CN105289191A - 一种氯硅烷尾气处理方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氯硅烷尾气处理方法，包括以下步骤：1)废气冷凝预处理阶段，所述氯硅烷淋洗阶段中废气进入第一级淋洗塔，除去酸性气体；将废气中所含的氯硅烷气体温度降低到沸点以下，使得尾气中的大部分氯硅烷气体由气态转变成液态；余下未被冷凝的尾气等不凝性气体进行下一阶段处理；所述冷凝后的液态氯硅烷流到氯硅烷冷凝液储罐中，经冷凝液输送泵加压后输送到氢化储罐存储循环备用；2)氯硅烷淋洗阶段，经过冷凝预处理后的尾气进行二级淋洗除去大部分酸性气体，剩余尾气中主要成分为氢气，氮气等不凝性气体收集备用；淋洗后的废水进行下一段处理；3)废水处理阶段，淋洗后的废水经中和反应沉降为固态污泥排出。

Description

一种氯硅烷尾气处理方法与装置

技术领域

本发明涉及多晶硅尾气处理领域，具体涉及一种氯硅烷尾气处理方法与装置。

背景技术

多晶硅的生产常采用改良西门子法生产，其主要副产物为四氯化硅。每生产1吨光伏多晶硅同时副产10吨到20吨四氯化硅，其中四氯化硅经过冷氢化(反应的温度也在450摄氏度以上)后合成三氯氢硅重新利用。经处理后还会产生含有氯硅烷的尾气，且四氯化硅一遇潮湿空气即分解成硅酸和剧毒气体氯化氢，对人体眼睛、皮肤、呼吸道有强刺激性。如果仅仅将这些四氯化硅经简单水解处理甚至直接排放，将会对环境保护造成巨大的污染，同时也大大增加了原料硅粉和液氯的消耗，多晶硅企业的生产成本将没有竞争力。

发明内容

本发明目的是，提出多晶硅冷氢化反应中氯硅烷尾气的处理方法与装置，该工艺将冷氢化工艺中所残留的氯硅烷尾气进行了无害化的处理，极大地降低了污染。为了能够无害化地处理多晶硅还原工艺中产生的大量含有氯硅烷的尾气，做到氯硅烷的回收重复利用，提供了一种氯硅烷尾气处理方法。

本发明的技术方案是：一种氯硅烷尾气处理方法，包括以下步骤：

1)废气冷凝预处理阶段，所述氯硅烷淋洗阶段中废气进入第一级淋洗塔，除去酸性气体；将废气中所含的氯硅烷气体温度降低到沸点以下，使得尾气中的大部分氯硅烷气体由气态转变成液态；余下未被冷凝的尾气等不凝性气体进行下一阶段处理；所述冷凝后的液态氯硅烷流到氯硅烷冷凝液储罐中，经冷凝液输送泵加压后输送到氢化储罐存储循环备用；

2)氯硅烷淋洗阶段，经过冷凝预处理后的尾气进行二级淋洗除去大部分酸性气体，剩余尾气中主要成分为氢气，氮气等不凝性气体收集备用；淋洗后的废水进行下一段处理；

3)废水处理阶段，淋洗后的废水经中和反应沉降为固态污泥排出。

所述废气冷凝处理阶段包括：剩余气体经过文丘里洗涤器喷射进入第二级淋洗塔进行淋洗，进一步去除酸性气体，经第二级淋洗后的剩余尾气回收备用、通过二级换热器进行冷凝，其中的大部分氯硅烷气体在二级换热器中冷凝；所述二级淋洗去除的酸性气体主要包括HCL气体和氯硅烷气体。

所述经二级淋洗后的剩余尾气主要成分为氢气、氮气等不凝性气体，通过水封罐后回收备用。

所述废水处理阶段包括将经过二级淋洗塔喷淋后的废水收集处理的混凝反应器进行混合；经过混合的废水进入中和水池进行中和反应，所述中和反应采用氢氧化钙的水溶液与废水搅拌中和处理。

