一種白炭黑生產(chǎn)中工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純回收方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純及回收方法，傳統(tǒng)的精餾塔提純方法在質(zhì)量上難以達(dá)到生產(chǎn)白炭黑原料的要求，氯硅烷損失大，管道易堵塞，影響生產(chǎn)順利進(jìn)行，本發(fā)明提供的技術(shù)方案主要為四氯化硅在板式塔中汽化提純，然后冷凝回收，板式塔排出的廢液在氯硅烷蒸發(fā)罐中蒸發(fā)回收再提純，少量廢渣排出后用堿液中和處理，提純后的四氯化硅雜質(zhì)含量保證達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，氯硅烷能全部回收，并且具有管道不易堵塞，清理勞動(dòng)量小，工藝簡(jiǎn)單，輔助設(shè)備少，操作容易等有益效果。
【專利說(shuō)明】一種白炭黑生產(chǎn)中工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純回收方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于氣相白炭黑生產(chǎn)中原料四氯化硅的提純以及回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣相白炭黑由硅的鹵化物(主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷)在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級(jí)白色粉末，學(xué)名氣相二氧化硅或氣溶膠二氧化硅，主要作為補(bǔ)強(qiáng)填料和多功能添加劑，是一種在世界范圍內(nèi)真正工業(yè)化的納米材料。目前絕大多數(shù)多晶硅企業(yè)采用的改良西門子法生產(chǎn)多晶硅，在生產(chǎn)多晶硅的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物四氯化硅，而四氯化硅可以作為生產(chǎn)氣相白炭黑的原料，因此，多數(shù)氣相白炭黑裝置與多晶硅裝置進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)。隨著多晶硅生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，多晶硅尾氣以及副產(chǎn)四氯化硅的循環(huán)利用技術(shù)的不斷完善。大量的副產(chǎn)四氯化硅進(jìn)入氫化系統(tǒng)，被還原為三氯氫硅，用于生產(chǎn)多晶硅。此狀況造成氣相白炭黑原料短缺，多晶硅裝置無(wú)法給白炭黑裝置提供精制四氯化硅原料，而只能提供雜質(zhì)含量較高的工業(yè)級(jí)四氯化硅。
[0003]由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20020-2005對(duì)氣相白炭黑中金屬氧化物含量有明確規(guī)定--三氧化二鐵含量低于30ppm,三氧化二招含量低于500ppm, 二氧化鈦含量低于300ppm,因此白炭黑生產(chǎn)對(duì)于原料四氯化硅中的金屬離子含量也有要求，一般要求原料四氯化硅中的鐵離子含量低于5ppm,招離子含量低于50ppm,鈦離子含量低于50ppm。而工業(yè)級(jí)四氯化娃中金屬離子的檢測(cè)結(jié)果為:鈦離子含量為100-400ppm，鋁離子含量200-400ppm，鐵離子含量在40-150ppm。工業(yè)級(jí)四氯化硅中金屬離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)白炭黑原料要求的指標(biāo)。工業(yè)級(jí)四氯化硅由于金屬雜質(zhì)含量高，會(huì)造成氣相白炭黑產(chǎn)品金屬氧化物含量超標(biāo)，產(chǎn)品品質(zhì)下降。因此，需要對(duì)工業(yè)級(jí)四氯化硅進(jìn)行提純處理，才能生產(chǎn)出高品質(zhì)的氣相白炭黑。
[0004]由于工業(yè)級(jí)四氯化硅內(nèi)含有大量雜質(zhì)，提純較為困難，采用傳統(tǒng)的精餾塔，塔釜排液中含有大量氯硅烷，造成 氯硅烷損失，并且需要消耗大量堿液處理排出的氯硅烷，排液管道容易堵塞，清理勞動(dòng)量大。
