一種利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氯硅烷物系精餾【技術(shù)領(lǐng)域】，多晶硅生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的大量氯硅烷廢氣，傳統(tǒng)的堿中和法處理工藝，物耗大，不環(huán)保，同時(shí)制約了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明將廢氣引入精餾系統(tǒng)將廢氣作為原料，得到多晶硅生產(chǎn)的三氯氫硅，在工藝過程中進(jìn)行熱量回收和部分物料外部循環(huán)，成功地處理了氯硅烷廢氣，本發(fā)明具有提高氯硅烷利用率，減少后期廢氣處理壓力，設(shè)備投資和操作成本低等有益效果。
【專利說明】一種利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氯硅烷物系精餾【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，本發(fā)明涉及一種利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)多晶硅企業(yè)大部分采用改良西門子法生產(chǎn)多晶硅，中間化合物三氯氫硅SiHCl3 (TCS)，在化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器內(nèi)沉積生成多晶硅，在一系列連續(xù)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含氯硅烷的廢氣其中含SiHCl3 (TCS)5SiH2Cl2 (DCS)5SiCl (STC);HC1等，至今沒有很好的處理方法。傳統(tǒng)工藝中使用堿中和法將其當(dāng)作廢物處理掉，既增加處理難度又增大物耗，同時(shí)各工藝裝置氯硅烷廢氣的排放制約生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003]氯硅烷廢氣進(jìn)入反歧化精餾系統(tǒng)內(nèi)，廢氣中的SiHCl3 (TCS)，可通過精餾分離出來，回系統(tǒng)作為化學(xué)氣相沉積(CVD)原料使用；反歧化精餾技術(shù)本身采用DCS和STC發(fā)生反歧化反應(yīng)生成TCS，反歧化反應(yīng)方程式為=SiH2Cl2+ SiCl4 —SiHCl3，廢氣中的(SiH2Cl2,SiCl4)可作為反歧化反應(yīng)的原料使用，既可以處理掉氯硅烷廢氣中的SiH2Cl2, SiCl4,又可得到高價(jià)值的TCS。既降低了物耗，又提高了原料的利用率，同時(shí)減少了廢氣處理裝置的廢氣處理壓力，保證了各工藝系統(tǒng)的尾氣正常排放。
[0004]CN103086380A提出一種反應(yīng)精餾處理二氯二氫硅廢料的方法及設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)二氯二氫硅廢料處理，但未對(duì)氯硅烷廢氣進(jìn)行處理。本發(fā)明在上述專利的基礎(chǔ)上，及具體實(shí)施例中，通過將氯硅烷廢氣引入反應(yīng)精餾系統(tǒng)，將廢氣中的TCS分離提純、回收利用；并將廢氣中的DCS和STC作為反應(yīng)的原料使用，得到高價(jià)值的TCS。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法，將廢氣中的TCS分離提純、回收利用；并將廢氣中的DCS和STC作為反應(yīng)的原料使用，得到高價(jià)值的TCS0降低了物耗，又提高了原料的利用率，同時(shí)減少了廢氣處理裝置的廢氣處理壓力，保證了各工藝系統(tǒng)的尾氣正常排放。
[0006]本發(fā)明提出一種利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法。
[0007]技術(shù)方案如下:
(1)氯硅烷廢氣從反應(yīng)精餾塔反應(yīng)段下部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，二氯二氫硅從反應(yīng)段底部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，四氯化硅從反應(yīng)段頂部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，三股進(jìn)料在反應(yīng)段內(nèi)發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)生成三氯氫硅；
(2)反應(yīng)后含三氯氫硅的氣相混物料進(jìn)入反應(yīng)精餾塔精餾段，精餾后三氯化硅氣相分離出來，含四氯化硅的液相混合物料進(jìn)入精餾塔提餾段；
(3)在精餾作用下塔頂氣相物料中含有純度較高的三氯氫硅經(jīng)過塔頂冷凝器冷凝后分為液相回流物料，回流至塔頂內(nèi)，另一部分作為三氯氫硅在塔頂采出，不凝氣在塔頂排出；
