本發(fā)明涉及氧氯化鋯生產(chǎn)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種用于沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

沸騰氯化法氧氯化鋯需要以氯氣、鋯英砂(硅酸鋯)、石油焦、金屬硅(或碳化硅或二者混合物)為原料，在氯化爐中900℃-1200℃條件下發(fā)生反應(yīng)，生成四氯化鋯和四氯化硅，四氯化硅經(jīng)提純作為副產(chǎn)品，四氯化鋯再與水反應(yīng)生成氧氯化鋯和鹽酸。

zrsio4+4c+4cl2→zrcl4+sicl4+4co

zrsio4+2c+4cl2→zrcl4+sicl4+2co2

si+2cl2→sicl4

sic+2cl2→sicl4+c

zrcl4+9h2o→zrocl2·8h2o+2hcl

現(xiàn)有用于沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置存在如下技術(shù)問題：

1.現(xiàn)有的氯化爐內(nèi)至外依次是石墨筒、保溫層、玻璃鋼殼體、中頻線圈，固體原料分別由上部各加料口加入，氯氣從下部通入。受石墨筒制作工藝的限制，石墨筒的直徑最大只能達(dá)到800mm，限制了爐子的生產(chǎn)能力，為了解決單爐產(chǎn)能不足的問題，通常是將多個(gè)爐子并聯(lián)使用，導(dǎo)致占地面積大、設(shè)備復(fù)雜、操作難度大、故障率高等諸多問題；石墨材料耐磨性差，在沸騰氯化過程中受到原料的磨損，需要定期更換，造成連續(xù)開車時(shí)間短、維護(hù)成本高等問題。

2.傳統(tǒng)的分離過程一般是用夾套冷卻器進(jìn)行，將工藝混合氣通過夾套管的內(nèi)管，夾套層通入冷空氣或循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，控制冷卻溫度低于四氯化鋯的升華溫度而高于四氯化鈦沸點(diǎn)溫度，使冷卻下來的四氯化鋯冷凝為固體而四氯化鈦、四氯化硅不冷凝。但四氯化鋯的升華溫度與氯化鐵的沸點(diǎn)溫度差距小，導(dǎo)致氯化鐵也隨著四氯化鋯一起冷凝下來。另外，工藝混合氣中夾帶的固體反應(yīng)物鋯英砂、石油焦、金屬硅也會(huì)粘附于四氯化鋯固體上。因此，該工藝?yán)鋮s下來的四氯化鋯中含有氯化鐵、鋯英砂、石油焦、金屬硅等雜質(zhì)，為后續(xù)工藝帶來雜質(zhì)，最終降低了氧氯化鋯產(chǎn)品的純度，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.在鋯英砂沸騰氯化裝置排放的尾氣中，含有數(shù)量較多氯氣、一氧化碳，尾氣中的氯氣和一氧化碳，在溫度降低時(shí)，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成光氣，光氣是一種劇毒物質(zhì)，給后續(xù)處理帶來麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置及方法，以解決現(xiàn)有沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置及方法生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差和易污染環(huán)境的問題。

本發(fā)明的目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置，其包括氯化爐、多級(jí)冷卻裝置和尾氣處理裝置；所述氯化爐、所述多級(jí)冷卻裝置和所述尾氣處理裝置通過管道從左到右依次連接；所述氯化爐和所述多級(jí)冷卻裝置之間連通的管道上設(shè)有氫氣進(jìn)氣口；

所述氯化爐用于沸騰氯化反應(yīng)；

所述多級(jí)冷卻裝置用于分離高純度四氯化鋯、四氯化硅和四氯化鈦；

所述尾氣處理裝置用于尾氣處理。

進(jìn)一步的，所述氯化爐包括自上而下依次連接的沉降段、過渡段和反應(yīng)段。

進(jìn)一步的，所述反應(yīng)段內(nèi)側(cè)使用導(dǎo)電陶瓷材料制成，外側(cè)繞設(shè)中頻線圈。

進(jìn)一步的，所述多級(jí)冷卻裝置包括噴淋塔、四氯化鋯冷卻器、四氯化鈦冷卻器、四氯化硅冷卻器、填料塔、四氯化鋯分離裝置、四氯化鈦分離裝置和四氯化硅分離裝置；所述噴淋塔、所述四氯化鋯冷卻器、所述四氯化鋯分離裝置、所述四氯化鈦冷卻器、所述四氯化鈦分離裝置、所述四氯化硅冷卻器、所述四氯化硅分離裝置及所述填料塔之間從左至右通過管道依次連接。

