CN104058411B - 三氯氢硅的提纯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三氯氢硅的提纯装置。上述三氯氢硅的提纯装置包括提纯塔组，其中，提纯塔组包括脱重塔组和脱轻塔组，脱重塔组包括至少两个脱重塔，脱轻塔组包括至少一个脱轻塔；按照物料流动顺序，脱重塔组设置在脱轻塔组的上游。上述提纯装置中，将所有的脱重塔均设置在脱轻塔之前，可以使三氯氢硅粗液在进行脱重工序之后再进行脱轻工序。这种前段连续脱重、后段连续脱轻的设置有利于将三氯氢硅粗液中的硅微粉杂质、高沸点氯化物及高沸点金属氯化物杂质在前段的脱重过程中被分离出来，从而将这些易造成塔组堵塞的杂质集中在前段的脱重塔(尤其是第一脱重塔)中，降低后续提纯塔和再沸器的堵塞几率。

Description

三氯氢硅的提纯装置

技术领域

本发明涉及多晶硅制造领域，具体而言，涉及一种三氯氢硅的提纯装置。

背景技术

多晶硅是制造半导体器件、集成电路、太阳能电池材料的基础材料，是信息和能源产业的基石，也是国家鼓励优先发展的战略材料。目前世界上大多数的多晶硅通过改良西门子法制得。该法主要包括三氯氢硅合成、精馏提纯、还原、尾气回收及氢化五道工序。其中，精馏提纯工序是保证多晶硅纯度的重要工序。

现有的精馏提纯工序中，是将三氯氢硅粗液通过提纯塔组进行提纯。然而，在三氯氢硅粗液的合成过程和四氯化硅氢化过程中，需要以粗硅粉作为原料，这就使得三氯氢硅粗液中含有较多的未反应的硅粉和一些其他的高沸点金属化合物。在后期的精馏提纯过程中，将三氯氢硅粗液进行反复的冷凝和汽化时，这些硅粉和金属化合物很容易在相变处发生积聚。同时，这些物质还容易在塔底、再沸器及其管路中发生积聚。最终导致塔釜和再沸器严重堵塞，降低再沸器的换热效果，甚至造成整个塔组停车检修。这大大降低了塔组的系统稳定性，更严重影响了多晶硅生产的连续性。

基于上述原因，有必要提出一种新的提纯装置，用以缓解精馏提纯工序中提纯塔组易堵塞的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种三氯氢硅的提纯装置，以解决现有技术精馏提纯工序中提纯塔组易堵塞的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种三氯氢硅的提纯装置，包括提纯塔组，其中，提纯塔组包括脱重塔组和脱轻塔组，脱重塔组包括至少两个脱重塔，脱轻塔组包括至少一个脱轻塔；按照物料流动顺序，脱重塔组设置在脱轻塔组的上游。

