CN102390834A

CN102390834A - 一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置

Info

Publication number: CN102390834A
Application number: CN2011102254437A
Authority: CN
Inventors: 林冲; 范协诚; 李刚; 杨远辉; 向怀果; 陈少华
Original assignee: TIANWEI SICHUAN SILICON INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: TIANWEI SICHUAN SILICON INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: CN102390834B

Abstract

本发明涉及多晶硅生产中的尾气回收精馏技术，特别是一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，由至少一组并联的还原精馏线路和氢化精馏线路组成；本发明可以共享进还原精馏和氢化精馏的原料，能有效地解决还原尾气回收氯硅烷储罐或氢化尾气回收氯硅烷储罐，因罐中物料堆积而影响正常的多晶硅连续生产；同时可根据整个生产系统的负荷大小，可以选择只运行还原精馏或只运行氢化精馏，或者同时运行还原精馏和氢化精馏，增强了整个精馏系统的操作弹性，而且能达到节能降耗的目的。

Description

一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置

技术领域

本发明涉及一种化工产品的生产方法和精馏分离提纯技术，特别是一种多晶硅生产中氢化工序和还原工序回收的氯硅烷的精馏并联装置。

背景技术

目前多晶硅生产中主要采用的是改良西门子法，由三氯氢硅的氢还原反应获得多晶硅产品。改良西门子法能够兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，以其技术成熟、适合产业化生产等特点，仍然是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺。

从三氯氢硅氢还原工序来的还原尾气经过还原尾气干法分离工序，和从四氯化硅氢化工序来的氢化尾气经过氢化尾气干法分离工序，被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体。回收的氯硅烷液体分别送入精馏工序的还原精馏和氢化精馏，进行分离提纯，从而得到高纯的三氯氢硅和四氯化硅，再分别送到还原工序生产多晶硅和氢化工序生产三氯氢硅，进行循环利用。

目前多晶硅生产中精馏提纯装置较多的是将氢化精馏与还原精馏分开，两个装置的进料与出料完全独立，存在的主要问题有：（1）精馏塔较多，这使得整个精馏系统的能耗较高，不利于节能降耗；（2）由于通过还原尾气干法分离与氢化尾气干法分离回收的氯硅烷流量较大，如果一旦还原精馏或者氢化精馏出现问题，就可能会使其原料罐中物料堆积，从而影响正常的多晶硅连续生产，整个精馏系统的操作弹性受到影响；同时原料罐中物料较多，这也降低了整个生产系统的安全性；（3）还原尾气干法分离回收的氯硅烷中二氯二氢硅含量较高，一方面容易造成精馏塔的顶压波动，影响其正常的稳定运行；另一方面，其产品三氯氢硅中二氯二氢硅含量升高，存在局部的安全隐患，同时物料经过还原炉再循环回收后，二氯二氢硅会在精馏系统中有一定程度的累积效应，这会给精馏系统稳定运行带来更大的影响。

发明内容

本发明是针对氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏工艺的特点和要求，对氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏工艺进行改进，改进现有技术的不足，提出一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，能有效解决氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏过程中的现有问题，降低精馏系统的能耗，从而降低整个多晶硅生产成本，增大精馏系统操作弹性，增强整个精馏系统的抗风险能力，满足精馏系统的连续、稳定、安全运行。

本发明的技术方案如下：

一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：由至少一组并联的还原精馏线路和氢化精馏线路组成；

所述还原精馏线路包括与还原尾气回收的氯硅烷管线连接的还原尾气回收氯硅烷储罐、第一级精馏塔和第二级精馏塔，还原尾气回收氯硅烷储罐底部通过管线与第一级精馏塔连接，第一级精馏塔顶部输出端通过管线同时与两个第二级精馏塔连接，两个第二级精馏塔顶部输出端通过分别的管线同时连接至补充精制三氯氢硅储罐和还原精馏产品储罐；

所述氢化精馏线路包括与氢化尾气回收的氯硅烷管线连接的氢化尾气回收氯硅烷储罐、第一级精馏塔和第二级精馏塔，氢化尾气回收氯硅烷储罐底部通过管线与第一级精馏塔连接，第一级精馏塔顶部输出端通过管线与第二级精馏塔连接，第二级精馏塔顶部输出端通过管线连接至氢化精馏产品储罐；

