專利名稱：：回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是涉及一種氯化氫回收的方法。
背景技術(shù)：
：在多晶硅生產(chǎn)中，還原爐和/或氫化爐里產(chǎn)生的尾氣組成如下二氯二氫硅SiH2Cl2(簡(jiǎn)稱DCS)、三氯氫硅SiHCl3(簡(jiǎn)稱TCS)、四氯化硅SiCl4(簡(jiǎn)稱TET)、氫氣和氯化氫。尾氣回收技術(shù)是將上述組分從混合氣體中分別進(jìn)行回收?；厥盏臍錃饣氐竭€原爐和/或氫化爐做還原劑，在還原爐中和三氯氫硅反應(yīng)生產(chǎn)最終產(chǎn)品多晶硅；回收的氯化氫返回三氯氫硅合成工段做合成原料。如果回收的氯化氫中氫氣含量較高，三氯氫硅合成工段反應(yīng)物的濃度低，產(chǎn)品三氯氫硅的收率也相應(yīng)的降低，對(duì)三氯氫硅合成的產(chǎn)率造成了影響。同時(shí)氯化氫里邊氫氣含量增加，會(huì)造成返回還原爐和/或氫化爐的氫氣量就減小，加大了制氫的負(fù)荷。目前國(guó)內(nèi)多晶硅行業(yè)中廣泛應(yīng)用的尾氣回收技術(shù)是干法回收利用技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要有以下兩類流程。第一類流程，將多晶硅生產(chǎn)中還原爐和/或氫化爐里產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)冷卻、冷凝，使大部分的二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅液化，剩余的氣體進(jìn)入氯化氫吸收塔，通過(guò)利用氯硅烷(三氯氫硅和四氯化硅的混合物)溶液吸收尾氣中的氯化氫和氣態(tài)氯硅烷實(shí)現(xiàn)氫氣的分離；然后富氯化氫的氯硅烷溶液又進(jìn)入氯化氫精餾塔，通過(guò)精餾分離氯化氫和氯硅烷。精餾塔頂冷凝器采用分凝器，氯化氫是以氣態(tài)的形式從精餾塔頂分離出來(lái)的。因?yàn)樵谖者^(guò)程中氫氣在氯硅烷中是有一定溶解度的，所以通過(guò)精餾塔后，混合溶液中的氫氣只能混入氯化氫中一起離開(kāi)，這樣就導(dǎo)致氯化氫中氫氣含量高。第二類流程(專利公開(kāi)號(hào)CN101357287A)，是先對(duì)尾氣加壓冷卻、冷凝使三氯氫硅和四氯化硅液化，實(shí)現(xiàn)其與二氯二氫硅、氯化氫和氫氣混合氣的分離；然后用四氯化硅吸收混合氣相中的二氯二氫硅和氯化氫，實(shí)現(xiàn)其和氫氣的分離；后來(lái)又通過(guò)升溫使二氯二氫硅和氯化氫汽化解吸；最后通過(guò)對(duì)二氯二氫硅和氯化氫混合氣壓力和溫度的控制，使二氯二氫硅液化，實(shí)現(xiàn)二氯二氫硅和氯化氫的分離。這個(gè)流程，氯化氫是以氣態(tài)形式分離出來(lái)的。因?yàn)樵谖者^(guò)程中氫氣在氯硅烷中是有一定溶解度的，所以四氯化硅中溶解的氫氣最后也進(jìn)入氯化氫里面，氯化氫中氫氣含量比較高。兩類流程中氯化氫均以氣體形式分離出來(lái)的，因此，少量氫氣不可避免地混入氯化氫氣體中。氯化氫進(jìn)入三氯氫硅合成爐與硅粉反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅，三氯氫硅合成爐氣體進(jìn)料量是一定的，如果氯化氫中含有氫氣，氫氣濃度高，氯化氫的總量就少了。反應(yīng)物的濃度低，產(chǎn)品三氯氫硅的收率也相應(yīng)的降低。由如下三氯氫硅合成的反應(yīng)方程式可知，氫氣是合成反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，氫氣濃度增加會(huì)抑制主反應(yīng)，從而降低了三氯氫硅的產(chǎn)率。Si+3HC1—SiHCl3+H2尾氣回收分離出來(lái)的氫氣要送回還原爐和/或氫化爐做還原劑，還原爐和/或氫化爐的氫氣一部分來(lái)自尾氣回收，一部分采用新鮮氫氣。氯化氫里邊氫氣含量增加，返回還原爐和/或氫化爐的氫氣量就減小，這樣就加大了新鮮氫氣的用量。