專利名稱：一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學工程領(lǐng)域，特別涉及一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝。
背景技術(shù)：
多晶硅生產(chǎn)過程中還原爐尾氣的主要成分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，這部分物料需要得到充分的回收利用?，F(xiàn)在普遍采用的方法是，將還原尾氣冷卻，在進一步的冷凍進行氣液分離，H2、HC1混合氣經(jīng)氯硅烷噴淋吸收HC1，為了 HCl吸收充分混合氣要進行壓縮，經(jīng)噴淋吸收處理的H2中HCl的含量在O. 1%左右，需要再經(jīng)過吸附柱進行變壓吸附除去HCl ;溶解有HCl的氯硅烷要經(jīng)過解析塔解析，分離氯硅烷和HCl。在這過程中，氫氣壓縮機的電耗占尾氣分離總電耗的1/3左右，而解析塔需要高品位的蒸汽也占到全廠總蒸汽的1/3左右。在還原尾氣分離的過程中HCl的分離是非常重要的一個環(huán)節(jié)，能耗占尾氣分離總 能耗的1/2左右，如果將HCl通過化學反應將尾氣中HCl的含量降低到O. 1%以下，將會在很大程度上簡化了尾氣分離的流程，節(jié)約了能耗、降低了成本，除此之外，還節(jié)約了大量的設備投資，提高了工藝的可靠性。例如申請?zhí)枮镃N200710121058. 1，公開號為CN101376078的中國專利“回收處理
生產(chǎn)多晶硅所產(chǎn)生的尾氣的方法”，公開了一種回收處理生產(chǎn)多晶硅所產(chǎn)生的尾氣的方法，所述尾氣主要包括氫氣、氯化氫、和二氯二氫硅，包括以下步驟使尾氣通過液態(tài)的四氯化硅，以便氯化氫和二氯二氫硅溶解于液態(tài)的四氯化硅中，從而將氫氣與氯化氫和二氯二氫硅分離，由此回收氫氣；對溶解了氯化氫和二氯二氫硅的四氯化硅升溫和/或加壓，使氯化氫和二氯二氫硅從液態(tài)四氯化硅中解吸出來；和通過控制解吸出來的氣態(tài)的氯化氫和二氯二氫硅的壓力和/或溫度使二氯二氫硅變?yōu)橐簯B(tài)而氯化氫保持為氣態(tài)，從而分離并分別回收氯化氫與二氯二氫硅。此專利的方法在實際操作中存在著能耗高的缺點，而且整個尾氣分尚流程復雜，設備投資成本聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝。本發(fā)明通過將尾氣中的HCl轉(zhuǎn)化成氯硅烷，整個工序中減少了氫壓機和吸收、解析塔裝置這些設備，降低了尾氣回收的電耗和蒸汽消耗，降低了多晶硅的生產(chǎn)成本。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，其特征在于所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T600°C的尾氣經(jīng)第一次冷卻后輸送到HCl轉(zhuǎn)化
器；
反應步驟在HCl轉(zhuǎn)化器中HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；氣液分離步驟將HCl轉(zhuǎn)化器出來的尾氣經(jīng)第二次冷卻后，尾氣溫度降至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過吸附柱進行吸附除雜后，進行回收處理；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3進行回收處理。所述冷卻步驟中，經(jīng)第一次冷卻后進入HCl轉(zhuǎn)化器的尾氣溫度為5(T500°C。在此過程中，采用換熱器直接降至反應所需的溫度，無需外供熱兩加熱，充分的利用為其熱量，節(jié)約能源降低電耗。所述反應步驟中，反應溫度為5(T500°C，壓力為O. IMPa 2. OMPa0所述反應步驟中，采用固定床反應器、流化床反應器或移動床反應器作為HCl轉(zhuǎn)化器。在此過程中，尾氣中的HCl進行充分的反應，含量降低至O. 1% (重量比)以下，大大的降低了，氯硅烷分離和H2純化步驟地能量消耗。 所述反應步驟中，采用多個HCl轉(zhuǎn)化器，并用串聯(lián)方式或并聯(lián)方式將多個HCl轉(zhuǎn)化器連接，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定型，確保尾氣各組分含量穩(wěn)定，同時便于催化劑的更換。所述反應步驟中，在HCl轉(zhuǎn)化器中添裝有催化劑。所述反應步驟中，添裝的催化劑為分子篩催化劑、金屬催化劑、高分子交聯(lián)樹脂催化劑、金屬離子負載型催化劑中的一種。所述H2純化步驟中，H2吸附柱中裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種。通過吸附可以除掉H2中的少量HCl和其它雜質(zhì)，保證H2質(zhì)量，減少對多晶硅質(zhì)量的影響。所述H2純化步驟中，將H2經(jīng)過吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐進行回收處理；所述與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟中，將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐進行回收處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點在于
I、本發(fā)明利用還原爐尾氣自身的溫度，不需要額外的添加熱量，在HCl轉(zhuǎn)化器中催化HCl與氯硅烷反應，降低了 HCl吸收和解析過程中氫壓機的電耗和解析塔的蒸汽消耗，降低了運行成本；除此之外，工藝流程簡單，設備的投資降低了大約一半，減少了動設備的利用，使得工藝運行更加安全可靠。2、本發(fā)明采用在冷卻步驟中，經(jīng)第一次冷卻后進入HCl轉(zhuǎn)化器的尾氣溫度為50^5000C ;在此過程中，采用換熱器直接降至反應所需的溫度，無需外供熱兩加熱，充分的利用為其熱量，節(jié)約能源降低電耗。3、本發(fā)明采用在反應步驟中，反應溫度為5(T500°C，壓力為O. IMPa 2. OMPa ;采用固定床反應器、流化床反應器或移動床反應器作為HCl轉(zhuǎn)化器；在此過程中，尾氣中的HCl進行充分的反應，含量降低至O. 1% (重量比)以下，大大的降低了，氯硅烷分離和H2純化步驟地能量消耗。4、本發(fā)明采用在反應步驟中，采用多個HCl轉(zhuǎn)化器，并用串聯(lián)方式或并聯(lián)方式將多個HCl轉(zhuǎn)化器連接；提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定型，確保尾氣各組分含量穩(wěn)定，同時便于催化劑的更換。5、本發(fā)明采用在H2純化步驟中，H2吸附柱中裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種；通過吸附可以除掉H2中的少量HCl和其它雜質(zhì)，保證H2質(zhì)量，減少對多晶硅質(zhì)量的影響。6、采用本發(fā)明的工藝回收H2，質(zhì)量高，對多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量影響小。


