CN103111157A

CN103111157A - 一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法

Info

Publication number: CN103111157A
Application number: CN2013100541737A
Authority: CN
Inventors: 陈自力; 杨云; 王航舟; 唐伟博; 孙晓龙; 李兰励; 韩太宇
Original assignee: Sichuan Tianyi Science and Technology Co Ltd; Shaanxi Tianhong Silicon Material Co Ltd
Current assignee: Sichuan Tianyi Science and Technology Co Ltd; Shaanxi Tianhong Silicon Material Co Ltd
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明涉及一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法，包括以下步骤：A、压缩冷凝：将再生过程中的排放尾气由界外引入，将其中的氯硅烷以液体的方式去除；B、变温吸附：将压缩冷凝处理后的气体预热至常温并送往活性炭吸附床进行变温吸附，脱除气体中的少量氯硅烷气体；C、精脱氯：将变温吸附处理后的气体经过精脱氯吸附床脱除气体中少量的HCL气体；D、变压吸附：将精脱氯处理后的气体经过分子筛和活性碳为主的吸附床进行变压吸附，脱除N₂、CH₄等其他杂质气体，得到高纯度的H₂，一部分H₂用于自身床层的解吸，大部分做为产品气供用气单元，解吸气返回变温吸附做为活性炭吸附床的再生气排废。本发明不仅对氯硅烷、氯化氢的脱除率高，并且对再生氢气中的N₂、CH₄等杂质含量可脱除至＜1ppmv，而且操作自动化、工艺流程简单。

Description

一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法

一、技术领域

本发明涉及一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法，特别涉及一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的吸附分离净化回收方法。

二、背景技术

目前国内基本都采用改良西门子法生产多晶硅。改良西门子法的多晶硅还原尾气中含有大量的H₂、HCL、SiHCl₃、SiCL₄等有用成分，这部分还原尾气均通过CDI干法回收系统，经过冷凝、压缩、吸收、脱吸、活性炭吸附等工序分别将氯硅烷、HCL、H₂分离提纯后循环利用。但在活性炭吸附工序，当活性炭床层吸附饱和之后，就需要消耗一部分产品氢气作为再生气来反吹床层对吸附塔进行再生，使之重新具备吸附能力。吸附塔再生过程中所产生的尾气(亦称再生氢气)中就含有了较高浓度的氯硅烷、HCl、N₂、CH₄等杂质气体，不能直接利用，只能排废。

而再生氢气的排废引发下列问题：

(1)打破了系统氢气平衡，就需同等气量的新鲜氢气补入系统，增加了生产成本。

(2)再生氢气中含有大量有害物质，为不造成环境污染，废气需经过后续工段的尾气琳洗塔进行淋洗处理，废气在淋洗过程中，主要发生如下反应：

SiCL₄+2H₂O-SiO₂+4HCL (1)

SiHCL₃+2H₂O-SiO₂+3HCL+H₂ (2)

SiH₂CL₂+2H₂O-SiO₂+2HCL+2H₂ (3)

由于SiCL₄、SiHCL₃、SiH₂CL₂特别容易水解，在尾气淋洗塔内SiCL₄、SiHCL₃、SiH₂CL₂基本都与水反应生成了漂浮在水面的SiO₂白沫子，氯化氢则溶于水生成盐酸废水。未被水解的H₂、N₂、O₂和微量的HCL气体经淋洗塔排气筒排到大气中，影响生态环境，同时增加了废气处理的难度和成本。

如果采用变温、变压吸附技术建成一套再生氢气回收装置将再生氢气经过净化处理后回收利用，将会达到了节能降耗、环保及综合利用的效果。

三、发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中多晶硅尾气中的再生氢气含有大量杂质，无法满足化工生产要求的不足，提供一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多晶硅尾气中的再生氢气的净化方法，包括以下步骤：

A、压缩冷凝：将再生过程中的排放尾气由界外引入，经加压至1.6MPa、冷凝、气液分离，将其中的氯硅烷以液体的方式去除；

B、变温吸附：将压缩冷凝处理后的气体预热至常温并送往活性炭吸附床进行变温吸附，脱除气体中的少量氯硅烷气体；

C、精脱氯：将变温吸附处理后的气体经过精脱氯吸附床脱除气体中少量的HCL气体；

D、变压吸附：将精脱氯处理后的气体经过分子筛和活性碳为主的吸附床进行变压吸附，脱除N₂、CH₄等其他杂质气体，得到高纯度的H₂，一部分H₂用于自身床层的解吸，大部分做为产品气供用气单元，解吸气返回变温吸附做为活性炭吸附床的再生气排废。

