廢氣凈化方法及用于該方法的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢氣凈化方法及用于該方法的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種廢氣凈化方法及用于該方法的裝置，所述廢氣凈化方法從用化學氣相沉積進行多晶硅的沉積工藝后排放的廢氣中去除氯化氫，并且可以分離高純度的氫氣。
[0002]本申請要求了于2013年8月28日向韓國知識產權局提交的申請?zhí)枮?0-2013-0102573的韓國專利申請的優(yōu)先權，其全部內容在此以參考方式并入。
【背景技術】
[0003]已知的制備用于太陽能電池的多晶硅的方法之一是在化學氣相沉積(CVD)反應器中沉積多晶硅，又稱為西門子法。
[0004]在西門子法中，硅絲通常在1000°C以上的高溫下暴露在三氯硅烷與載氣中。三氯硅烷氣體通過以下的化學方程式I分解成硅，并且硅沉積到加熱的硅絲上，從而使加熱的硅絲生長。
[0005][化學方程式I]
[0006]2HSiCl3->Si+2HCl+SiCl4
[0007]通過化學氣相沉積進行多晶硅的沉積工藝后，氯硅烷化合物例如二氯硅烷、三氯硅烷或四氯化硅，氫氣和氯化氫被排放出來。
[0008]包含氯硅烷化合物、氫氣和氯化氫的廢氣(OGR)通常經由以下4個步驟進行回收及再利用:I)冷凝&壓縮工序，2)HC1吸收&蒸餾工序，3)氫氣(H2)吸附工序，以及4)氯硅烷化合物的分離工序。
[0009]更具體地，從多晶硅沉積反應器中排出的廢氣被轉移至前述冷凝&壓縮工序，冷卻并被導入分離罐(knock-out drum)。再根據(jù)溫度來分離，氯娃燒化合物的冷凝相流被轉移至所述吸收&蒸餾工序中的HCl蒸餾塔，并且非冷凝相流經冷卻和壓縮，然后被轉移至HCl吸收塔的底部。在所述非冷凝相流中的氫氣(H2)的組成比約為90mol%或更多。
[0010]上述從吸收&蒸餾工序導入的非冷凝相流經冷卻，然后被導入至HCl吸收塔。在HCl蒸餾塔中已去除了氯化氫的冷凝相流被噴灑并在吸收塔的上端混合，且非冷凝相流中的氯硅烷化合物及氯化氫被吸收并去除。
[0011]已去除了大部分氯硅烷化合物和氯化氫的氫氣流被導入填充有活性碳的塔中，剩余的氯硅烷化合物和氯化氫被吸附，由此回收高純度的氫氣。
[0012]上述氫氣凈化工序是一種變壓吸附(PSA)法，其用于多晶硅廢氣的分離和凈化。
[0013]所述變壓吸附法的缺點是能效低，這是因為其由冷凝和壓縮工序組成，并且由于其是物理過程，所以維護費用高昂。并且，在變壓吸附法中，吸附工序是一種通過使用活性碳選擇性地吸附和移除氯化氫、氫氣和氯硅烷化合物中所要被移除的氣體的工藝，活性碳再生工序是一種從被氯化氫和氯硅烷化合物污染的吸附劑中解吸附所吸附的材料的工藝，且吸附工序和再生工序在至少兩個吸附塔中交替地進行。然而，現(xiàn)有的變壓吸附法的缺點是吸附工序和再生工序分別進行，因此，工藝非常復雜，且設備和處理費用昂貴。
[0014]此外，在使用活性碳的吸附過程中，氯硅烷化合物在活性碳的表面以液相凝結，并能輕易去除，但是因為氯化氫的低沸點使得其以氣相在活性碳的表面形成物理鍵，其在室溫下脫附，因此大部分氯化氫未被去除就被排出。且因為其相對氯硅烷化合物而言分子量低，所以需要應用額外的工序從氫氣中完全分離。
[0015]因此，由于氯化氫的腐蝕可能造成諸如設備的機械故障、壽命縮短以及氯硅烷化合物的泄露等的問題，多晶硅的純度可能受到影響。

【發(fā)明內容】

[0016]技術問題
[0017]為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于廢氣凈化的方法，該方法可以有效地將氯化氫氣體從用化學氣相沉積(CVD)的多晶硅沉積工藝中產生的廢氣中去除，并且還提供一種用于所述方法的裝置。
[0018]技術方案
[0019]本發(fā)明提供一種廢氣凈化方法，該方法包括:
[0020]制備碳載體，在所述碳載體上負載有過渡金屬催化劑；以及
[0021]將含有氯化氫(HCl)、氫氣(H2)和氯硅烷化合物的廢氣通過所述碳載體以去除氯化氫。
[0022]本發(fā)明還提供一種用于廢氣凈化的裝置，該裝置包括:
[0023]催化反應器，其包括負載有過渡金屬催化劑的碳載體，并使含有氯化氫(HCl)、氫氣(H2)和氯硅烷化合物的廢氣通過以去除氯化氫；以及
[0024]分離器，用于將氫氣和氯硅烷化合物從已通過所述催化反應器的廢氣中分離出來。
[0025]有益效果
[0026]根據(jù)所述廢氣凈化的方法和裝置，可以有效地從廢氣中去除氯化氫，而且許多由氯化氫產生的問題，諸如，腐蝕、氯硅烷泄露、分離膜更換、活性碳中雜質的洗滌等均可減少。因此，能夠制得去除了氯化氫的高純度的氫氣。
[0027]而且，本發(fā)明的廢氣凈化方法可通過相對簡單和低耗能的裝置來實現(xiàn)，因此可以降低設備和工藝運行成本。
【附圖說明】
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的廢氣凈化裝置。
[0029]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的廢氣凈化裝置。
[0030]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的廢氣凈化裝置。
[0031 ]圖4為在實施例1和比較例I中隨時間測量廢氣組成的圖。
[0032]圖5為在實施例1和比較例I中隨時間用氣相色譜儀測量廢氣中氯化氫的含量的圖。
【具體實施方式】
[0033]本文所使用的術語“第一”、“第二”等是用來解釋各種構成元件，并且它們僅用于將一種構成元件與另一種構成元件區(qū)分的目的。
[0034]并且，本文中所使用的術語僅用于解釋示例性實施例，且并不旨在限制本發(fā)明。單數(shù)表達也包括其復數(shù)表達，除非在上下文中另有明確表示。在本文中所使用的“包含”、“配備有”或“具有”之類的術語用于指定實踐特性、數(shù)目、步驟、構成元件或其組合的存在，并且應當理解為不排除一個或多個其他特性、數(shù)目、步驟、構成元件或其組合的添加或存在的可會K。
[0035]并且，如果一個層或一個元件被提及為形成于“層”或“元件”的“上面”或“上方”，這意味著每一個層或元件被直接形成在該層或元件上，或者在層、主體或基材之間可形成其他的層或元件。
[0036]雖然可對本發(fā)明進行各種修改并且本發(fā)明可具有各種形式，但在下文中，僅示例具體實施例并進行詳細說明。然而，這些都不是將本發(fā)明限定為特定公開的內容，并且應當理解，本發(fā)明包括在本發(fā)明的概念和技術范圍內的所有的修改、等同或替代。
[0037]在下文中，將詳細說明根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化方法和裝置。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種用于廢氣凈化的方法，包括:制備在其上負載有過渡金屬催化劑的碳載體;并且將含有氯化氫(HCl)、氫氣(H2)和氯硅烷化合物的廢氣通過所述碳載體以去除氯化氫。
[0039]首先，本發(fā)明凈化方法的對象是包含氯化氫(HCl)、氫氣(H2)和氯硅烷化合物的廢氣，且上述廢氣可由各種工藝產生，特別地，上述廢氣可以是通過化學氣相沉積(CVD)進行多晶硅沉積工藝后所排出的氣體。
[0040]化學氣相沉積(CVD)是已知的用于制備多晶硅的方法之一，其是指以下工藝:加熱硅絲，然后注入氣態(tài)的硅前體化合物，例如，三氯硅烷，使其熱解，由此將硅沉積在硅絲上。[0041 ]作為通過化學氣相沉積的多晶硅的沉積工藝的副產物，會產生例如二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)和四氯化硅(SiCl4)等氯硅烷化合物以及含有氯化氫(HCl)和氫氣(?)的廢氣。
[0042]氫氣和氯硅烷化合物可從廢氣中的多種成分中分離出來，并且在化學氣相沉積中循環(huán)利用。然而，在廢氣中的各種成分中，氯化氫的再循環(huán)利用非常困難，而且可能造成裝置的腐蝕，因此，在進行該工藝后，優(yōu)選地將其去除，但是去除氯化氫并不容易，這是因為它的低沸點和低分子量。
[0043]現(xiàn)有的廢氣凈化方法中，從多晶硅反應器排出的廢氣被轉移至冷凝及壓縮工序，并進行分離。由此，含有氯硅烷化合物的冷凝相流被轉移至蒸餾塔的頂部，而非