进一步地，上述脱重塔组包括至少两个脱重塔，脱轻塔组包括至少两个脱轻塔，且脱重塔与脱轻塔的总数为四至六。

进一步地，上述提纯装置还包括按照物料流动顺序设置在脱重塔组上游的静置贮液罐，静置贮液罐的上层液出口与提纯塔组的进料口相连。

进一步地，上述提纯装置还包括设置在静置贮液罐的上层液出口与提纯塔组的进料口之间的过滤装置，过滤装置用于滤除上层液中粒径大于等于100目的颗粒。

进一步地，上述提纯塔组中包括与各脱重塔和各脱轻塔一一对应设置的再沸器。

进一步地，各再沸器为强制循环式再沸器或热虹吸再沸器。

进一步地，各再沸器为强制循环式再沸器。

进一步地，上述提纯塔组中还包括与各脱重塔的塔釜出口，以及各脱轻塔的塔顶出口一一对应设置的回收罐。

应用本发明的一种三氯氢硅的提纯装置，将所有的脱重塔均设置在脱轻塔之前，可以使三氯氢硅粗液在进行脱重工序之后再进行脱轻工序。这种前段连续脱重、后段连续脱轻的设置有利于将三氯氢硅粗液中的硅微粉杂质、高沸点氯化物及高沸点金属氯化物杂质在前段的脱重过程中被分离出来，从而将这些易造成塔组堵塞的杂质集中在前段的脱重塔(尤其是第一脱重塔)中，降低后续提纯塔和再沸器的堵塞几率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一种实施方式的三氯氢硅的提纯装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术部分所介绍的，现有的三氯氢硅的提纯塔组存在易堵塞的问题。为了解决这一问题，本发明发明人提供了一种三氯氢硅的提纯装置，包括提纯塔组，其中，如图1所示，提纯塔组包括脱重塔组100和脱轻塔组200，脱重塔组100包括至少两个脱重塔110，脱轻塔组200包括至少一个脱轻塔210；按照物料流动顺序，脱重塔组100设置在脱轻塔组200的上游。

本发明所提供的上述提纯装置中，将所有的脱重塔110均设置在脱轻塔210之前，可以使三氯氢硅粗液在进行脱重工序之后再进行脱轻工序。这种前段连续脱重、后段连续脱轻的设置有利于将三氯氢硅粗液中的硅微粉杂质、高沸点氯化物及高沸点金属氯化物杂质在前段的脱重过程中被分离出来，从而将这些易造成塔组堵塞的杂质集中在前段的脱重塔110尤其是第一脱重塔110中，降低后续提纯塔和再沸器101的堵塞几率。

上述的提纯装置中，只要将脱重塔110全部设置在脱轻塔210工序前，就有利于将三氯氢硅粗液中的固体颗粒、高沸点杂质集中在前段脱重塔110中。具体的脱重塔110和脱轻塔210的个数可以根据具体的三氯氢硅粗液的成分进行调整。在一种优选的实施方式中，脱重塔组100包括至少两个脱重塔110，脱轻塔组200包括至少两个脱轻塔210，且脱重塔110与脱轻塔210的总数为四至六。

上述的提纯装置中，直接将三氯氢硅粗液通入脱重塔组100中，便能够将大部分的固体颗粒、高沸点杂质在前段脱重塔110被分离出来。在一种优选的实施方式中，上述提纯装置还包括按照物料流动顺序设置在脱重塔组100上游的静置贮液罐300，静置贮液罐300的上层液出口与提纯塔组的进料口相连。在三氯氢硅粗液进入脱重塔组100之前，先将粗液通入静置贮液罐300，有利于使粗液中大部分未反应完的固态颗粒沉入贮液罐底部。从而减少后续脱重塔110的堵塞几率，提高三氯氢硅提纯工序的连续性。更优选地，上述提纯装置还包括设置在静置贮液罐300的上层液出口与提纯塔组的进料口之间的过滤装置400，过滤装置400用于滤除上层液中粒径大于等于100目的颗粒。将静置贮液罐300中的上层液通入过滤装置400，能够进一步去除粗液中的固态颗粒，从而进一步减少后续脱重塔110的堵塞几率，提高三氯氢硅提纯工序的连续性。

本发明上述提纯装置中，每个脱重塔110和脱轻塔210中使用的再沸器101可以是任意的再沸器101，只要满足相应塔内的换热要求即可。在一种优选的实施方式中，上述提纯塔组中包括与各脱重塔110和各脱轻塔210一一对应设置的再沸器101，优选地，各再沸器101为强制循环式再沸器101或热虹吸再沸器101，更优选为强制循环式再沸器101。强制循环再沸器101中的液体流速较快。较快的液体流速有利于降低管路中的结垢速度，同时，高流速的液体还能够起到冲刷管路内壁的作用。从而有利于进一步缓解再沸器101管路的堵塞问题。

上述提纯装置中，将各脱重塔110产生的塔釜残液、及各脱轻塔210产生的塔顶废气直接回收即可。一种优选的实施方式中，上述提纯塔组中还包括与各脱重塔110的塔釜出口，以及各脱轻塔210的塔顶出口一一对应设置的回收罐102。

