全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅尾氣回收處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅的新方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是制造半導(dǎo)體器件、集成電路、太陽能電池的基礎(chǔ)材料。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)人們對(duì)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排和利用清潔能源呼聲的日益提高，使得多晶硅產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。隨著多晶硅行業(yè)的興起發(fā)展，作為生產(chǎn)多晶硅主要原料的三氯氫硅行業(yè)也日益壯大。目前世界上80%以上多晶硅是采用改良西門子法生產(chǎn)的，其余不到20%主要是硅烷熱分解法生產(chǎn)的。改良西門子法生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的四氯化硅釜?dú)堃旱奶幚韱栴}引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。該釜?dú)堃褐饕嵌嗑Ч韪碑a(chǎn)物，即三氯氫硅生產(chǎn)和歧化時(shí)的副產(chǎn)物，四氯化硅粗產(chǎn)物:含有三氯氫硅、四氯化硅、磷、硼和微量的金屬離子雜質(zhì)等。而多晶硅產(chǎn)品的純度要求極高，太陽能級(jí)多晶硅對(duì)磷、硼、金屬等雜質(zhì)的含量要求都在Ippb以下，對(duì)碳雜質(zhì)含量要求在Ippm以下，電子級(jí)多晶硅的雜質(zhì)含量要求更高。而這些雜質(zhì)是引起光纖損耗，石英晶體不純的關(guān)鍵因素，因此四氯化硅必須經(jīng)過嚴(yán)格提純，以除去其中的有害雜質(zhì)，確保產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。
[0003]現(xiàn)今四氯化硅提純的方法包括精餾、吸附、精餾+吸附、絡(luò)合等。其中精餾是最常用的方法，為提高四氯化硅純度，往往使用多個(gè)精餾塔串聯(lián)以期得到高純度的四氯化硅產(chǎn)品。同時(shí)精餾技術(shù)的先進(jìn)性對(duì)提高多晶硅產(chǎn)品的質(zhì)量，降低裝置投資成本，減少裝置運(yùn)行成本起到至關(guān)重要的作用。
[0004]如圖1所示是已有的四氯化硅提純流程圖，具體過程為:四氯化硅廢液罐I中的原料(四氯化硅、三氯氫硅、三氯化磷和其他高沸點(diǎn)雜質(zhì))經(jīng)廢液進(jìn)料栗2栗入脫輕塔3中，塔頂蒸汽再經(jīng)塔頂冷凝器4冷凝后部分回流至精餾塔中，部分采出；塔釜液經(jīng)提純塔進(jìn)料栗6從四氯化硅提純塔7中部進(jìn)入塔中，精餾后在塔頂?shù)玫浇?jīng)冷凝器8冷凝后的四氯化硅產(chǎn)品。所述的脫輕塔和提純塔的塔底分別連有再沸器5和9。該工藝存在除雜種類較少、除雜能力不足、設(shè)備成本與能耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種分離效率高、除雜能力強(qiáng)、環(huán)保低能耗的新型全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅方法。
[0006]本發(fā)明另一目的是提供一種可以獲得光纖級(jí)產(chǎn)品的提純四氯化硅廢液的精餾新
目.ο
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明的全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅的方法，包括以下步驟:
