對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法，其包括：在氯硅烷精餾提純工序的精餾塔系統(tǒng)中，將塔頂?shù)头形镫s質含量最高的精餾塔內的高雜質廢氣排出，并將塔釜高沸物雜質含量最高的精餾塔內的高雜質廢液排出；收集未排出高雜質廢氣的精餾塔內的含氯硅烷廢氣，并輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備；將未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液收集至氯硅烷回收罐；將冷凝液輸送至該氯硅烷回收罐；將該氯硅烷回收罐中的混合液體泵送至吸附床，獲得氯硅烷液體。該方法能夠在保障電子級多晶硅生產系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，最大限度的回收與利用氯硅烷精餾系統(tǒng)廢氣廢液中的氯硅烷，氯硅烷回收率可達95%以上，且節(jié)能降耗、科學環(huán)保。
【專利說明】對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅生產領域，尤其涉及改良西門子法多晶硅生產中，對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法。
【背景技術】
[0002]目前，國內外絕大多數(shù)廠家采用改良西門子法生產制備高純多晶硅，該方法采用大型還原爐(24對棒甚至36對棒)和尾氣干法回收工藝，可以顯著的降低原輔物料的消耗和能耗，但尾氣干法回收工藝只是對三氯氫硅合成尾氣、還原尾氣和氫化尾氣中的氯硅烷、氯化氫、氫氣進行了回收，暫未對精餾含氯硅烷的廢氣、殘液進行回收，其廢氣、殘液均是排入廢氣殘液淋洗工序進行無害化處理。
[0003]對于一個年產3000噸的多晶硅裝置而言，僅氯硅烷精餾提純工序，所產生的廢棄氯硅烷量就每年高達3000?6000噸，且這些廢棄氯硅烷的主要組分是三氯氫硅和四氯化硅，如不加以回收，則會增加后續(xù)系統(tǒng)的處理負荷和難度，造成大量氯硅烷的浪費，增加生產運行成本；如在保證多晶硅產品質量的前提下對這些廢棄氯硅烷進行合理回收，則可以達到節(jié)能降耗和多晶硅節(jié)省生產成本的目的。
[0004]因而，目如急需能夠對多晶娃生廣中氣娃燒精懼提純工序的廢氣和廢液進行處理，從中有效回收氯硅烷的方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能夠對改良西門子法多晶硅生產中氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理，從而高效回收其中的氯硅烷的方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括:在所述氯硅烷精餾提純工序的精餾塔系統(tǒng)中，將塔頂?shù)头形镫s質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢氣于塔頂排出，并將塔釜高沸物雜質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢液于塔底排出；收集未排出高雜質廢氣的精餾塔內的含氯硅烷廢氣，并輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備，以便對所述含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，獲得不凝性氣體和冷凝液；將未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液收集至氯硅烷回收罐；將所述冷凝液輸送至所述氯硅烷回收罐；以及將所述氯硅烷回收罐中的混合液體泵送至吸附床，以便對所述混合液體進行除雜處理，獲得氯硅烷液體，其中，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備包括:冷凝器，所述冷凝器的上部具有冷媒入口且下部具有冷媒出口，頂部具有不凝性氣體出口 ；儲存罐，所述儲存罐設在所述冷凝器下方且與所述冷凝器連通，所述儲存罐的中部具有用于通入所述含氯硅烷廢氣的熱媒入口，底部具有冷凝液出口，所述儲存罐的下部具有氮氣接口，所述氮氣接口位于所述冷凝液出口上方；以及填料式塔板，所述填料式塔板設在所述儲存罐內且位于所述熱媒入口的上方。
[0007]發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，該方法能夠在保障電子級多晶硅生產系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，最大限度的回收與利用氯硅烷精餾系統(tǒng)廢氣廢液中的氯硅烷，從而能夠節(jié)能降耗、大幅度的降低多晶硅生產成本和后續(xù)系統(tǒng)對含氯硅烷廢氣、殘液的處理負荷和難度。此外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的方法工藝流程簡單，在實際應用中可以將目前氯硅烷精餾系統(tǒng)中廢氣、殘液中的氯硅烷回收率提升到95%以上，并且回收得到的氯硅烷品質非常高。
