CN102659116A - 三氯氢硅合成气的除尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三氯氢硅合成气的除尘方法，包括粗除尘和湿法喷淋步骤，还包括如下步骤：（1）、将粗除尘步骤得到的废渣和湿法喷淋步骤得到的渣浆混合，得混合渣浆；（2）、从所述混合渣浆中分离氯硅烷，得滤饼和氯硅烷；（3）、水解处理所述滤饼。本发明三氯氢硅合成气的除尘方法,简化了工艺流程，有效地将三氯氢硅合成气粗除尘步骤得到的含有较多粗颗粒物质的废渣与从湿法喷淋步骤得到的渣浆混合，并使用液固过滤器分离混合渣浆中的氯硅烷液体，固液分离更容易进行，过滤精度更高，还避免了经分离氯硅烷后的高浓度渣浆对管道和/设备造成堵塞，使三氯氢硅合成气除尘能连续、安全地进行。

Description

三氯氢硅合成气的除尘方法

技术领域

本发明涉及三氯氢硅合成气的处理方法，特别涉及三氯氢硅合成气的除尘方法。

背景技术

三氯氢硅是生产有机硅、硅烷偶联剂和制备多晶硅的重要原材料，随着近两年光伏市场的不断发展，多晶硅产量的不断攀升，三氯氢硅的需求量也急速上升。

目前，三氯氢硅的生产方法是：硅粉和氯化氢气体在流化床反应炉中进行反应得到三氯氢硅的合成气。所述三氯氢硅合成气的成分非常复杂，主要成分有三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氢气和未反应的氯化氢、金属氯化物(如氯化铝、氯化铁、氯化亚铁、氯化钙等)，以及氯硅烷发生聚合反应生成的聚氯硅烷。为了使多晶硅生产的原料气体三氯氢硅较纯净，以利于多晶硅生产，还需要对三氯氢硅合成气进行除尘。

传统的三氯氢硅合成气除尘方法，包括如下步骤：(1)、粗除尘：经旋风除尘器、袋式除尘器进行粗除尘，得到废渣；(2)、湿法喷淋：将粗除尘后的合成气送入包括了喷淋塔和与喷淋塔塔底连接的蒸发釜的湿法喷淋装置，采用主要成分为四氯化硅的氯硅烷喷淋液降温、淋洗合成气中的高沸物及未被粗除尘步骤除去的细微固体颗粒，形成渣浆；(3)、水解处理高浓度渣浆：将经过湿法喷淋装置中蒸发釜蒸发处理后的高浓度渣浆排放至渣浆水解处理装置进行水解处理；(4)、水解处理废渣：将经过粗除尘步骤得到的废渣排放至废渣水解处理装置进行水解处理。此种传统的三氯氢硅合成气除尘方法在工业化实施时，为了减少经湿法喷淋步骤得到的渣浆中氯硅烷的排放，将蒸发釜工作温度设置地较高、工作压力设置地较低(甚至为负压)，大量的氯硅烷被蒸发成气体送入喷淋塔内，使得经蒸发釜处理后的渣浆浓度较高。所述高浓度渣浆除了含有四氯化硅和三氯氢硅液体物质外，还含有大量粒径较小的固体物质；所述粒径较小的固体物质主要包括氯硅烷高聚化合物、硅粉末，氯化铝、氯化铁等金属氯化物。使这种三氯氢硅合成气除尘方法存在着以下问题：由于所述高浓度渣浆中含有氯硅烷高聚化合物以及氯化铝等金属氯化物，在溶液中容易析出、附着在管道和/或设备内壁，形成凹凸不平的内壁，使所述高浓度渣浆中含有粒径较小且量较多的固体物质极容易附着在管道和/或设备内壁，从而在送往对高浓度渣浆进行水解处理装置之前的管道和/或水解处理装置中容易被堵塞，且极难清除，给三氯氢硅合成气除尘的连续和安全进行带来了严重的困难。