根据本发明的另一方面，本发明发明人还提供了一种三氯氢硅的提纯方法，其包括将三氯氢硅粗液通入提纯塔组的步骤，将三氯氢硅粗液通入提纯塔组的步骤包括：将三氯氢硅粗液通入包括至少两个脱重塔110的脱重塔组100依次进行脱重处理，以获取经脱重处理得到的低沸物；将经脱重处理得到的低沸物送入包括至少一个脱轻塔210的脱轻塔组200依次进行脱轻处理，以获取三氯氢硅。

本发明提供的上述提纯方法中，将三氯氢硅粗液进行连续脱重后，再进行脱轻工序。这种提纯方法有利于将三氯氢硅粗液中的硅微粉杂质、高沸点氯化物及高沸点金属氯化物杂质在前段的脱重过程中被分离出来，从而将这些易造成塔组堵塞的杂质集中在前段的脱重塔110中，降低后续提纯塔和再沸器101的堵塞几率。通过及时将脱重塔110塔釜中的高沸物残液进行排出，就能够降低整个提纯塔组被堵塞的几率，提高提纯塔组的运行连续性。

上述的提纯方法中，将三氯氢硅粗液通过脱重塔组100进行连续脱重，就能够将大部分固态颗粒、高沸点杂质进行集中分离。在一种优选的实施方式中，将三氯氢硅粗液通入提纯塔组的步骤前，还包括将三氯氢硅粗液在静置贮液罐300中静置沉降，获取上层液的步骤；在静置沉降的步骤后，将上层液通入提纯塔组。经过在贮液罐中的静置，有利于去除粗液中未反应完全的固态颗粒，从而有利于降低后续塔组的堵塞几率。在实际操作的过程中，静置沉降的步骤中静置时间可以根据粗液中的颗粒含量进行调整。出于生产效率的考虑，优选该静置时间为5～60min，更优选为10～20min。将粗液经过静置处理后，大多数未反应的固态颗粒均可以被去除。一种更优选的实施方式中，将上层液通入提纯塔组的步骤前，还包括将上层液通入过滤装置400进行过滤，获取滤液的步骤；在过滤步骤后，将滤液通入提纯塔组，过滤的步骤中，滤液中颗粒粒径小于100目。上述过滤步骤有利于进一步滤除上层液中的微小颗粒，从而进一步降低后续塔组的堵塞几率。

提纯塔组中，通常利用再沸器101的加热实现物料的汽化。在符合传热要求的前提下，优选在将三氯氢硅粗液通入提纯塔组的步骤中，控制流入各再沸器101的液体流速为5～6m/s。采用上述较高范围的再沸器101液体流速，有利于降低管路中的结垢速度，同时，高流速的液体还能够起到冲刷管路内壁的作用。从而有利于进一步缓解再沸器101管路的堵塞问题。另外，高流速可以提高再沸器101的换热系数，提高再沸器101的换热效果，从而能够在再沸器101管路轻微结垢的基础上，使其仍旧保持较高的换热效果。具体的调整再沸器101中液体流速的方法可以是本领域技术人员惯用的方法，优选地，通过降低再沸器101汽化率提高再沸器101内物料循环量，或者通过泵加压加速，使再沸器101内物料流速达到5～6m/s

在回收残液的过程中，优选分别回收各脱重塔110产生的高沸物，以及各脱轻塔210产生低沸物。分别回收塔中残液有利于将三氯氢硅粗液中的高沸物和低沸物进行分别后处理和再利用。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

实施例1

采用提纯塔组对三氯氢硅粗液进行提纯。其中，提纯塔组包括脱重塔组和脱轻塔组，脱重塔组设置在脱轻塔组上游，且脱重塔组包括依次相连的第一脱重塔、第二脱重塔及第三脱重塔，脱轻塔组包括依次相连的第一脱轻塔和第二脱轻塔，各塔配有强制循环式再沸器，再沸器中的液体流速为3m/s。

