連續運行式三氯氫矽的提純系統的製作方法
2023-07-09 14:24:11 2
連續運行式三氯氫矽的提純系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種連續運行式三氯氫矽的提純系統。該提純系統包括提純塔組，還包括按照物料的流動方向設置在提純塔組上遊，用於脫除三氯氫矽粗液中不凝氣的脫氣裝置，脫氣裝置包括：加熱系統，按照物料的流動方向設置在提純塔組上遊；排氣罐，設置在加熱系統和提純塔組之間，且排氣罐上設置有不凝氣排氣口。上述提純系統通過在提純塔組上遊設置加熱系統，能對三氯氫矽粗液進行加熱。使粗液中不凝氣的溶解度下降，進而有利於粗液中的不凝氣被分離出來，並通過排氣罐排出。這就有利於改善後期提純塔組中的運行壓力因不凝氣發生的波動，提高提純塔組的運行穩定性。
【專利說明】連續運行式三氯氫矽的提純系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及多晶矽生產領域，具體而言，涉及一種連續運行式三氯氫矽的提純系統。
【背景技術】
[0002]多晶矽是製造半導體器件、集成電路、太陽能電池材料的基礎材料，是信息和能源產業的基石，也是國家鼓勵優先發展的戰略材料。目前世界上大多數的多晶矽通過改良西門子法製得。其中，改良西門子法主要包括三氯氫矽合成、精餾提純、還原、尾氣回收及氫化五道工序。其中，氫化的主要反應式如下:
[0003]3SiCl4+Si+2H2 = 4SiHCl3
[0004]三氯氫矽合成的主要反應式如下:
[0005]Si+3HC1 = SiHCl3+H2
[0006]在上述改良西門子法中，精餾提純工序是保證多晶矽純度的重要工序。現有的精餾提純工序是將氫化工序或合成工序產出的三氯氫矽粗液通過包括多個精餾塔的提純塔組，經過反覆的冷凝和汽化進行提純。然而，由於反應原料或產物中含有氫氣或氯化氫，使三氯氫矽粗液中不可避免地含有氫氣、氯化氫等不凝氣。這些不凝氣的存在，一方面會造成提純塔組中的壓力波動，影響提純塔組中的壓力環境，導致提純塔組的運行產生不穩定現象，另一方面，還會增加後期尾凝器和尾氣淋洗塔的負擔。
[0007]基於上述原因，有必要提出一種有效的方法，用以改善提純塔組因不凝氣產生的運行不穩定的問題。
【發明內容】
[0008]本發明旨在提供一種連續運行式三氯氫矽的提純系統，以解決因不凝氣的存在所導致的提純塔組運行不穩定的問題。
[0009]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種連續運行式三氯氫矽的提純系統，包括提純塔組，還包括按照物料的流動方向設置在提純塔組上遊，用於脫除三氯氫矽粗液中不凝氣的脫氣裝置，脫氣裝置包括:加熱系統和排氣罐，其中，加熱系統按照物料的流動方向設置在提純塔組上遊；排氣罐設置在加熱系統和提純塔組之間，且排氣罐上設置有不凝氣排氣口。
[0010]進一步地，上述排氣罐中設置有壓力調節件。
[0011]進一步地，上述加熱系統包括多個加熱器，且各加熱器的加熱溫度沿物料的流動方向依次升高。
[0012]進一步地，上述加熱系統包括按照物料的流動方向依次設置的第一加熱器和第二加熱器。
[0013]進一步地，上述第一加熱器為換熱器。
[0014]進一步地，上述換熱器中熱介質為提純塔組中脫重塔流出的四氯化矽液體。[0015]進一步地，具有四氯化矽液體排出口的脫重塔作為第一精餾塔設置在提純塔組中，排氣罐的出料口與第一精餾塔的進料口相連。
[0016]進一步地，還包括回收罐，回收罐與換熱器的熱介質出口相連。
[0017]進一步地，在回收罐與換熱器的熱介質出口之間還設有冷卻系統。