[0008]其中，需要說明的是，根據(jù)本發(fā)明實施例的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法中，所采用的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，通過設置填料式塔板，且將熱媒入口設在填料式塔板的下方，新進的含氯硅烷廢氣經過填料式塔板上的氯硅烷冷凝液淋洗而降溫，隨后已降溫的含氯硅烷廢氣經過冷凝器冷凝而成氯硅烷液體，同時夾雜在氯硅烷冷凝液中少量低沸物因填料式塔板上的傳熱傳質作用而變成氣態(tài)分離出去，起到一定的除雜作用，并提高冷媒冷量的利用率，致使同等量的含氯硅烷廢氣被冷凝回收下來所需的冷凝換熱面積縮小，所需冷媒冷量降低，大大降低設備的制造和使用成本，最終降低了含氯硅烷廢氣中氯硅烷的回收成本，進而降低了本發(fā)明的整個方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法，還可以具有如下附加的技術特征:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中，所述填料式塔板的外徑小于所述儲存罐的內徑，且所述填料式塔板通過螺釘固定在所述儲存罐內。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中，所述冷凝器的外徑與所述儲存罐的外徑大致相等。由此，使得冷凝器與儲存罐的一體化制造更加便利，且連接美觀，另外還方便了冷凝器的檢修和塔板填料的更換與清洗。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述冷凝器的頂部敞開，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括上部封頭，所述上部封頭設在所述冷凝器的頂部，其中所述不凝性氣體出口形成在所述上部封頭上。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述冷凝器與所述上部封頭通過第一法蘭連接；所述冷凝器與所述儲存罐通過第二法蘭連接。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括:氮氣管，所述氮氣管與所述氮氣接口相連。由此，可以利用氮氣加壓的氣力輸送方式將儲存罐內的氯硅烷冷凝液輸送至對應管道、設備和系統(tǒng)中，從而減少了動力設備的投入成本和維護成本。另外，還可以便于檢修置換以及壓料操作。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備包括用于控制所述含氯硅烷廢氣的回收儲存的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別與所述冷凝器、所述儲存罐相連，所述控制系統(tǒng)包括控制器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述儲存罐上具有上壓力接口和下壓力接口，在所述儲存罐的軸向方向上所述上壓力接口和下壓力接口分別位于所述填料式塔板的上方和下方；所述控制系統(tǒng)還包括與所述控制器相連的上壓力表和下壓力表，所述上壓力表與所述上壓力接口相連，且所述下壓力表與所述下壓力接口相連。由此可以通過壓力差的顯示來反映填料式塔板的堵塞情況，方便對填料式塔板的及時更換或清洗。
[0017]優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)還包括設在所述不凝性氣體出口處的調節(jié)閥，所述調節(jié)閥分別與所述上壓力表和所述控制器相連以由所述儲存罐內的壓力控制所述調節(jié)閥的開度。[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制系統(tǒng)還包括與所述控制器相連的液位計，所述液位計連接在設在所述儲存te上的上端接口和下端接口之間。
[0019]優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)還包括切斷閥，所述切斷閥設在所述冷凝液出口處且分別與所述液位計和所述控制器相連。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制系統(tǒng)還包括:連接至所述儲存罐的溫度計；和冷媒流量閥，所述冷媒流量閥連接至所述冷媒入口處，所述冷媒流量閥分別與所述溫度計和所述控制器相連以由所述儲存罐內存儲的氯硅烷冷凝液的溫度控制所述冷媒流量閥的開度。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制器為PLC控制器。由此，本發(fā)明的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，通過PLC可編程邏輯控制器，使切斷閥的開關由儲存罐內液位的高低來決定，從而控制了冷凝液的排放。調節(jié)閥的開度大小由儲存罐內的壓力來決定，從而控制了不凝性氣體的排放。冷媒流量閥的開度大小則由儲存罐內的氯硅烷冷凝液的溫度來決定，由此通過多個單回路控制點構成DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)了較完全的自控操作。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中采用200?500kg/h、-25°C的冷油作為冷媒。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備內的壓力為0.15?0.20MPa,由此，能夠將含氯硅烷廢氣中的TCS、STC冷凝下來，且含氯硅烷廢氣中絕大部分輕沸物會作為不凝性氣體排出，起到一定的除雜作用。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包括:將經過除雜的氯硅烷返回至所述氯硅烷精餾提純工序，以便進行進一步提純處理。由此，本發(fā)明獲得的經過除雜的氯硅烷能夠被充分有效地循環(huán)利用，從而有效降低整個多晶硅生產系統(tǒng)的能耗和成本。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，進一步包括:將所述不凝性氣體以及排出的高雜質廢氣和高雜質廢液，分別進行無害化處理。由此，科學環(huán)保，能夠使整個多晶硅生產系統(tǒng)達到清潔生產的目的。