所述中和反应生成的混合物经过进入集成式污水处理器进行沉淀，并加入混凝剂和絮凝剂进行沉淀。

所述沉淀经过浓缩池浓缩后由板框压滤机压滤成污泥外运排出。

作为优选的技术方案，本发明的进一步特征有：所述氯硅烷主要包含四氯化硅、三氯氢硅、聚硅烷，集中回收提纯后作为生产原料，继续参与多晶硅生产环节的工艺反应过程中。

氯硅烷尾气处理装置，包括第一淋洗塔、第二淋洗塔、文丘里洗涤器的底端连接淋洗水池，所述淋洗水池的收集的水通过高压水泵连接上述二级淋洗塔和文丘里洗涤器，所述第一淋洗塔上端连接水封罐用以收集不凝气体。所述第二淋洗塔上端连接水封罐用以收集不凝气体。

本发明的有益效果是：整个尾气处理尾气能力可达到8000Nm3/h，尾气中含有的氯硅烷1250kg/h,其他均为不凝气体。废水污泥处理系统要求：废水处理能力应当满足600m3/h(其中包含200m3/h一期的废水处理)。废水处理中的石灰中和混凝反应停留时间大于1.5h。石灰料仓的储存量应当满足15-20d的用量。

废气预处理系统能够回收尾气中的氯硅烷1100kg/h，有效的保证废气淋洗塔的正常运行。

尾气淋洗塔系统处理能力能够完全满足我厂各个工序尾气的正常排放。废水污泥处理系统能够完全处理一二期三废站产生的污泥，同时经过处理后的水满足回用水要求和国家二级外排水指标。残液处理系统处理能力能满足精馏、氢化车间产生的残液量，且对残液中含氯硅烷量的回收率在95％以上。

总体来说该方法较现有三废的运行成本要低很多，且能够回收尾气中大量的氯硅烷降低我厂多晶硅成本。并且用此方法或装置投资少，占地面积小，项目建设安装简单，见效快，运行成本低；能够有效回收尾气中的氯硅烷，提纯后可以作为反应原材料继续使用，降低企业原材料成本；经过该装置处理后的尾气能够达到国家规定的标准排放，不污染大气环境，符合环境保护的要求；处理净化后的水可以作为工业用水继续循环使用，降低了企业用水费用，提高企业的水资源利用率，同时减少水污染。

附图说明

图1为本发明的主要工艺流程图。

图2为废气冷凝预处理工艺段工艺流程图(装置连接图)。

图3为氯硅烷淋洗工艺段工艺流程图。

图4为氯硅烷淋洗装置结构示意图。

图中所示：100、含氯硅烷尾气，101、氯硅烷液体，102、污泥，104、废水，2、废气冷凝预处理阶段(装置)，201、一级冷凝(一级换热器)，202、二级冷凝(二级换热器)，203、冷凝液储罐，204、冷凝液输送泵，205、氢化凝液储罐，3、氯硅烷淋洗阶段,301、一级淋洗塔(一级淋洗)，302、文丘里洗涤器(文丘里洗涤器洗涤)，303、二级淋洗塔(二级淋洗)，304、水封罐，305、淋洗水池，4、废水处理阶段，401、混凝反应器，402、中和水池，403、污水处理器，404、浓缩池，405、板框压滤机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

为了更好的说明本工艺方法，首先详细介绍本工艺方法所包含的整套装置系统如下：

如图1所示一种氯硅烷尾气处理装置，包括以下装置：1)废气冷凝预处理装置2，其包括将废气100中所含的氯硅烷气体温度降低到沸点以下的二级换热器，将液态氯硅烷101存储备用装置；2)氯硅烷淋洗装置3，其包括除去酸性气体的第一级淋洗塔，与第一淋洗塔连接的文丘里洗涤器，与第一淋洗塔串联或并联的第二级淋洗塔。3)废水处理装置4，其为淋洗后的废水经中和反应沉降为固态污泥102排出的装置。

其中各个工艺段的装置详细介绍如下：

废气冷凝预处理装置2，其包括：用于冷凝换热的第一级换热器201和第二级换热器202。废气冷凝处理装置还包括用于存储冷凝后的液态氯硅烷的冷凝液储罐203，所述冷凝液储罐203与第一换热器201、第二换热器202连接，还包括与冷凝液储罐203连接的氢化储罐205，所述冷凝液储罐203和氢化储罐205之间设有输送液态氯硅烷的冷凝液输送泵204。

