CN103551007A - 处理多晶硅还原尾气的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理多晶硅还原尾气的方法和系统，该方法包括：（1）利用淋洗设备对多晶硅还原尾气进行淋洗，以便获得经过淋洗的还原尾气和氯硅烷；（2）将经过淋洗的还原尾气进行压缩冷却处理，以便获得氯硅烷和压缩后气；（3）将压缩后气与吸附剂接触，以便从压缩后气中分离氢气和吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂；（4）将吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，以便获得脱附再生气，其中，脱附再生气包含氯化氢和氯硅烷。根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法流程简单、操作稳定、能耗低，进而能够显著降低投资和运行成本。

Description

处理多晶硅还原尾气的方法和系统

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，具体而言，本发明涉及处理多晶硅还原尾气的方法和系统。

背景技术

由于近些年西门子法工艺生产多晶硅流程的不断完善，干法回收的工艺也得到了不断的发展，人们开始综合其它工序来改进干法回收工艺。然而，改进的干法回收工艺仍然存在冷量消耗大，运行成本高等问题。现有的干法回收工艺还有待进一步的改良。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种流程简单、操作稳定和能耗低的处理多晶硅还原尾气的方法和系统。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种淋洗设备，根据本发明的实施例，包括：壳体，所述壳体具有位于该壳体下部的进气口、位于该壳体顶部的出气口、位于该壳体上部的进液口、位于该壳体底部的出液口和位于该壳体下部且高于所述进气口的冷凝液出口；筛板，所述筛板设在所述壳体内且位于所述进液口与所述冷凝液出口之间；液体分布器，所述液体分布器设在所述壳体内且与所述进液口相连；以及气体分布器，所述气体分布器设在所述壳体内且与所述进气口相连。根据本发明实施例的淋洗设备，通过在淋洗设备中设置多层筛板，可以有效提高混合气体的冷凝效率，从而大幅度降低能耗和运行成本。

另外，根据本发明上述实施例的淋洗设备还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述筛板具有多个通孔，所述通孔的直径为10～20毫米。由此，可以有效防止杂质颗粒的堆积，以便进一步提高混合气体的冷凝效率。

在本发明的一些实施例中，所述筛板包括多层，所述多层筛板沿上下方向彼此间隔开设置。由此，可以进一步提高混合气体的冷凝效率。

在本发明的一些实施例中，所述筛板包括1～10层，优选为2～5层。由此，可以提高传热、传质效果，以便进一步提高混合气体的冷凝效率。

在本发明的一些实施例中，相邻筛板之间的距离为100～400毫米。由此，可以进一步提高混合气体的冷凝效率。

在本发明的一些实施例中，所述液体分布器的出液孔的面积之和大于所述进液口的面积。由此，可以进一步提高混合气体的冷凝效率。

在本发明的一些实施例中，所述气体分布器的出气孔的面积之和大于所述进气口的面积。由此，可以进一步提高混合气体的冷凝效率。

在本发明的一些实施例中，所述出气口内设有气液分离装置。由此，可以进一步提高混合气体的冷凝效率。

根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种处理多晶硅还原尾气的方法，根据本发明的实施例，包括：（1）利用上述的淋洗设备对多晶硅还原尾气进行淋洗，以便获得经过淋洗的还原尾气和氯硅烷；（2）将所述经过淋洗的还原尾气进行压缩冷却处理，以便获得氯硅烷和压缩后气；（3）将所述压缩后气与吸附剂接触，以便从所述压缩后气中分离氢气和吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂；以及（4）将所述吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，以便获得脱附再生气，其中，所述脱附再生气包含氯化氢和氯硅烷。根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法流程简单、操作稳定、能耗低，进而能够显著降低投资和运行成本。

另外，根据本发明上述实施例的处理多晶硅还原尾气的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述处理多晶硅还原尾气的方法进一步包括：（5）将步骤（2）中所得到的氯硅烷返回至步骤（1）中对所述还原尾气进行淋洗。由此，可以显著降低运行成本。