氯化氫氣體體積大儲(chǔ)存很困難，且單位容積的容器儲(chǔ)存的氯化氫氣體的量很小。如果三氯氫硅合成出現(xiàn)問(wèn)題，尾氣回收的氯化氫氣體難于儲(chǔ)存，將會(huì)導(dǎo)致尾氣回收停車，引起還原爐和/或氫化爐停車。由于還原爐的多晶硅生產(chǎn)是三四天的時(shí)間才能生產(chǎn)一爐產(chǎn)品，在多晶硅棒沒(méi)有長(zhǎng)大到標(biāo)準(zhǔn)尺寸時(shí)停車，硅棒無(wú)法再次擊穿，只能將未長(zhǎng)大的硅棒卸下，重新安裝硅芯，損失較大。如果尾氣回收工段出現(xiàn)問(wèn)題，三氯氫硅合成的氯化氫供應(yīng)量就會(huì)不足，三氯氫硅合成就會(huì)部分停車，對(duì)三氯氫硅的生產(chǎn)影響很大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的回收的氯化氫中氫氣濃度高和氣態(tài)氯化氫存儲(chǔ)困難的不足，提供一種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下—種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，包括下述步驟將多晶硅生產(chǎn)中還原爐和/或氫化爐里產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)冷卻、冷凝，使大部分的二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅液化，氣體經(jīng)壓縮后進(jìn)入氯化氫吸收塔，用氯硅烷溶液吸收氣體中的氯化氫和氣態(tài)氯硅烷，絕大部分氫氣從氯化氫吸收塔頂部排出并收集；從氯化氫吸收塔底部排出的富氯化氫的氯硅烷液體通入氯化氫精餾塔進(jìn)行精餾，氯硅烷溶液從氯化氫精餾塔塔底排出，與富氯化氫的氯硅烷液體換熱后進(jìn)入氯化氫吸收塔；含有微量氫氣的氯化氫氣體從所述氯化氫精餾塔塔頂排出，進(jìn)入精餾塔頂全凝器，精餾塔頂全凝器的冷凝液進(jìn)入精餾塔回流罐，微量氫氣從精餾塔回流罐頂部排出并收集，精餾塔回流罐的冷凝液一部分通入氯化氫精餾塔作為回流液，一部分進(jìn)入液體氯化氫儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。優(yōu)選的是氯化氫吸收塔的壓力為0.61.5MPaG，最好是0.91.0MPaG。氯化氫精餾塔的壓力為0.61.5MPaG，最好是0.91.0MPaG。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、提高了回收的氯化氫的純度；2、由于本發(fā)明的氯化氫為液體，因此增加了氯化氫的存儲(chǔ)量；3、縮小了氯化氫吸收塔和氯化氫精餾塔的塔徑，節(jié)省了設(shè)備的投資。圖1為回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的工藝流程圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明?！N回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，包括下述步驟將多晶硅生產(chǎn)中還原爐和/或氫化爐里產(chǎn)生的尾氣(1)經(jīng)過(guò)冷卻冷凝系統(tǒng)A的冷卻、冷凝，使大部分的二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅液化成氯硅烷溶液(2)，氣體經(jīng)過(guò)壓縮系統(tǒng)B的壓縮后進(jìn)入氯化氫吸收塔C，用氯硅烷溶液吸收氣體中的氯化氫和氣態(tài)氯硅烷，絕大部分氫氣(3)從氯化氫吸收塔頂部排出并收集；從氯化氫吸收塔底部排出的富氯化氫的氯硅烷液體(4)通入氯化氫精餾塔E進(jìn)行精餾，氯硅烷溶液(5)從氯化氫精餾塔塔底排出，與富氯化氫的氯硅烷液體在換熱器D換熱后進(jìn)入氯化氫吸收塔；含有微量氫氣的氯化氫氣體從氯化氫精餾塔塔頂排出，進(jìn)入精餾塔頂全凝器F，精餾塔頂全凝器的冷凝液進(jìn)入精餾塔回流罐G，微量氫氣(6)從精餾塔回流罐頂部排出并收集，精餾塔回流罐的冷凝液一部分通入氯化氫精餾塔作為回流液，一部分進(jìn)入液體氯化氫儲(chǔ)罐H進(jìn)行儲(chǔ)存。