圖I為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實施例方式實施例I :
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，其特征在于所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T600°C的尾氣經(jīng)第一次冷卻到300°C，輸送到HCl轉(zhuǎn)化器；
反應步驟在HCl轉(zhuǎn)化器中HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；氣液分離步驟將HCl轉(zhuǎn)化器出來的尾氣經(jīng)第二次冷卻后，尾氣溫度降至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過吸附柱進行吸附除雜后，進行回收處理；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3進行回收處理。本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右；反應步驟結(jié)束后，尾氣中HCl含量小于O. 1%。實施例2
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T600°C的尾氣經(jīng)換熱器進行第一次冷卻至50°C后輸送到固定床反應器；
反應步驟在裝有高分子交聯(lián)樹脂催化劑的固定床反應器中，HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；反應溫度為50°C，反應壓力為2. OMPa壓力，固定床反應器輸出的尾氣中HCl含量小于O. 1% ；
氣液分離步驟將固定床反應器輸出的尾氣經(jīng)換熱器進行第二次冷卻至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過內(nèi)裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種或幾種組合的吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐。本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右。實施例3
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T60(TC的尾氣經(jīng)換熱器進行第一次冷卻至100°C后輸送到流化床反應器；
反應步驟在裝有銅分子篩催化劑的流化床反應器中，HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；反應溫度為100°C，反應壓力為0.9 MPa壓力，流化床反應器輸出的尾氣中HCl含量小于O. 1%；
氣液分離步驟將流化床反應器輸出的尾氣經(jīng)換熱器進行第二次冷卻至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過內(nèi)裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種或幾種組合的吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐。 本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右。實施例4
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T60(TC的尾氣經(jīng)換熱器進行第一次冷卻至200°C后輸送到流化床反應器；
反應步驟在裝有金屬離子負載型催化劑的流化床反應器中，HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；反應溫度為200°C，反應壓力為O. IMPa壓力，流化床反應器輸出的尾氣中HCl含量小于O. 1% ；
氣液分離步驟將流化床反應器輸出的尾氣經(jīng)換熱器進行第二次冷卻至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過內(nèi)裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種或幾種組合的吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐。本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右。實施例5
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T60(TC的尾氣經(jīng)換熱器進行第一次冷卻至260°C后輸送到移動床反應器；
反應步驟在裝有鎳基分子篩催化劑的移動床反應器中，HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；反應溫度為260°C，反應壓力為1.2 MPa壓力，移動床反應器輸出的尾氣中HCl含量小于O. 1%；
氣液分離步驟將移動床反應器輸出的尾氣經(jīng)換熱器進行第二次冷卻至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過內(nèi)裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種或幾種組合的吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐；與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐。本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右。實施例6
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T60(TC的尾氣經(jīng)換熱器進行第一次冷卻至500°C后輸送到固定床反應器；
反應步驟在裝有分子篩催化劑的固定床反應器中，HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；反應溫度為400°C，反應壓力為O. 7MPa壓力，固定床反應器輸出的尾氣中 HCl含量小于O. I % ；