進(jìn)一步的，所述尾氣處理裝置包括石墨降膜吸收器和填料吸收塔；所述石墨降膜吸收器和所述填料吸收塔通過管道連接。

進(jìn)一步的，所述氯化爐通過管道連接所述噴淋塔。

進(jìn)一步的，所述填料塔連接所述石墨降膜吸收器。

一種沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

氯化爐中加入金屬硅粉、氯氣、鋯英砂、石油焦、碳化硅，反應(yīng)生成四氯化鋯、氯化鐵、四氯化硅、四氯化鈦、一氧化碳和二氧化碳；

將氯化爐排出的四氯化鋯、氯化鐵、四氯化硅、四氯化鈦、一氧化碳、二氧化碳和氯化氫混合氣體與通過氫氣進(jìn)氣口加入的氫氣混合后通入多級(jí)冷卻裝置；分離出冷凝高沸物及固體、高純度四氯化鋯、四氯化硅和四氯化鈦；

將多級(jí)冷卻裝置排出一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體通入尾氣處理裝置，尾氣處理裝置吸收氯化氫氣體，剩余的尾氣中包括二氧化碳、一氧化碳與氫氣從尾氣處理裝置中排出。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本專利所述氯化爐，其包括反應(yīng)段、沉降段和過渡段；所述反應(yīng)段、所述沉降段和所述過渡段從上而下依次銜接；爐體尺寸不受限制，可以做出截面積大、產(chǎn)能高的氯化爐，爐體大也意味著等體積表面積小，散熱量少，有助于節(jié)約能源。

2.本專利采用氫氣進(jìn)氣管道的設(shè)計(jì)，通過氫氣與氯化鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氯化亞鐵和氯化氫，氯化亞鐵沸點(diǎn)高達(dá)1023℃，能夠很容易地通過控制溫度實(shí)現(xiàn)與四氯化鋯的分離，避免了氯化鐵隨四氯化鋯一起冷凝，造成產(chǎn)品含氯化鐵的問題。

3.本專利采用噴淋塔，冷卻器和填料塔的設(shè)計(jì)，進(jìn)行五級(jí)冷卻，使得雜質(zhì)可以逐級(jí)分離，為后續(xù)工藝的利用創(chuàng)造了條件，而且分離出的四氯化鋯純度高。

4.本專利采用二級(jí)吸收方式對(duì)沸騰氯化法制備氧氯化鋯的尾氣進(jìn)行處理，使用稀鹽酸或水來吸收氯化氫氣體，最終將氯氣轉(zhuǎn)化為鹽酸進(jìn)行處理，避免在尾氣處理過程中使用堿液及產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，降低了尾氣處理的成本和難度，具體地說，采用降膜吸收器先進(jìn)行吸收，然后采用填料塔對(duì)降膜吸收器未吸收徹底的氯化氫進(jìn)一步進(jìn)行吸收，避免原尾氣中含有的氯氣和具有強(qiáng)腐蝕性的氯化氫氣體排放到大氣中，造成空氣污染；且此方法不受尾氣中的其他組分影響，也避免了現(xiàn)有工藝中過度處理的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1-氯化爐、11-沉降段、12-過渡段、13-反應(yīng)段、14-中頻線圈、2-多級(jí)冷卻裝置、21-噴淋塔、22-四氯化鋯冷卻器、23-四氯化鋯分離裝置、24-四氯化鈦冷卻器、25-四氯化鈦分離裝置、26-四氯化硅冷卻器、27-四氯化硅分離裝置、28-填料塔之間、3-尾氣處理裝置、31-石墨降膜吸收器、32-填料吸收塔、4-氫氣進(jìn)氣口。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語″中心″、″上″、″下″、″左″、″右″、″豎直″、″水平″、″內(nèi)″、″外″等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語″第一″、″第二″、″第三″僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語″安裝″、″相連″、″連接″應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