[0018]應用本發明的連續運行式三氯氫矽的提純系統。通過在提純塔組上遊設置的加熱系統，以對從氫化工序或合成工序出來的三氯氫矽粗液進行加熱處理。使得經加熱處理的三氯氫矽粗液中不凝氣的溶解度下降，進而有利於使原本溶於粗液中的不凝氣被分離出來。並通過在加熱系統下遊設置排氣罐，在完成排出不凝氣的目的的同時能夠將三氯氫矽粗液連續輸送至提純塔組中。經上述處理的三氯氫矽粗液中不凝氣的含量大大下降，這就有利於改善後期提純塔組中的運行壓力因不凝氣發生的波動，提高提純塔組的運行穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0020]圖1示出了根據本發明一種實施方式的三氯氫矽的提純系統；
[0021]圖2示出了根據本發明另一種實施方式的三氯氫矽的提純系統；
[0022]圖3示出了採用本發明實施例1中三氯氫矽的提純系統中的脫氣裝置，對三氯氫矽粗液進行脫氣處理後得到的粗液中不凝氣的去除率隨不凝氣原始含量的變化圖；
[0023]圖4示出了採用本發明實施例2中三氯氫矽的提純系統中的脫氣裝置，對三氯氫矽粗液進行脫氣處理後得到的粗液中不凝氣的去除率隨不凝氣原始含量的變化圖；
[0024]圖5示出了採用本發明實施例3中三氯氫矽的提純系統中的脫氣裝置，對三氯氫矽粗液進行脫氣處理後得到的粗液中不凝氣的去除率隨不凝氣原始含量的變化圖；
[0025]圖6示出了採用本發明實施例4中三氯氫矽的提純系統中的脫氣裝置，對三氯氫矽粗液進行脫氣處理後得到的粗液中不凝氣的去除率隨不凝氣原始含量的變化圖；
[0026]圖7示出了採用本發明實施例5中三氯氫矽的提純系統中的脫氣裝置，對三氯氫矽粗液進行脫氣處理後得到的粗液中不凝氣的去除率隨不凝氣原始含量的變化圖；以及
[0027]圖8示出了採用本發明實施例6中三氯氫矽的提純系統中的脫氣裝置，對三氯氫矽粗液進行脫氣處理後得到的粗液中不凝氣的去除率隨不凝氣原始含量的變化圖。
【具體實施方式】
[0028]需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
[0029]正如【背景技術】部分所介紹的，現有的三氯氫矽提純塔組具有因不凝氣的存在所導致的運行不穩定的缺陷。為了解決這一問題，本發明的發明人提供了一種連續運行式三氯氫矽的提純系統，包括提純塔組200，如圖1所示，還包括按照物料的流動方向設置在提純塔組200上遊，用於脫除三氯氫矽粗液中不凝氣的脫氣裝置100 ;脫氣裝置100包括加熱系統110和排氣罐120 ;其中加熱系統110按照物料的流動方向設置在提純塔組200上遊，排氣罐120設置在加熱系統110和提純塔組200之間，且排氣罐120上設置有不凝氣排氣口121。
[0030]本發明上述的提純系統，通過在提純塔組200上遊設置的加熱系統110，以對從氫化工序或合成工序出來的三氯氫矽粗液進行加熱處理。使得經加熱處理的三氯氫矽粗液中不凝氣的溶解度下降，進而有利於使原本溶於粗液中的不凝氣被分離出來。並通過在加熱系統110下遊設置排氣罐120，在完成排出不凝氣的目的的同時能夠將三氯氫矽粗液連續輸送至提純塔組200中。經上述處理的三氯氫矽粗液中不凝氣的含量大大下降，這就有利於改善後期提純塔組中的運行壓力因不凝氣發生的波動，提高提純塔組的運行穩定性。
[0031]上述連續運行式三氯氫矽的提純系統中，在加熱系統110的加熱作用下，就能夠使得三氯氫娃粗液中的不凝氣被分離出來。一種優選的實施方式中，進一步在排氣罐120中設置壓力調節件。該壓力調節件的設置能夠對排氣罐內部的壓力進行調整，進而對加熱後的三氯氫矽粗液進行降壓處理。通過降低壓力的方式，進一步降低三氯氫矽粗液中不凝氣的溶解度，進而更有利於不凝氣的脫出。
[0032]在實際操作的過程中， 上述所採用的加熱系統110隻要能對上述粗液進行加熱即可。一種優選的實施方式中，上述加熱系統110包括多個加熱器，且各加熱器的加熱溫度沿物料的流動方向依次升高。這種逐漸升溫的方式具有促進粗液加熱速率的效果。出於加熱速率和生產成本的考慮，本領域技術人員能夠選擇具體的加熱器種類和個數。
