CN113044848B - 多晶硅尾气处理回收系统及方法 - Google Patents

多晶硅尾气处理回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多晶硅尾气处理回收系统及方法。所述多晶硅尾气处理回收系统包括第一尾气吸收单元、过滤分离单元、混合单元、第二尾气吸收单元、离心脱析单元、气体分离单元，所述第一尾气吸收单元与所述过滤分离单元、第二尾气吸收单元连接，所述过滤分离单元还与所述混合单元连接，第二尾气吸收单元与混合单元、离心脱析单元连接，所述离心脱析单元还与所述混合单元和/或第一尾气吸收单元连接。本发明提供的多晶硅尾气处理回收系统及方法，能够实现对多晶硅生产过程中产生的尾气进行无毒华净化处理，并能够将生成的物料进行回收利用，实现废物利用创造额外经济价值，且该系统中的水可以循环使用，进而实现了系统内部水消耗的零排放。

Description

多晶硅尾气处理回收系统及方法
技术领域
本发明特别涉及一种多晶硅尾气处理回收系统及方法，属于多晶硅尾气回收处理技术领域。
背景技术
在多晶硅生产中，多晶硅生产过程中会产生大量尾气，其主要成份为：氮气(N2)、氢气(H2)、氯化氢(HCl)、二氯二氢硅(SiH2Cl2)、三氯氢硅(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)，SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4可统称为氯硅烷。
多晶硅尾气既是有效原料气或中间产品，又是对环境具有极大危害的物质，目前多晶硅生产过程中，系统置换至尾气系统的物料被现有尾气处理系统进行水淋洗处理后将氢气、氮气排空，该方法会产生大量废液、废气，同时造成极大的资源浪费，如何在有效净化尾气的同时，分离、回收尾气中可循环使用的成分、变废为宝是多晶硅生产中仍要解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多晶硅尾气处理回收系统及方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例还提供了一种多晶硅尾气处理回收方法，其包括：
1)以水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，使其中的氯硅烷水解形成HCl和二氧化硅，并使所述尾气中至少部分的HCl被水吸收，之后分离获得第一气相混合物和第一液相混合物，所述第一气相混合物包括氢气、氮气和HCl气体，所述第一液相混合物包括水及与水混合的HCl、二氧化硅；
2)分离出所述第一液相混合物中的二氧化硅，获得第二液相混合物，再将所述第二液相混合物与氨水混合，形成喷淋用氨水；
3)以所述喷淋用氨水对所述第一气相混合物进行喷淋，从而使其中的HCl被吸收且与氨水反应形成氯化铵，之后分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，所述第二气相混合物包括氮气和氢气，所述第三液相混合物包括水、未反应的氨水和氯化铵；
4)对所述第二气相混合物进行后处理，从而获得纯化的氮气和纯化的氢气，以及，分离出所述第三液相混合物中的氯化铵，获得第四液相混合物；
5)以所述第四液相混合物作为步骤1)中的淋洗用水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，和/或，将所述第四液相混合物与氨水及所述第二液相混合物混合，形成步骤1)所述的喷淋用氨水。
进一步的，所述后处理包括干燥处理、加压处理、降温处理、冷凝处理。
本发明实施例提供了一种多晶硅尾气处理回收系统，与多晶硅生产系统的尾气排出管连接，所述多晶硅尾气处理回收系统包括：
第一尾气吸收单元，其至少用于以水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，并使尾气中的氯硅烷水解形成HCl和二氧化硅，并使所述尾气中至少部分的HCl被水吸收，进而分离获得第一气相混合物和第一液相混合物，所述第一气相混合物包括氢气、氮气和HCl气体，所述第一液相混合物包括水及与水混合的HCl、二氧化硅；
过滤分离单元，其与所述第一尾气吸收单元连接，并至少用于分离出所述第一液相混合物中的二氧化硅，进而获得第二液相混合物；
混合单元，其与所述过滤分离单元连接，并至少用于将所述第二液相混合物与氨水混合形成喷淋用氨水；