在本发明的一些实施例中，所述处理多晶硅还原尾气的方法进一步包括：（6）将步骤（1）中所得到的氯硅烷进行精馏处理。由此，可以进一步降低还原尾气对环境的污染。

在本发明的一些实施例中，所述经过淋洗的还原尾气的温度为35～45摄氏度。由此，可以进一步降低运行成本。

在本发明的一些实施例中，所述压缩后气的压力为0.9～1.2Mpa，温度为-40～-30摄氏度。由此，可以进一步降低运行成本。

在本发明的一些实施例中，在步骤（4）中，所述吸附处理是在0.9～1.2Mpa的压力下进行的。由此，可以显著提高吸附效率。

在本发明的一些实施例中，所述处理多晶硅还原尾气的方法进一步包括：（6）将步骤（4）中所得到的脱附再生气用于氯氢化处理。由此，可以进一步降低投资成本。

在本发明的一些实施例中，在将所述脱附再生气用于氯氢化处理之前，预先将所述脱附再生气压缩至0.9～1.2MPa。由此，可以提高该工艺的操作稳定性。

根据本发明的再一个方面，本发明提出了一种处理多晶硅还原尾气的系统，根据本发明的实施例，包括：淋洗装置，所述淋洗装置为上述所述的淋洗设备，用于对多晶硅还原尾气进行淋洗，以便获得经过淋洗的还原尾气和氯硅烷；压缩冷却装置，所述压缩冷却装置与所述淋洗装置相连，用于将所述经过淋洗的还原尾气进行压缩冷却处理，以便获得氯硅烷和压缩后气，并将所述氯硅烷返回至所述淋洗装置，用于利用所述氯硅烷对所述还原尾气进行淋洗；吸附-脱吸装置，所述吸附-脱吸装置与所述压缩冷却装置相连，用于将所述压缩后气与吸附剂接触，以便从所述压缩后气中分离氢气和吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂，并且用于将所述吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，以便获得脱附再生气，其中，所述脱附再生气包含氯化氢和氯硅烷。根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的系统运行稳定，可以显著降低能耗，进而降低投资和运行成本。

另外，根据本发明上述实施例的处理多晶硅还原尾气的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，处理多晶硅还原尾气的系统进一步包括：将所述压缩冷却装置中所产生的氯硅烷返回至所述淋洗装置，用于利用所述氯硅烷对所述还原尾气进行淋洗。由此，可以显著节省冷量的投入，以便降低投资成本。

在本发明的一些实施例中，处理多晶硅还原尾气的系统进一步包括：将所述淋洗装置中所产生的氯硅烷进行精馏处理。由此，可以进一步降低多晶硅还原尾气对环境的污染。

在本发明的一些实施例中，处理多晶硅还原尾气的系统进一步包括：氯氢化装置，所述氯氢化装置与所述吸附-脱吸装置相连，以便对所述脱附再生气进行氯氢化处理。由此，可以进一步降低运行成本。

在本发明的一些实施例中，处理多晶硅还原尾气的系统进一步包括：压缩装置，所述压缩装置分别与所述吸附-脱吸装置和所述氯氢化装置相连，用于在将所述脱附再生气进行氯氢化处理之前，预先将所述脱附再生气压缩至0.9～1.2MPa。由此，可以显著提高系统运行稳定性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的淋洗设备结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的处理多晶硅还原尾气的方法的流程示意图；

图3是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的方法的流程示意图；

图4是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的方法的流程示意图；

图5是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的方法的流程示意图

图6是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的系统结构示意图；

图7是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的系统结构示意图；

图8是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的系统结构示意图；

图9是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的系统结构示意图；

图10是根据本发明再一个实施例的处理多晶硅还原尾气的系统结构示意图；以及

图11是根据本发明一个具体实施例的处理多晶硅还原尾气的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种淋洗设备，下面参考图1对本发明实施例的淋洗设备进行详细描述。

根据本发明的一个实施例，该淋洗设备包括：壳体10、筛板20、液体分布器30和气体分布器40。根据本发明的具体实施例，该淋洗设备顶部设有两个喷淋装置，分别供低温氯硅烷和循环氯硅烷淋洗液使用。需要解释的是，低温氯硅烷是后续的深冷得到的低温氯硅烷冷凝液，这部分氯硅烷可以使用泵，或者靠位差进入喷淋装置；而循环氯硅烷淋洗液是淋洗设备自身的循环淋洗液，这部分氯硅烷是使用泵实现氯硅烷的循环的。利用该淋洗设备对还原尾气进行处理，可以除去还原尾气中的粉尘，同时采用低温的氯硅烷作为淋洗液，可以将还原尾气中的部分氯硅烷被冷凝，并且经过淋洗后，降低了还原尾气的温度。由此，同时达到了除尘、初步分离氯硅烷和降低还原尾气温度的目的。并且通过在淋洗设备中设置多层筛板，可以有效提高淋洗液和还原尾气的有效接触，进而可以进一步提高还原尾气的除尘降温效率。根据本发明的具体实施例，壳体10具有位于该壳体10下部的进气口11、位于该壳体10顶部的出气口12、位于该壳体10上部的进液口13、位于该壳体10底部的出液口14和位于该壳体10下部且高于进气口11的冷凝液出口15。根据本发明的具体实施例，出气口12内设有气液分离装置50。还原尾经进气口11进入淋洗设备，淋洗液经进液口13进入淋洗设备，还原尾气与淋洗液在淋洗设备中逆向接触，显著增加了液气接触面积，使得还原尾气被全部喷淋到由此，可以有效提高除尘和冷凝效果。