[0026]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0028]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，本發(fā)明的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法的流程示意圖；
[0029]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，本發(fā)明的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法的流程示意圖；
[0030]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝儲存設備的結構示意圖。
[0031]附圖標記:
[0032]冷凝器I ;冷媒入口 11 ;冷媒出口 12 ;第一法蘭13 ;第二法蘭14 ；
[0033]儲存罐2 ;熱媒入口 21 ;冷凝液出口 22 ;氮氣接口 23 ；[0034]上壓力接口 241 ;下壓力接口 242 ;
[0035]上端接口 251 ;下端接口 252 ;溫度接口 26 ；
[0036]填料式塔板3 ；
[0037]上部封頭4 ;凝性氣體出口 41 ；
[0038]上壓力表51 ;下壓力表52 ;調節(jié)閥53 ;液位計54 ;切斷閥55 ;溫度計56 ；
[0039]冷媒流量閥57 ;流量計58 ；
[0040]人孔6 ;安全附件接口 7
【具體實施方式】
[0041]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0042]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中部”、“上”、“下”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“軸向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0043]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0044]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1，該方法包括:
[0046]SlOO:將塔頂?shù)头形镫s質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢氣于塔頂排出，并將塔釜高沸物雜質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢液于塔底排出
[0047]首先，在所述氯硅烷精餾提純工序的精餾塔系統(tǒng)中，將塔頂?shù)头形镫s質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢氣于塔頂排出，并將塔釜高沸物雜質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢液于塔底排出。
[0048]具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在多晶硅生產氯硅烷精餾提純工序的整個精餾塔系統(tǒng)中，選取一個低沸物直接排放口，即在所有精餾塔中，選取一套塔頂?shù)头形镫s質含量相對較高的塔作為除輕塔，將其高雜質廢氣排出，并至后續(xù)系統(tǒng)進行無害化處理；選取一個高沸物直接排放口，即在所有精餾塔中，選取一套塔釜高沸物雜質含量相對較高的塔作為除重塔，將其高雜質廢液排出，并至后續(xù)系統(tǒng)進行無害化處理。
[0049]S200:收集未排出高雜質廢氣的精餾塔內的含氯硅烷廢氣，并輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備，以便對含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，獲得不凝性氣體和冷凝液
[0050]其次，收集未排出高雜質廢氣的精餾塔內的含氯硅烷廢氣，并輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備，以便對該含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，獲得不凝性氣體和冷凝液。
[0051]具體地，根據(jù)本發(fā)明一個實施例，即將除了上述一套除輕塔外的其余塔內的含氯硅烷廢氣輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備，以便對含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，獲得不凝性氣體和冷凝液。