连续运行180d后，第一脱重塔管路出现堵塞。

实施例2

将三氯氢硅粗液通过静置贮液罐静置10min后，将上层液通入提纯塔组进行提纯。其中，提纯塔组包括脱重塔组和脱轻塔组，脱重塔组设置在脱轻塔组上游，且脱重塔组包括依次相连的第一脱重塔、第二脱重塔及第三脱重塔，脱轻塔组包括依次相连的第一脱轻塔和第二脱轻塔，各塔配有强制循环式再沸器。再沸器中的液体流速为5m/s。

连续运行210d后，第一脱重塔管路出现堵塞。

实施例3

将三氯氢硅粗液通过静置贮液罐静置10min后，将上层液通入过滤装置进行过滤，而后将滤液通入提纯塔组进行提纯。其中，提纯塔组包括脱重塔组和脱轻塔组，脱重塔组设置在脱轻塔组上游，且脱重塔组包括依次相连的第一脱重塔、第二脱重塔及第三脱重塔，脱轻塔组包括依次相连的第一脱轻塔和第二脱轻塔，各塔配有强制循环式再沸器。再沸器中的液体流速为6m/s。

连续运行240d后，第一脱重塔管路出现堵塞。

对比例1

采用提纯塔组对三氯氢硅粗液进行提纯。其中，提纯塔组包括依次相连的第一脱重塔、第一脱轻塔、第二脱重塔、第二脱轻塔及第三脱重塔，各塔配有热虹吸再沸器。再沸器中的液体流速为2m/s。

连续运行120d后，各脱重塔、脱轻塔及再沸器管路中均出现堵塞。

从以上的数据和描述中，可以看出，本发明的三氯氢硅提纯装置实现了如下技术效果：

1)、通过将三氯氢硅粗液进行前段连续脱重、后段连续脱轻，有利于将粗液中易造成塔组堵塞的固态颗粒和高沸点杂质集中在前段的脱重塔中，配合及时的脱重塔塔釜残液回收，能够有效降低提纯塔组的堵塞几率、提高提纯工序的连续性；

2)、通过将三氯氢硅粗液进行进塔前的预处理，能够将粗液中大部分固态颗粒去除，进一步降低后续塔组的堵塞几率；

3)、通过提高每个脱重塔和脱轻塔中再沸器的液体流速，有利于降低再沸器管路的堵塞几率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三氯氢硅的提纯装置，包括提纯塔组，其特征在于，所述提纯塔组包括脱重塔组(100)和脱轻塔组(200)，所述脱重塔组(100)包括至少两个脱重塔(110)，所述脱轻塔组(200)包括至少一个脱轻塔(210)；按照物料流动顺序，所述脱重塔组(100)设置在所述脱轻塔组(200)的上游，所述提纯塔组中还包括与各脱重塔(110)和各脱轻塔(210)一一对应设置的再沸器(101)；

其中，所述提纯塔组还包括：

按照物料流动顺序设置在所述脱重塔组(100)上游的静置贮液罐(300)，所述静置贮液罐(300)的上层液出口与所述提纯塔组的进料口相连；以及

设置在所述静置贮液罐(300)的上层液出口与所述提纯塔组的进料口之间的过滤装置(400)，所述过滤装置(400)用于滤除所述上层液中粒径大于等于100目的颗粒。

2.根据权利要求1所述的提纯装置，其特征在于，所述脱重塔组(100)包括至少两个脱重塔(110)，所述脱轻塔组(200)包括至少两个脱轻塔(210)，且所述脱重塔(110)与所述脱轻塔(210)的总数为四至六。

3.根据权利要求1所述的提纯装置，其特征在于，各所述再沸器(101)为强制循环式再沸器或热虹吸再沸器。

4.根据权利要求3所述的提纯装置，其特征在于，各所述再沸器(101)为强制循环式再沸器。

5.根据权利要求1或2所述的提纯装置，其特征在于，所述提纯塔组中还包括与各所述脱重塔(110)的塔釜出口，以及各所述脱轻塔(210)的塔顶出口一一对应设置的回收罐(102)。