所述还原尾气回收的氯硅烷储罐与氢化尾气回收的氯硅烷储罐的进料管线之间设置有连通管线，连通管线中间设置有一个阀门，使得还原精馏线路和氢化精馏线路形成并联关系；

所述还原精馏线路和氢化精馏线路的产品储罐的进料管线之间都通过管线进行连通，并在连通的管线中间均设置有一个阀门，使得还原精馏线路和氢化精馏线路形成并联关系。

所述还原精馏线路的两个第二级精馏塔的进料管线与出料管线上分别设置有一个阀门。

所述补充精制三氯氢硅储罐、还原精馏产品储罐、氢化精馏产品储罐的进口处均设置有一个阀门。

所述补充精制三氯氢硅储罐的进料管线上设置有一个阀门，并将补充精制三氯氢硅储罐与还原精馏产品储罐进行连通，并在连通管线中间设置有一个阀门。

所述还原精馏线路的精馏塔均为筛板塔，三个塔所用的再沸器都是立式再沸器，氯硅烷介质走管程，加热蒸汽走壳程。其中：第一级精馏塔操作压力（表）为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~108℃；第二级精馏塔操作压力（表）为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~79℃。

所述氢化精馏线路的第一级精馏塔操作压力为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~108℃；第二级精馏塔操作压力为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~79℃。

本装置在精馏过程中，还原精馏线路的第一级精馏塔与氢化精馏线路的第一级精馏塔的作用相同，在塔内氯硅烷液体混合物被加热升温进行多次部分汽化，同时又把产生的氯硅烷蒸汽进行多次部分冷凝，当塔内建立起物料平衡、热量平衡、汽液平衡之后，通过塔底可将大部分四氯化硅与三氯氢硅组分进行分离，同时除去大部的磷和重组分金属杂质（如：Ni、Mn、Fe、Cu、Ca、Zn、Al、Cr、Ti等），另外，通过塔顶的尾气可除去部分的HCl、硼和二氯二氢硅等，最终通过塔顶可得到较纯的三氯氢硅，对塔底排出大量的四氯化硅进行回收；还原精馏线路的第二级精馏塔与氢化精馏线路的第二级精馏塔的作用相同，主要是将三氯氢硅进行再次提纯，当塔内建立起物料平衡、热量平衡、汽液平衡之后，通过塔底可进一步除去三氯氢硅中高沸物杂质（主要为少量的四氯化硅和少量的重金属杂质），通过塔顶的尾气可进一步除去少量的HCl、硼和二氯二氢硅等，最终通过塔顶得到合格的三氯氢硅，同时对塔底排出少量的三氯氢硅进行回收。与传统的精馏相比，本专利所涉及到的精馏塔，操作塔板数更多，塔顶部、塔中部、塔底部都有温度和压力监控，自动化程度更高，塔压控制更稳定，对提纯三氯氢硅效果明显，可以将三氯氢硅产品中的杂质含量控制在PPb级（10^-9），对多晶硅生产中提纯三氯氢硅更有效，可以满足生产太阳能级多晶硅，甚至是电子级多晶硅的需求。

本发明的有益效果如下：

此精馏并联装置可以共享进还原精馏和氢化精馏的原料，能有效地解决还原尾气回收氯硅烷储罐或氢化尾气回收氯硅烷储罐，因罐中物料堆积而影响正常的多晶硅连续生产；同时可根据整个生产系统的负荷大小，可以选择只运行还原精馏或只运行氢化精馏，或者同时运行还原精馏和氢化精馏，增强了整个精馏系统的操作弹性，而且能达到节能降耗的目的。由于还原精馏产品储罐、氢化精馏产品储罐，以及补充精制三氯氢硅储罐（其中二氯二氢硅含量很低）的进料管线可以形成两两互通的结构，所以可根据生产需要，按一定比例将其进行混料处理，可消除二氯二氢硅局部含量较高的情况，从而消除安全隐患，同时也可使生产多晶硅的还原炉的进料组成尽量稳定；最终可降低整个多晶硅生产成本，增强整个精馏系统的抗风险能力，满足精馏系统的连续、稳定、安全运行。

附图说明

图1为本发明的管线连接结构示意图

其中附图标记为：1—还原尾气回收氯硅烷储罐；2—还原精馏一级塔；3—还原精馏二级塔；4—还原精馏二级塔；5—补充精制三氯氢硅储罐；6—还原精馏产品储罐；7—氢化尾气回收氯硅烷储罐；8—氢化精馏一级塔；9—氢化精馏二级塔；10—氢化精馏产品储罐，1.1-1.12、2.1-2.3均为各个部件之间的连接管线。