对上述问题，目前改进的方法是在蒸发釜与高浓度渣浆水处理装置之间增设液固过滤器，分离高浓度渣浆中的大部分固体物质，解决高浓度渣浆中固体物质容易沉积到管道和/或设备内壁，从而在送往对高浓度渣浆进行水解处理装置之前的管道和/或水解处理装置中容易被堵塞的问题。但这种改进方法只是将堵塞从送往对高浓度渣浆进行水解处理装置之前的管道和/或水解处理装置中转移到了液固过滤器中，并没有从根本上解决高浓度渣浆中固体物质引起堵塞的问题。由于高浓度渣浆中固体物质主要为具有颗粒细密且粘度大的氯硅烷的高聚化合物和金属氯化物，经滤网过滤后易粘附板结在滤网上，使滤饼密实，从而造成：(1)、滤网内外压差很快升高，导致液固过滤器的自动反吹频繁进行，不仅增加能耗，还容易对过滤元件造成破损，需要较频繁地更换过滤元件；(2)滤饼与滤网粘附性强，很难将滤饼清除，使液固过滤器的连续运行时间短，进而这种改进方法同样还是给三氯氢硅除尘系统的连续和安全运行带来严重的困难，难以在实际生产中被应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的对高浓度渣浆进行输送和/或处理时，高浓度渣浆容易对管道和/设备造成堵塞，从而严重影响三氯氢硅合成气除尘系统连续和安全运行的不足，提供能连续和安全运行的三氯氢硅合成气的除尘方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

三氯氢硅合成气的除尘方法，包括粗除尘和湿法喷淋步骤，还包括如下步骤：

(1)、将粗除尘步骤得到的废渣和湿法喷淋步骤得到的渣浆混合，得混合渣浆；

(2)、从所述混合渣中分离氯硅烷，得滤饼和氯硅烷；

(3)、水解处理所述滤饼。

本发明三氯氢硅合成气的除尘方法，将粗除尘步骤得到的废渣(所含的固体物质主要成分为硅粉，粒度较大，为粗颗粒物质)和湿法喷淋步骤得到的渣浆(所含的固体物质主要成分为硅粉，氯化铝高聚化合物和氯硅烷高聚化合物，粒度较细，主要为细颗粒物质)混合成为混合渣浆，再进行氯硅烷分离步骤，对混合渣浆中的氯硅烷进行分离回收。上述混合渣浆含有较多粗颗粒物质，在经过液固过滤器的滤网时形成较厚的疏松多孔、不易板结的滤饼，使本发明具有如下优点：(1)、因滤饼粘附性不强，易于从滤网上剥离，使液固过滤器滤网上的滤饼能顺利清除，滤网干净通畅，从而解决了因滤饼与滤网粘附性强、很难将滤饼清除、容易使液固过滤器堵塞的问题，极大延长液固过滤器连续运行时间，使三氯氢硅合成气除尘系统能连续和安全地运行；(2)、因滤饼具备疏松多孔的结构，并且厚度较大，也可以对混合渣浆进行过滤，使液固过滤器过滤元件由滤网和所述滤饼组成，提高了对氯硅烷的过滤精度；(3)、经三氯氢硅合成气粗除尘步骤得到的含有较多粗颗粒物质的废渣应用于从湿法喷淋步骤得到的渣浆分离氯硅烷步骤中，不仅使本发明方法具有如上优点，还对所述废渣和所述渣浆合并进行处理，克服了现有技术分别单独处理所述废渣和所述渣浆的较繁琐操作，简化了工艺流程。

上述三氯氢硅合成气的除尘方法步骤(2)中分离氯硅烷使用的装置优选为液固过滤器。为了使所述液固过滤器内过滤分离氯硅烷的效果更佳，上述液固过滤器的工作温度优选为20～60℃，进一步优选20～50℃，再进一步优选25～45℃，以30℃为最佳。

为了使用于分离氯硅烷的上述液固过滤器具有自清洁能力，上述液固过滤器优选为具有自动反吹功能的液固过滤器。所述自动反吹功能为根据液固过滤器滤网内外压差变化，启动对滤网进行反吹以卸载滤饼。

上述三氯氢硅合成气的除尘方法中，粗除尘步骤优选使用气固分离器对三氯氢硅合成气进行粗除尘。为了使除尘效果更佳，上述气固分离器优选由多级气固分离器构成。考虑到除尘效果和设备成本，所述气固分离器进一步优选由两级气固分离器构成，具体由第一气固分离器和第二气固分离器构成。进一步考虑到除尘效果和设备成本，所述气固分离器优选为旋风除尘器或布袋除尘器，以旋风除尘器为最佳。为了使在上述三氯氢硅合成气的除尘方法中，对三氯氢硅合成气的粗除尘效果佳，上述旋风除尘器工作温度优选180～260℃，进一步优选180～240℃，再进一步优选190～230℃，以200～220℃为最佳，所述旋风除尘器工作压力优选为0.2～0.6MPa，进一步优选0.2～0.5MPa，以0.25MPa为最佳。