氯硅烷淋洗装置3，其包括除去酸性气体的第一级淋洗塔301，与第一淋洗塔301连接的文丘里洗涤器302，与第一淋洗塔301串联或并联的第二级淋洗塔303。第一淋洗塔301上端连接水封罐304用以收集不凝气体。第二淋洗塔上端连接水封罐304用以收集不凝气体。所述第一淋洗塔301、第二淋洗塔303、文丘里洗涤器302的底端连接淋洗水池305，所述淋洗水池305的收集的水通过高压水泵连接上述二级淋洗塔(301、303)和文丘里洗涤器302。

废水处理装置4，其为淋洗后的废水经中和反应沉降为固态污泥102排出的装置。具体为：废水处理装置4包括经过二级淋洗塔304喷淋后的废水收集的混凝反应器401。混凝反应器401连接中和水池402，所述中和水池402用于采用氢氧化钙的水溶液与废水搅拌中和处理废水。废水处理装置进一步包括进行沉淀处理的集成式污水处理器403。污水处理器403连接用于浓缩污泥的浓缩池404。浓缩池404连接板框压滤机405用以压滤经过浓缩池浓缩后的污泥102并外运排出。

附图中1-4既可以理解为装置连接图也可以解释为工艺流程图，下面根据上述装置的介绍详细介绍本发明的具体实施方式：

如图1所示为本发明-一种氯硅烷尾气处理方法的主要工艺流程，所处理的氯硅烷尾气为多晶硅还原工艺段中所产生的包含有大量四氯化硅、三氯氢硅、聚硅烷的尾气；整个尾气处理尾气能力可达到8000Nm3/h，尾气中含有的氯硅烷1250kg/h,其他均为不凝气体。其处理工艺包括以下步骤：含有氯硅烷的尾气100经过1)废气冷凝预处理阶段2，将废气中所含的氯硅烷气体温度降低到沸点以下，使得尾气中的大部分氯硅烷气体由气态转变成液态的氯硅烷液体101并存储备用；余下未被冷凝的尾气等不凝性气体进行下一阶段处理即2)氯硅烷淋洗阶段3，经过冷凝预处理后的尾气进行二级淋洗除去大部分酸性气体，剩余尾气中主要成分为氢气，氮气等不凝性气体收集备用；淋洗后的废水进行下一段处理即3)废水处理阶段4，淋洗后的废水经中和反应沉降为固态污泥102排出。

以下就每个工艺段进行详细的描述：

如图2所示废气冷凝处理阶段(或者装置)2包括：废气依次通过二级换热器(即一级换热器201、二级换热器202)进行二级冷凝(即一级冷凝201、二级冷凝202)进行冷凝，其中的大部分氯硅烷气体在二级换热器中冷凝。在此过程中氯硅烷气体温度降低到沸点以下由气态转变成液态的氯硅烷液体流到氯硅烷冷凝液储罐203中，并进一步经过冷凝液输送泵204加压后输送到氢化储罐存储205循环备用，液体的氯硅烷主要包含四氯化硅、三氯氢硅、聚硅烷，集中回收提纯后作为生产原料，继续参与多晶硅生产环节的工艺反应过程中。余下未被冷凝的尾气(主要是氢气、氯化氢其他和部分未凝结的氯硅烷等酸性气体)等不凝性气体进行下一阶段处理。

如图3所示的氯硅烷淋洗工艺段的流程：经过冷凝后的废气进一步进行氯硅烷淋洗阶段3，氯硅烷淋洗阶段3包括废气进入第一级淋洗塔淋洗301，除去酸性气体；剩余气体经过文丘里洗涤器洗涤302喷射进入第二级淋洗塔303进行淋洗，进一步去除酸性气体，经第二级淋洗后的剩余尾气回收备用。经过冷凝预处理后的尾气进行二级淋洗除去大部分酸性气体，剩余尾气中主要成分为氢气，氮气等不凝性气体收集备用具体的通过水封罐304后回收备用或者存储或者外排；淋洗后的废水进行流到淋洗水池305内集中收集并进入下一段处理即3)废水处理阶段4。二级淋洗去除的酸性气体主要包括HCL气体和氯硅烷气体。废气预处理系统能够回收尾气中的氯硅烷1100kg/h，有效的保证废气淋洗塔的正常运行。尾气淋洗塔系统处理能力能够完全满足各个工序尾气的正常排放。废水污泥处理系统能够完全处理一二期三废站产生的污泥，同时经过处理后的水满足回用水要求和国家二级外排水指标。残液处理系统处理能力能满足精馏、氢化车间产生的残液量，且对残液中含氯硅烷量的回收率在95％以上。

