CN102794070B - 一种三氯氢硅合成气的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三氯氢硅合成气的处理方法，包括步骤：在压力为0.1MPa~0.3MPa，温度为35℃~55℃的急冷塔中，将三氯氢硅合成气在急冷塔洗涤液中进行喷淋洗涤，洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离。所述三氯氢硅合成气的气体流量与所述急冷塔洗涤液的液体喷淋量的比值为1L/m³：（10~20）L/m³。本发明通过控制急冷塔的压力、温度以及联锁控制三氯氢硅合成气的气体流量与急冷塔洗涤液的液体喷淋量，使三氯氢硅合成气与洗涤液能够充分接触，从而将三氯氢硅合成气中的高沸物和粉尘颗粒洗涤干净，使高沸物和粉尘具有较高的洗涤率。

Description

一种三氯氢硅合成气的处理方法

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，尤其涉及三氯氢硅合成气的处理方法。

背景技术

面对环境和能源的双重压力，自然灾害的不确定性限制了核能的发展，因此太阳能是今后不可替代的可再生能源。如何高效利用太阳能是我们人类面对的重要课题。在多种太阳能光伏材料中，多晶硅材料是重要的光伏材料之一。生产多晶硅常用的方法是改良西门子法，使用改良西门子法生产的多晶硅占全球多晶硅生产总量的80％以上。

改良西门子法生产多晶硅的原料是三氯氢硅。三氯氢硅又称三氯硅烷或硅氯仿，是一种重要的化工原料，是制备太阳能级与电子级多晶硅和制备半导体级单晶硅的原料，同时也是多种有机硅合成的基本单体。三氯氢硅是由氯化氢和硅粉反应合成的，在反应过程中还有一些副产品SiCl₄和SiH₂Cl₂生成。由于硅粉中夹带硼、磷及金属杂质，这些杂质在制备三氯氢硅的过程中，也同时与氯化氢反应形成三氯化硼、三氯化磷及金属氯化物，这些化合物成为高沸物的主要成分。因此三氯氢硅合成气包括氢气、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅、未反应的硅粉和高沸物。三氯氢硅合成气中的高沸物和粉尘是制备三氯氢硅过程中不可避免的杂质，需要将其去除以得到纯净的三氯氢硅混合气体。

目前三氯氢硅合成气的除尘方法分为干法除尘和湿法除尘。干法除尘是用串联的三级旋风分离器除尘，除去70％～80％的固体颗粒，其存在的主要问题在于工艺流程长，且高沸物和粉尘去除不彻底；湿法除尘则是将三氯氢硅合成气通入洗涤塔中进行洗涤，合成气中的固体颗粒和绝大部分氯化盐被洗涤下来，但是高沸物和粉尘仍有部分残留。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种三氯氢硅合成气的处理方法，该方法对三氯氢硅合成气中的高沸物和粉尘颗粒具有较高的洗涤率。

有鉴于此，本发明提供了一种三氯氢硅合成气的处理方法，包括以下步骤：

在压力为0.1MPa～0.3MPa，温度为35℃～55℃的急冷塔中，将三氯氢硅合成气在急冷塔洗涤液中进行喷淋洗涤，所述三氯氢硅合成气的气体流量与所述急冷塔洗涤液的液体喷淋量的比值为1L/m³：(10～20)L/m³；

将洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离。

优选的，所述洗涤液为急冷液和循环液。

优选的，所述急冷液为三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅。

优选的，所述循环液为硅粉、三氯氢硅、四氯化硅、三氯化铝、三氯化铁和氯化钙。

优选的，将洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离之后还包括：

测定急冷塔中的固含量，依据所述固含量设定洗涤后的洗涤液的排出量，将所述洗涤后的洗涤液排入残液蒸发器。

优选的，将所述洗涤后的洗涤液排入残液蒸发器之后还包括：

采用热氢气提取所述残液蒸发器的洗涤液中的氯硅烷。

优选的，所述热氢气的气速为4m³/h～6m³/h。

优选的，所述热氢气的温度为65℃～95℃。

本发明在洗涤三氯氢硅合成气的过程中，三氯氢硅合成气在压力为0.1MPa～0.3MPa，温度为35℃～55℃的急冷塔中喷淋洗涤，三氯氢硅合成气进入0.1MPa～0.3MPa的急冷塔中，与急冷塔中温度较低的洗涤液接触，从而使合成气中挥发能力差的高沸物冷凝成液体，被吸收到洗涤液中，同时粉尘颗粒与下落的洗涤液碰撞、拦截和凝聚，也随洗涤液降落。在合成气洗涤过程中，合成气的气体流量与循环液的喷淋量保持在1：10～20L/m³，采用足量且适量的洗涤液来洗涤合成气，使合成气与洗涤液充分接触，将合成气洗涤干净，同时也减少了洗涤液的损耗。与现有技术相比，本发明通过控制急冷塔的压力、温度以及联锁控制三氯氢硅合成气的气体流量与急冷塔洗涤液的液体喷淋量，使三氯氢硅合成气与洗涤液充分接触，从而对三氯氢硅合成气中的高沸物和粉尘颗粒具有较高的洗涤率。