氣液分離步驟將固定床反應器輸出的尾氣經(jīng)換熱器進行第二次冷卻至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過內(nèi)裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種或幾種組合的吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐。本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右。實施例7
一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟
冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T60(TC的尾氣經(jīng)換熱器進行第一次冷卻至400°C后輸送到HCl轉(zhuǎn)化器；
反應步驟將固定床反應器、移動床反應器和流化床反應器3個轉(zhuǎn)化器串聯(lián)形成HCl轉(zhuǎn)化器，在HCl轉(zhuǎn)化器中添裝的催化劑為分子篩催化劑、金屬催化劑、高分子交聯(lián)樹脂催化齊U、金屬離子負載型催化劑中的一種或幾種組合，HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；3個轉(zhuǎn)化器的反應溫度依次為500°C、300°C、20(TC，3個轉(zhuǎn)化器的反應壓力依次為O. 7MPa、l. 2MPa、0. 9MPa，最后HCl轉(zhuǎn)化器輸出的尾氣中HCl含量小于O. 1% ；
氣液分離步驟將HCl轉(zhuǎn)化器輸出的尾氣經(jīng)換熱器進行第二次冷卻至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；
H2純化步驟將H2經(jīng)過內(nèi)裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種或幾種組合的吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐；
與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐。本發(fā)明中，反應步驟進行前，尾氣中HCl的含量在2%左右。本發(fā)明不限于上述實施例，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，其特征在于所述新工藝包括以下步驟 冷卻步驟將還原爐輸出的溫度為50(T600°C的尾氣經(jīng)第一次冷卻后輸送到HCl轉(zhuǎn)化器； 反應步驟在HCl轉(zhuǎn)化器中HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷； 氣液分離步驟將HCl轉(zhuǎn)化器出來的尾氣經(jīng)第二次冷卻后，尾氣溫度降至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離； H2純化步驟將H2經(jīng)過吸附柱進行吸附除雜后，進行回收處理； 與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3進行回收處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述冷卻步驟中，經(jīng)第一次冷卻后進入HCl轉(zhuǎn)化器的尾氣溫度為5(T400°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于 所述冷卻步驟與氣液分離步驟中，分別采用換熱器作為第一次冷卻與第二次冷卻的冷卻設備。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述反應步驟中，反應溫度為5(T500°C，壓力為O. IMPa 2. OMPa0
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述反應步驟中，采用固定床反應器、流化床反應器或移動床反應器作為HCl轉(zhuǎn)化器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述反應步驟中，采用多個HCl轉(zhuǎn)化器，并用串聯(lián)方式將多個HCl轉(zhuǎn)化器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述反應步驟中，在HCl轉(zhuǎn)化器中添裝有催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述反應步驟中，添裝的催化劑為分子篩催化劑、金屬催化劑、高分子交聯(lián)樹脂催化劑、金屬離子負載型催化劑中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述H2純化步驟中，H2吸附柱中裝有吸附劑，吸附劑為活性炭、硅膠或MCM-41分子篩中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，其特征在于所述H2純化步驟中，將H2經(jīng)過吸附柱進行吸附除雜后，輸送給還原爐進行回收處理；所述與H2純化步驟同時進行的HSiCl3分離步驟中，將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3輸送給還原爐進行回收處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回收多晶硅生產(chǎn)所產(chǎn)生的尾氣的新工藝，所述尾氣的組分包括H2、HCl、HSiCl3、SiCl4、H2SiCl2，所述新工藝包括以下步驟將還原爐輸出的溫度為500~600℃的尾氣經(jīng)第一次冷卻后輸送到HCl轉(zhuǎn)化器；在HCl轉(zhuǎn)化器中HCl與HSiCl3、H2SiCl2反應完全生成相應的氯硅烷；將HCl轉(zhuǎn)化器出來的尾氣經(jīng)第二次冷卻后，尾氣溫度降至常溫，再用SiCl4冷凍液進行噴淋，對H2與氯硅烷進行氣液分離；將H2經(jīng)過吸附柱進行吸附除雜后，進行回收處理；將氯硅烷液體經(jīng)過精餾后，再將分離出的HSiCl3進行回收處理。本發(fā)明將HCl轉(zhuǎn)化為氯硅烷后，避免了HCl的吸收和解析過程，簡化了分離流程，即充分的回收了原料，又降低了蒸汽和電的消耗，降低了多晶硅的生產(chǎn)成本。
文檔編號C01B33/107GK102923715SQ20121046918
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者李小港 申請人:天威四川硅業(yè)有限責任公司