根据本发明的具体实施例，筛板20设在壳体10内且位于进液口13与冷凝液出口15之间。根据本发明的具体实施例，筛板具有多个通孔，其通孔21的直径并不受特别限制，根据本发明的具体示例，通孔21的直径可以为10～20毫米。若通孔孔径过小，在系统停止运行一段时间后，可能导致通孔被堵塞；而孔过大，水力学性能下降，引起单板效率下降，最终导致冷凝除尘效果不好。因此，选择通孔直径在10～20毫米之间，既能保证冷凝除尘效果好，又可以避免通孔堵塞。根据本发明的实施例，筛板20可以为多层筛板，且多层筛板沿上下方向彼此间隔开设置。根据本发明的具体实施例，筛板20的层数并不受特别限制，根据本发明的具体示例，筛板20可以为1～10层，优选2～5层。若筛板过少，使得传质传热不充分，从而影响除尘效果。因此，通过设置多层筛板，可以有效提高传热、传质效果，以便达到更好地精馏、除尘效果。根据本发明的具体实施例，相邻筛板20之间的距离并不受特别限制，根据本发明的具体示例，相邻筛板20之间的距离可以为100～400毫米。若相邻筛板间距过小，还原尾气通过筛板时夹带现象严重，影响除尘效果，而相邻筛板之间间距过大，将会影响精馏效果。由此，设定相邻筛板之间的距离为100～400毫米，以便可以达到更好的精馏、除尘效果。

根据本发明的具体实施例，液体分布器30设在壳体10内且与进液口13相连。根据本发明的实施例，液体分布器30具有岀液孔31，根据本发明的具体实施例，岀液孔31的大小并不受特别限制，根据本发明的具体示例，岀液孔31的面积之和可以大于进液口13的面积。由此，可以防止冷凝液流速过慢而造成的累积现象，从而提高除尘效果。

根据本发明的具体实施例，气体分布器40设在壳体10内且与进气口11相连。根据本发明的实施例，气体分布器40具有出气孔41，根据本发明的具体实施例，出气孔31的大小并不受特别限制，根据本发明的具体示例，出气孔41的面积之和可以大于进气口11的面积。由此，可以防止气体流速过慢而引起的憋气现象，从而提高除尘效果。

如上所述，根据本发明实施例的淋洗设备可具有选自下列的优点至少之一：

根据本发明的实施例，实现了除尘、初步分离氯硅烷、降低还原尾气温度的目的；

根据本发明的实施例，该设备流程简单，操作稳定；

根据本发明的实施例，使用的低温氯硅烷冷凝液可以是后续的工序产生的低温氯硅烷，充分回收了冷量，而进入淋洗设备前不需要再冷却，节约了冷量；

根据本发明的实施例，淋洗设备外排的氯硅烷是常温的，相比之前外排的低温氯硅烷，减少了溶解在氯硅烷中的氯化氢、氢气量，从而大量减少了氯硅烷罐区产生的不凝气气量，既节省了氯硅烷罐区冷量消耗，也减少了氯硅烷罐区物料损耗；