[0033]上述提純塔組200通常包括多個脫重塔和多個脫輕塔，當三氯氫矽粗液進入第一個脫重塔後，粗液中的四氯化矽高沸物會被存留在脫重塔的下方塔釜中。在一種優選的實施方式中，加熱系統100包括按照物料的流動方向依次設置的的第一加熱器和第二加熱器。如圖2所示，優選第一加熱器為換熱器111。更優選地，換熱器111中熱介質為提純塔組中脫重塔流出的四氯化矽液體。此外，第二加熱器為電加熱器112，第二加熱器也可以為其他類型的加熱器。將連續運行式三氯氫矽的提純系統設置為上述結構時，以脫重塔塔釜中溫度較高(當脫重塔頂壓為0.6MPa時，塔釜溫度在130°C左右)的四氯化矽液體充當熱介質，對三氯氫矽粗液提供熱源進行預熱，在升高三氯氫矽粗液溫度的同時還能夠降低四氯化矽液體的溫度，進而實現熱量互換，降低能耗效果。
[0034]在實際操作的過程中，優選將上述具有四氯化矽液體排出口 211的脫重塔作為第一精餾塔210設置在提純塔組200中。此時，排氣罐120的出料口 122與第一精餾塔210的進料口 212相連。上述設置有利於縮短輸送四氯化矽液體的管道的長度，節約生產成本。
[0035]在上述連續運行式三氯氫矽的提純系統中，從換熱器111熱介質出口出來的四氯化矽液體，可以直接進入回收罐310進行回收處理。在一種優選的實施方式中，在回收罐310與換熱器111的熱介質出口之間還設有冷卻系統320。通過冷卻系統320，有利於使熱的四氯化矽迅速冷卻至室溫，隨後進入回收工序進行再次利用。
[0036]根據本發明的另一方面，還提供了一種應用上述提純裝置提純三氯氫矽方法，其包括以下步驟:將三氯氫矽粗液通過加熱系統進行加熱，加熱至預定溫度；將加熱後的三氯氫矽粗液通入排氣罐，脫出不凝氣；將脫出不凝氣的三氯氫矽粗液通入提純塔組進行提純，得到三氯氫矽產品；其中，預定溫度小於等於所述提純塔組的第一精餾塔進料板壓力下的飽和溫度。
[0037]在本發明中術語「飽和溫度」是指液體和蒸汽處於動態平衡狀態(飽和狀態)時具有的溫度。不同壓力下，液體具有不同的飽和溫度。術語「提純塔組的第一精餾塔進料板壓力下的飽和溫度」指的是:對應於提純塔組的第一精餾塔進料板壓力下的三氯氫矽粗液的飽和溫度。
[0038]本發明所提供的上述方法通過對三氯氫矽粗液進行加熱，並脫出不凝氣的方式降低三氯氫矽粗液中不凝氣，並將脫出不凝氣的三氯氫矽粗液輸送至提純塔組，以改善因不凝氣的存在，對提純塔組中的運行壓力的影響，進而改善提純塔組的運行產生不穩定現象。
[0039]在上述方法的實際操作中，面對於「處於飽和溫度的液體在壓力突然降低的情況下，會使其中的部分液體發生汽化的問題」。在本發明的加熱步驟中將三氯氫矽粗液加熱至小於等於「提純塔組的第一精餾塔進料板壓力下的飽和溫度」。將其加熱至該溫度，能夠在對粗液進行升溫、降低不凝氣溶解度的同時，防止粗液在後期的進塔階段由於壓力的突然降低而使部分液體發生汽化的問題。從而有利於使三氯氫矽粗液的不凝氣去除和提純步驟連續進行。優選地，將預定溫度設置為等於提純塔組的第一精餾塔進料板壓力下的飽和溫度，有利於保證粗液能夠順利進料的前提下，使粗液處出於儘可能高的狀態，以提高不凝氣的排出率。
[0040]更優選地，調整排氣罐中的壓力至預定壓力，該預定壓力大於提純塔組的第一精餾塔進料板壓力。將壓力罐中的壓力設置為大於「提純塔組的第一精餾塔進料板壓力」，也有利於防止三氯氫矽粗液進入排氣罐後因壓力突然減小而使部分液體發生汽化，同時還有利於使排氣罐中的三氯氫矽粗液在壓力差的作用下自動進入提純塔組。
[0041]從氫化工序或合成工序出來的三氯氫矽粗液通常為室溫下的高壓液體(壓力通常為2.5Mpa左右)，而提純塔組的第一精餾塔進料板壓力通常低於該三氯氫矽粗液的壓力。高壓粗液直接通入低壓塔組時，進料板附近會產生一定的波動。而將三氯氫矽粗液通過壓力罐進行降壓處理，除了 能夠降低粗液中不凝氣的溶解度、將不凝氣排出，同時，還有利於防止高壓粗液直接進入提純塔組所引起的塔內壓力波動的問題，尤其有利於防止進料板附近的塔板出現不穩定的現象。此外，由於氫化工序或合成工序中出來的三氯氫矽粗液的組分比例不恆定，連續生產時組分不一的粗液進入提純塔組也會引起塔組中壓力的波動。而將粗液通入排氣罐後，貯停過程中有利於使粗液中的組分比例均一化，從而進一步提高提純塔組的運行穩定性。