(4)塔底出來的液相物料含有純度較高的四氯化硅，分為兩部分，一部經(jīng)過塔底再沸器加熱后形成回塔蒸汽返回精餾塔，另一部分高溫物料經(jīng)過冷器冷卻分為兩部分，一部分物料高沸物殘液排出，另一部分物料作為中溫物料經(jīng)過低溫冷卻器后成為低溫物料，用于外部循環(huán)，返回反應(yīng)精餾塔。
[0008]本發(fā)明中反應(yīng)精餾塔頂壓力50kPaG~IOOkPaG,塔頂溫度40°C~65°C，回流比為4~10。氯硅烷廢氣的進(jìn)料位置為反應(yīng)段下部，廢氣溫度為0°C~60°C，反應(yīng)段下部進(jìn)料處塔內(nèi)溫度50°C~75V。氯硅烷廢氣進(jìn)料口下部為精餾段，氯硅烷廢氣進(jìn)料口與四氯化硅進(jìn)料口中間為反應(yīng)段，四氯化硅進(jìn)料口上部為提餾段，塔頂提餾段上部氣相經(jīng)冷卻后，一部分作為精餾的回流液，一部分作為精餾塔產(chǎn)品三氯氫硅采出去下游處理，少部分塔頂不凝氣氯化氫、氮?dú)膺M(jìn)入尾氣管網(wǎng)淋洗處理。DCS —次轉(zhuǎn)化率95%以上。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)將多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯硅烷廢氣，通過反應(yīng)精餾技術(shù)，將廢氣中的三氯氫硅分離提純、回收利用；將廢氣中的二氯二氫硅與四氯化硅作為反應(yīng)原料，轉(zhuǎn)化為多晶硅生產(chǎn)原料三氯氫硅，處理消耗、提高了氯硅烷的利用率，提高多晶硅的產(chǎn)量；
(2)節(jié)約了氯硅烷廢氣堿液淋洗所需的大量堿性化合物，如NaOH和Ca(OH)2等；
(3)相比于堿液淋洗，使物料循環(huán)使用，減少?gòu)U氣處理的壓力，減少三廢排放，保護(hù)環(huán)境；(4)采用反應(yīng)精餾技術(shù)，既降低設(shè)備投資，又降低操作成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的工藝示意圖:
圖中:1.氯硅烷廢氣，2.反 應(yīng)段，3.反應(yīng)精餾塔，4.二氯二氫硅，5.四氯化硅，6.精餾段，7.提餾段，8.塔頂氣相物料，9.塔頂冷凝器，10.液相回流物料，11.塔頂采出物料，12.塔底液相物料，13.再沸器，14.蒸汽，15.高溫物料，16.過冷器，17.高沸物殘液，18.中溫物料，19.低溫冷卻器，20.低溫物料，21.塔頂不凝氣。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明:
1、本發(fā)明提出一種利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法:氯硅烷廢氣I從反應(yīng)段2下部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔3，二氯二氫硅4從反應(yīng)段2底部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔3，四氯化硅5從反應(yīng)段2頂部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔3，三股進(jìn)料在反應(yīng)段2內(nèi)發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)生成三氯氫硅，含三氯氫硅的氣相混合物料進(jìn)入精餾段6，而含四氯化硅的液相混合物料進(jìn)入提餾段7。在精餾的作用下，塔頂氣相物料8中含有純度較高的三氯氫硅，經(jīng)過塔頂冷凝器9后分為液相回流物料10、塔頂采出物料11和塔頂不凝氣21。塔底液相物料12含有純度較高的四氯化硅，分為兩部分，一部分經(jīng)過塔底再沸器13加熱后形成回塔蒸汽14返回精餾塔3，另一部分用于外部循環(huán)使用。高溫物料15經(jīng)過冷器16后分為兩股物料，一股物料作為高沸物殘液17排出，另一股物料作為中溫物料18，經(jīng)過低溫冷卻器19后成為低溫物料20返回反應(yīng)精餾塔21對(duì)反應(yīng)段物料進(jìn)行淋洗。
[0012]2、反應(yīng)精餾塔頂壓力50kPaG~IOOkPaG,塔頂溫度45°C~65°C，回流比為4~10。氯硅烷廢氣I的進(jìn)料位置為反應(yīng)段下部，廢氣溫度為(TC~60°C，反應(yīng)段下部進(jìn)料處塔內(nèi)溫度 60°C~75°C。[0013]實(shí)施例1:
反應(yīng)精餾系統(tǒng)處理氯硅烷廢氣200Nm3/h。
[0014]二氯二氫硅:1600kg/h，40°C、600kPaG 四氯化硅:2700kg/h，40°C、600kPaG
氯硅烷廢氣:200Nm3/h，40°C、180kPaG
反應(yīng)精餾塔操作壓力50kPaG，全塔壓降30 kPa，塔頂采出量4500kg/h，塔頂回流量45000 kg/h，塔徑2200mm，催化劑0.3m3/m3填料，精餾段、反應(yīng)段和提餾段填料高度分別為:7.2m, 12.45m, 7.2m。二氯二氫硅和氯硅烷廢氣的進(jìn)料位置為反應(yīng)段底部，四氯化硅和循環(huán)物料的進(jìn)料位置為反應(yīng)段頂部。