根据本发明的实施例，通过增加筛板改进原有淋洗设备结构，提高了传质与传热效果，同时通过降低鼓泡的液位高度，解决了设备振动大的问题。

上面对根据本发明实施例的多晶硅还原尾气的淋洗设备进行了详细描述，为了方便理解，下面参考图2～5对本发明实施例的包含上述淋洗设备的处理多晶硅还原尾气的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：利用上述淋洗设备对多晶硅还原尾气进行淋洗处理，从而可以获得经过淋洗的还原尾气和氯硅烷。在本文中，如无明确说明，所采用的术语“还原尾气”指的是改良西门子法生产多晶硅工艺中所产生的还原尾气。发明人发现，多晶硅生产，尤其是通过西门子法生产多晶硅工艺中所产生的还原尾气中包含氯硅烷、氯化氢、氢气和烟尘，其中的烟尘在还原尾气的后续处理中会对所使用的机器例如压缩机造成损害。因此，在该步骤中，在得到还原尾气之后，通过对还原尾气进行淋洗处理，并在后续操作中对经过淋洗处理的还原尾气进行处理，可以避免还原尾气中所携带的杂物对后续处理中的压缩机造成损害。同时，该步骤是在鼓泡淋洗设备中，借助低温氯硅烷和循环氯硅烷淋洗液对还原尾气进行淋洗处理。同时，低温氯硅烷是后续的深冷得到的低温氯硅烷冷凝液，这部分氯硅烷可以使用泵，或者靠位差进入喷淋装置；而循环氯硅烷淋洗液是淋洗设备自身的循环淋洗液，这部分氯硅烷是使用泵实现氯硅烷的循环的。利用该淋洗设备对还原尾气进行处理，使得还原尾气中粉尘就被全部除去，同时由于淋洗设备中通入了低温的氯硅烷，还原尾气中的氯硅烷也在淋洗设备中被少量的冷凝，出淋洗设备的还原尾气温度也被降低了，由此，实现了除尘、初步分离氯硅烷和降低还原尾气的目的。根据本发明的实施例，经过淋洗处理的还原尾气的温度并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，经过淋洗处理的还原尾气的温度可以为35～45摄氏度。同时，通过在淋洗设备中设置多层筛板，可以有效提高混合气体的冷凝效率，从而大幅度降低能耗和运行成本。

S200：将经过淋洗处理的还原尾气进行压缩冷却处理，从而可以获得氯硅烷和压缩后气。如前所述，多晶硅还原尾气中含有氯硅烷，在该步骤中，通过压缩冷却处理，可以将经过淋洗处理的还原尾气中所包含的绝大多数氯硅烷由气态转换成液态，进而通过液气分离处理，可以有效地分别获得液态的氯硅烷和压缩后气。根据本发明的具体实施例，经过淋洗的还原尾气的压缩冷却处理是综合了水冷或空冷、双效换热、低温冷却、深冷等一系列操作。根据本发明的实施例，所得压缩后气的温度和压力并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，压缩后气的温度可以为-40～-30摄氏度，压力可以为0.9～1.2MPa。若温度过高，经过冷凝处理的还原尾气中的氯硅烷含量就会过大，在后续过程中就可能在压缩机中产生凝液，从而造成设备损坏。

S300：在对经过淋洗处理的还原尾气进行压缩冷却处理之后，将所得压缩后气与吸附剂进行接触，从而从压缩后气中分离出氢气和吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂。通常，压缩后气中会包含氢气、氯硅烷以及氯化氢。通过对吸附剂进行选择，可以使得压缩后气中的氯化氢和氯硅烷被吸附剂吸附，而氢气则仍保持气态。从而实现了将氢气与压缩后气中的其他成分例如氯化氢和氯硅烷的有效分离。根据本发明的具体实施例，所分离的氢气可以用于多晶硅合成的还原反应中。根据本发明的实施例，可以采用的吸附剂的类型并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，可以采用的吸附剂为活性炭吸附剂或其他吸附剂组合。根据本发明实施例，压缩后气进行吸附处理的压力并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，吸附处理可以在0.9～1.2MPa压力下进行。由此，可以显著提高吸附效率，并降低能耗，进而降低投资成本。

S400：将吸附有氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，从而可以获得脱附再生气，其中，脱附再生气包含氯化氢和氯硅烷。在利用吸附剂对压缩后气进行吸附使得压缩后气中的氯硅烷和氯化氢被吸附在吸附剂上之后，在该步骤中，可以通过对吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，从而可以有效地获得含有氯化氢和氯硅烷的混合气体，从而有效地回收了氯硅烷和氯化氢。由此，可以进一步降低多晶硅生产成本和还原尾气对环境的污染。

由此，通过上面的处理步骤，可以有效地对多晶硅还原尾气进行处理，并且将还原尾气中所含有的氯化氢、氯硅烷和氢气进行分离，进而可以实现还原尾气的循环利用，并且进一步降低了还原尾气对环境的污染。

另外，在将经过淋洗处理的还原尾气进行压缩冷却处理之后，还可以对所得氯硅烷冷凝液进行处理。参考图3，根据本发明的一个具体的实施例，本发明的方法进一步包括下列步骤：

S500：在将经过淋洗处理的还原尾气进行压缩冷却处理得到氯硅烷冷凝液之后，将所得冷凝液返回淋洗设备对还原尾气进行淋洗处理。如上所述，在淋洗设备中对多晶硅还原尾气进行淋洗处理所使用的冷凝液为低温氯硅烷和循环氯硅烷淋洗液，其中的低温氯硅烷正是来自于后续深冷得到的氯硅烷冷凝液，通过深冷得到的氯硅烷冷凝液通入淋洗设备中对还原尾气进行淋洗处理，可以使得还原尾气中的粉尘被全部除去，同时还原尾气中的氯硅烷也在淋洗设备中被少量的冷凝，使得出淋洗设备的还原尾气的温度也被降低了。由此，可以充分利用氯硅烷冷凝液的冷量，以便显著降低能耗和运行成本。