如图4所示的废水处理工艺段包括经过二级淋洗塔系统喷淋后的废水104进混凝反应器401进行混合物料，并进一步进入中和水池402进行中和反应。中和反应采用氢氧化钙的水溶液与废水搅拌中和处理。中和反应生成的混合物进入集成式污水处理器进行沉淀。混合物加入混凝剂和絮凝剂进行沉淀。沉淀经过浓缩池404浓缩后由板框压滤机405压滤成污泥外运排出。废水污泥处理系统要求：废水处理能力应当满足600m3/h(其中包含200m3/h一期的废水处理)。废水处理中的石灰中和混凝反应停留时间大于1.5h。石灰料仓的储存量应当满足15-20d的用量。

总体来说该方法较现有三废的运行成本要低很多，且能够回收尾气中大量的氯硅烷降低我厂多晶硅成本。并且用此方法或装置投资少，占地面积小，项目建设安装简单，见效快，运行成本低；能够有效回收尾气中的氯硅烷，提纯后可以作为反应原材料继续使用，降低企业原材料成本；经过该装置处理后的尾气能够达到国家规定的标准排放，不污染大气环境，符合环境保护的要求；处理净化后的水可以作为工业用水继续循环使用，降低了企业用水费用，提高企业的水资源利用率，同时减少水污染。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种氯硅烷尾气处理方法，其特征是包括以下步骤：

1）废气冷凝预处理阶段，所述氯硅烷淋洗阶段中废气进入第一级淋洗塔，除去酸性气体；将废气中所含的氯硅烷气体温度降低到沸点以下，使得尾气中的大部分氯硅烷气体由气态转变成液态；余下未被冷凝的尾气等不凝性气体进行下一阶段处理；所述冷凝后的液态氯硅烷流到氯硅烷冷凝液储罐中，经冷凝液输送泵加压后输送到氢化储罐存储循环备用；

2）氯硅烷淋洗阶段，经过冷凝预处理后的尾气进行二级淋洗除去大部分酸性气体，剩余尾气中主要成分为氢气，氮气等不凝性气体收集备用；淋洗后的废水进行下一段处理；

3）废水处理阶段，淋洗后的废水经中和反应沉降为固态污泥排出。

2.根据权利要求1所述的氯硅烷尾气处理方法，其特征在于：所述废气冷凝处理阶段包括：剩余气体经过文丘里洗涤器喷射进入第二级淋洗塔进行淋洗，进一步去除酸性气体，经第二级淋洗后的剩余尾气回收备用、通过二级换热器进行冷凝，其中的大部分氯硅烷气体在二级换热器中冷凝；所述二级淋洗去除的酸性气体主要包括HCL气体和氯硅烷气体。

3.根据权利要求1所述的氯硅烷尾气处理方法，其特征在于：所述经二级淋洗后的剩余尾气主要成分为氢气、氮气等不凝性气体，通过水封罐后回收备用。

4.根据权利要求1所述的氯硅烷尾气处理方法，其特征在于：所述废水处理阶段包括将经过二级淋洗塔喷淋后的废水收集处理的混凝反应器进行混合；经过混合的废水进入中和水池进行中和反应，所述中和反应采用氢氧化钙的水溶液与废水搅拌中和处理。

5.根据权利要求4所述的氯硅烷尾气处理方法，其特征在于：所述中和反应生成的混合物经过进入集成式污水处理器进行沉淀，并加入混凝剂和絮凝剂进行沉淀。

6.根据权利要求5所述的氯硅烷尾气处理方法，其特征在于：所述沉淀经过浓缩池浓缩后由板框压滤机压滤成污泥外运排出。

7.根据权利要求1所述的氯硅烷尾气处理装置，其特征在于：包括第一淋洗塔、第二淋洗塔、文丘里洗涤器的底端连接淋洗水池，所述淋洗水池的收集的水通过高压水泵连接上述二级淋洗塔和文丘里洗涤器，所述第一淋洗塔上端连接水封罐用以收集不凝气体。

8.根据权利要求7所述的氯硅烷尾气处理装置，其特征在于：所述第二淋洗塔上端连接水封罐用以收集不凝气体。