一種純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法
2023-12-03 11:40:26 1
一種純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法
【專利摘要】本發明涉及多晶矽生產中尾氣純化技術，傳統分離三氯氫矽中的雜質採用單一精餾方法提純，需要龐大的設備和高的運行費用，本發明提供了一套將多晶矽還原反應與精餾、水解精餾和吸附技術結合的純化工藝，首先將尾氣冷卻，冷凝出氯矽烷在精餾塔精餾，再進入水解精餾塔，冷凝出的部分氯矽烷進入吸附柱，淨化後的氯矽烷進入氯矽烷分離塔，塔頂採出三氯氫矽產品，排出的四氯化矽再進入精餾塔提純，塔釜採出四氯化矽產品，本發明具有設備簡化，運行費用低，多晶矽生產成本可降低10%的有益效果。
【專利說明】一種純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多晶矽尾氣純化分離【技術領域】，具體涉及生產的氯矽烷進行純化分離的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]多晶矽是製造矽拋光片、太陽能電池及高純矽製品的主要原料，是半導體工業、電子信息產業、太陽能光伏電池產業的最主要、最基礎的功能性材料。多晶矽按純度分類可以分為冶金級、太陽能級、電子級。高純多晶矽的生產方法有:改良西門子法、矽烷法、流化床法、冶金法。隨著綠色能源太陽能的大規模開發利用，光伏電池原料多晶矽的用途越來越廣泛。生產多晶矽的方法以西門子法用的最廣，在生產多晶矽原料三氯氫矽 的過程中會產生大量的副產物四氯化矽，如何有效的利用這些副產物，是多晶矽產業能夠多元發展的關鍵問題。
[0003]隨著全球化速度日益加快，通訊技術、網絡技術突飛猛進的發展，光纖作為承載信息的最重要媒介，其需求量也隨著人們對網絡要求的提高而迅猛增長。高純四氯化矽是製作光纖的主要原料，它的純度直接影響光纖的損耗特性，造成光纖吸收損耗的有害雜質主要有鐵、鑽、鎳、銅、錳、鉻、釩、鉬和氫氧根，國內外資料認為，光纖中有害過渡金屬離子和氫氧根離子的總濃度要低於百萬分之一，而個別的離子濃度要低於億分之一。主要精製方法有精餾法、吸附法、水解法、萃取法和絡合法等。但是光纖材料對有害雜質的要求與半導體材料有所不同，而且對雜質含量的要求在某種程度上比半導體材料更嚴格。一般合成的四氯化矽粗料中可能存在的各種組分約為七十餘種。單純採用精餾法難以將痕量雜質達到光纖級水平；單一的吸附法處理量較小，不易形成工業化生產；水解法、萃取法及絡合法需加入外界物質來進行除雜，應用過程中難以完全去除引入的雜質。
[0004]同時，在多晶矽生產過程中，尾氣中含有大量三氯氫矽，作為生產高純多晶矽的主要原料，其中的雜質含量影響著多晶矽的品質，需進行提純除雜，再作為原料用來生產多晶矽。傳統分離三氯氫矽中的雜質採用精餾方法來提純，但是需要龐大的設備來實現。
[0005]
【發明內容】
本發明目的在於提供一種多晶矽還原反應與精餾、水解法、吸附技術有機結合，將多晶矽尾氣中的氯矽烷，包括三氯氫矽和四氯化矽的氯矽烷純化的工藝方法。
[0006]本發明實現上述目的所採用的技術方案如下:
1、多晶娃生產中還原反應尾氣、氫化反應尾氣、合成反應尾氣，含有氫氣、三氯氫娃、四氯化矽、二氯二氫矽、氯化氫，將尾氣通過冷媒介質進行冷卻，尾氣中冷凝下的氯矽烷進入下一工序。
[0007]2、冷凝下的氯矽烷進入精餾塔，塔釜使用蒸汽進行加熱汽化，塔頂設置冷卻器，塔頂排輕組分，塔釜排重組分，側線採出氯矽烷，進入下一工序。
[0008]進一步地，還原尾氣、氫化尾氣及合成尾氣中氯矽烷雜質含量有所差別，可根據雜質含量在此側線精餾塔之前或之後增加精餾塔，予以去除三氯氫矽和四氯化矽中的雜質；3、自側線精餾塔採出的氯矽烷，進入水解精餾塔，在進料位置設置高純溼氮氣，將高純溼氮氣與四氯化矽混合進入水解精餾塔內，塔釜設置再沸器，蒸汽為加熱源，塔釜排重組分，塔頂通過氣相不凝氣排輕組分，塔頂冷凝氯矽烷一部分作為塔的回流，另一部分採出氯矽烷，塔頂氣相不凝氣通過塔頂回流緩衝罐排放至尾氣系統；
進一步地，水解精餾塔設置填料塔，填料為非金屬材質，塔內壁內襯有聚四氟乙烯；又一步優化，高純溼氮氣水含量控制在80(Tl0000ppm，溼氮氣與氯矽烷的摩爾配比I: 2(Tl: 100進行混合進入精餾塔；
4、自水解精餾塔塔頂採出的氯矽烷液體進入氯矽烷吸附柱，吸附氯矽烷中的雜質，經氯矽烷吸附柱進行淨化後的氯矽烷產品輸出進入下一工序；
5、自氯矽烷吸附柱出口輸出的氯矽烷進入氯矽烷分離塔，塔底排出四氯化矽，塔頂採出三氯氫矽產品，去做原料生產多晶矽；塔底四氯化矽再次進入下一工序；
6、自氯矽烷分離塔輸出的四氯化矽進入精餾塔進行提純，分離其中含微量的三氯氫矽輕組分，塔釜採出四氯化矽產品。
[0009]本發明利用水解精餾及吸附工藝相結合的技術，可減少純化氯矽烷達到高純多晶矽生產原料採用單一的精餾技術，耗費龐大的 設備和運行費用，多晶矽生產成本至少降低10%，純化後的四氯化矽達到光纖用料標準。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的工藝流程；