下面参考图4，根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法进一步包括：

S600：将淋洗设备中所产生的氯硅烷进行精馏处理，从而可以分离出四氯化硅、三氯氢硅和二氯二氢硅。需要解释的是，该步骤中进行精馏处理的氯硅烷来自还原尾气中和经过压缩冷却处理所得的氯硅烷两部分。还原尾气在淋洗设备中进行淋洗处理，其中部分氯硅烷被淋洗液所冷凝，而经过压缩冷却处理的氯硅烷返回至淋洗设备中作为低温淋洗液使用，同时与还原尾气进行热交换，使得经过压缩冷却处理的氯硅烷中的一部分温度升高而排出进行精馏处理。根据本发明的实施例，三氯氢硅可以与氢气进行还原反应制备多晶硅，二氯二氢硅可以与四氯化硅进行反歧化反应制备氯硅烷，氯硅烷进而再经提纯处理，分离出三氯氢硅。由此，可以将还原尾气转化为高附加值的三氯氢硅而用于制备多晶硅，从而降低了多晶硅生产成本和还原尾气对环境的污染。

在对吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，得到脱附再生气后，还可以对脱附再生气进一步处理。下面参考图5，根据本发明的处理多晶硅还原尾气的方法还进一步包括下列步骤：

S700：在对吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，得到脱附再生气后，将所产生的脱附再生气进行氯氢化处理。如上所述，脱附再生气中含有氯化氢和少量的氯硅烷。在该步骤中，经过氯氢化处理，可以使得氯硅烷中四氯化硅与氢气和硅粉发生反应生成三氯氢硅，同时氯化氢和硅粉反应生成三氯氢硅和氢气，既消化了四氯氢硅，又生成了高附加值的三氯氢硅，并且通过氯氢化处理可以将所产生的氯化氢完全消化掉。与以往获得纯净的氯化氢用于合成三氯氢硅相比，该步骤中，使得没有必要再单独分离纯净的氯化氢。由此，可以进一步将低运行成本和还原尾气对环境的污染。

如上所述，根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法可具有选自下列优点的至少之一：

根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法，物料全部回收重新利用，没有外排料；

根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法，流程简单，操作稳定，能耗低，新工艺的运行成本约是传统干法回收工艺运行成本的一半，经济效益好；

根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法，系统外排的氢气和氯硅烷都为常温，其冷量回收充分，没有损耗，而且外排的氯硅烷中气体少。另外，送到氯氢化的气体也没有经过降温，节省了成本；

根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法，该工艺不仅可以用于处理还原尾气中氯硅烷的分离回收，还可以应用到任何产生此类成分气体的生产中，例如四氯化硅氢化所产生的尾气、三氯氢硅合成所产生的尾气、厂区尾气。

上面对根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的方法进行了详细描述，为了方便理解，下面参考图6～10对可以用于实施上述方法的系统进行详细描述。

根据本发明的处理多晶硅还原尾气的系统，包括：

淋洗装置100：淋洗装置100采用上述实施例的淋洗设备，用于对多晶硅还原尾气进行淋洗处理，从而得到经过淋洗的还原尾气和氯硅烷。如上所述，通过西门子法生产多晶硅工艺中所产生的还原尾气中包含氯硅烷、氯化氢、氢气和烟尘，其中的烟尘在还原尾气的后续处理中会对所使用的机器例如压缩机造成损害。因此，在该步骤中，在得到还原尾气之后，通过对还原尾气进行淋洗处理，并在后续操作中对经过淋洗处理的还原尾气进行处理，可以避免还原尾气中所携带的杂物对后续处理中的压缩机造成损害。同时，该步骤是在鼓泡淋洗设备中，借助低温氯硅烷和循环氯硅烷淋洗液对还原尾气进行淋洗处理。同时，低温氯硅烷是后续的深冷得到的低温氯硅烷冷凝液，这部分氯硅烷可以使用泵，或者靠位差进入喷淋装置；而循环氯硅烷淋洗液是淋洗设备自身的循环淋洗液，这部分氯硅烷是使用泵实现氯硅烷的循环的。利用该淋洗设备对还原尾气进行处理，使得还原尾气中粉尘就被全部除去，同时由于淋洗设备中通入了低温的氯硅烷，还原尾气中的氯硅烷也在淋洗设备中被少量的冷凝，出淋洗设备的还原尾气温度也被降低了，由此，实现了除尘、初步分离氯硅烷和降低还原尾气的目的。根据本发明的实施例，经过淋洗处理的还原尾气的温度并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，经过淋洗处理的还原尾气的温度可以为35～45摄氏度。同时，通过在淋洗设备中设置多层筛板，可以有效提高混合气体的冷凝效率，从而大幅度降低能耗和运行成本。