參見圖1，一種沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)裝置，其包括氯化爐1、多級(jí)冷卻裝置2和尾氣處理裝置3；所述氯化爐、所述多級(jí)冷卻裝置和所述尾氣處理裝置通過管道從左到右依次連接；所述氯化爐和所述多級(jí)冷卻裝置之間連通的管道上設(shè)有氫氣進(jìn)氣口4；所述氯化爐用于沸騰氯化反應(yīng)；所述多級(jí)冷卻裝置用于分離高純度四氯化鋯、四氯化硅和四氯化鈦；所述尾氣處理裝置用于尾氣處理。

參見圖1，所述氯化爐包括自上而下依次連接的沉降段11、過渡段12和反應(yīng)段13；所述反應(yīng)段內(nèi)側(cè)使用導(dǎo)電陶瓷材料制成，外側(cè)繞設(shè)中頻線圈14；所述反應(yīng)段、所述沉降段和所述過渡段從上而下依次銜接；爐體尺寸不受限制，可以做出截面積大、產(chǎn)能高的氯化爐，爐體大也意味著等體積表面積小，散熱量少，有助于節(jié)約能源。

參見圖1，所述多級(jí)冷卻裝置包括噴淋塔21、四氯化鋯冷卻器22、四氯化鈦冷卻器24、四氯化硅冷卻器26、填料塔28、四氯化鋯分離裝置23、四氯化鈦分離裝置25和四氯化硅分離裝置27；所述噴淋塔、所述四氯化鋯冷卻器、所述四氯化鋯分離裝置、所述四氯化鈦冷卻器、所述四氯化鈦分離裝置、所述四氯化硅冷卻器、所述四氯化硅分離裝置及所述填料塔之間從左至右通過管道依次連接；本專利采用噴淋塔，冷卻器和填料塔的設(shè)計(jì)，進(jìn)行五級(jí)冷卻，使得雜質(zhì)可以逐級(jí)分離，為后續(xù)工藝的利用創(chuàng)造了條件，而且分離出的四氯化鋯純度高。

參見圖1，所述尾氣處理裝置包括石墨降膜吸收器31和填料吸收塔32；所述石墨降膜吸收器和所述填料吸收塔通過管道連接；所述氯化爐通過管道連接所述噴淋塔；所述填料塔連接所述石墨降膜吸收器；采用二級(jí)吸收方式對(duì)沸騰氯化法制備氧氯化鋯的尾氣進(jìn)行處理，使用稀鹽酸或水來吸收氯化氫氣體，最終將氯氣轉(zhuǎn)化為鹽酸進(jìn)行處理，避免在尾氣處理過程中使用堿液及產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，降低了尾氣處理的成本和難度，具體地說，采用降膜吸收器先進(jìn)行吸收，然后采用填料塔對(duì)降膜吸收器未吸收徹底的氯化氫進(jìn)一步進(jìn)行吸收，避免原尾氣中含有的氯氣和具有強(qiáng)腐蝕性的氯化氫氣體排放到大氣中，造成空氣污染；且此方法不受尾氣中的其他組分影響，也避免了現(xiàn)有工藝中過度處理的問題。

一種沸騰氯化法氧氯化鋯生產(chǎn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

氯化爐中加入金屬硅粉、氯氣、鋯英砂、石油焦、碳化硅，反應(yīng)生成四氯化鋯、氯化鐵、四氯化硅、四氯化鈦、一氧化碳和二氧化碳；

將氯化爐排出的四氯化鋯、氯化鐵、四氯化硅、四氯化鈦、一氧化碳、二氧化碳和氯化氫混合氣體與通過氫氣進(jìn)氣口加入的氫氣混合后通入多級(jí)冷卻裝置；分離出冷凝高沸物及固體、高純度四氯化鋯、四氯化硅和四氯化鈦；