上述湿法喷淋步骤为是将经过粗除尘步骤除尘后的合成气通入湿法喷淋装置，使用氯硅烷液体(主要成分为三氯氢硅和四氯化硅)对所述合成气降温、淋洗，所述湿法喷淋装置包括喷淋塔和与喷淋塔塔底连接的蒸发釜。所述降温、淋洗，是用来除去所述合成气中的高沸杂质以及气固分离器中未能除尽的固体粉末。为了更好地回收淋洗合成气后的氯硅烷液体里的三氯氢硅组分，并为了降低氯硅烷在渣浆中含量的同时，又保持渣浆具有较好地流动性，能顺畅地通过管道送往液固过滤器中，所述蒸发釜的工作温度优选为20～160℃，进一步优选20～130℃，再进一步优选25～95℃，以30～60℃为最佳，所述蒸发釜的工作压力优选为0.1～0.5MPa，进一步优选为0.15～0.4MPa，以0.2MPa为最佳。

为了方便、有效地利用经上述液固过滤器分离得到的氯硅烷，上述三氯氢硅合成气的除尘方法优选用步骤(2)分离得到的氯硅烷补给湿法喷淋步骤所需的氯硅烷液体。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明三氯氢硅合成气的除尘方法，简化了工艺流程，有效地将三氯氢硅合成气粗除尘步骤得到的含有较多粗颗粒物质的废渣与从湿法喷淋步骤得到的渣浆混合，并使用液固过滤器分离混合渣浆中的氯硅烷液体，由于所述混合渣浆中含有大颗粒固体物质，在进行过滤时，在滤网上形成了较厚的疏松多孔、不易板结的滤饼，使得在分离氯硅烷时，固液分离更容易进行，过滤精度更高，不仅使氯硅烷液体的排放减少了53％以上，从而提高了氯硅烷回收率，而且分离后的滤饼较干燥，更便于处理，最终避免了经分离氯硅烷后的高浓度渣浆对管道和/设备造成堵塞，使得本发明方法能连续、安全地进行。

具体地，本发明方法具有如下有益效果：(1)、因滤饼粘附性不强，易于从滤网上剥离，使液固过滤器在自动反吹时滤饼能顺利清除，滤网干净通畅，使液固过滤器能充分发挥出其自清洁功能，极大延长液固过滤器连续运行时间，连续运行50天以上才需要对液固过滤器进行清扫；(2)、极大程度上降低了滤饼与滤网的粘附性，使液体流动畅通，降低了液固过滤器自动反吹负荷，保护了过滤元件，降低因自动反吹造成的能源消耗；(3)、因滤饼具备疏松多孔的结构，并且厚度较大，也可以对混合渣浆进行过滤，使液固过滤器过滤元件由滤网和所述滤饼组成，提高了对氯硅烷的过滤精度，使过滤精度在0.13μm以上；(4)、本发明方法对所述废渣和所述渣浆合并进行处理，克服了现有技术分别单独处理所述废渣和所述渣浆的较繁琐操作，简化了工艺流程；(5)除尘效果佳，经本发明方法粗除尘步骤，气固分离器对10μm以上的固体颗粒分离效率可达到99％以上，进而降低了湿法喷淋装置的负荷，使湿法喷淋步骤对经粗除尘处理后的三氯氢硅合成气处理效果更佳。

附图说明

图1是本发明三氯氢硅合成气的除尘方法工艺流程图；

图2是本发明三氯氢硅合成气的除尘方法的另外一种工艺流程图；

图3是具体实施方法中对比例1所涉及的三氯氢硅合成气的除尘方法的工艺流程图。

图中标记：1-第一气固分离器，101-第一气固分离器进气口，2-喷淋塔，201-气体排出口，202-喷淋液第一输入口，203-喷淋液第二输入口，3-蒸发釜，4-废渣液收集装置，5-液固过滤器，501-氮气进口，6-储罐，7-输送泵，8-第二气固分离器，801-第二气固分离器进气口，9-废固水解处理装置，10-高浓度渣浆水解处理装置。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

三氯氢硅合成气的除尘方法，将经过硅粉和氯化氢气体在流化床反应炉中进行反应得到三氯氢硅的合成气进行粗除尘和湿法喷淋处理后，再进行如下步骤对其进行处理：

(1)、将粗除尘步骤得到的废渣和湿法喷淋步骤得到的渣浆(渣浆固含量为17％w，本发明中“％w”表示重量百分含量)混合，得混合渣浆，混合渣浆的固含量为41％w；

(2)、从所述混合渣浆中分离氯硅烷，得滤饼(滤饼固含量为79.8％w)和氯硅烷；

(3)、水解处理所述滤饼。

经本例三氯氢硅合成气的除尘方法对三氯氢硅合成气进行处理，连续、安全生产，连续运行50天以上才需要对分离氯硅烷使用的装置进行清扫；步骤(2)固液分离精度达0.13um；简化了三氯氢硅合成气的除尘方法工序，与不经过混合废渣和渣浆步骤，对渣浆直接进行液固过滤的方法相比较，提高了氯硅烷回收率，减少约55％V(本发明中“％V”表述体积百分含量)的氯硅烷排放。

