁上，就容易发生液体流出口13部的堵塞和腐蚀。因此如果氯硅烷液体是该工艺产生的废液，就更加能体现可以防止该问题的本发明的效果。
上述中和氯硅烷液体所使用的碱性中和液3，只要是碱性化合物的水溶液都可以使用，无特殊限制。例如，氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化钙水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液，或是氨水溶液等。最好是氢氧化钠水溶液。碱性中和液的pH最好是8～12，温度为25℃。
使用本发明的氯硅烷液体中和处理装置，进行氯硅烷液体的中和时，关于储存在储存槽2中的碱性中和液3的量没有特殊限制，只要是可以进行中和操作的容量就可以。
实施例1
使用如图2所示的氯硅烷液体中和处理装置进行氯硅烷液体的中和处理。本实施例中所述氯硅烷液体使用的是金属硅和氯化氢反应合成的三氯氢硅的蒸馏残渣(四氯化硅的含量为质量的70％；由金属氯化物形成的固体含量为质量的2％)，所述储存槽2中储存的是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液。
所述供应管1供应的氯硅烷液体沿着所述碱性中和液3的液面流入储存槽2中与所述碱性中和液3反应，所述喷射管4向所述液体流出口侧壁周围喷射惰性气体。其中，从氯硅烷供应管线1中以该氯硅烷液体供应管1的液体流出口13面的每平方米(0.33L/秒)的量，往上述储存槽2中储存的碱性中和液3的液面供应上述氯硅烷液体。这里的氯硅烷液体供应管1的液体流出口13面积是2.0cm2。相关的氯硅烷供应管线1的液体流出口13部，设置在距离碱性中和液3的液面上方1000mm的位置。
在从上述氯硅烷供应管线1供应氯硅烷液体的同时，喷射管4中的氮气气体以其气体喷出口411面的每平方米(1.20NL/秒)的量喷射。
该氮气气体的喷射量相对于氯硅烷液体的供应量是3.6NL/L。相关的喷射管4的气体喷出口411的面积是5.8cm2。
边补充碱性中和液储存槽2中的碱性中和液，将碱性中和液3的pH控制在8～12，连续进行了1小时的中和处理，但没有发生所述供应管1液体流出口13部堵塞问题。之后1小时/天的频率连续进行了30天的中和处理，还是没有发生堵塞问题。
实施案例2
改变实施案例1中，从氯硅烷供应管线1中以该氯硅烷液体供应管1的液体流出口面的每平方米(0.33L/秒)的量供应上述氯硅烷液体的条件，同时喷射管4中的氮气气体以其气体喷出口面的每平方米(0.72NL/秒)的量进行喷射，且相对于上述氯硅烷液体的供应量是2.2NL/L，其他和上述实施案例1进行了相同的氯硅烷液体的中和处理。
边补充储存槽2中的碱性中和液3，将碱性中和液3的pH控制在8～12，连续进行了1小时的中和处理，但没有发生氯供应管1的液体流出口13部堵塞问题。之后1小时/天的频率连续进行了30天的中和处理，还是没有发生氯液体流出口13部堵塞问题。
对比案例1
针对于实施案例1，从氯硅烷供应管线1中供应上述氯硅烷液体的同时，没有从喷射管4喷射氮气气体，其他和上述实施案例1进行了相同的氯硅烷液体的中和处理。
边补充储存槽2中的碱性中和液3，将碱性中和液3的pH控制在8～12，连续进行了1小时的中和处理，但氯硅烷供应管线1的液体流出口13部发生了堵塞，不能继续进行处理。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氯硅烷液体中和处理装置，包括中和所述氯硅烷液体的碱性中和液及储存所述碱性中和液的储存槽，其特征在于，所述处理装置还包括：
供应所述氯硅烷液体的供应管，所述供应管的下端成形有氯硅烷液体流出口，所述液体流出口延伸至所述碱性中和液的储存槽内，所述液体流出口位于所述碱性中和液的液面上方；
用于喷射惰性气体的喷射管，所述喷射管包括喷射管管体及送气管，所述喷射管管体的一端成形有向下的气体喷出口，所述气体喷出口的高度高于所述氯硅烷液体流出口，所述喷射管设于所述液体流出口的周围以向围设形成所述液体流出口的液体流出口侧壁周围喷射惰性气体，所述送气管与所述喷射管管体连通设置。
2.根据权利要求1所述的氯硅烷液体中和处理装置，其特征在于，所述供应管的液体流出口与所述碱性中和液的液面之间的距离为500～2000mm。
3.根据权利要求1所述的氯硅烷液体中和处理装置，其特征在于，所述供应管的上端连接有清洗管，所述清洗管与所述供应管之间设有阀门以控制所述清洗管与所述供应管的连通与闭合；所述供应管的侧部形成有分支管，所述氯硅烷液体通过所述分支管进入所述供应管。
4.根据权利要求1所述的氯硅烷液体中和处理装置，其特征在于，所述喷射管与所述供应管为双层管结构，所述喷射管的内壁与所述供应管的外壁之间有惰性气体的容纳空间。
5.根据权利要求4所述的氯硅烷液体中和处理装置，其特征在于，所述喷射管的气体喷出口的口径小于所述喷射管的口径，围设形成所述气体喷出口的侧壁为倾斜面。
6.根据权利要求4或5所述的氯硅烷液体中和处理装置，其特征在于，所述喷射管的气体喷出口的四周设置有庇板，所述庇板通过向下扩径形成阻挡所述惰性气体上升的挡板；所述供应管的外部还设有外筒以令所述惰性气体与外部空间隔开。
7.根据权利要求1所述的氯硅烷液体中和处理装置，其特征在于，所述喷射管的气体喷出口的底端距离所述供应管的液体流出口底端的距离为0～30mm。
8.一种利用权利要求1至7中任一权利要求所述的氯硅烷液体中和处理装置的氯硅烷液体处理方法，其特征在于，所述供应管供应的氯硅烷液体沿着所述碱性中和液的液面流入储存槽中与所述碱性中和液反应，同时所述喷射管向所述液体流出口侧壁周围喷射惰性气体；其中：
所述氯硅烷液体的供应量是以所述供应管的液体流出口面的每平方米0.20～0.50L/秒的速度供应，所述供应管的液体流出口的面积为0.5～10cm2。
9.根据权利要求8所述的氯硅烷液体处理方法，其特征在于，所述惰性气体的喷射量是以所述气体喷出口面的每平方米0.35～2.5NL/秒的速度供应，所述喷射管的气体喷出口的面积为2～15cm2，所述惰性气体的喷射量相对于所述氯硅烷液体的供应量为1.2～5.0NL/L。
10.根据权利要求8所述的氯硅烷液体处理方法，其特征在于，所述碱性中和液的pH为8～12，温度为25℃。
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