[0005]國(guó)內(nèi)專利CN102390833A對(duì)傳統(tǒng)精餾技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新，名稱為:負(fù)壓回收西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，主要內(nèi)容為氯硅烷廢液在負(fù)壓蒸發(fā)器中，氯硅烷沸點(diǎn)降低，部分氯硅烷閃蒸，直接氣化成氯硅烷氣體，再抽回氯硅烷儲(chǔ)罐，形成氯硅烷液體，該工藝不需消耗熱能，操作溫度較低，但在閃蒸過(guò)程中廢液中部分雜質(zhì)跟隨閃蒸蒸汽一同進(jìn)入回收系統(tǒng)，使回收的氯硅烷不能直接使用，并且只有部分氯硅烷被回收，回收率低，其余氯硅烷與雜質(zhì)一起排出處理，處理成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)目前工業(yè)級(jí)四氯化硅處理技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種適用于氣相白炭黑生產(chǎn)中原料四氯化硅的提純以及回收方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是板式塔與高效蒸發(fā)器聯(lián)合使用，將四氯化硅全部蒸發(fā)回收的工藝方法，其原理為:工業(yè)級(jí)四氯化硅通過(guò)管道進(jìn)入板式塔內(nèi)進(jìn)行淋洗，塔釜的四氯化硅通過(guò)再沸器蒸汽加熱汽化形成上升氣流，與從上部噴淋下來(lái)的四氯化硅液體逆向接觸，經(jīng)過(guò)氣液兩相在篩板表面?zhèn)髻|(zhì)、傳熱，輕組分從塔頂部排出，經(jīng)一級(jí)冷凝器進(jìn)行冷卻(冷卻介質(zhì):循環(huán)水)進(jìn)入四氯化硅緩沖罐。塔釜的重組份通過(guò)管道排入氯硅烷蒸發(fā)罐，蒸發(fā)出的四氯化硅蒸汽重新送入板式塔進(jìn)行精餾，氯硅烷蒸發(fā)罐內(nèi)蒸干后的固體廢渣及少量廢液通過(guò)氯硅烷蒸發(fā)罐排渣口排出。四氯化硅緩沖罐內(nèi)氯硅烷一部分通過(guò)回流泵泵入板式塔塔頂作為回流液，一部分通過(guò)回流泵泵入白炭黑裝置，用于白炭黑生產(chǎn)使用。
[0008]本發(fā)明的主要步驟為:
①工業(yè)級(jí)四氯化硅通過(guò)管道進(jìn)入板式塔內(nèi)進(jìn)行淋洗，去除工業(yè)級(jí)四氯化硅中的金屬離子以及高沸點(diǎn)雜質(zhì)，板式塔液位控制在700-1300_ ；
②在塔內(nèi)，塔釜的廢液通過(guò)再沸器蒸汽加熱汽化形成上升氣流，與從上部噴淋下來(lái)的氯硅烷液體逆向接觸，經(jīng)過(guò)氣液兩相在篩板表面?zhèn)髻|(zhì)、傳熱。為了保證分離效果，塔頂溫度控制在60-100°C，塔釜溫度控制在90-120°C，塔釜壓力控制在0.05-0.25MPaG,板式塔壓差控制在25-50kpa，輕組分由塔頂部排出，經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝進(jìn)入四氯化硅緩沖罐；
③塔釜的重組份通過(guò)管道排入氯硅烷蒸發(fā)罐；
④氯硅烷蒸發(fā)罐將塔釜重組份中的氯硅烷蒸發(fā)汽化，氯硅烷蒸汽則重新送入板式塔進(jìn)行精餾，氯硅烷蒸發(fā)罐底部的廢渣通過(guò)排渣口排出，進(jìn)行堿液中和處理。
[0009]⑤四氯化硅緩沖罐內(nèi)精制四氯化硅一部分通過(guò)回流泵打入板式塔塔頂作為回流液，一部分采出的作為生產(chǎn)氣相白炭黑產(chǎn)品的原料。
[0010]本發(fā)明主要是采用板式塔對(duì)多晶硅無(wú)法利用的工業(yè)級(jí)四氯化硅進(jìn)行提純，塔頂?shù)木s出的四氯化硅生產(chǎn)氣相法白炭黑，塔釜排出金屬離子雜質(zhì)含量高的廢液通過(guò)高效蒸發(fā)器進(jìn)一步將塔釜排液中的四氯化硅蒸發(fā)，將四氯化硅蒸汽送入板式塔中提純，使四氯化硅最大程度的被回收。
[0011]本發(fā)明可以對(duì)工業(yè)級(jí)四氯化硅進(jìn)行提純，大大降低工業(yè)級(jí)四氯化硅中金屬離子的含量，滿足白炭黑生產(chǎn)中原料指標(biāo)的要求，并將氯硅烷全部回收，生產(chǎn)出高品質(zhì)的氣相二氧化硅。經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝裝置提純后，四氯化硅中的金屬離子含量為:鈦離子含量為l-30ppm,招離子含量為l_30ppm,鐵離子含量0.2_3ppm。工業(yè)級(jí)四氯化娃被精制提純,金屬雜質(zhì)的含量已經(jīng)完全能夠達(dá)到生產(chǎn)高品質(zhì)氣相白炭黑的要求。本發(fā)明還具有氯硅烷被全部回收，排液管道不易堵塞，清理勞動(dòng)量小，工藝簡(jiǎn)單，輔助設(shè)備少，操作容易的有益效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明一種白炭黑生產(chǎn)原料的提純及回收方法的工藝流程圖
圖中:1_板式塔2-再沸器3-冷凝器4-四氯化硅緩沖罐5-回流泵6-氯硅烷蒸發(fā)罐。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]本發(fā)明的裝置主要包括:一臺(tái)板式塔，作用:主要用于工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純，將工業(yè)級(jí)四氯化硅中的氯硅烷與金屬離子雜質(zhì)分離；
一臺(tái)再沸器，作用:給板式塔提供熱量，使氯硅烷汽化；一臺(tái)冷凝器，作用:將提純后的氯硅烷蒸汽進(jìn)行冷凝；
一臺(tái)氯硅烷緩沖罐，作用:儲(chǔ)存提純后的氯硅烷；