[0052]其中，根據(jù)本發(fā)明實施例的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，通過設置填料式塔板，且將熱媒入口設在填料式塔板的下方，新進的含氯硅烷廢氣經過填料式塔板上的氯硅烷冷凝液淋洗而降溫，隨后已降溫的含氯硅烷廢氣經過冷凝器冷凝而成氯硅烷液體，同時夾雜在氯硅烷冷凝液中少量低沸物因填料式塔板上的傳熱傳質作用而變成氣態(tài)分離出去，起到一定的除雜作用，并提高冷媒冷量的利用率，致使同等量的含氯硅烷廢氣被冷凝回收下來所需的冷凝換熱面積縮小，所需冷媒冷量降低，大大降低設備的制造和使用成本，最終降低了含氯硅烷廢氣中氯硅烷的回收成本，進而降低了本發(fā)明的整個方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。
[0053]為了方便理解，下面將結合圖3對本發(fā)明的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝儲存設備進行詳細描述。
[0054]根據(jù)本發(fā)明實施例的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，包括:冷凝器1、儲存罐2和填料式塔板3。如圖3所示，冷凝器I的上部具有冷媒入口 11且下部具有冷媒出口 12，頂部具有不凝性氣體出口 41。儲存罐2設在冷凝器I下方且與冷凝器I連通，儲存罐2的中部具有用于通入含氯硅烷廢氣的熱媒入口 21，底部具有冷凝液出口 22，儲存罐2的下部具有氮氣接口 23，氮氣接口 23位于冷凝液出口 22上方。填料式塔板3設在儲存罐2內且位于熱媒入口 21的上方。
[0055]由此，如圖3所示，多晶硅生產系統(tǒng)氯硅烷精餾提純工序中產生的含氯硅烷廢氣從熱媒入口 21進入儲存罐2，且低溫冷媒通過冷媒入口 11進入冷凝器。開始工作時，含氯硅烷廢氣進入儲存罐2后向上通過填料式塔板3進入冷凝器I，含氯硅烷廢氣和低溫冷媒在冷凝器I內進行熱交換，含氯硅烷廢氣中的氯硅烷被冷凝后在其自身的重力作用下到達填料式塔板3處并向下噴淋。隨后由熱媒入口 21進入儲存罐2的含氯硅烷廢氣向上經過填料式塔板3時，與經過填料式塔板3向下移動的冷凝后的氯硅烷液體在填料式塔板3內發(fā)生傳熱傳質作用，從而起到了對新進含氯硅烷廢氣進行預冷的作用。同時夾雜在冷凝后的氯硅烷液體中的少量低沸物在熱交換后變成氣態(tài)向上移動，最后從不凝性氣體出口 41排出，從而起到了除雜作用。在填料式塔板3內熱交換后的含氯硅烷廢氣繼續(xù)向上進入冷凝器I內被最終冷凝成液態(tài)，而未被冷凝的不凝性氣體也通過不凝性氣體出口 41排出。其中，不凝性氣體中包括二氯二氫硅、氯化氫、磷化氫、三氯化硼。
[0056]換句話說，在冷凝器I中冷凝后的氯硅烷液體在其重力作用下經過填料式塔板3，一方面與新進的含氯硅烷廢氣在填料式塔板3上發(fā)生傳熱傳質，且起到淋洗的作用，另一方面受自身重力的影響進入氯硅烷儲存罐2中儲存。
[0057]由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，通過設置填料式塔板3，且將熱媒入口設在填料式塔板3的下方，新進的含氯硅烷廢氣經過填料式塔板3上的氯硅烷冷凝液淋洗而降溫，隨后已降溫的含氯硅烷廢氣經過冷凝器冷凝而成氯硅烷液冷凝液，同時夾雜在氯硅烷冷凝液中少量低沸物因填料式塔板3上的傳熱傳質而變成氣態(tài)分離出去，起到一定的除雜作用，提高冷媒冷量的利用率，致使同等量的含氯硅烷尾氣被冷凝回收下來所需的冷凝換熱面積縮小，所需冷媒冷量降低，大大降低了設備的制造和使用成本，最終降低了含氯硅烷廢氣中氯硅烷的回收成本，進而降低了根據(jù)本發(fā)明實施例的整個方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例,填料式塔板3的外徑略小于儲存罐2的內徑，且填料式塔板3通過螺釘固定在儲存罐2內。進一步地，冷凝器I的外徑與儲存罐2的外徑大致相等。由此，使得冷凝器I與儲存罐2的一體化制造更加便利，且連接美觀，另外還方便了冷凝器I的檢修和塔板填料2的更換與清洗。如圖3所示，可選地，在儲存罐2上設有人孔6，由此便于對儲存罐2的檢修。
[0059]可選地，冷凝器I的頂部敞開，填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括上部封頭4，上部封頭4設在冷凝器I的頂部，其中不凝性氣體出口 41形成在上部封頭4上。優(yōu)選地，冷凝器I與上部封頭4通過兩個第一法蘭13連接；冷凝器I與儲存罐2通過兩個第二法蘭14連接，其中兩個第一法蘭13之間通過螺栓固定，且兩個第二法蘭14之間也通過螺栓固定，圖未示出。進一步地，為了保護儲存罐2和冷凝器1，提高整個設備的使用安全性能，在上部風頭4上開設有安全附件接口 7，如圖3所示，由此可便于對應安全附件爆破片、壓力檢測裝置、安全閥以及安全泄放管線等的安裝。
[0060]在一些實施例中，填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括:氮氣管(圖未示出)，氮氣管與氮氣接口 23相連。由此，可以利用氮氣加壓的氣力輸送方式將儲存罐2內的氯硅烷冷凝液輸送至對應管道、設備和系統(tǒng)中，從而減少了動力設備的投入成本和維護成本。另外，還可以便于檢修置換以及壓料操作。
