CN101774544B - 生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，属于气体分离领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，该方法可以分离得到纯度较高的氯化氢。本发明生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，包括如下步骤：a、一次气体淋洗：生产多晶硅所产生的尾气用氯硅烷液体吸收，得到富液，富液与氯硅烷气体进行热交换，得到气相1；b、二次气体淋洗：气相1与氯硅烷液体进行热交换，得到气相2；c、一次冷凝：气相2于-20～-10℃冷凝，得到氯硅烷液体和气相3；d、三次气体淋洗：气相3与氯化氢液体进行热交换，得到氯硅烷液体和气相4；e、二次冷凝：气相4于-40～-45℃冷凝，分离得到液体氯化氢和氢气。

Description

生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法

技术领域

本发明涉及生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，属于气体分离领域。

背景技术

在多晶硅生产中，由于三氯氢硅合成工序、三氯氢硅还原反应工序以及四氯化硅氢化工序的化学反应不完全，会产生大量未反应完全的尾气，尾气包含氯硅烷混合物、氯化氢和氢气。尾气直接排放不仅污染环境，还不利于节约成本，因此，需要对尾气回收利用。尾气回收利用是将尾气中的各组份分离提纯重复利用。其中，氯化氢送至三氯氢硅合成工序使用，氯化氢的质量要求为：HCl≥95％(体积比，下同)，氢气≤5％。

传统的回收氯化氢的方法(工艺流程见附图1)包括一次气体解吸和冷凝步骤，具体工艺过程为：

一次气体淋洗：采用氯硅烷吸收尾气，得到吸收了氯化氢的氯硅烷液体(即富液)，富液进入氯硅烷解吸塔由上部淋洗而下。氯硅烷解吸塔的下部设置有加热氯硅烷的再沸器，使氯硅烷气化。气化后的氯硅烷气流从下而上，经过解吸填料(解吸填料可以扩大氯硅烷气流与富液的接触面积)与从上部淋洗而下的富液热交换，使溶解在氯硅烷中的氯化氢被解吸出来，得到气相1(氯化氢、氢气和氯硅烷气体的混合物)。

冷凝：在解吸塔顶部设置有冷凝器(如：R-22冷凝器)，一次气体淋洗所得气相1经解吸塔顶部的冷凝器冷凝分离(冷凝温度约为-35～-40℃)得到液相和气相，液相(即氯硅烷液体)返回到解吸塔吸收下一批尾气，气相即为回收的氯化氢产品。

上述传统的回收氯化氢的方法存在以下缺陷：

1、采用氯硅烷吸收氯化氢时，同时也吸收尾气中的少量氢气，因此在解吸氯化氢的同时，氢气也被解吸出来混入氯化氢中，同时，传统工艺未能使氯化氢液化，实现与不凝性氢气的分离，从而使氯化氢气体中氢气含量超标。

2、解吸塔顶部的冷凝器冷冻负荷较大，能耗较高，增加了回收成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，该方法可以分离得到纯度较高的氯化氢。

本发明生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，包括如下步骤：

a、尾气吸收：生产多晶硅所产生的尾气用氯硅烷液体吸收，得到富液；

b、一次气体淋洗：富液与氯硅烷气体进行热交换，得到气相1(氯硅烷、氯化氢和氢气的混合气)；

c、二次气体淋洗：气相1与氯硅烷液体进行热交换，得到气相2；由于氯硅烷液体温度较低，使气相1中的部分氯硅烷被冷凝成液体；

d、一次冷凝：气相2于-20～-10℃冷凝，得到氯硅烷液体和气相3；经过冷凝，进一步除去气相2中的氯硅烷；

e、三次气体淋洗：气相3与氯化氢液体进行热交换，得到氯硅烷液体和气相4；氯化氢液体温度为-40℃左右，使气相3中的氯硅烷冷凝为液体；

f、二次冷凝：气相4于-40～-45℃冷凝(可用R22深冷器冷凝)，分离得到液体氯化氢和氢气(氢气不被冷凝)。

其中，为了扩大上述b、c、e步骤中进行热交换时气体与液体的接触面积，提高解吸效率，上述b、c、e步骤中气体与液体优选通过解吸填料进行热交换。气体解吸一般在解吸塔中进行，气体从解吸填料下方进入，解吸填料上方淋洗液体。上述的解吸填料可以为常规的气体解吸用填料，如：鲍尔环填料等。

其中，上述c步骤中进行热交换的氯硅烷液体的温度为-20～-10℃。

其中，上述d步骤中气相2优选用冷冻盐水换热器冷凝。

进一步的，为了节约成本，上述d、e步骤所得氯硅烷液体返回c步骤循环使用。

其中，上述e步骤中进行热交换的氯化氢液体的温度为-40～-45℃。

本发明方法在进行深冷(-40～-45℃冷凝)前可以将气体中大部分氯硅烷气体冷凝下来，从而使氯硅烷与其它组份有效分离。冷冻盐水换热器分担了R22冷凝器的大部分热负荷，使整个解吸塔的能耗降低。经过深冷，氯化氢液化后与不凝性气体氢气能够有效分离，本发明方法可以分离得到纯度达99％以上的氯化氢，使生产多晶硅所产生的尾气可以回收利用，不仅避免了尾气对环境的污染，还节约了生产成本，为本领域提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是传统的回收氯化氢的工艺流程图；