一臺(tái)回流泵，作用:向板式塔中輸送回流氯硅烷，同時(shí)向白炭黑裝置輸送原料四氯化硅。
[0015]一臺(tái)氯硅烷蒸發(fā)罐，作用:對(duì)板式塔塔釜排出的四氯化硅廢液進(jìn)行蒸發(fā)回收。
[0016]本發(fā)明主要步驟包括:
①工業(yè)級(jí)四氯化硅通過(guò)管道進(jìn)入板式塔I內(nèi)進(jìn)行淋洗，去除工業(yè)級(jí)四氯化硅中的金屬氯化物以及高沸點(diǎn)雜質(zhì)，板式塔液位控制在700-1300mm ；
②在塔內(nèi)，塔釜的廢液通過(guò)再沸器2蒸汽加熱汽化形成上升氣流，與從上部噴淋下來(lái)的氯硅烷液體逆向接觸，經(jīng)過(guò)氣液兩相在篩板表面?zhèn)髻|(zhì)、傳熱。為了保證分離效果，塔頂溫度控制在60-100°C，塔釜溫度控制在90-120°C，塔釜壓力控制在0.05-0.25MPaG,板式塔壓差控制在25-50kpa，輕組分由塔頂部排出，經(jīng)過(guò)冷凝器3冷凝進(jìn)入四氯化硅緩沖罐4 ；
③塔釜的重組份通過(guò)管道排入氯硅烷蒸發(fā)罐6；
④氯硅烷蒸發(fā)罐6將塔釜重組份中的氯硅烷蒸發(fā)汽化，氯硅烷蒸汽則重新送入板式塔I進(jìn)行精餾，氯硅烷蒸發(fā)罐6底部的廢渣通過(guò)排渣口排出，進(jìn)行堿液中和處理。
[0017]⑤四氯化硅緩沖罐4內(nèi)精制四氯化硅一部分通過(guò)回流泵5打入板式塔I塔頂作為回流液，一部分采出的作為生產(chǎn)氣相白炭黑產(chǎn)品的原料。
`[0018]為了保證氣相白炭黑產(chǎn)品品質(zhì)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20020-2005的規(guī)定，一般要求原料四氯化娃中的鐵離子含量低于5ppm,招離子含量低于50ppm,鈦離子含量低于50ppm。
[0019]工業(yè)級(jí)四氯化硅中金屬離子含量為:鈦離子含量100_400ppm，鋁離子含量200-400ppm,鐵離子含量40_150ppm。工業(yè)級(jí)四氯化娃中金屬離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)白炭黑原料要求的指標(biāo)。經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝裝置提純后，四氯化硅中的金屬離子含量為:鈦離子含量為l-30ppm,招離子含量為l_30ppm,鐵離子含量0.2_3ppm。工業(yè)級(jí)四氯化娃被精制提純,金屬雜質(zhì)的含量已經(jīng)完全能夠達(dá)到生產(chǎn)高品質(zhì)氣相白炭黑的要求。
[0020]本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的技術(shù)方案。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種白炭黑生產(chǎn)中工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純回收方法，其特征為工業(yè)級(jí)四氯化硅通過(guò)管道進(jìn)入板式塔內(nèi)進(jìn)行淋洗，再由再沸器加熱汽化，形成上升氣流，與上部噴淋下來(lái)的四氯化硅液體逆向接觸，汽液兩相在篩板表面?zhèn)髻|(zhì)、傳熱，輕組分從塔頂排出，經(jīng)一級(jí)冷凝器冷卻后進(jìn)入四氯化硅緩沖罐，塔釜的重組分排入氯硅烷蒸發(fā)罐，蒸出的四氯化硅蒸汽重新送入板式塔進(jìn)行精餾，氯硅烷蒸發(fā)罐蒸干后的固體廢渣及少量廢液通過(guò)氯硅烷蒸發(fā)罐排渣口排出，四氯化硅緩沖罐內(nèi)氯硅烷一分部通過(guò)回流泵泵入板式塔，在塔頂作為回流液，另一部分通過(guò)回流泵泵入白炭黑裝置，用于白炭黑生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白炭黑生產(chǎn)中工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純回收方法，其特征為板式塔塔頂溫度控制在60-100°C，塔釜溫度控制在90-120°C，塔釜壓力控制在0.05-0.25MpaG,板式塔壓差控制在25_50Kpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白炭黑生產(chǎn)中工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純回收方法，其特征為板式塔液位控制在700-1300mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白炭黑生產(chǎn)中工業(yè)級(jí)四氯化硅的提純回收方法，其特征為再沸器用蒸汽加熱 。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK103482633SQ201310443763
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】胡光健, 劉興平, 陳喜清, 張吉武 申請(qǐng)人:新特能源股份有限公司