將多級(jí)冷卻裝置排出一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體通入尾氣處理裝置，尾氣處理裝置吸收氯化氫氣體，剩余的尾氣中包括二氧化碳、一氧化碳與氫氣從尾氣處理裝置中排出。

具體工作過程：

開始運(yùn)行時(shí)，先向氯化爐內(nèi)加入金屬硅粉，再對(duì)中頻線圈通電，使氯化爐的反應(yīng)段開始升溫，當(dāng)溫度達(dá)到450～500℃時(shí)開始通入氯氣，氯氣與硅粉發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)并釋放出大量熱量：si+2cl2→sicl4，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到1000℃時(shí)，開始向氯化爐內(nèi)加入鋯英砂、石油焦、碳化硅，維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行并逐漸降低中頻線圈的加熱負(fù)荷。

將氯化爐排出的四氯化鋯、氯化鐵、四氯化硅、四氯化鈦、一氧化碳、二氧化碳和氯化氫混合氣體與通過氫氣進(jìn)氣口加入的氫氣混合后通入多級(jí)冷卻裝置，首先混合氣體在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使氯氣轉(zhuǎn)化為氯化氫、氯化鐵轉(zhuǎn)化為氯化亞鐵，然后進(jìn)入噴淋塔使用噴淋液噴淋讓工藝混合氣降溫的同時(shí)降低流速，使氯化亞鐵、固體雜質(zhì)與工藝混合氣分離開從噴淋塔底部排出；四氯化鋯、四氯化鈦、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體向上通過管道進(jìn)入四氯化鋯冷卻器內(nèi)；同時(shí)噴淋液開始噴淋，然后四氯化鋯冷卻器內(nèi)的固體及氣體進(jìn)入四氯化鋯分離裝置內(nèi)進(jìn)行分離，冷凝固體沉到四氯化鋯分離裝置底部，四氯化鈦、四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體進(jìn)入四氯化鈦冷卻器內(nèi)；同時(shí)四氯化鈦溶液開始噴淋，然后四氯化鈦冷卻器內(nèi)的固體及氣體進(jìn)入四氯化鈦分離裝置內(nèi)進(jìn)行分離，冷凝固體沉到四氯化鈦分離裝置底部，四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體進(jìn)入四氯化硅冷卻器內(nèi)；同時(shí)常溫四氯化硅溶液開始噴淋，然后四氯化硅冷卻器內(nèi)的固體及氣體進(jìn)入四氯化硅分離裝置內(nèi)進(jìn)行分離，冷凝固體沉到四氯化硅分離裝置底部，剩余四氯化硅、一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體進(jìn)入填料塔內(nèi)；同時(shí)零下70℃至零上19℃的四氯化硅溶液開始噴淋，冷凝液體沉到填料塔底部，并通過排液管道排出，一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體排出；四氯化鋯再與水反應(yīng)生成氧氯化鋯和鹽酸。

將多級(jí)冷卻裝置排出一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體通入尾氣處理裝置，采用二級(jí)吸收除去其中含有的氯化氫氣體；首先將一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體通入石墨降膜吸收器進(jìn)行吸收，吸收介質(zhì)為濃度3～21％稀鹽酸或水，優(yōu)選6～15％濃度的稀鹽酸，更優(yōu)選8～10％濃度的稀鹽酸，冷卻介質(zhì)為循環(huán)水或5～20℃的冷凍水。然后將石墨降膜吸收器排出的一氧化碳、二氧化碳、氯化氫和氫氣混合氣體通入填料塔，對(duì)石墨降膜吸收器未吸收徹底的氯化氫進(jìn)一步進(jìn)行吸收，吸收介質(zhì)為濃度3～10％的稀鹽酸或水，優(yōu)選3～5％濃度的稀鹽酸；本專利本發(fā)明采用二級(jí)吸收方式對(duì)沸騰氯化法制備氧氯化鋯的尾氣進(jìn)行處理，使用稀鹽酸或水來吸收氯化氫氣體，最終將氯氣轉(zhuǎn)化為鹽酸進(jìn)行處理，避免在尾氣處理過程中使用堿液及產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，降低了尾氣處理的成本和難度。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。