[0061 ] 為了實現(xiàn)整個設備的自動化控制，根據(jù)本發(fā)明實施例的填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括用于控制含氯硅烷廢氣的回收儲存的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別與冷凝器1、儲存罐2相連，控制系統(tǒng)包括控制器?？蛇x地，控制器為PLC控制器。由此，提高了氯硅烷回收的自控水平。
[0062]考慮到含氯硅烷的尾氣中含有一定量的雜質從而使得填料式塔板3較易堵塞，且填料塔板的順暢是保證其傳熱傳質效果好壞的決定性因素，為了提高設備的利用率，因此，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，儲存罐2上具有上壓力接口 241和下壓力接口242，在儲存罐2的軸向方向上上壓力接口 241和下壓力接口 242分別位于填料式塔板3的上方和下方?？刂葡到y(tǒng)還包括與控制器相連的上壓力表51和下壓力表52,上壓力表51與上壓力接口 241相連，且下壓力表52與下壓力接口 242相連。也即是說，上壓力表51和下壓力表52分別設在填料式塔板3的上方和下方，由此可以通過壓力差的顯示來反映填料式塔板3的堵塞情況，方便對填料式塔板3的及時更換或清洗，具體而言，如果壓力差增大則說明填料式塔板3已被堵塞，需要對填料式塔板3進行更換或清洗；如果壓差很小或未見增大趨勢則說明填料式塔板3未堵塞，暫不用對其進行處理。
[0063]優(yōu)選地，如圖3所示，控制系統(tǒng)還包括設在不凝性氣體出口 41處的調節(jié)閥53，調節(jié)閥53分別與上壓力表51和控制器相連以由儲存罐2內的壓力控制調節(jié)閥53的開度。由此，通過上壓力表51的顯示值與不凝性氣體出口 41處的調節(jié)閥53構成單回路控制，即通過壓力的高低來控制調節(jié)閥53的開度，進而控制冷凝器I和儲存罐2中不凝性氣體的排放。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例，控制系統(tǒng)還包括與控制器相連的液位計54，液位計54設在儲存罐2上的上端接口 251和下端接口 252之間。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)還包括切斷閥55，切斷閥55設在冷凝液出口 22處且分別與液位計54和控制器相連，如圖3所示。液位計54的顯示值與切斷閥55構成單回路控制，即通過儲存罐2內液位的高低控制著切斷閥55的開關狀態(tài)。
[0065]在另一些實施例中，控制系統(tǒng)還可以包括連接至儲存罐2的溫度計56和冷媒流量閥57。具體而言，如圖3所示，溫度計56連接在儲存罐2的溫度接口 26處，冷媒流量閥57連接至冷媒入口 11處，冷媒流量閥57分別與溫度計56和控制器相連以由儲存罐2內存儲的氯硅烷冷凝液的溫度控制冷媒流量閥57的開度。換言之，溫度計56和冷媒流量閥57構成單回路控制，即利用儲存罐2內的氯硅烷冷凝液的溫度來調節(jié)冷媒流量閥57的開度，從而控制冷媒的流量。
[0066]根據(jù)本發(fā)明實施例的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，通過PLC可編程邏輯控制器，使切斷閥55的開關由儲存罐2內液位的高低來決定，從而控制了冷凝液的排放。調節(jié)閥53的開度大小由儲存罐2內的壓力來決定，從而控制了不凝性氣體的排放。冷媒流量閥57的開度大小則由儲存罐2內的氯硅烷冷凝液的溫度來決定，由此通過多個單回路控制點構成DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)了較完全的自控操作。
[0067]下面將參考圖3詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的填料式氯硅烷冷凝儲存設備對多晶硅生產系統(tǒng)氯硅烷精餾提純工序中產生的該含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，從而回收和儲存氯硅烷冷凝液的過程。
[0068]如圖3所不,多晶娃生廣系統(tǒng)氣娃燒精懼提純工序中廣生的含氣娃燒廢氣從熱媒入口 21進入儲存罐2，且低溫冷媒通過冷媒入口 11進入冷凝器。開始工作時，尾氣進入儲存罐2后向上通過填料式塔板3進入冷凝器I，含氯硅烷廢氣和低溫冷媒在冷凝器I內進行熱交換，含氯硅烷廢氣中的氯硅烷被冷凝后在其自身的重力作用下到達填料式塔板3處并向下噴淋。隨后由熱媒入口 21進入儲存罐2的尾氣向上經過填料式塔板3時，與經過填料式塔板3向下移動的冷凝后的氯硅烷液體在填料式塔板3內發(fā)生傳熱傳質作用，從而起到了對新進含氯硅烷廢氣進行預冷的作用。同時夾雜在氯硅烷冷凝液中的少量低沸物在熱交換后變成氣態(tài)向上移動，最后從不凝性氣體出口 41排出，從而起到了除雜作用。在填料式塔板3內熱交換后的含氯硅烷廢氣繼續(xù)向上進入冷凝器I內被最終冷凝成液態(tài)，然后因為其重力作用向下到儲存罐2中保存，而未被冷凝的不凝性氣體也通過不凝性氣體出口 41排出。
[0069]當連接至儲存罐2上的液位計54達到高點液位而發(fā)出結點信號時，切斷閥55將自動打開，并采取氮氣加壓的氣力輸送方式將儲存罐2中的氯硅烷冷凝液輸送至氯硅烷回收罐。而當液位計54達到低點液位而給出信號時，切斷閥55關閉。