压缩冷却装置200：压缩冷却装置200与淋洗装置100相连，用于将经过淋洗处理的还原尾气进行压缩冷却处理，从而得到氯硅烷和压缩后气。在该装置中，通过压缩冷却处理，可以将经过淋洗处理的还原尾气中所包含的绝大多数氯硅烷由气态转换成液态，进而通过液气分离处理，可以有效地分别获得液态的氯硅烷和压缩后气。根据本发明的具体实施例，经过淋洗的还原尾气的压缩冷却处理是综合了水冷或空冷、双效换热、低温冷却、深冷等一系列操作。根据本发明的实施例，所得压缩后气的温度和压力并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，压缩后气的温度可以为-40～-30摄氏度，压力可以为0.9～1.2MPa。若温度过高，经过冷凝处理的还原尾气中的氯硅烷含量就会过大，在后续过程中就可能在压缩机中产生凝液，从而造成设备损坏。

吸附-脱吸装置300：吸附-脱吸装置300与压缩冷却装置200相连，用于对压缩后气进行吸附处理和脱吸处理，从而可以得到氢气和包含氯硅烷和氯化氢的混合气体。需要解释的是，对压缩后气进行吸附处理和脱吸处理都在吸附-脱吸装置中完成。通常，压缩后气中会包含氢气、氯硅烷以及氯化氢。通过在吸附-脱吸装置中放置具有选择性吸收的吸附剂，可以使得压缩后气中的氯化氢和氯硅烷被吸附剂吸附，而氢气则仍保持气态。从而实现了将氢气与压缩后气中的其他成分例如氯化氢和氯硅烷的有效分离。根据本发明的具体实施例，所分离的氢气可以用于制备多晶硅。根据本发明的实施例，进行吸附处理中可以采用的吸附剂的类型并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，可以采用活性炭吸附剂或其他吸附剂组合。根据本发明实施例，压缩后气进行吸附处理的压力并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，吸附处理可以在0.9～1.2MPa压力下进行。同时可以通过吸附-脱吸装置对吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，从而可以有效地获得含有氯化氢和氯硅烷的混合气体，从而有效地回收了氯硅烷和氯化氢。根据本发明的实施例，可以用于进行脱吸的方法并不受到特别限制，根据本发明的具体实施例，可以采用减压、升温、吹扫、抽真空中的几种组合进行脱吸处理。由此，可以进一步降低多晶硅生产成本和还原尾气对环境的污染。

由此，通过以上装置，可以对多晶硅还原尾气进行有效地处理，并且将还原尾气中所含有的氯化氢、氯硅烷和氢气进行分离，进而可以实现还原尾气的循环利用，并且进一步降低了还原尾气对环境的污染。

另外，在将经过淋洗处理的还原尾气在压缩冷却装置中进行压缩冷却处理之后，还可以对所得氯硅烷冷凝液进行处理。参考图7，根据本发明的一个具体的实施例，本发明的系统进一步包括下列装置：

根据本发明的具体实施例，淋洗装置100具有氯硅烷入口101，压缩冷却装置200具有氯硅烷冷凝液出口201。根据本发明的实施例，压缩冷却装置200上的氯硅烷冷凝液出口201与淋洗装置100上的氯硅烷入口101相连，用于将在压缩冷却装置中所产生的氯硅烷冷凝液返回至淋洗装置，以便利用氯硅烷冷凝液对还原尾气进行淋洗。如上所述，在淋洗设备中对多晶硅还原尾气进行淋洗处理所使用的冷凝液为低温氯硅烷和循环氯硅烷淋洗液，其中的低温氯硅烷正是来自于后续深冷的氯硅烷冷凝液，通过将经过深冷的氯硅烷冷凝液通入淋洗设备中对还原尾气进行淋洗处理，可以使得还原尾气中的粉尘被全部除去，同时还原尾气中的氯硅烷也在淋洗设备中被少量的冷凝，使得出淋洗设备的还原尾气的温度也被降低了。由此，可以充分利用氯硅烷冷凝液的冷量，以便显著降低能耗和运行成本。