具体实施方式

结合附图1，进一步说明本发明的技术方案。

具体如下：

（1）将还原尾气回收的氯硅烷管线（如图1中的1.1管线）与氢化尾气回收的氯硅烷管线（如图1中的2.1管线）相联结，形成新的联通管线（如图1中的1.2管线）。并在联结后的管线（如图1中的1.2管线）上增加一个手动球阀。

（2）对于还原精馏线路，为两级精馏（第一级塔的塔顶采出进入第二级塔），共有3个精馏塔（如图1中的标记：2，3，4），第二级塔的塔顶出产品。其中第一级精馏有1个塔（如图1中的标记：2）。第二级精馏有两个塔（如图1中的标记：3，4），这两个塔形成并联关系，两个塔的进料管线（如图1中的1.3管线，1.4管线）与出料管线（如图1中的1.5管线，1.6管线）分别设置有一个手动球阀。

（3）对于还原精馏线路共有3个精馏塔（如图1中的标记：2，3，4）。3个塔都是筛板塔，其直径为2200毫米，塔板数为60块，每个塔都设置有3个进料口，进料口位置分别为第30块塔板，第35块塔板，第45块塔板。3个塔所用的再沸器都是立式再沸器，氯硅烷介质走管程，加热蒸汽走壳程。其中第一级精馏塔（如图1中的标记：2）操作压力（表）为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~108℃。第二级精馏塔（如图1中的标记：3，4）操作压力（表）为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~79℃。

（4）对于氢化精馏线路，为两级精馏（第一级塔的塔顶采出进入第二级塔），共有两个精馏塔（如图1中的标记：8，9），第二级塔的塔顶出产品。两个塔都是筛板塔，其直径为1400毫米，塔板数为60块，每个塔都设置有3个进料口，进料口位置分别为第30块塔板，第35块塔板，第45块塔板。两个塔所用的再沸器都是立式再沸器，氯硅烷介质走管程，加热蒸汽走壳程。其中第一级精馏塔（如图1中的标记：8）操作压力（表）为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~108℃。第二级精馏塔（如图1中的标记：9）操作压力（表）为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~79℃。

（5）对于还原精馏线路与氢化精馏线路分别设置一个对应的产品储罐（如图1中的标记：6，10），并在储罐的进料管线（如图1中的1.11管线，2.3管线）上分别设置有一个手动球阀。

（6）将还原精馏线路与氢化精馏线路的产品储罐的进料管线（如图1中的1.10管线，2.2管线）进行连通，其联结点分别在1.10管线与1.11管线、2.2管线与2.3管线的联结点之前。并在连通管线（如图1中的1.12管线）中间设置有一个手动球阀。

（7）在补充精制三氯氢硅储罐的进料管线（如图1中的1.8管线）上设置有一个手动球阀，并将补充精制三氯氢硅储罐与还原精馏产品储罐的进料管线（如图1中的1.7管线，1.10管线）进行连通，其联结点分别在1.7管线与1.8管线的联结点之前、在1.12管线和1.11管线与1.10管线的联结点之间。并在连通管线（如图1中的1.9管线）中间设置有一个手动球阀。

Claims

1.一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：由至少一组并联的还原精馏线路和氢化精馏线路组成；

2.根据权利要求1所述的一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：所述还原精馏线路的两个第二级精馏塔的进料管线与出料管线上分别设置有一个阀门。

3.根据权利要求1所述的一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：所述补充精制三氯氢硅储罐、还原精馏产品储罐、氢化精馏产品储罐的进口处均设置有一个阀门。

4.根据权利要求1所述的一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：所述补充精制三氯氢硅储罐的进料管线上设置有一个阀门，并将补充精制三氯氢硅储罐与还原精馏产品储罐进行连通，并在连通管线中间设置有一个阀门。

5.根据权利要求1所述的一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：所述还原精馏线路的精馏塔均为筛板塔，三个塔所用的再沸器都是立式再沸器，氯硅烷介质走管程，加热蒸汽走壳程。

6.根据权利要求5所述的一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：所述还原精馏线路的第一级精馏塔操作压力为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~108℃；第二级精馏塔操作压力为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~79℃。

7.根据权利要求1或6所述的一种氢化还原尾气回收的氯硅烷精馏并联装置，其特征在于：所述氢化精馏线路的第一级精馏塔操作压力为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~108℃；第二级精馏塔操作压力为0.25~0.31MPaG，操作温度为73~79℃。