[0042]上述的提純方法中，將三氯氫矽粗液直接加熱至預定溫度，使其進入排氣罐進行減壓和排氣即可大大降低不凝氣的含量。在一種優選的實施方式中，將三氯氫矽粗液通過多個加熱器逐漸加溫至預定溫度。將三氯氫矽粗液通過多次加熱至預定溫度，有利於提高粗液的升溫效率和提純工序的連續性。
[0043]實際的操作過程中，將三氯氫矽粗液進行加熱的步驟中，首先將提純塔組中脫重塔流出的四氯化矽液體作為熱介質，在換熱器中對三氯氫矽粗液進行換熱升溫，然後再通過後續的加熱器加熱至預定溫度。從提純塔組的脫重塔側部下方採出的四氯化矽當作三氯氫矽粗液的預熱熱介質使用，有利於實現熱量匹配互換，從而有利於節約三氯氫矽的生產能耗。更優選地，具有四氯化矽液體排出口的脫重塔作為第一精餾塔設置在提純塔組中，依靠壓差將排氣罐中脫出不凝氣的三氯氫矽粗液通入第一精餾塔。
[0044]根據本發明上述的教導，本領域技術人員有能力根據提純塔組的第一精餾塔進料板壓力選擇具體的排氣罐壓力。將壓力罐中的三氯氫矽粗液通入提純塔組的過程中，也可以採用惰性氣體(氮氣等)將粗液壓入塔組中。一種優選的實施方式中，上述提純塔組的第一精餾塔進料板壓力為0.25~0.6Mpa，排氣罐中的壓力比提純塔組的第一精餾塔進料板壓力高0.2~0.9Mpa。相比於氫化工序或合成工序中出來的三氯氫矽粗液的壓力而言(2.5Mpa左右)，將排氣罐的壓力設置在上述範圍，有利於使粗液中的不凝氣因低壓下溶解度降低而析出，同時有利於使壓力罐中的粗液在壓差下自動進入提純塔組中。
[0045]以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述，這些實施例不能理解為限制本發明所要求保護的範圍。
[0046]為了對三氯氫矽粗液中不凝氣的去除率進行對比，統一設定各實施例中所採用的提純塔組的第一精餾塔進料板壓力為0.6Mpa，該壓力下三氯氫矽粗液的飽和溫度為110~115。。。
[0047]對比例I
[0048]將合成工序中出來的不凝氣含量為0.01~0.19wt%的三氯氫矽粗液加熱至130°C，隨後將130°C的粗液通入0.8Mpa的壓力罐中，開啟排氣口進行排氣後，將三氯氫矽粗液通入提純塔組時，部分液相發生汽化。使得塔進料為氣液混合物或氣相，而塔內件設計按照液相進料設計，導致塔內精餾段和提餾段氣液負荷與設計差別較大，出現塔波動，無法正常運行，影響產品質量。
[0049]實施例1
[0050]將氫化工序中出來的壓力為2.5Mpa、不凝氣含量在0.01~0.19￥七％範圍內的19種三氯氫矽粗液分別加熱至25°C，隨後分別將25°C的粗液通入IMpa的壓力罐中，開啟排氣口進行排氣後，測量粗液中不凝氣的去除率，結果如圖3所示(橫坐標表示不凝氣在三氯氫矽粗液中的原質量含量 ，縱坐標為不凝氣的脫出率，單位為％ ):
[0051 ] 處理後的三氯氫矽粗液通入提純塔組時，進料順利。
[0052]實施例2
[0053]將合成工序中出來的不凝氣含量為0.01~0.19wt%的三氯氫矽粗液加熱至70°C，隨後將70°C的粗液通入IMpa的壓力罐中，開啟排氣口進行排氣後，測量粗液中不凝氣的去除率，結果如圖4所示(橫坐標表示不凝氣在三氯氫矽粗液中的原質量含量，縱坐標為不凝氣的脫出率，單位為％):
[0054]處理後的三氯氫矽粗液通入提純塔組時，進料順利。
[0055]實施例3
[0056]將合成工序中出來的不凝氣含量為0.01~0.19wt%的三氯氫矽粗液加熱至70°C，隨後將70°C的粗液通入1.5Mpa的壓力罐中，開啟排氣口進行排氣後，測量粗液中不凝氣的去除率，結果如圖5所示(橫坐標表示不凝氣在三氯氫矽粗液中的原質量含量，縱坐標為不凝氣的脫出率，單位為％):
[0057]處理後的三氯氫矽粗液通入提純塔組時，進料順利。