如图8所示，根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的系统还可以进一步包括：

精馏装置400：根据本发明的具体实施例，淋洗装置100还可以具有氯硅烷出口102。精馏装置400与淋洗装置100上的氯硅烷出口102相连，用于从氯硅烷中分离出四氯化硅、三氯氢硅和二氯二氢硅。如前文所述，进行精馏处理的氯硅烷来自还原尾气中和经过压缩冷却处理所得的氯硅烷两部分。还原尾气在淋洗设备中进行淋洗处理，其中部分氯硅烷被淋洗液所冷凝，而经过压缩冷却处理的氯硅烷返回至淋洗设备中作为低温淋洗液使用，同时与还原尾气进行热交换，使得经过压缩冷却处理的氯硅烷中的一部分温度升高而排出进行精馏处理。根据本发明的实施例，三氯氢硅可以与氢气进行还原反应制备多晶硅，二氯二氢硅可以与四氯化硅进行反歧化反应制备氯硅烷，氯硅烷进而再经提纯处理，分离出三氯氢硅。由此，可以将还原尾气转化为高附加值的三氯氢硅而用于制备多晶硅，从而降低了多晶硅生产成本和还原尾气对环境的污染。

在吸附-脱吸装置中对压缩后气进行脱吸处理，得到脱附再生气后，还可以对脱附再生气进一步处理。

如图9所示，根据本发明的处理多晶硅还原尾气的系统还可以进一步包括氯氢化装置500：

氯氢化装置500：氯氢化装置500与吸附-脱吸装置300相连，用于对脱附再生气进行氯氢化处理。如上所述，脱附再生气中含有氯化氢和少量的氯硅烷，经过氯氢化处理，可以使得氯硅烷中四氯化硅与氢气和氯化氢发生反应生成三氯氢硅，实质上是融合了三氯氢硅合成与四氯化硅氢化于一体，既消化了四氯氢硅，又生成了高附加值的三氯氢硅，并且通过氯氢化处理可以将所产生的氯化氢完全消化掉。与以往获得纯净的氯化氢用于合成三氯氢硅相比，该装置中进行的氯氢化处理使得没有必要再单独分离纯净的氯化氢。由此，可以进一步将低运行成本和还原尾气对环境的污染。

如图10所示，根据本发明实施例的处理多晶硅还原尾气的系统还可以进一步包括：

压缩装置600：压缩装置600分别与吸附-脱吸装置300和氯氢化装置500相连，用于在将脱附再生气进行氯氢化处理之前，预先将脱附再生气压缩至0.9～1.2MPa。如前文所述，吸附-脱吸装置中吸附处理是在0.9～1.2MPa下进行的，所产生的包含氯硅烷和氯化氢的混合气体在进入氯氢化装置中进行氯氢化处理，为了避免不安全因素的产生，必须消除两个装置之间的压力差。由此，采用压缩装置将脱附再生气压缩至0.9～1.2MPa，可以保证氯氢化装置的良好衔接，从而提高整个系统的稳定性。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例

参考图11，多晶硅还原尾气经淋洗装置进行淋洗处理，可以达到除尘和降温的目的，得到经过淋洗的还原尾气和氯硅烷；经过淋洗的还原尾气进入压缩冷却装置进行压缩冷却处理，得到压缩后气和氯硅烷冷凝液。其中，氯硅烷冷凝液返回至淋洗装置作为淋洗液而使用，与还原尾气进行热交换，使得还原尾气中的部分氯硅烷冷凝得以分离，而作为淋洗液的氯硅烷冷凝液与还原尾气中冷凝分离的氯硅烷一起进入精馏装置进行精馏处理；所产生的压缩后气进入吸附-脱吸装置进行吸附处理和脱吸处理，从而得到纯净的氢气和包含氯硅烷和氯化氢的混合气体，其中，氢气可以用于制备多晶硅；包含氯硅烷和氯化氢的混合气体被送至在氯氢化装置中进行氯氢化处理，在氯氢化装置中氯化氢和四氯化硅均参加反应生成了高附加值的三氯氢硅，由此，将废气氯化氢和四氯化硅转化为了可用于制备多晶硅的原料。

利用本实施例的处理多晶硅还原尾气的方法可以有效地对多晶硅还原尾气进行处理，该工艺流程简单，运行稳定，能耗低。该工艺的运行成本约是传统干法回收工艺运行成本的一半，经济效益良好；系统外排的氢气和氯硅烷均为常温，因此冷量回收充分、无损耗；并且外排的氯硅烷中气体少；没有对送至氯氢化装置的气体进行降温，由此额外节省部分成本。另外，本发明上述实施例的处理多晶硅还原尾气的方法最终无废气排放，处理过程中产生的氢气和氯硅烷冷凝液均可以作为生产多晶硅的原料进行再利用，中间废气氯化氢和四氯化硅也均被转化为了可利用的氯硅烷原料。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (21)

