一種生產(chǎn)電子級氫氣的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)電子級氫氣的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過數(shù)十年的研究和生產(chǎn)實踐，流化床法、冶金法生產(chǎn)多晶硅等只能生產(chǎn)勉強滿足太陽能級要求的多晶硅，難以生產(chǎn)高純度多晶硅。在生產(chǎn)電子級多晶硅方面，SiCl4法生產(chǎn)電子級多晶硅的成本較高，剩下的是SiH4分解法生產(chǎn)電子級多晶硅和SiHCl3法生產(chǎn)電子級多晶硅，從生產(chǎn)成本和效益等多方面考慮，目前世界上大部分多晶硅企業(yè)采用SiHClji生產(chǎn)電子級多晶硅。
[0003]氫氣是SiHCl3法生產(chǎn)電子級多晶硅的重要原料，在生產(chǎn)過程中需要大量的氫氣進行循環(huán)，將精制的三氯氫硅進行氫還原反應(yīng)生產(chǎn)高純的電子級多晶硅。氫氣質(zhì)量直接影響生產(chǎn)的電子級多晶硅的品質(zhì)，在整個生產(chǎn)中大量的氫氣進行循環(huán)的過程中，多晶硅生產(chǎn)中回收的氫氣必須經(jīng)過凈化后才能達到生產(chǎn)電子級多晶硅的需求。
[0004]目前國內(nèi)外SiHCl3法生產(chǎn)電子級多晶硅，基本上采用將多晶硅尾氣經(jīng)過多級冷卻、吸收分離氯化氫和氯硅烷后來回收氫氣，將回收的氫氣返回再去將SiHCl3進行氫還原反應(yīng)生產(chǎn)多晶硅，但是，通?；厥盏臍錃庵泻新然瘹洹⒙然?、氯化磷、磷烷、硼烷、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮氣、ch3bci2、(ch3)2ph、(ch3)3cci等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對多晶硅的品質(zhì)有害，進而使得使用回收的氫氣生產(chǎn)的多晶硅達不到電子級多晶硅的要求?，F(xiàn)有技術(shù)中，凈化多晶硅生產(chǎn)中回收的氫氣，采用單一的物理吸附技術(shù)或者采用水進行凈化來回收氫氣，這些方法除雜質(zhì)并不能完全除掉回收氫氣中氯化氫、氯化硼、氯化磷、磷烷、ch3bci2、(ch3)2ph等雜質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種生產(chǎn)電子級氫氣的方法和裝置，該方法得到了純度為99.9999 %以上的電子級氫氣，完全除掉了氫氣中氯化氫、氯化硼、氯化磷、磷烷、ch3bci2、(ch3) 3ph等雜質(zhì)。
[0006]解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種生產(chǎn)電子級氫氣的方法，包括以下步驟:
[0007](1)將多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣通過活性炭吸附劑進行吸附；
[0008](2)使用含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液進行淋洗，得到電子級氫氣。其中，所述電子級氫氣的露點低于_50°C，純度為99.9999%以上，低于100%。
[0009]優(yōu)選的是，所述步驟(2)之后還包括步驟(3)通過分子篩和硅膠的混合吸附劑進行吸附。
[0010]優(yōu)選的是，所述步驟(3)中，所述混合吸附劑中的分子篩與氫氣的質(zhì)量比為(5?21):1，所述混合吸附劑中的硅膠與氫氣的質(zhì)量比為(6?23):1。
[0011]優(yōu)選的是，所述步驟(1)中所述通過活性炭吸附劑時，溫度為0?40°C，壓力為1.2 ?3.0MPa ο
[0012]優(yōu)選的是，所述步驟(1)中所述活性炭吸附劑與氫氣的質(zhì)量比為(2?16):1。
[0013]優(yōu)選的是，所述步驟(2)中所述含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液中的氫氧化鈉的濃度為5?15wt%，高錳酸鉀濃度為0.5?6wt%。
[0014]優(yōu)選的是，所述步驟⑵中所述水溶液的溶劑為電導率為18?30ΜΩ -cm的超純水。
[0015]優(yōu)選的是，所述步驟(2)中所述使用含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液進行淋洗時，壓力為0.8?2.2MPa，溫度為5?20°C。
[0016]本發(fā)明還提供一種上述生產(chǎn)電子級氫氣的方法所用裝置，包括:
[0017]裝填有活性炭吸附劑的吸附柱，用于吸附多晶硅尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣中的雜質(zhì)；
[0018]淋洗塔，與所述裝填有活性炭吸附劑的吸附柱連接，所述淋洗塔用于使用含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液對氫氣進行淋洗。
[0019]優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)電子級氫氣的方法所用裝置還包括裝填有分子篩和硅膠的混合吸附劑的吸附柱，與所述淋洗塔連接，所述裝填有分子篩和硅膠的混合吸附劑的吸附柱用于再次吸附氫氣中殘留的雜質(zhì)。