實(shí)施例1—種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，包括下述步驟將多晶硅生產(chǎn)中還原爐和/或氫化爐里產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)冷卻、冷凝，使大部分的二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅液化，氣體經(jīng)過(guò)壓縮后進(jìn)入氯化氫吸收塔，用氯硅烷溶液吸收氣體中的氯化氫和氣態(tài)氯硅烷，絕大部分氫氣從氯化氫吸收塔頂部排出并收集；從氯化氫吸收塔底部排出的富氯化氫的氯硅烷液體(其摩爾組成如下H20.59%，HCL5.18%，DCS4.57%，TCS0.0064%，TET49.65%)通入氯化氫精餾塔進(jìn)行精餾，在進(jìn)入氯化氫精餾塔之前利用從氯化氫精餾塔塔底排出的氯硅烷溶液或從冷卻冷凝系統(tǒng)排出的氯硅烷溶液進(jìn)行換熱，(將其溫度升到18.2t:，壓力被減到0.95MpaG);氯化氫精餾塔塔釜溫度是126t:，一部分氯硅烷溶液從氯化氫精餾塔塔底排出，與富氯化氫的氯硅烷液體換熱后進(jìn)入氯化氫吸收塔；含有少量氫氣的氯化氫氣體(摩爾組成如下H22.9%，HCL97.1%)從所述氯化氫精餾塔塔頂排出，進(jìn)入精餾塔頂全凝器(冷凝溫度為_(kāi)401:，氯化氫全部被冷凝成液體，而氫氣還是以氣體的形式存在)，精餾塔頂全凝器的冷凝液進(jìn)入精餾塔回流罐，微量氫氣從精餾塔回流罐頂部排出并收集，精餾塔回流罐的冷凝液(摩爾組成如下H20.08%，HCL99.92%)—部分通入氯化氫精餾塔作為回流液，一部分進(jìn)入液體氯化氫儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。液態(tài)的氯化氫(7)可以通過(guò)減壓裝置將其壓力減到0.45MPaG，然后通過(guò)汽化器汽化，氯化氫以2(TC氣體的形式返回到三氯氫硅合成爐。過(guò)程中分離下來(lái)的氯硅烷溶液(8)(組成四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅)除循環(huán)使用以外的，輸送到精餾工段分離出三氯氫硅和四氯化硅等，然后分別送還原爐和氫化爐。還有一部分氯硅烷溶液從氯化氫精餾塔塔底排出后進(jìn)入精餾塔再沸器J，物質(zhì)被汽化后提供能量。1.氯化氫回收率和氯化氫的純度本發(fā)明由于采用了精餾塔頂全凝器，使氯化氫全部被冷凝成液體，而氫氣還是以氣體的形式存在，最后從精餾塔回流罐頂部氣相管線分出，實(shí)現(xiàn)了氫氣和氯化氫的完全分離，克服了傳統(tǒng)干法回收利用技術(shù)中氯化氫中氫氣含量高的問(wèn)題。由于氯化氫中氫氣的含量降低，三氯氫硅合成的產(chǎn)率得到了提高。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2.氯化氫的存儲(chǔ)量液體氯化氫從精餾塔回流罐出來(lái)后進(jìn)入一個(gè)液體氯化氫儲(chǔ)罐，其儲(chǔ)存量可以供氯硅烷合成30小時(shí)的用量。三氯氫硅合成工段即使短時(shí)間停車，尾氣回收仍能夠正常運(yùn)行，保證了還原爐和/或氫化爐的正常生產(chǎn)。因?yàn)橐呀?jīng)將氯化氫冷凝為液體，即使三氯氫硅合成停車時(shí)間超過(guò)三天，所產(chǎn)生的氯化氫仍然可以從液體氯化氫儲(chǔ)罐用泵打入罐車的方式暫時(shí)儲(chǔ)存，待三氯氫硅合成正常后，再逐步將氯化氫返回系統(tǒng)使用。尾氣回收如果短時(shí)間的停車，氯化氫的儲(chǔ)存量能保證氯硅烷合成的氯化氫用量，不必加大氯化氫合成的生產(chǎn)量，不會(huì)影響三氯氫硅合成工段的生產(chǎn)。