附图说明

图1为本发明三氯氢硅合成气的工作流程示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种三氯氢硅合成气的处理方法，包括以下步骤：

在压力为0.1MPa～0.3MPa，温度为35℃～55℃的急冷塔中，将三氯氢硅合成气在急冷塔洗涤液中进行喷淋洗涤，所述三氯氢硅合成气的气体流量与所述急冷塔洗涤液的液体喷淋量的比值为1L/m³：(10～20)L/m³；

将洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离。

关于三氯氢硅合成气的处理方法，本发明将三氯氢硅合成气在急冷塔中喷淋洗涤，使合成气中的高沸物和粉尘颗粒被洗涤干净，洗涤结束后，洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离。

本发明将三氯氢硅合成气在急冷塔中进行喷淋洗涤。三氯氢硅合成气在进入急冷塔时，三氯氢硅合成气中含有氢气、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅、未反应的硅粉以及金属氯化物杂质，此时合成气的温度为280～300℃。将所述三氯氢硅合成气通入压力为0.1MPa～0.3MPa，温度为35℃～55℃的急冷塔中喷淋洗涤，三氯氢硅合成气在压力较高的洗涤塔中，与温度为35℃～55℃的洗涤液接触，三氯氢硅合成气中挥发能力差的高沸物迅速冷凝为液体，并且在合成气与洗涤液的不断接触中，合成气中的高沸物不断进行部分蒸发和部分冷凝，进行质量和热量的交换，从而合成气中的高沸物越来越少，同时洗涤液带走合成气中的粉尘颗粒，最终将合成气中的高沸物和粉尘颗粒洗涤干净。同时在洗涤过程中，合成气的气体流量与洗涤液的喷淋量进行联锁控制，确保气体流量与洗涤液喷淋量优选保持在1：10～20L/m³，使两者达到一个动态平衡，保证合成气与洗涤液能够充分接触，同时避免了洗涤液的浪费。所述急冷塔的压力优选为0.15MPa～0.20MPa，温度优选为40℃～50℃。所述合成气的气体流量与循环液的喷淋量的比值优选为1：15L/m³。

为了使三氯氢硅合成气洗涤的更干净，本发明优选采用急冷液和循环液作为洗涤液对所述三氯氢硅合成气进行洗涤。上述急冷液的成分优选为三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅，上述循环液优选为硅粉、三氯氢硅、四氯化硅、三氯化铝、三氯化铁和氯化钙。

三氯氢硅合成气在急冷塔中洗涤结束后，合成气中含有氢气、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，合成气中的高沸物和硅粉随洗涤液落至急冷塔的底部，洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤水分离。作为优选方案，将洗涤后的氯硅烷合成气送入急冷塔顶部的急冷器，急冷后进入缓冲罐，缓冲罐中的三氯氢硅合成气一部分再次进入急冷塔作为急冷塔的洗涤液，一部分进入氯硅烷贮罐。

将三氯氢硅合成气在急冷塔中洗涤后，高沸物和粉尘集中于急冷塔底部，为了防止急冷塔的堵塞，本发明优选将高沸物和粉尘排出急冷塔洗涤系统之外。作为优选方案，洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离之后还包括高沸物和粉尘颗粒排出的过程。本发明优选通过测定洗涤后的洗涤液的固含量，确定急冷塔洗涤液的排出量，将急冷塔中的高沸物和粉尘及时排入残液蒸发器。作为优选方案，所述固含量的测定是用带有排气口的密闭容器将洗涤液中的气体汽化后，得到固体的重量，将得到的重量与原样品的重量作比，即得到洗涤液的固含量。本发明优选将急冷塔洗涤后的洗涤液排出量与急冷塔中的固含量进行联锁控制，确保急冷塔固体含量优选保持在15～30wt％。所述急冷塔洗涤液排出量通过远程流量计检测，利用调节阀来控制洗涤液的排出量，将含有高沸物和粉尘的洗涤液排入残液蒸发器。