[0009](a)四氯化硅廢液預(yù)熱至40°C_50°C后依次通過四氯化硅廢液儲(chǔ)罐和脫輕塔進(jìn)料栗，進(jìn)入脫輕精餾塔中部進(jìn)料口，精餾開始后，脫輕精餾塔的塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后在回流罐中不斷累積，維持全回流操作使得輕組分在脫輕精餾塔的塔頂不斷提濃，當(dāng)回流罐內(nèi)液體超過操作液位時(shí)，回流罐內(nèi)超出溢流板部分的液體流入到采出區(qū)進(jìn)而被采出；
[0010](b)由四氯化硅和三氯化磷組成的脫輕精餾塔的塔釜液從脫輕精餾塔的塔底排出，由四氯化硅進(jìn)料栗栗入四氯化硅提純塔中部進(jìn)料口，四氯化硅提純塔的塔頂餾分經(jīng)過四氯化硅提純塔的塔頂冷凝器冷凝后一部分回流，另一部分采出得到光纖級(jí)四氯化硅產(chǎn)品，四氯化硅產(chǎn)品質(zhì)量百分比純度達(dá)99.9999%，所述的四氯化硅提純塔的塔底液排放至殘液儲(chǔ)觸。
[0011]本發(fā)明的全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅的裝置，它包括四氯化硅廢液儲(chǔ)罐，所述的四氯化硅廢液儲(chǔ)罐的出液口通過裝有脫輕塔進(jìn)料栗的第一管線與脫輕精餾塔的中部進(jìn)料口相連通，所述的脫輕精餾塔的塔頂通過第二管線依次連接脫輕精餾塔的塔頂冷凝器、回流罐以及脫輕精餾塔的回流口，在所述的回流罐內(nèi)設(shè)置有溢流板將回流罐隔成兩部分，其中一部分作為采出區(qū)，在所述的回流罐的底部與回流罐溢流區(qū)相對(duì)應(yīng)的罐底上開有采出口，所述的采出口與采出管線相連，所述的脫輕精餾塔的塔底出口通過第三管線依次與提純塔進(jìn)料栗以及提純精餾塔的中部進(jìn)料口相連通，在所述的提純精餾塔的塔頂連接有塔頂冷凝器，在所述的脫輕精餾塔和提純精餾塔的塔底分別連接有塔底再沸器。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013]脫輕精餾塔和四氯化硅提純塔兩塔均采用加壓精餾即多塔串聯(lián)連續(xù)加壓精餾，兩個(gè)塔的操作壓力均大于常壓，由于不同物質(zhì)的沸點(diǎn)對(duì)于壓力變化的敏感度不同，常通過壓力的變化提高不同物質(zhì)之間的沸點(diǎn)差。經(jīng)過加壓，三氯氫硅與四氯化硅之間的相對(duì)揮發(fā)度增加，更易于分離，塔頂冷凝器用普通循環(huán)水便可滿足工藝要求，加壓精餾大大降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有的四氯化硅提純流程圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]如圖2所示，本發(fā)明的全回流精餾提純光纖級(jí)四氯化硅的方法，包括以下步驟:
[0018](a)四氯化硅廢液預(yù)熱至40°C_50°C后依次通過四氯化硅廢液儲(chǔ)罐I和脫輕塔進(jìn)料栗2，進(jìn)入脫輕精餾塔3中部進(jìn)料口，精餾開始后，脫輕精餾塔3的塔頂蒸汽經(jīng)冷凝器4冷凝后在回流罐6中不斷累積，維持全回流操作使得輕組分在不斷提濃，當(dāng)回流罐內(nèi)液體超過操作液位時(shí)(根據(jù)實(shí)際操作情況，如70%)，回流罐內(nèi)超出溢流板部分的液體流入到采出區(qū)進(jìn)而被采出；采出可以通過輸送栗也可以靠重力自流，優(yōu)選使用液體輸送栗；由于采用全回流操作，在塔高一定時(shí)使得脫輕精餾塔塔頂輕組分可以實(shí)現(xiàn)最大程度的提濃。
[0019]優(yōu)選脫輕精餾塔的塔板數(shù)為40-50，進(jìn)料位置為從上向下數(shù)第15-20塊板，塔頂操作壓力為200-250kPa，塔釜操作壓力為210-260kPa;塔頂操作溫度為50-80°C，塔釜操作溫度為70-100°C。脫輕塔的主要目的是脫除四氯化硅廢液中的三氯氫硅，采用加壓操作使得三氯氫硅與四氯化硅的沸點(diǎn)差增加，更易于分離;進(jìn)而可以保持塔板數(shù)在一個(gè)較低的數(shù)值以減小設(shè)備成本;同時(shí)進(jìn)料位置位于精餾塔的上部使得提餾段增大，提濃效果將更好;塔頂與塔底的操作溫度較低，有利于降低能耗，節(jié)約成本使得經(jīng)濟(jì)效益最大化。
