回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括依次連接的尾氣收集系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)及冷凝系統(tǒng)；其中反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)塔，反應(yīng)塔的上部及下部均裝有填料層，中部設(shè)有催化劑層，底部還連接有再沸器和液相四氯化硅補(bǔ)充管?；厥盏奈矚饨M分包括二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅以及極少量的氫氣、氯化氫。其中二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅通過反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為三氯氫硅回到精餾單元再提純，極少量的氫氣、氯化氫最后送到三廢處理；尾氣物料回用率達(dá)到了95%以上，大幅減少了物料的損耗，同時(shí)大大減輕了三廢的處理壓力。
【專利說明】
回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
我國多晶硅工業(yè)起步于上世紀(jì)50年代，60年代中期實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。電子信息和太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了多晶硅需求的增長，特別是國內(nèi)太陽能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的大背景下，不斷超出市場預(yù)期的光伏新增裝機(jī)量帶動(dòng)組件需求旺盛，使得上游的原材料多晶硅需求大幅增長。
[0003]改良西門子法是當(dāng)今生產(chǎn)多晶硅的主流工藝:冶金級(jí)硅粉和氯化氫(或者四氯化娃、氫氣)在反應(yīng)器中反應(yīng)生成二氯氫娃，然后對二氯氫娃提純精制，最后在還原爐中二氯氫硅與氫氣通過還原反應(yīng)得到高純多晶硅，還原爐出來的尾氣再進(jìn)行分離，從而回收物料循環(huán)利用。由于在反應(yīng)生成三氯氫硅的過程和還原爐沉積生成多晶硅的過程中，會(huì)產(chǎn)生一些輕組分的氯硅烷副產(chǎn)物，如二氯二氫硅，以及系統(tǒng)中少量的HCl、H2等帶入氯硅烷，導(dǎo)致在氯硅烷回收單元以及精餾提純單元，這些輕組分排出的同時(shí)，帶出了大量的中間產(chǎn)品三氯氫娃，造成較大的物料損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
本發(fā)明的目的提供一種回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)及方法，能夠很好的解決多晶硅生產(chǎn)過程物料損耗過大，三廢處理壓力大，環(huán)保難達(dá)標(biāo)的難題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)，包括依次連接的尾氣收集系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)及冷凝系統(tǒng);其中反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)塔，反應(yīng)塔的上部及下部均裝有填料層，中部設(shè)有催化劑層，底部還連接有再沸器和液相四氯化硅補(bǔ)充管。
[0006]所述的尾氣收集系統(tǒng)設(shè)有連接氯硅烷儲(chǔ)罐單元、回收單元、精餾單元和冷氫化單元的尾氣及尾氣冷凝液收集管道。
[0007]精餾單元包括冷氫化精餾系統(tǒng)、還原精餾系統(tǒng)和高低沸精餾系統(tǒng)。
[0008]回收單元的尾氣即為還原干法回收系統(tǒng)中的尾氣。
[0009]所述的尾氣收集系統(tǒng)中收集的不僅僅有氣態(tài)的尾氣，還有液態(tài)形式的尾氣冷凝液。
[0010]所述冷凝系統(tǒng)與反應(yīng)塔的頂部連接，冷凝系統(tǒng)中還設(shè)有回路管道連接至反應(yīng)塔。
[0011]所述冷凝系統(tǒng)采用多級(jí)冷凝器進(jìn)行串聯(lián)連接;所述尾氣收集系統(tǒng)采用多臺(tái)收集緩沖罐進(jìn)行并聯(lián)連接。
[0012]所述填料層中的填料為金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料、催化劑層所用的催化劑為弱堿性陰離子樹脂催化劑，該催化劑是一種弱堿性陰離子類型，基體為苯乙烯-DVB，粒徑為300?900μπι，一般選用美國陶氏化學(xué)的產(chǎn)品。
[0013]所述冷凝系統(tǒng)中使用臥式固定管板式換熱器，尾氣走殼層，冷卻介質(zhì)走管程。
[0014]所述再沸器為立式固定管板式換熱器，物料走管程，加熱介質(zhì)走殼層。
[0015]所述尾氣收集系統(tǒng)中二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅合計(jì)占98%wt以上，氫氣與氯化氫比例小于2%wt。
[0016]采用所述系統(tǒng)進(jìn)行回收處理氯硅烷尾氣的方法，具體步驟為:
將所有的尾氣通過管道收集到尾氣收集系統(tǒng)中儲(chǔ)存，維持壓力在0.1-0.2MPaG，然后將尾氣及其產(chǎn)生的冷凝液分別送入到反應(yīng)分離系統(tǒng)，同時(shí)，從液相四氯化硅補(bǔ)充管補(bǔ)充液相四氯化硅，控制反應(yīng)分離系統(tǒng)的壓力為0.05-0.0SMPaG，尾氣及冷凝液反應(yīng)后經(jīng)冷凝器冷凝后得到三氯氫硅，冷凝系統(tǒng)的壓力也控制為0.05-0.0SMPaG。在保證反應(yīng)和分離效果的前提下，將反應(yīng)系統(tǒng)和冷凝系統(tǒng)的壓力控制在0.05-0.08MPaG的微正壓，能使該系統(tǒng)有較好的節(jié)能效果。