氯化氫存儲(chǔ)量的加大，減少了某個(gè)工段出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)其他工段的影響，保證了全廠生產(chǎn)的穩(wěn)定性。3.縮小塔徑節(jié)省了投資對(duì)于塔的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，壓力越大，體積流量就越小。由以下公式可得，空塔氣速一定，流量越小，則塔直徑越小。Q=Ji/4氺D2氺liD:i荅的直^5mM:空塔流速m/sQ:進(jìn)料流量m3/s塔的操作壓力升高后，由氣體狀態(tài)方程可得其體積降低，所以塔徑也相應(yīng)降低，整個(gè)塔的投資成本也相應(yīng)降低。權(quán)利要求一種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，其特征是包括下述步驟將多晶硅生產(chǎn)中還原爐和/或氫化爐里產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)冷卻、冷凝，使大部分的二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅液化，氣體經(jīng)壓縮后進(jìn)入氯化氫吸收塔，用氯硅烷溶液吸收氣體中的氯化氫和氣態(tài)氯硅烷，絕大部分氫氣從氯化氫吸收塔頂部排出并收集；從氯化氫吸收塔底部排出的富氯化氫的氯硅烷液體通入氯化氫精餾塔進(jìn)行精餾，氯硅烷溶液從氯化氫精餾塔塔底排出，與富氯化氫的氯硅烷液體換熱后進(jìn)入氯化氫吸收塔；含有微量氫氣的氯化氫氣體從所述氯化氫精餾塔塔頂排出，進(jìn)入精餾塔頂全凝器，精餾塔頂全凝器的冷凝液進(jìn)入精餾塔回流罐，微量氫氣從精餾塔回流罐頂部排出并收集，精餾塔回流罐的冷凝液一部分通入氯化氫精餾塔作為回流液，一部分進(jìn)入液體氯化氫儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，其特征是所述氯化氫吸收塔的壓力為0.61.5MPaG。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，其特征是所述氯化氫吸收塔的壓力為0.91.0MPaG。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，其特征是所述氯化氫精餾塔的壓力為0.61.5MPaG。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，其特征是所述氯化氫精餾塔的壓力為0.91.0MPaG。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了回收多晶硅生產(chǎn)的尾氣中氯化氫的方法，步驟為將尾氣經(jīng)冷卻、冷凝，使大部分氯硅烷液化，氣體經(jīng)壓縮進(jìn)入氯化氫吸收塔，用氯硅烷溶液吸收，氫氣從氯化氫吸收塔頂部排出并收集；從氯化氫吸收塔底部排出的富氯化氫的氯硅烷液體通入氯化氫精餾塔，氯硅烷溶液從氯化氫精餾塔塔底排出；含有微量氫氣的氯化氫氣體從氯化氫精餾塔塔頂排出，進(jìn)入精餾塔頂全凝器，精餾塔頂全凝器的冷凝液進(jìn)入精餾塔回流罐，微量氫氣從精餾塔回流罐頂部排出并收集，精餾塔回流罐的冷凝液一部分通入氯化氫精餾塔作為回流液，一部分進(jìn)入液體氯化氫儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。本發(fā)明提高了回收的氯化氫的純度；增加了氯化氫的存儲(chǔ)量；節(jié)省了設(shè)備的投資。文檔編號(hào)B01D53/18GK101791487SQ20101013590公開(kāi)日2010年8月4日申請(qǐng)日期2010年3月30日優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日發(fā)明者李強(qiáng),楊光,楊玉蘭,王兵,耿玉俠,裴艷紅,馬國(guó)棟申請(qǐng)人:中國(guó)天辰工程有限公司