1.一种淋洗设备，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有位于该壳体下部的进气口、位于该壳体顶部的出气口、位于该壳体上部的进液口、位于该壳体底部的出液口和位于该壳体下部且高于所述进气口的冷凝液出口；

筛板，所述筛板设在所述壳体内且位于所述进液口与所述冷凝液出口之间；

液体分布器，所述液体分布器设在所述壳体内且与所述进液口相连；以及

气体分布器，所述气体分布器设在所述壳体内且与所述进气口相连。

2.根据权利要求1所述的淋洗设备，其特征在于，所述筛板具有多个通孔，所述通孔的直径为10～20毫米。

3.根据权利要求1或2所述的淋洗设备，其特征在于，所述筛板包括多层，所述多层筛板沿上下方向彼此间隔开设置。

4.根据权利要求3所述的淋洗设备，其特征在于，所述筛板为1～10层，优选为2～5层。

5.根据权利要求3或4所述的淋洗设备，其特征在于，相邻筛板之间的距离为100～400毫米。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的淋洗设备，其特征在于，所述液体分布器的出液孔的面积之和大于所述进液口的面积。

7.根据权利要求1所述的淋洗设备，其特征在于，所述气体分布器的出气孔的面积之和大于所述进气口的面积。

8.根据权利要求1所述的淋洗设备，其特征在于，所述出气口内设有气液分离装置。

9.一种处理多晶硅还原尾气的方法，其特征在于，包括：

（1）利用权利要求1～8任一项所述的淋洗设备对多晶硅还原尾气进行淋洗，以便获得经过淋洗的还原尾气和氯硅烷；

（2）将所述经过淋洗的还原尾气进行压缩冷却处理，以便获得氯硅烷和压缩后气；

（3）将所述压缩后气与吸附剂接触进行吸附处理，以便从所述压缩后气中分离氢气和吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂；以及

（4）将所述吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，以便获得脱附再生气，其中，所述脱附再生气包含氯化氢和氯硅烷。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：

（5）将步骤（2）中所得到的氯硅烷返回至步骤（1）中对所述还原尾气进行淋洗。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：

（6）将步骤（1）中所得到的氯硅烷进行精馏处理。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述经过淋洗的还原尾气的温度为35～45摄氏度。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压缩后气的压力为0.9～1.2Mpa，温度为-40～-30摄氏度。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述吸附处理是在0.9～1.2Mpa的压力下进行的。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：

（7）将步骤（4）中所得到的脱附再生气用于氯氢化处理。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在将所述脱附再生气用于氯氢化处理之前，预先将所述脱附再生气压缩至0.9～1.2MPa。

17.一种处理多晶硅还原尾气的系统，其特征在于，包括：

淋洗装置，所述淋洗装置为权利要求1～8任一项所述的淋洗设备，用于对多晶硅还原尾气进行淋洗，以便获得经过淋洗的还原尾气和氯硅烷；

压缩冷却装置，所述压缩冷却装置与所述淋洗装置相连，用于将所述经过淋洗的还原尾气进行压缩冷却处理，以便获得氯硅烷和压缩后气；以及

吸附-脱吸装置，所述吸附-脱吸装置与所述压缩冷却装置相连，用于将所述压缩后气与吸附剂接触，以便从所述压缩后气中分离氢气和吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂，并且用于将所述吸附氯化氢和氯硅烷的吸附剂进行脱吸处理，以便获得脱附再生气，其中，所述脱附再生气包含氯化氢和氯硅烷。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，进一步包括：

将所述压缩冷却装置中所产生的氯硅烷返回至所述淋洗装置，用于利用所述氯硅烷对所述还原尾气进行淋洗。

19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，进一步包括：

精馏装置，所述精馏装置与所述淋洗装置相连，用于对所述淋洗装置中所产生的氯硅烷进行精馏处理。

20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，进一步包括：

氯氢化装置，所述氯氢化装置与所述吸附-脱吸装置相连，以便对所述脱附再生气进行氯氢化处理。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，进一步包括：

压缩装置，所述压缩装置分别与所述吸附-脱吸装置和所述氯氢化装置相连，用于在将所述脱附再生气进行氯氢化处理之前，预先将所述脱附再生气压缩至0.9～1.2MPa。

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