所述的压缩冷凝中采用多级往复式活塞压缩机对尾气加压，输送，具备主动吹扫填料，氮气保护功能；

所述的变温吸附：吸附床为3～9个活性炭吸附床，2～3个吸附床同时吸附，变温吸附在吸附床内周期性循环进行，压力为0.01～2.1Mpa、常温下吸附、升温至50～150℃，再生温度为50～150℃；

所述的精脱氯吸附床层内吸附剂以活性炭为载体，负载有Cu的化合物；

所述变压吸附吸附床为4～12个分子筛吸附床，变压吸附在吸附床内周期性循环进行；

再生过程中的排放尾气主要含有：氢气、氮气、甲烷、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢气体等。

变温吸附中吸附床的再生气为变压吸附中吸附床的解吸气。

本发明采用吸附分离工艺对多晶硅尾气中的再生氢气进行处理，不仅对氯硅烷、氯化氢的脱除率高，并且对再生氢气中的N₂、CH₄等杂质含量可从1～5000ppmv脱除至＜1ppmv，而且操作自动化、工艺流程简单、投资较少。

本发明构思巧妙，工艺流程简单，回收率高，投资少，收益大，产品纯度高，可有效降低晶硅尾气中的再生氢气的杂质含量，满足化工生产对原料氢气的要求。

四、附图说明

附图1为本发明的工艺流程框图。

其中：1--原料气、2--压缩、3--冷凝、4--氯硅烷、5--加热、6--变温吸附、7--精脱氯、8---变温吸附、9---产品氢气、10---加热、11---冷却、12---解吸气。

五、具体实施方式

下面结合附图及实施例来对本发明做进一步详细说明：

本发明一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法，包括以下步骤：

所述的压缩冷凝：采用多级往复式活塞压缩机对尾气加压，输送，具备主动吹扫填料，氮气保护功能；

变温吸附中吸附床的再生气为变压吸附中吸附床的解吸气。

再生氢气回收装置主要是利用压缩、深冷分离、变温吸附、精脱氯、变压吸附技术，将直排至废气处理工序的再生氢气提纯净化后循环利用。

原料气(即再生氢气)在压力0～0.02(MPa)，温度0～45℃下由界外引入，首先进入原料气缓冲罐，再经原料气压缩机增压至1.6MPa，增压后的原料气进入由冷凝器、气液分离器组成的冷凝工序，主要分离出大量的液态氯硅烷，并送至精馏工序。

原料气经冷凝工序后由电加热器升温至约20℃进入由6台TSA吸附塔，1台精脱氯器、一台冷却器及两台电加热器、一系列程控阀组成的预处理工序，在净化器出口端获得的预净化气再进入精脱氯器，获得的净化气输往PSA系统。每台预处理器在不同时间依次经过吸附，逆放，热吹再生，冷吹，升压等步骤，预处理工序的再生气来自PSA单元的解吸气。

来自预处理单元的净化气再进入6台PSA吸附塔和一系列程控阀、PLC控制系统构成的PSA系统，在此提纯氢气达到产品气质量要求送出界区。在该系统中，任意时刻有一台吸附塔处于吸附步骤，原料气从吸附塔底部进入，产品气从吸附塔顶部获得。每台吸附塔在不同时刻一次经过吸附，3次均压降，2次顺放，逆放，冲洗再生，最终升压等步骤。

本发明工艺过程中所有的程序控制阀和部分调节系统都是由PLC系统控制的。程控阀阀组按预先设定的每个工作步骤及切换时间，循环切换控制吸附系统，达到提纯产品的目的。如有原料气参数的变化，可人工改变设定值(工作步骤的切换时间)，以满足、适应新的工况要求。运行中吸附器的工作步骤和程序控制阀的开关状态，可通过计算机屏幕上的流程示意图反应出来，并对程序控制阀的开关状态进行故障诊断、报警并进行吸附塔运行方式的切换。

Claims

1.一种多晶硅生产中吸附塔再生过程排放尾气的净化回收方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种多晶硅尾气的净化方法，其特征在于：

所述变压吸附吸附床为4～12个分子筛吸附床，变压吸附在吸附床内周期性循环进行，并能将故障吸附床切出运行的系统；

3.如权利要求1所述的一种多晶硅尾气的净化方法，其特征在于：再生过程中的排放尾气主要含有：氢气、氮气、甲烷、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢气体。

4.如权利要求1或权利2所述的一种多晶硅尾气中再生氢气的净化方法，其特征在于：变温吸附中吸附床的再生气为变压吸附中吸附床的解吸气。