[0058]實施例4
[0059]將合成工序中出來的不凝氣含量為0.01~0.19wt%的三氯氫矽粗液加熱至70°C，隨後將70°C的粗液通入0.SMpa的壓力罐中，開啟排氣口進行排氣後，測量粗液中不凝氣的去除率，結果如圖6所示(橫坐標表示不凝氣在三氯氫矽粗液中的原質量含量，縱坐標為不凝氣的脫出率，單位為％):
[0060]處理後的三氯氫矽粗液通入提純塔組時，進料順利。[0061]實施例5
[0062]將合成工序中出來的不凝氣含量為0.01~0.19被％的三氯氫矽粗液加熱至110°C，隨後將110°C的粗液通入IMpa的壓力罐中，開啟排氣口進行排氣後，測量粗液中不凝氣的去除率，結果如圖7所示(橫坐標表示不凝氣在三氯氫矽粗液中的原質量含量，縱坐標為不凝氣的脫出率，單位為％):
[0063]處理後的三氯氫矽粗液通入提純塔組時，進料順利。
[0064]實施例6
[0065]將合成工序中出來的不凝氣含量為0.01~0.19wt%的三氯氫矽粗液加熱至110 C，隨後將IlOC的粗液通入0.8Mpa的壓力iil中，開啟排氣口進彳丁排氣後，測量粗液中不凝氣的去除率，結果如圖8所示(橫坐標表示不凝氣在三氯氫矽粗液中的原質量含量，縱坐標為不凝氣的脫出率，單位為％):
[0066]處理後的三氯氫矽粗液通入提純塔組時，進料順利。
[0067]從以上的數據和描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果:在進入提純塔組之前，將三氯氫矽粗液進行升溫和/或降壓處理，均能有效去除粗液中的不凝氣，使後期提純塔組能夠穩定運行。更為特別地，對於氯化氫不凝氣而言，氯化氫的原始含量越高，經不凝氣脫出後，不凝氣的脫出率越高。 [0068]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種連續運行式三氯氫矽的提純系統，包括提純塔組(200)，其特徵在於，還包括按照物料的流動方向設置在所述提純塔組(200)上遊，用於脫除三氯氫矽粗液中不凝氣的脫氣裝置(100)，所述脫氣裝置(100)包括: 加熱系統(110)，按照物料的流動方向設置在所述提純塔組(200)上遊； 排氣罐(120)，設置在所述加熱系統(110)和所述提純塔組(200)之間，且所述排氣罐(120)上設置有不凝氣排氣口(121)。
2.根據權利要求1所述的提純系統，其特徵在於，所述排氣罐(120)中設置有壓力調節件。
3.根據權利要求1或2所述的提純系統，其特徵在於，所述加熱系統(110)包括多個加熱器，且各加熱器的加熱溫度沿物料的流動方向依次升高。
4.根據權利要求3所述的提純系統，其特徵在於，所述加熱系統(110)包括按照物料的流動方向依次設置的第一加熱器和第二加熱器。
5.根據權利要求4所述的提純系統，其特徵在於，所述第一加熱器為換熱器(111)。
6.根據權利要求5所述的提純系統，其特徵在於，所述換熱器(111)中熱介質為所述提純塔組(200)中脫重塔流出的四氯化矽液體。
7.根據權利要求 1至6中任一項所述的提純系統，其特徵在於，具有四氯化矽液體排出口(211)的脫重塔作為第一精餾塔(210)設置在所述提純塔組(200)中，所述排氣罐(120)的出料口(122)與所述第一精餾塔(210)的進料口(212)相連。
8.根據權利要求7所述的提純系統，其特徵在於，還包括回收罐(310)，所述回收罐(310)與所述換熱器(111)的熱介質出口相連。
9.根據權利要求8所述的提純系統，其特徵在於，在所述回收罐(310)與所述換熱器(111)的熱介質出口之間還設有冷卻系統(320)。
【文檔編號】C01B33/107GK104003401SQ201410240803
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】姜利霞, 嚴大洲, 楊永亮, 肖榮暉, 湯傳斌 申請人:中國恩菲工程技術有限公司