圖中:1 一多晶矽尾氣冷卻裝置；2 —氣液分離罐；3 —氯矽烷輸送泵；4 一精餾塔A ;5 一水解精餾塔；6 —氯矽烷吸附柱；7 —氯矽烷分離塔；8 —精餾塔C。
【具體實施方式】
一種純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法，包括如下步驟:
步驟一、多晶矽生產中還原反應尾氣、氫化反應尾氣、合成反應尾氣，含有氫氣、三氯氫矽、四氯化矽、二氯二氫矽、氯化氫，尾氣進入多晶矽尾氣冷卻裝置I進口，經循環水進行冷卻，氣液混合物進入氣液分離罐2。
[0011]步驟二、含氯矽烷的尾氣進入氣液分離罐2，液態氯矽烷與未冷凝的尾氣進行分離,未冷凝的尾氣自氣液分離罐2上部出口輸出；
步驟三、自氣液分離罐2下部出口輸出的氯矽烷經過氯矽烷輸送泵3壓入精餾塔Α4，塔釜使用蒸汽方式進行加熱，氣相經塔頂冷凝器進行冷卻，冷卻後進入回流罐，一部分做為精餾塔的回流，一部分排輕組分至儲罐進行收集；塔釜排含四氯化矽重組分；側線採出氯矽烷，不凝氣經回流罐排出；
步驟四、自精餾塔Α4側線採出的氯矽烷，進入水解精餾塔5，在進料管線上通入高純溼氮氣，水含量控制在80(Tl0000ppm，溼氮氣與氯矽烷的摩爾配比1:2(Tl: 100，將高純溼氮氣與氯矽烷混合進入水解精餾塔5內，塔釜設置蒸汽為加熱源，塔釜排重組分，塔頂氣相經塔頂冷凝器進行冷卻，冷卻後進入回流罐，一部分做為精餾塔的回流，一部分採出氯矽烷，塔頂不凝氣通過回流罐排放出；
步驟五、自水解精餾塔5塔頂採出的氯矽烷液體進入氯矽烷吸附柱6，吸附氯矽烷中的金屬雜質和非金屬雜質，經氯矽烷吸附柱進行淨化後的氯矽烷產品輸出進入下一工序；步驟六、自氯矽烷吸附柱6出口輸出的氯矽烷進入氯矽烷分離塔7，塔底分離排出四氯化矽，塔頂回流採出三氯氫矽產品，去做原料生產多晶矽；塔底四氯化矽再次進入下一工序;
步驟七、自氯矽烷分離塔7輸出的四氯化矽進入精餾塔CS進行提純，塔釜再沸器通蒸汽加熱汽化，塔頂排出含三氯氫矽的輕組分，塔釜採出四氯化矽產品。可作為光纖生產的原料。
[0012] 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，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部 分技術特徵進行等同替換。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】
1.一種純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法，氯矽烷包括三氯氫矽和四氯化矽，其特徵為純化工藝方案如下: 將多晶矽生產中生產的還原反應尾氣、氫化反應尾氣、合成反應尾氣中的氫氣、三氯氫矽、四氯化矽、二氯二氫矽、氯化氫，所述以上尾氣通過冷媒介質進行冷卻，尾氣中冷凝下的氯矽烷進入下一工序； 冷凝下的氯矽烷進入精餾塔，塔釜使用蒸汽進行加熱氣化，塔頂設置冷卻器，塔頂排輕組分，塔釜排重組分，側線採出氯矽烷，進入下一工序； 側線精餾塔採出的氯矽烷，進入水解精餾塔，在進料位置設置高純溼氮氣，將高純溼氮氣與四氯化矽混合進入水解精餾塔內，塔釜設置再沸器，蒸汽為加熱源，塔釜排出重組分，塔頂通過氣相不凝氣排輕組分，塔頂冷凝氯矽烷一部分作為塔的回流，另一部分採出氯矽烷，塔頂氣相不 凝氣通過塔頂回流緩衝罐排放至尾氣系統； 自水解精餾塔塔頂採出的氯矽烷液體進入氯矽烷吸附柱，吸附氯矽烷中的雜質，經氯矽烷吸附柱進行淨化後的氯矽燒產品輸出進入下一工序； 自氯矽烷吸附柱出口輸出的氯矽烷進入氯矽烷分離塔，塔底排出四氯化矽，塔頂採出三氯氫矽產品，去做原料生產多晶矽；塔底四氯化矽再次進入下一工序； 自氯矽烷分離塔輸出的四氯化矽進入精餾塔進行提純，分離其中微量的三氯氫矽輕組分，塔釜採出四氯化矽產品。
2.根據權利要求1所述的純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法，其特徵為根據還原尾氣，氫化尾氣及合成尾氣中氯矽烷雜質含量不同，在工序2 )的精餾塔前面或後面可以增加精餾塔，予以進一步去除三氯氫矽和四氯化矽中的雜質。
3.根據權利要求1所述的純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法，其特徵為水解精餾塔設置填料塔，填料為非金屬材料，塔內壁內襯有聚四氟乙烯。
4.根據權利要求1所述的純化分離多晶矽尾氣中氯矽烷的方法，其特徵為進入水解精餾塔的高純溼氮氣的含水量控制在800-1OOOOppm，溼氮氣與氯矽烷的摩爾配比為1:20-1:100進行混合後進入水解精餾塔。
【文檔編號】C01B33/107GK103435044SQ201310304919
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】陳朝霞 申請人:新特能源股份有限公司