[0017]所述冷凝系統(tǒng)還有氫氣及氯化氫尾氣。
[0018]尾氣中組分主要包括副產(chǎn)物二氯二氫硅、副產(chǎn)物四氯化硅、中間產(chǎn)品三氯氫硅以及極少量的氫氣、氯化氫。三氯氫硅是多晶硅生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品，而二氯二氫硅、四氯化硅是多晶硅生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物。
[0019]該系統(tǒng)可將多晶硅生產(chǎn)過程中排放尾氣中的二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅充分利用。通過該系統(tǒng)的處理，二氯二氫硅、四氯化硅在反應(yīng)分離系統(tǒng)中全部轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，最后與尾氣中的氣相三氯氫硅一起冷凝后回到精餾單元再提純利用，極少量的氫氣與氯化氫不發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過冷凝系統(tǒng)后仍以氣相形態(tài)出來，分開后送往三廢處理。該系統(tǒng)將所有的含氯硅烷尾氣全部收集后，平穩(wěn)地送入反應(yīng)分離系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氯硅烷尾氣基本全部回收利用，很好的解決了多晶硅生產(chǎn)過程物料損耗過大，環(huán)保難達(dá)標(biāo)的難題。
[0020]本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法通過收集氯硅烷尾氣，區(qū)別于傳統(tǒng)的僅能轉(zhuǎn)化液相純組分二氯二氫硅的固定床反應(yīng)器，其具備處理二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅混合物氣液相的能力。通過進(jìn)行反應(yīng)分離，得到需要的中間產(chǎn)品三氯氫硅，再將極少量的氫氣、氯化氫送往三廢處理，系統(tǒng)連續(xù)高效運(yùn)行周期內(nèi)，尾氣物料回用率達(dá)到了95%以上，大幅減少了物料的損耗，同時(shí)大大減輕了三廢的處理壓力。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
[0023]一種回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)，包括依次連接的尾氣收集系統(tǒng)1、反應(yīng)系統(tǒng)2及冷凝系統(tǒng)3;其中反應(yīng)系統(tǒng)2包括反應(yīng)塔21，反應(yīng)塔21的上部及下部均裝有填料層22，中部設(shè)有催化劑層23，底部還連接有再沸器24和液相四氯化硅補(bǔ)充管25。
[0024]進(jìn)一步的，所述的尾氣收集系統(tǒng)I設(shè)有連接氯硅烷儲(chǔ)罐單元、回收單元、精餾單元和冷氫化單元的尾氣及尾氣冷凝液收集管道。
[0025]進(jìn)一步的，所述冷凝系統(tǒng)3與反應(yīng)塔的頂部連接，冷凝系統(tǒng)3中還設(shè)有回路管道連接至反應(yīng)塔。
[0026]進(jìn)一步的，所述冷凝系統(tǒng)3采用多級(jí)冷凝器進(jìn)行串聯(lián)連接;所述尾氣收集系統(tǒng)I采用多臺(tái)收集緩沖罐進(jìn)行并聯(lián)連接。
[0027]進(jìn)一步的，所述填料層22中的填料為金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料，該填料的分離能力強(qiáng)、分離效率高、操作彈性大;催化劑層23所用的催化劑為弱堿性陰離子樹脂催化劑，該催化劑轉(zhuǎn)化效率高，穩(wěn)定性好，使用壽命長。
[0028]進(jìn)一步的，所述冷凝系統(tǒng)中使用臥式固定管板式換熱器，尾氣走殼層，冷卻介質(zhì)走管程。冷卻介質(zhì)為30°C冷卻水或7°C冷卻水等。該冷凝系統(tǒng)將三氯氫硅全部冷凝下來，而氫氣和氯化氫不冷凝，仍以氣相形式從最后一級(jí)冷凝器輸送出來。
[0029]進(jìn)一步的，所述再沸器為立式固定管板式換熱器，物料走管程，加熱介質(zhì)走殼層。加熱介質(zhì)為200kPaG飽和蒸汽，溫度為133°C。該再沸器的作用是將液相的四氯化硅等蒸發(fā)到反應(yīng)塔21中部的催化劑層23進(jìn)行反應(yīng)，將液相的三氯氫硅蒸發(fā)到分離反應(yīng)塔21上部的填料層22進(jìn)行分離。
[0030]進(jìn)一步的，所述尾氣收集系統(tǒng)中二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅合計(jì)占98%wt以上，氫氣與氯化氫比例小于2%wt。
[0031]采用所述系統(tǒng)進(jìn)行回收處理氯硅烷尾氣的方法，具體步驟為:
將所有的尾氣通過管道收集到尾氣收集系統(tǒng)中儲(chǔ)存，維持壓力在0.1-0.2MPaG，然后將尾氣及其產(chǎn)生的冷凝液分別送入到反應(yīng)分離系統(tǒng)，同時(shí)，從液相四氯化硅補(bǔ)充管補(bǔ)充液相四氯化硅，控制反應(yīng)分離系統(tǒng)的壓力為0.05-0.0SMPaG，尾氣及冷凝液反應(yīng)后經(jīng)冷凝器冷凝后得到三氯氫硅，冷凝系統(tǒng)的壓力也控制為0.05-0.08MPaG。