为了进一步减少除尘过程中的洗涤液的消耗，作为优选方案，本发明回收上述残液蒸发器中的三氯氢硅和四氯氢硅，将回收的三氯氢硅和四氯氢硅送入急冷塔，作为急冷塔的洗涤液。本发明优选采用热氢气来提取其中的三氯氢硅和四氯氢硅。为了提高回收残液中有用成分的效率，作为优选方案，上述热氢气的气速为4m³/h～6m³/h，上述热氢气的温度为65℃～95℃。为了防止残液蒸发器中残液造成堵塞，优选将残液蒸发器的残液排出量与残液蒸发器液固含量联锁控制，确保残液蒸发器液固含量保持在50～70wt％。

本发明将三氯氢硅合成气中的高沸物和粉尘洗涤下来，得到了干净的三氯氢硅合成气，在连续的洗涤过程中，高沸物和粉尘不断的洗涤下来，集中在急冷塔中，若不及时排出将造成急冷塔的堵塞，本发明依据测定的急冷塔中的固含量，设定急冷塔中洗涤液对外排出的量，从而使高沸物和粉尘及时排出，避免了设备堵塞问题的发生。而对于排出急冷塔的洗涤液本发明又进行了在线的回收利用，将回收的三氯氢硅和四氯氢硅等再次用于急冷塔洗涤液，从而减少了料液的损耗，同时使整个除尘回收过程在一套循环系统中进行，避免了离线回收的繁琐过程。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的三氯氢硅合成气的除尘工艺进行详细介绍，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

根据附图1提供的三氯氢硅合成气的工作流程示意图，可以清楚地表明三氯氢硅合成气的处理流程。将来自三氯氢硅合成炉的合成气送入合成气急冷塔1，此时合成气中含有氢气、氯化氢、二氯氢硅、三氯氢硅、四氯化硅、硅粉、铁铝钙杂质和三氯化铝，将合成气经来自缓冲罐8的急冷液和急冷塔1的循环液的两级喷淋，将99％以上的高沸物和粉尘洗涤下来，洗涤后合成气的成分为氢气、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯氢硅，随后氯硅烷混合气体进入塔顶急冷器7急冷后进入缓冲罐8供本系统循环或外供使用，系统循环的洗涤液由急冷塔循环泵2来控制，确保三氯氢硅合成气的气体流速与急冷塔洗涤液的气体流量的比值为1:20L/m³。

三氯氢硅合成气不断进入急冷塔1，洗涤三氯氢硅合成气的过程连续进行，高沸物和粉尘连续不断的洗涤下来。为了保证急冷塔自身循环的料液不堵塞，测定急冷塔1中的固含量，用一带有排气口的密闭容器将取自洗涤液的样品中的三氯氢硅、四氯化硅及少量的二氯二氢硅汽化后，得到的重量与样品的质量百分比，即为洗涤液的固含量。经测定，洗涤液的固含量为40％，将急冷塔底部的流量调节阀5调大，将急冷塔底部的含有高沸物和粉尘的洗涤液排出急冷塔。排出急冷塔的高沸物和粉尘进入残液蒸发器3，残液蒸发器液固体含量为60wt％，以防止造成残液蒸发器的堵塞。为了保证较低的物料消耗，通过气速为5m³/h，温度为80℃的热氢气4来提取残液蒸发器中洗涤液的氯硅烷成分，将提取的氯硅烷成分再次送回急冷塔作为洗涤液，最后再将浓缩的残液排到三废系统中和。如表1所示，表1为三氯氢硅合成气除尘前后的成分及除尘参数。

表1三氯氢硅合成气除尘前后的成分及除尘参数

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种三氯氢硅合成气的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

在压力为0.1MPa～0.3MPa，温度为35℃～55℃的急冷塔中，将三氯氢硅合成气在急冷塔洗涤液中进行喷淋洗涤，所述三氯氢硅合成气的气体流量与所述急冷塔洗涤液的液体喷淋量的比值为1L/m³：(10～20)L/m³；

将洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离；

所述三氯氢硅合成气是由氯化氢和硅粉反应产生的合成气；

所述洗涤液为急冷液和循环液；

所述急冷液由所述洗涤后的三氯氢硅合成气冷凝后得到；

所述循环液为所述洗涤后的洗涤液经循环后得到。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述急冷液为三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述循环液为硅粉、三氯氢硅、四氯化硅、三氯化铝、三氯化铁和氯化钙。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，将洗涤后的三氯氢硅合成气与洗涤后的洗涤液分离之后还包括：

测定急冷塔中的固含量，依据所述固含量设定洗涤后的洗涤液的排出量，将所述洗涤后的洗涤液排入残液蒸发器。

5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，将所述洗涤后的洗涤液排入残液蒸发器之后还包括：

采用热氢气提取所述残液蒸发器的洗涤液中的氯硅烷。

6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述热氢气的气速为4m³/h～6m³/h。

7.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述热氢气的温度为65℃～95℃。