[0070]另外，上壓力表51的壓力變化將給控制器以相應的信號，此時調節(jié)閥53的開度將隨壓力的變化而改變，即調節(jié)閥53的開度隨壓力的增大而增大，隨壓力的減小而減小。此夕卜，溫度計56的變化也將控制冷媒流量閥57的開度，即冷媒流量閥的開度隨著溫度的升高而增大，且隨溫度的降低而減小，且冷媒將在上壓力表51和下壓力表52的壓力差(即冷媒入口 11和冷媒出口 12之間的壓力差)的作用下由冷媒出口 12流出冷凝器而回到冷媒儲存系統(tǒng)(圖未示出)，其中由流量計58來指示冷媒流量。
[0071]由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的填料式氯硅烷冷凝儲存設備，除雜作用好，且提高了冷媒冷量的利用率，大大降低設備的制造成本，最終降低了含氯硅烷廢氣中氯硅烷的回收成本，進而降低了根據(jù)本發(fā)明實施例的整個方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。同時，因其填料式塔板3的傳熱傳質作用，還起到一定的精餾塔提純作用，即可以除去少量的低沸物。另外，控制系統(tǒng)包括設在儲存罐和冷凝器上的相應儀表和管線，利用單回路控制組成的DCS系統(tǒng)進行操作，提高了氯硅烷回收的自控水平。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中采用200?500kg/h、_25°C的冷油作為冷媒。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例，將填料式氯硅烷冷凝儲存設備內的壓力設置為0.15?0.20MPa,由此，能夠將含氯硅烷廢氣中的TCS、STC冷凝下來，且含氯硅烷廢氣中絕大部分輕沸物會作為不凝性氣體排出，起到一定的除雜作用。
[0074]S300:將未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液收集至氯硅烷回收罐
[0075]接著，將未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液收集至氯硅烷回收罐。
[0076]具體地，根據(jù)本發(fā)明一個實施例，即將除了上述一套除輕重外的其余塔內的含氯硅烷廢液直接收集至上述的氯硅烷回收罐。
[0077]S400:將所述冷凝液輸送至所述氯硅烷回收罐
[0078]接下來，將所述冷凝液輸送至所述氯硅烷回收罐。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如前所述，在填料式氯硅烷冷凝儲存設備的控制系統(tǒng)上設置與控制器相連的液位計54和切斷閥55 (如圖3所示，液位計54設在儲存罐2上的上端接口 251和下端接口 252之間，切斷閥55設在冷凝液出口 22處且分別與液位計54和控制器相連)，并使液位計54的顯示值與切斷閥55構成單回路控制，從而通過儲存罐2內液位的高低控制切斷閥55的開關狀態(tài)，由此，通過管道等將氯硅烷回收罐與填料式氯硅烷冷凝儲存設備的冷凝液出口連通后，即可通過儲存罐2內液位的高低控制切斷閥55的開關狀態(tài)，進而控制冷凝液向氯硅烷回收罐的輸送。具體地，當連接至儲存罐2上的液位計54達到高點液位而發(fā)出結點信號時，切斷閥55將自動打開,并米取氮氣加壓的氣力輸送方式將儲存罐2中的氯娃燒冷凝液輸送至氯娃烷回收罐。而當液位計54達到低點液位而給出信號時，切斷閥55關閉，冷凝液不輸出。由此，能夠有效控制冷凝液向氯硅烷回收罐輸送。
[0079]當氯硅烷冷凝液輸送至氯硅烷回收罐后，氯硅烷回收罐中同時包含了該來自填料式氯硅烷冷凝儲存設備的氯硅烷冷凝液以及前述的直接來自未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液，兩種液體混合，稱為混合液體。
[0080]S500:將所述氯硅烷回收罐中的混合液體泵送至吸附床，以便對所述混合液體進行除雜處理，獲得經過除雜的氯硅烷
[0081]然后，將上述的氯硅烷回收罐中的混合液體泵送至吸附床，以便對所述混合液體進行除雜處理，獲得經過除雜的氯硅烷。
[0082]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明的方法可以進一步包括:將經過除雜的氯硅烷返回至所述氯硅烷精餾提純工序，以便進行進一步提純處理。由此，本發(fā)明回收的氯硅烷能夠被充分有效地循環(huán)利用，從而有效降低整個多晶硅生產系統(tǒng)的能耗和成本。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明的方法可以進一步包括:將所述不凝性氣體以及排出的高雜質廢氣和高雜質廢液，分別進行無害化處理。由此，科學環(huán)保，能夠使整個多晶硅生產系統(tǒng)達到清潔生產的目的。
[0084]需要說明的是，發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，上述對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法能夠在保障電子級多晶硅生產系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，最大限度的回收與利用氣娃燒精懼系統(tǒng)廢氣廢液中的氣娃燒，從而能夠節(jié)能降耗、大幅度的降低多晶娃生廣成本和后續(xù)系統(tǒng)對含氯硅烷廢氣、殘液的處理負荷和難度。此外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的方法工藝流程簡單，在實際應用中可以將目前氯硅烷精餾系統(tǒng)中廢氣、殘液中的氯硅烷回收率提升到95%以上，并且回收得到的氯硅烷品質非常高。