[0020]本發(fā)明中的方法將多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣，通過活性炭吸附劑的吸附和含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液的淋洗，得到了純度為99.9999%以上的電子級氫氣，完全除掉了氫氣中氯化氫、氯化硼、氯化磷、磷烷、CH3BC12、(CH3)2PH等雜質(zhì)，氫氣凈化效率高，將多晶硅生產(chǎn)中無法生產(chǎn)高純多晶硅的廢氫氣凈化后，變廢為寶轉(zhuǎn)化成高價值的電子級氫氣。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例5中的生產(chǎn)電子級氫氣的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:1_裝填有活性炭吸附劑的吸附柱；2_淋洗塔；3_裝填有分子篩和硅膠的混合吸附劑的吸附柱；4_上部入口 ；5_下部入口 ；6_配液罐。
【具體實施方式】
[0023]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0024]實施例1
[0025]本實施例提供一種生產(chǎn)電子級氫氣的方法，包括以下步驟:
[0026](1)將多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣通過活性炭吸附劑進行吸附。
[0027]多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣中含有氯化氫、氯化硼、氯化磷、磷烷、硼烷、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮氣、CH3BC12、(CH3)2PH、(CH3)3CC1等雜質(zhì)，這樣的多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945 %的氫氣如果繼續(xù)運用到多晶硅生產(chǎn)中的話，那么對不利于生產(chǎn)高純度的電子級多晶石圭。
[0028]步驟(1)中的多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣中的雜質(zhì)含量:其中，氯化氫、氯化硼、氯化磷、磷烷、硼烷的總的體積含量為100?500ppm，氯硅烷、CH3BC12、(CH3)2PH、(CH3)3CC1總的體積含量為100?800ppm，氮氣的體積含量為300?600ppm,甲燒、一氧化碳和二氧化碳的體積含量為5?20ppm,余量為氣氣。
[0029]步驟(1)中的多晶硅生產(chǎn)中的尾氣經(jīng)過處理后得到的純度為99.808?99.945%的氫氣經(jīng)過活性炭吸附劑進行初凈化，經(jīng)過活性炭吸附劑后，氫氣中部分氯化氫、氯硅烷、氯化硼、氯化磷、ch3bci2、(ch3)2ph、(ch3)3cci被活性炭吸附下來，經(jīng)活性炭吸附后氫氣中含微量氯化氫、氯硅烷、氯化硼、氯化磷、磷烷、硼烷、一氧化碳、二氧化碳、甲燒、氮氣、CH3BC12、(ch3)2ph、(ch3)3cci 的氫氣。
[0030](2)使用含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液進行淋洗，得到電子級氫氣。其中，所述電子級氫氣的露點低于-50°c，純度為99.9999%以上，低于100%。
[0031]含微量氯化氫、氯硅烷、氯化硼、氯化磷、磷烷、硼烷、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮氣、ch3bci2、(ch3)2ph、(ch3)3cci的氫氣，使用含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液進行淋洗，將氫氣中的微量氯化氫、氯硅烷、氯化硼、氯化磷、磷烷、二氧化碳、ch3bci2、(ch3)2ph可完全脫除。磷烷及二氧化碳反應(yīng)機理如下:
[0032]PH3+2KMn04 = Κ2ΗΡ04+Μη203+Η20
[0033]C02+2Na0H = Na2C03+H20
[0034]此時，氫<氣中含有微量硼燒、一氧化碳、甲燒、氮氣、(CH3)3CC1,該氫<氣為電子級氫<氣，所述電子級氫氣的露點低于_50°C，純度為99.9999%以上，低于100%
[0035]優(yōu)選的是，所述步驟(2)之后還包括步驟(3)通過分子篩和硅膠的混合吸附劑進行吸附。
[0036]經(jīng)凈化的含微量硼烷、一氧化碳、甲烷、氮氣、(CH3)3CC1的氫氣，通過分子篩和硅膠的混合吸附劑進行吸附，將硼烷、一氧化碳、甲烷、氮氣、(CH3)3CC1再次吸附，最終得到的氫氣中的甲燒和一氧化碳體積含量小于0.lppm,氮氣的體積含量小于0.7ppm。
[0037]優(yōu)選的是，所述步驟(3)中，所述混合吸附劑中的分子篩與氫氣的質(zhì)量比為(5?21):1，所述混合吸附劑中的硅膠與氫氣的質(zhì)量比為(6?23):1。
[0038]優(yōu)選的是，所述步驟⑴中所述通過活性炭吸附劑時，溫度為0?40°C，壓力為
1.2 ?3.0MPa ο
[0039]優(yōu)選的是，所述步驟⑴中所述活性炭吸附劑與氫氣的質(zhì)量比為(2?16):1。
[0040]優(yōu)選的是，所述步驟(2)中所述含有氫氧化鈉和高錳酸鉀的水溶液中的氫氧化鈉的濃度為5?15wt%，高錳酸鉀濃度為0.5?6wt%。
[0041]優(yōu)選的是，所述步驟⑵中