实施例2

参见图1，三氯氢硅合成气的除尘方法，它包括如下步骤：

(1)、粗除尘：将三氯氢硅合成气经过第一气固分离器进气口101通入第一气固分离器1粗除尘，分离出合成气中大部分固体颗粒；

(2)、湿法喷淋：将经粗除尘后的气体通入喷淋塔2，使用经喷淋液第二输入口203进入喷淋塔2内的氯硅烷液体对所述合成气降温、淋洗，除去合成气中的高沸杂质以及气固分离器中未能除尽的固体粉末，被除尘后的三氯氢硅合成气从喷淋塔2气体排出口201排出；

(3)、混合废渣和渣浆：将粗除尘步骤得到的废渣和湿法喷淋步骤得到的渣浆(渣浆固含量为17％w)收集于废渣液收集装置4中，混合、搅拌均匀，得混合渣浆，混合渣浆的固含量为41％w；

(4)、分离氯硅烷：将混合渣浆送入液固过滤器5，过滤、分离氯硅烷，得滤饼(滤饼固含量为81.1％w)和氯硅烷；所述液固过滤器的工作温度为20℃；

(5)、将经液固过滤器5分离得到的氯硅烷液体通过输送泵7输送至喷淋液第一输入口202进入喷淋塔内，用于补给喷淋处理合成气所需的氯硅烷液体；

(6)、分离氯硅烷步骤得到的滤饼进入储罐6，再送至水解处理装置。

经本例三氯氢硅合成气的除尘方法对三氯氢硅合成气进行处理，连续、安全生产，连续运行58天才需要对液固过滤器5进行清扫，过滤精度为0.15um；简化了三氯氢硅合成气的除尘方法工序，与不经过混合废渣和渣浆步骤，对渣浆直接进行液固过滤的方法相比较，提高了氯硅烷回收率，减少约58％V的氯硅烷排放。

实施例3

参见图2，三氯氢硅合成气的除尘方法，它包括如下步骤：

(1)、粗除尘：将三氯氢硅合成气经过第二气固分离器进气口801通入第二气固分离器8，经第二气固分离器8和第一气固分离器1粗除尘，分离出合成气中大部分固体颗粒，所述第一气固分离器1和第二气固分离器8的工作温度为180℃，工作压力为0.2MPa；

(2)、湿法喷淋：将经粗除尘后的气体通入喷淋塔2，使用经喷淋液第二输入口203进入喷淋塔2内的氯硅烷液体对所述合成气降温、淋洗，被淋洗后的液体再经蒸发釜3蒸发，气相组分进入喷淋塔2内再一次被氯硅烷液体淋洗，除去合成气中的高沸杂质以及气固分离器中未能除尽的固体粉末，所述蒸发釜3的工作温度为20℃，工作压力为0.1MPa；

(3)、混合废渣和渣浆：将粗除尘步骤得到的废渣和湿法喷淋步骤得到的渣浆(渣浆固含量为15％w)收集于废渣液收集装置4中，混合、搅拌均匀，得混合渣浆，混合渣浆的固含量为39％w；

(4)、分离氯硅烷：将混合渣浆送入具有自动反吹功能的液固过滤器5，过滤、分离氯硅烷，得滤饼(滤饼固含量为78.9％w)和氯硅烷；所述液固过滤器的工作温度为30℃，所述液固过滤器5通过氮气进口501通入氮气对液固过滤器5的滤网进行反吹，以卸载滤饼；

(5)、将经液固过滤器5分离得到的氯硅烷液体通过输送泵7输送至喷淋液第一输入口202进入喷淋塔2内，用于补给喷淋处理合成气所需的氯硅烷液体；

(6)、分离氯硅烷步骤得到的滤饼进入储罐6，再送至水解处理工段。

经本例三氯氢硅合成气的除尘方法对三氯氢硅合成气进行处理，连续、安全生产，能连续运行62天才需要对液固过滤器5进行清扫，过滤精度为0.15um；简化了三氯氢硅合成气的除尘方法工序，提高了氯硅烷回收率，减少约53％V的氯硅烷排放。