[0085]下面將結合實施例對本發(fā)明的方案進行解釋。本領域技術人員將會理解，下面的實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限定本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產品。
[0086]實施例1:
[0087]根據(jù)本發(fā)明的對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法，參照圖1-圖3，按照以下步驟，對某工廠的多晶硅生產系統(tǒng)氯硅烷精餾提純工序的精餾塔系統(tǒng)廢氣和廢液進行處理:
[0088]首先，在多晶硅生產氯硅烷精餾提純工序的整個精餾塔系統(tǒng)中，選取一個低沸物直接排放口，即在所有精餾塔中，選取一套塔頂?shù)头形镫s質含量相對較高的塔作為除輕塔，將其高雜質廢氣排出，并至后續(xù)系統(tǒng)進行無害化處理。
[0089]其次，選取一個高沸物直接排放口，即在所有精餾塔中，選取一套塔釜高沸物雜質含量相對較高的塔作為除重塔，將其高雜質廢液排出，并至后續(xù)系統(tǒng)進行無害化處理。
[0090]接著，將除了上述一套除輕塔外的其余塔內的含氯硅烷廢氣輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備(其結構如圖3所示)，以便對含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，獲得不凝性氣體和冷凝液。其中，冷凝處理是利用200?500kg/h、-25°C的冷油作冷媒，于0.20MPa的壓力條件下進行的。
[0091]其中，如圖3所示，填料式氯硅烷冷凝儲存設備中，該含氯硅烷廢氣從熱媒入口 21進入儲存罐2，且低溫冷媒通過冷媒入口 11進入冷凝器。開始工作時，尾氣進入儲存罐2后向上通過填料式塔板3進入冷凝器1，含氯硅烷廢氣和低溫冷媒在冷凝器I內進行熱交換，含氯硅烷廢氣中的氯硅烷被冷凝后在其自身的重力作用下到達填料式塔板3處并向下噴淋。隨后由熱媒入口 21進入儲存罐2的尾氣向上經過填料式塔板3時，與經過填料式塔板3向下移動的冷凝后的氯硅烷液體在填料式塔板3內發(fā)生傳熱傳質作用，從而起到了對新進含氯硅烷廢氣進行預冷的作用。同時夾雜在氯硅烷冷凝液中的少量低沸物在熱交換后變成氣態(tài)向上移動，最后從不凝性氣體出口 41排出，從而起到了除雜作用。在填料式塔板3內熱交換后的含氯硅烷廢氣繼續(xù)向上進入冷凝器I內被最終冷凝成液態(tài)，然后因為其重力作用向下到儲存罐2中保存，而未被冷凝的不凝性氣體也通過不凝性氣體出口 41排出。
[0092]當連接至儲存罐2上的液位計54達到高點液位而發(fā)出結點信號時，切斷閥55將自動打開，并采取氮氣加壓的氣力輸送方式將儲存罐2中的氯硅烷冷凝液輸送至氯硅烷回收罐。而當液位計54達到低點液位而給出信號時，切斷閥55關閉。
[0093]另外，上壓力表51的壓力變化將給控制器以相應的信號，此時調節(jié)閥53的開度將隨壓力的變化而改變，即調節(jié)閥53的開度隨壓力的增大而增大，隨壓力的減小而減小。此夕卜，溫度計56的變化也將控制冷媒流量閥57的開度，即冷媒流量閥的開度隨著溫度的升高而增大，且隨溫度的降低而減小，且冷媒將在上壓力表51和下壓力表52的壓力差(即冷媒入口 11和冷媒出口 12之間的壓力差)的作用下由冷媒出口 12流出冷凝器而回到冷媒儲存系統(tǒng)(圖未示出)，其中由流量計58來指示冷媒流量。
[0094]此外，控制系統(tǒng)包括設在儲存罐和冷凝器上的相應儀表和管線，利用單回路控制組成的DCS系統(tǒng)進行操作，提高了氯硅烷回收的自控水平。
[0095]接下來，將未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液收集至氯硅烷回收罐。并且，如前所述，通過儲存罐2內冷凝液液位的高低控制切斷閥55的開關狀態(tài)，進而控制填料式氯硅烷冷凝儲存設備中冷凝液向氯硅烷回收罐的輸送，從而將冷凝液輸送至氯硅烷回收罐。當連接至儲存罐2上的液位計54達到高點液位而發(fā)出結點信號時，切斷閥55將自動打開，并采取氮氣加壓的氣力輸送方式將儲存罐2中的氯硅烷冷凝液輸送至氯硅烷回收罐。而當液位計54達到低點液位而給出信號時，切斷閥55關閉，冷凝液不輸出。
[0096]然后，將氯硅烷回收罐中的混合液體泵送至吸附床，以便對所述混合液體進行除雜處理，獲得經過除雜的氯硅烷。
[0097]進一步，將經過除雜的氯硅烷返回至所述氯硅烷精餾提純工序，以便進行進一步提純處理。其中回收得到的氯硅烷直接進入精餾提純工序的原料罐中，與原混合氯硅烷料一道進入多晶硅生產的氯硅烷精餾塔提純系統(tǒng)，進而經過精餾提純所得的高純三氯氫硅或四氯化硅分別儲存在對應的產品罐中，供還原工序和氫化工序使用。由此，使本發(fā)明回收的氯硅烷被充分有效地循環(huán)利用，從而有效降低整個多晶硅生產系統(tǒng)的能耗和成本。此外，將所述不凝性氣體以及排出的高雜質廢氣和高雜質廢液，分別進行無害化處理。由此，科學環(huán)保，使整個多晶硅生產系統(tǒng)達到清潔生產的目的。
[0098]經統(tǒng)計可知，通過上述的方法對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理后，氯硅烷回收率高達95%，且電子級多晶硅生產系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。