[0020]所述的脫輕精餾塔為填料精餾塔，也可以是采用篩板塔盤、浮閥塔盤等板式塔結(jié)構(gòu)，優(yōu)選脫輕塔為規(guī)整填料和板式塔相結(jié)合的混裝結(jié)構(gòu)。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的填料精餾塔的塔內(nèi)填料為陶瓷板波紋填料、板波紋金屬填料或絲網(wǎng)波紋填料中的一種。
[0022]脫輕精餾塔再沸器用夾套通入蒸汽間接加熱物料以嚴(yán)格控制塔底溫度。
[0023]優(yōu)選在脫輕精餾塔塔頂設(shè)有兩級(jí)冷凝器，一級(jí)冷凝器管程通入溫度為20_25°C，壓力為400-500kPa的工業(yè)用水，二級(jí)冷凝器管程通入溫度為5-7°C，壓力為400-500kPa的冷凍水。
[0024](b)由四氯化硅和三氯化磷組成的脫輕精餾塔的塔釜液從脫輕精餾塔的塔底排出，由四氯化硅進(jìn)料栗9栗入四氯化硅提純塔10中部進(jìn)料口，四氯化硅提純塔的塔頂餾分經(jīng)過四氯化硅提純塔的塔頂冷凝器11冷凝后一部分回流，另一部分采出得到光纖級(jí)(6N)四氯化硅產(chǎn)品，四氯化硅產(chǎn)品質(zhì)量百分比純度可達(dá)99.9999%，所述的四氯化硅提純塔的塔底液排放至殘液儲(chǔ)罐，四氯化硅提純塔的塔底液中有三氯化磷和其他一部分高沸點(diǎn)雜質(zhì)。
[0025]優(yōu)選的所述的四氯化硅提純塔的總塔板數(shù)為30-40，進(jìn)料位置為從上向下數(shù)第10-20塊板，回流比為3-8，塔頂操作壓力為200-250kPa，塔釜操作壓力為210_260kPa ；塔頂操作溫度為70-100°C，塔釜操作溫度為80-100°C。提純塔主要是將目標(biāo)產(chǎn)物提純至光纖級(jí)。提純塔與脫輕塔的操作壓力一致有利于簡(jiǎn)化流程，降低成本;在產(chǎn)品純度得以保證的前提下，將塔板數(shù)維持在一個(gè)較低的數(shù)值可以減小設(shè)備成本;通常來說回流比越大，熱負(fù)荷越大，將回流比維持在3-8可以盡可能地降低能耗;塔頂與塔底的操作溫度較低，有利于降低能耗，節(jié)約成本使得經(jīng)濟(jì)效益最大化。
[0026]所述的四氯化硅提純塔優(yōu)選規(guī)整填料和板式塔相結(jié)合的混裝結(jié)構(gòu)，四氯化硅提純塔再沸器由夾套通入蒸汽間接加熱物料，嚴(yán)格控制塔底部溫度。
[0027]四氯化硅精餾塔塔頂?shù)睦淠?1的管程通入溫度為20_25°C，壓力為400_500kPa的工業(yè)用水以換熱。
[0028]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置，它包括四氯化硅廢液儲(chǔ)罐I，所述的四氯化硅廢液儲(chǔ)罐I的出液口通過裝有脫輕塔進(jìn)料栗2的第一管線與脫輕精餾塔3的中部進(jìn)料口相連通，所述的脫輕精餾塔3的塔頂通過第二管線依次連接脫輕精餾塔3的塔頂冷凝器4、回流罐6以及脫輕精餾塔3的回流口，在所述的回流罐6內(nèi)設(shè)置有溢流板8將回流罐隔成兩部分，其中一部分作為采出區(qū)7，在所述的回流罐6的底部與回流罐6溢流區(qū)相對(duì)應(yīng)的罐底上開有采出口，所述的采出口與采出管線相連，所述的脫輕精餾塔3的塔底出口通過第三管線依次與提純塔進(jìn)料栗9以及提純精餾塔10的中部進(jìn)料口相連通，在所述的提純精餾塔10的塔頂連接有塔頂冷凝器11，在所述的脫輕精餾塔3和提純精餾塔10的塔底分別連接有塔底再沸器5、12。
[0029]實(shí)施例1
[0030](a)經(jīng)預(yù)熱至40°C的四氯化硅廢液從脫輕精餾塔上部進(jìn)入塔內(nèi)，脫輕精餾塔的塔板數(shù)為40，進(jìn)料位置為從上向下數(shù)第15塊板，原料液流量為:1150kg/h，原料液各組分組成為:90 %