图2是本发明回收氯化氢的工艺流程图；

图中的标记，1为解吸塔，2为R22冷凝器，3为再沸器，4为下层填料，5为中层填料，6为上层填料，7为隔板，8为冷冻盐水换热器，9为气液分离罐。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例  采用本发明方法回收氯化氢

本发明方法的工艺流程图见附图2，图中的解吸塔1设置有三层填料(都为鲍尔环填料)，即上层填料6、中层填料5和下层填料4，上层填料6和中层填料5之间设置有隔板7，解吸塔1的下部设置有加热氯硅烷的再沸器3，使氯硅烷气化。

具体生产过程为：

1、尾气吸收

生产多晶硅所产生的尾气用氯硅烷液体吸收，得到富液(即吸收了氯化氢的氯硅烷液体)。

2、一次气体喷淋(以下采用喷淋的方式淋洗)

氯硅烷液体经再沸器3加热气化，气化后的氯硅烷气体(气流)从下而上，经过下层填料4，与从上部喷淋而下的富液热交换，使溶解在氯硅烷中的氯化氢被解吸出来，得到气相1。部分氯硅烷被冷凝成液体流入塔底，含有氯化氢、氢气和部分氯硅烷的气体继续上行。气化后的氯硅烷气流与富液传质时，也有部分氯化氢和氢气未被解吸出来而随冷凝的氯硅烷液体流入塔底。因此，在循环生产时，塔底气化后的氯硅烷气体中也会含有氯化氢和氢气。

3、二次气体喷淋

气相1经过中层填料5，与氯硅烷液体进行热交换，分离得到气相2；由于氯硅烷液体温度较低，使解吸出的气体中的部分氯硅烷被冷凝成液体。

4、一次冷凝

上层填料6和中层填料5之间设置有隔板7，气相2只能从侧面出口出塔，进入塔外部的冷冻盐水换热器8进行冷凝(温度为-15℃)，得到氯硅烷液体和含有氯化氢的气相3。氯硅烷液体返回塔中层填料5，对逆流气体(即气相1)进行冷却和洗涤。

5、三次气体喷淋

气相3进入解吸塔1隔板7上的上层填料6，气体在经过上层填料6时，剩余的氯硅烷被液体氯化氢冷凝，分离得到氯硅烷液体和气相4。氯硅烷液体返回塔中层填料5，对逆流气体(气相1)进行冷却和洗涤。

6、二次冷凝

气相4从解吸塔1的上层填料6出来，经顶部的R22冷凝器2深冷至-40℃，在气液分离罐9中分离得到氢气和液体氯化氢。液体氯化氢一部分返回到解吸塔1，对塔上层填料6的逆流气体(气相3)冷却和洗涤；一部分作为回收的氯化氢产品进入后续工序。

经测定，本发明方法所得氯化氢的纯度(体积浓度)大于99.5％，氢气含量小于0.5％，高于合成工序的使用要求。

Claims (8)

1.生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，包括如下步骤：

a、尾气吸收：生产多晶硅所产生的尾气用氯硅烷液体吸收，得到富液；

b、一次气体淋洗：富液与氯硅烷气体进行热交换，得到气相1；

c、二次气体淋洗：气相1与氯硅烷液体进行热交换，得到气相2；其中，进行热交换的氯硅烷液体的温度为-20～-10℃；

d、一次冷凝：气相2于-20～-10℃冷凝，得到氯硅烷液体和气相3；

e、三次气体淋洗：气相3与氯化氢液体进行热交换，得到氯硅烷液体和气相4；

f、二次冷凝：气相4于-40～-45℃冷凝，分离得到液体氯化氢和氢气。

2.根据权利要求1所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：b、c、e步骤中气体与液体通过解吸填料进行热交换。

3.根据权利要求2所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：所述的解吸填料为鲍尔环填料。

4.根据权利要求1～3任一项所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：所述d步骤中气相2通过冷冻盐水换热器冷凝。

5.根据权利要求4所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：d、e步骤所得氯硅烷液体返回c步骤循环使用。

6.根据权利要求1～3任一项所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：e步骤中进行热交换的氯化氢液体的温度为-40～-45℃。

7.根据权利要求4所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：e步骤中进行热交换的氯化氢液体的温度为-40～-45℃。

8.根据权利要求5所述的生产多晶硅所产生的尾气的回收利用方法，其特征在于：e步骤中进行热交换的氯化氢液体的温度为-40～-45℃。

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