[0099]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0100]盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種對氯硅烷精餾提純工序的廢氣和廢液進行處理的方法，其特征在于，包括: 在所述氯硅烷精餾提純工序的精餾塔系統(tǒng)中，將塔頂?shù)头形镫s質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢氣于塔頂排出，并將塔釜高沸物雜質含量最高的一個精餾塔內的高雜質廢液于塔底排出； 收集未排出高雜質廢氣的精餾塔內的含氯硅烷廢氣，并輸送至填料式氯硅烷冷凝儲存設備，以便對所述含氯硅烷廢氣進行冷凝處理，獲得不凝性氣體和冷凝液； 將未排出高雜質廢液的精餾塔內的含氯硅烷廢液收集至氯硅烷回收罐； 將所述冷凝液輸送至所述氯硅烷回收罐；以及 將所述氯硅烷回收罐中的混合液體泵送至吸附床，以便對所述混合液體進行除雜處理，獲得經過除雜的氯硅烷， 其中，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備包括: 冷凝器，所述冷凝器的上部具有冷媒入口且下部具有冷媒出口，頂部具有不凝性氣體出口 ； 儲存罐，所述儲存罐設在所述冷凝器下方且與所述冷凝器連通，所述儲存罐的中部具有用于通入所述含氯硅烷廢氣的熱媒入口，底部具有冷凝液出口，所述儲存罐的下部具有氮氣接口，所述氮氣接口位于所述冷凝液出口上方；以及 填料式塔板，所述填料式塔板設在所述儲存罐內且位于所述熱媒入口的上方。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中，所述填料式塔板的外徑小于所述儲存罐的內徑，且所述填料式塔板通過螺釘固定在所述儲存罐內， 任選地，在所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中，所述冷凝器的外徑與所述儲存罐的外徑大致相等， 任選地，所述冷凝器的頂部敞開，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括上部封頭，所述上部封頭設在所述冷凝器的頂部，其中所述不凝性氣體出口形成在所述上部封頭上，任選地，所述冷凝器與所述上部封頭通過第一法蘭連接； 所述冷凝器與所述儲存罐通過第二法蘭連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括: 氮氣管，所述氮氣管與所述氮氣接口相連。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備還包括用于控制所述含氯硅烷廢氣的回收儲存的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別與所述冷凝器、所述儲存罐相連，所述控制系統(tǒng)包括控制器。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述儲存罐上具有上壓力接口和下壓力接口，在所述儲存罐的軸向方向上所述上壓力接口和下壓力接口分別位于所述填料式塔板的上方和下方； 所述控制系統(tǒng)還包括與所述控制器相連的上壓力表和下壓力表，所述上壓力表與所述上壓力接口相連，且所述下壓力表與所述下壓力接口相連， 任選地，所述控制系統(tǒng)還包括設在所述不凝性氣體出口處的調節(jié)閥，所述調節(jié)閥分別與所述上壓力表和所述控制器相連以由所述儲存罐內的壓力控制所述調節(jié)閥的開度， 任選地，所述控制系統(tǒng)還包括與所述控制器相連的液位計，所述液位計設在所述儲存罐上的上端接口和下端接口之間。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括切斷閥，所述切斷閥設在所述冷凝液出口處且分別與所述液位計和所述控制器相連。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括: 連接至所述儲存罐的溫度計；和 冷媒流量閥，所述冷媒流量閥連接至所述冷媒入口處，所述冷媒流量閥分別與所述溫度計和所述控制器相連以由所述儲存罐內存儲的氯硅烷冷凝液的溫度控制所述冷媒流量閥的開度， 任選地，所述控制器為PLC控制器。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備中采用200~500kg/h、_25°C的冷油作為冷媒， 任選地，所述填料式氯硅烷冷凝儲存設備內的壓力為0.15~0.20MPa。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括: 將所述經過除雜的氯硅烷返回至所述氯硅烷精餾提純工序，以便進行進一步提純處理。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括: 將所述不凝性氣體以及排出`的高雜質廢氣和高雜質廢液，分別進行無害化處理。
【文檔編號】C01B33/107GK103550948SQ201310542662
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權日:2013年11月5日
【發(fā)明者】曾亞龍, 平述煌, 閆日春, 李仕勇, 陸大軍, 王金, 趙生艷, 羅平, 李涌, 辜鋒, 李俊朝, 張云華 申請人:昆明冶研新材料股份有限公司