[0032]進(jìn)一步的，所述冷凝系統(tǒng)還有氫氣及氯化氫尾氣。
[0033]反應(yīng)分離系統(tǒng)主要接受尾氣收集系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定輸送過來的尾氣以及尾氣自身冷凝液，將氣、液相的二氯二氫硅和四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅。
[0034]將尾氣收集系統(tǒng)中的氣相組分通過閥門控制，靠壓差將尾氣穩(wěn)定地送入反應(yīng)塔的催化劑的下部，將尾氣收集系統(tǒng)中的尾氣冷凝液通過閥門控制，靠壓差或通過栗輸送將尾氣冷凝液穩(wěn)定地送入反應(yīng)分離塔的催化劑的下部。尾氣和尾氣冷凝液中的二氯二氫硅、四氯化硅進(jìn)入反應(yīng)分離塔后，在大孔弱堿性胺型樹脂催化劑的作用下，轉(zhuǎn)化生成三氯氫硅。同時(shí)從反應(yīng)塔下部填料層的下方補(bǔ)充一部分液相四氯化硅，以保證四氯化硅比二氯二氫硅過量，保證將二氯二氫硅全部轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，過量的四氯化硅與三氯氫硅在上部填料層進(jìn)行分離，保證從上部填料層上出來的只有氣相三氯氫硅以及少量的氫氣、氯化氫，而不含四氯化娃。
[0035]轉(zhuǎn)化生成的三氯氫硅和尾氣收集系統(tǒng)中本來收集的三氯氫硅、氫氣、氯化氫31進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，經(jīng)過冷卻介質(zhì)冷凝后，三氯氫硅全部被冷凝下來，收集到的三氯氫硅的壓力為
0.05-0.08MPaG，溫度為44°050°C，三氯氫硅全部輸送到精餾單元，重新精餾利用；極少量的氫氣和氯化氫仍以氣相形式從尾氣系統(tǒng)出來，收集到的氫氣和氯化氫的壓力為0.05?
0.08MPaG，溫度為20 °C-50 °C，直接輸送至三廢處理。
[0036]圖中冷凝系統(tǒng)有管道再次回到反應(yīng)塔，其管道中的成分是液相的三氯氫硅，用于回流，來提高分離出來的三氯氫硅的純度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種回收處理氯硅烷尾氣的系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的尾氣收集系統(tǒng)(I)、反應(yīng)系統(tǒng)(2)及冷凝系統(tǒng)(3);其中反應(yīng)系統(tǒng)(2)包括反應(yīng)塔(21)，反應(yīng)塔(21)的上部及下部均裝有填料層(22)，中部設(shè)有催化劑層(23)，底部還連接有再沸器(24)和液相四氯化硅補(bǔ)充管(25)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述的尾氣收集系統(tǒng)(I)設(shè)有連接氯硅烷儲(chǔ)罐單元、回收單元、精餾單元和冷氫化單元的尾氣及尾氣冷凝液收集管道。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述冷凝系統(tǒng)(3)與反應(yīng)塔的頂部連接，冷凝系統(tǒng)(3)中還設(shè)有回路管道連接至反應(yīng)塔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述冷凝系統(tǒng)(3)采用多級(jí)冷凝器進(jìn)行串聯(lián)連接;所述尾氣收集系統(tǒng)(I)采用多臺(tái)收集緩沖罐進(jìn)行并聯(lián)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述填料層(22)中的填料為金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料、催化劑層(23)采用弱堿性陰離子樹脂催化劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述冷凝系統(tǒng)中使用臥式固定管板式換熱器，尾氣走殼層，冷卻介質(zhì)走管程。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述再沸器為立式固定管板式換熱器，物料走管程，加熱介質(zhì)走殼層。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述尾氣收集系統(tǒng)中二氯二氫硅、三氯氫娃、四氯化娃合計(jì)占98%wt以上，氫氣與氯化氫比例小于2%wt。9.采用權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述系統(tǒng)進(jìn)行回收處理氯硅烷尾氣的方法，其特征在于，具體步驟為: 將所有的尾氣通過管道收集到尾氣收集系統(tǒng)(I)中儲(chǔ)存，維持壓力在0.1-0.2MPaG，然后將尾氣及其產(chǎn)生的冷凝液分別送入到反應(yīng)分離系統(tǒng)，同時(shí)，從液相四氯化硅補(bǔ)充管補(bǔ)充液相四氯化硅，控制反應(yīng)分離系統(tǒng)的壓力為0.05-0.0SMPaG，尾氣及冷凝液反應(yīng)后經(jīng)冷凝器冷凝后得到三氯氫硅，冷凝系統(tǒng)的壓力也控制為0.05-0.08MPaG。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述冷凝系統(tǒng)還有氫氣及氯化氫尾氣。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK105948059SQ201610283001
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】陳靜, 劉華鵬, 張鵬, 許國華, 田洪先, 高明
【申請人】宜昌南玻硅材料有限公司