[0015]運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示:塔頂溫度為45°C，塔底溫度為74°C，塔頂采出物料中三氯氫硅含量98.7%，四氯化硅含量1.3%，塔頂不凝氣50Nm3/h。
[0016]實(shí)施例2:
反應(yīng)精餾系統(tǒng)處理氯硅烷廢氣200Nm3/h。
[0017]二氯二氫硅:1600kg/h，40°C、600kPaG 四氯化硅:2700kg/h，40°C、600kPaG
氯硅烷廢氣:200Nm3/h，0°C、180kPaG
反應(yīng)精餾塔操作壓力50kPaG，全塔壓降30 kPa，塔頂采出量4500kg/h，塔頂回流量45000 kg/h,塔徑2200mm，催化劑0.3m3/m3填料，精餾段、反應(yīng)段和提餾段填料高度分別為:7.2m, 12.45m, 7.2m。二氯二氫硅和氯硅烷廢氣的進(jìn)料位置為反應(yīng)段底部，四氯化硅和循環(huán)物料的進(jìn)料位置為反應(yīng)段頂部。
`[0018]運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示:塔頂溫度為55°C，塔底溫度為75°C，塔頂采出物料中三氯氫硅含量98.2%，四氯化硅含量1.8%，塔頂不凝氣50Nm3/h。
[0019]實(shí)施例3:
反應(yīng)精餾系統(tǒng)處理氯硅烷廢氣200Nm3/h。
[0020]二氯二氫硅:1600kg/h，401OjOOkPaG 四氯化硅:2700kg/h，40°C、600kPaG
氯硅烷廢氣:200Nm3/h，60°C、180kPaG
反應(yīng)精餾塔操作壓力50kPaG，全塔壓降30 kPa，塔頂采出量4500kg/h，塔頂回流量45000 kg/h,塔徑2200mm，催化劑0.3m3/m3填料，精餾段、反應(yīng)段和提餾段填料高度分別為:
7.2m, 12.45m, 7.2m。二氯二氫硅和氯硅烷廢氣的進(jìn)料位置為反應(yīng)段底部，四氯化硅和循環(huán)物料的進(jìn)料位置為反應(yīng)段頂部。
[0021]運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示:塔頂溫度為65°C，塔底溫度為78°C，塔頂采出物料中三氯氫硅含量91.7%，四氯化硅含量2.3%，塔頂不凝氣50Nm3/h。
【權(quán)利要求】
1.利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法，其特征為: 1)氯硅烷廢氣從反應(yīng)精餾塔反應(yīng)段下部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，二氯二氫硅從反應(yīng)段底部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，四氯化硅從反應(yīng)段頂部進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，三股進(jìn)料在反應(yīng)段內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成二氯氫娃; 2)反應(yīng)后含三氯氫硅的氣相混物料進(jìn)入反應(yīng)精餾塔精餾段，精餾后三氯化硅氣相分離出來，含四氯化硅的液相混合物料進(jìn)入精餾塔提餾段； 3)在精餾作用下塔頂氣相物料中含有純度較高的三氯氫硅經(jīng)過塔頂冷凝器冷凝后分為液相回流物料，回流至塔頂內(nèi)，另一部分作為三氯氫硅在塔頂采出，不凝氣在塔頂排出； 4)塔底出來的液相物料含有純度較高的四氯化硅，分為兩部分，一部經(jīng)過塔底再沸器加熱后形成回塔蒸汽返回精餾塔，另一部分高溫物料經(jīng)過冷器冷卻分為兩部分，一部分物料高沸物殘液排出，另一部分物料作為中溫物料經(jīng)過低溫冷卻器后成為低溫物料，用于外部循環(huán)，返回反應(yīng)精餾塔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法，其特征為在氯硅烷廢氣進(jìn)入處的反應(yīng)精餾塔反應(yīng)段下部溫度為50°C~75°C，氯硅烷廢氣溫度為OV~60。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用反應(yīng)精餾技術(shù)處理氯硅烷廢氣的方法，其特征為反應(yīng)精餾塔塔頂壓力為50kPaG~IOOkPa`G,塔頂溫度為40°C~65°C，回流比為4_10。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK103553057SQ201310555226
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張旭, 宋高杰, 張小軍, 陳文岳, 楊振 申請(qǐng)人:新特能源股份有限公司