对比例1

参见图3，采用实施例3使用的三氯氢硅合成气的除尘方法，将三氯氢硅合成气经过第二气固分离器进气口801通入图3所示三氯氢硅合成气除尘系统中，与实施例3不同的是：本对比例三氯氢硅合成气的除尘方法无混合废渣和渣浆步骤，经粗除尘步骤除尘后的废渣通入废渣水解处理装置9进行水解处理；蒸发釜的工作温度为80℃，工作压力为0.1MPa，经蒸发釜输出的渣浆固含量为37％w，所述渣浆通入液固过滤器5分离出氯硅烷，得到的废渣滤饼送到水解处理装置10。

经本对比例方法对三氯氢硅合成气进行除尘，处理与实施例3相同且等量的三氯氢硅合成气，对比例液固过滤器的过滤精度为0.13，氯硅烷排放量为实施例3的2.1倍，需要与实施例3方法处理时间的2.6倍，才能处理完与实施例3相同且等量的三氯氢硅合成气，在处理过程中，共出现需要更换滤布情况4次，高浓度渣浆堵塞管道6次，每次连续运行的时间平均为32天。

由实施例3和对比例1比较可知，通过实施例3中的步骤(3)，有效地将含有大量粗颗粒固体物质的所述废渣与所述渣浆混合，并使用液固过滤器5分离混合渣浆中的氯硅烷液体；所述混合渣浆中含有大颗粒固体物质，在进行过滤时，在滤网上形成了较厚的疏松多孔、不易板结的滤饼，使得在分离氯硅烷时，固液分离更容易进行，过滤精度更高，不仅提高了氯硅烷回收率，而且分离后的滤饼较干燥，更便于处理，最终避免了经分离氯硅烷后的高浓度渣浆对管道和/设备造成堵塞，使得三氯氢硅合成气除尘方法在运行时能连续、安全地进行。

实施例4～10参见图2，使用与实施例3相同的三氯氢硅合成气的除尘方法，分别对三氯氢硅合成气进行除尘处理，与实施例3所不同的地方以及相应的连续运行时间、液固过滤器的过滤精度和氯硅烷排放降低数据已列入下表表1中。

表1

经本实施例4～10三氯氢硅合成气的除尘方法对三氯氢硅合成气进行处理，连续、安全运行，简化了三氯氢硅合成气的除尘方法，过滤精度高，提高了氯硅烷回收率，减少了其排放，既经济又环保。

Claims (18)

1.三氯氢硅合成气的除尘方法，包括粗除尘和湿法喷淋步骤，其特征在于，还包括如下步骤：

（1）、将粗除尘步骤得到的废渣和湿法喷淋步骤得到的渣浆混合，得混合渣浆；

（2）、从所述混合渣浆中分离氯硅烷，得滤饼和氯硅烷； 

（3）、水解处理所述滤饼。

2.根据权利要求1所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，步骤（2）中分离氯硅烷使用的装置为液固过滤器。

3.根据权利要求2所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述液固过滤器的工作温度为20～60℃。

4.根据权利要求3所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述液固过滤器的工作温度为20～50℃。

5.根据权利要求4所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述液固过滤器的工作温度为25～45℃。

6.根据权利要求2所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述液固过滤器为具有自动反吹功能的液固过滤器。

7.根据权利要求1所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述粗除尘步骤为：使用气固分离器对三氯氢硅合成气进行粗除尘。

8.根据权利要求7所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述气固分离器由多级气固分离器构成。

9.根据权利要求8所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述气固分离器由两级气固分离器构成。

10.根据权利要求9所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述气固分离器为旋风除尘器。

11.根据权利要求10所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述旋风除尘器工作温度为180～260℃，工作压力为0.2～0.6MPa。

12.根据权利要求11所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述旋风除尘器工作温度为180～240℃，工作压力0.2～0.5MPa。

13.根据权利要求12所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述旋风除尘器工作温度为190～230℃，工作压力0.25MPa。

14.根据权利要求7所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述湿法喷淋步骤为：将经过粗除尘步骤除尘后的合成气通入湿法喷淋装置，使用氯硅烷液体对所述合成气降温、淋洗，所述湿法喷淋装置包括喷淋塔和与喷淋塔塔底连接的蒸发釜。

15.根据权利要求14所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述蒸发釜的工作温度为20～160℃，工作压力为0.1～0.5MPa。

16.根据权利要求15所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述蒸发釜的工作温度为20～130℃，工作压力为0.15～0.4MPa。

17.根据权利要求16所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，所述蒸发釜的工作温度为25～90℃，工作压力为0.2MPa。

18.根据权利要求14所述的三氯氢硅合成气的除尘方法,其特征在于，用步骤（2）分离得到的氯硅烷补给湿法喷淋步骤所需的氯硅烷液体。

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