第二尾气吸收单元，其与所述混合单元连接，并以所述喷淋用氨水对所述第一气相混合物进行喷淋，而使第一气相混合物中的HCl被吸收且HCl与氨水反应形成氯化铵，进而分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，所述第二气相混合物包括氮气和氢气，所述第三液相混合物包括水、未反应的氨水和氯化铵；
离心脱析单元，其与所述第二尾气吸收单元连接，并至少用于分离出所述第三液相混合物中的氯化铵，进而获得第四液相混合物，所述第四液相混合物包括水和少量氯化氢；以及
气体分离单元，其与所述第二尾气吸收单元连接，并至少用于对所述第二气相混合物进行后处理，从而获得纯化的氮气和纯化的氮气；
其中，所述离心脱析单元还与第一尾气吸收单元连接，并向所述第一尾气吸收单元提供第四液相混合物作为淋洗用水，和/或，所述离心脱析单元还与所述混合单元连接，并向所述混合单元提供第四液相混合物，以使所述第四液相混合物与氨水以及第二液相混合物混合作为所述第二尾气吸收单元的喷淋用氨水。
进一步的，所述气体分离单元包括干燥吸附装置和压缩冷凝装置，所述干燥吸附装置至少用于对所述第二气相混合物进行干燥处理，所述压缩冷凝装置至少用于将所述干燥后的第二气相混合物中的氢气和氮气分离。
进一步的，所述干燥吸附装置包括干燥吸附塔。
进一步的，所述的多晶硅尾气处理回收系统还包括氮气储存单元和氢气储存单元，所述氮气储存单元和氢气储存单元与所述气体分离单元连接。
进一步的，所述的多晶硅尾气处理回收系统还包括氨水供给单元，所述氨水供给单元与所述混合单元连接，并至少用于向所述混合单元中提供氨水。
进一步的，所述的多晶硅尾气处理回收系统还包括二氧化硅储存单元，所述二氧化硅储存单元与所述过滤分离单元连接并至少用于收集存储二氧化硅。
进一步的，所述的多晶硅尾气处理回收系统还包括氯化铵储存单元，所述氯化铵储存单元与所述离心脱析单元连接并至少用于收集存储氯化铵。
进一步的，所述第一尾气吸收单元和第二尾气吸收单元均包括尾气吸附塔。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种多晶硅尾气处理回收系统及方法，能够实现对多晶硅生产过程中产生的尾气进行无毒华净化处理，同时该净化处理过程中的各个副产物都可以回收利用，很好的实现了废物利用，进而能创造额外的经济价值，且该净化过程中的水是循环利用的，进而实现系统内部水消耗的零排放。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中一种多晶硅尾气处理回收方法的流程原理示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种多晶硅尾气处理回收方法，其包括：
1)以水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，使其中的氯硅烷水解形成HCl和二氧化硅，并使所述尾气中至少部分的HCl被水吸收，之后分离获得第一气相混合物和第一液相混合物，所述第一气相混合物包括氢气、氮气和HCl气体，所述第一液相混合物包括水及与水混合的HCl、二氧化硅；
2)分离出所述第一液相混合物中的二氧化硅，获得第二液相混合物，再将所述第二液相混合物与氨水混合，形成喷淋用氨水；
3)以所述喷淋用氨水对所述第一气相混合物进行喷淋，从而使其中的HCl被吸收且与氨水反应形成氯化铵，之后分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，所述第二气相混合物包括氮气和氢气，所述第三液相混合物包括水、未反应的氨水和氯化铵；
4)对所述第二气相混合物进行后处理，从而获得纯化的氮气和纯化的氢气，以及，分离出所述第三液相混合物中的氯化铵，获得第四液相混合物；
5)以所述第四液相混合物作为步骤1)中的淋洗用水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，和/或，将所述第四液相混合物与氨水及所述第二液相混合物混合，形成步骤1)所述的喷淋用氨水。
在本发明实施例的多晶硅尾气处理回收方法中，净化用水是可以在各个环节循环利用的，无需向外排放，因此一方面可以节约水资源，另一方面还可避免废水排放引起的环境污染，同时，在净化过程中产生的二氧化硅、氯化铵等都可以作为资源回收利用，以及，尾气中的氢气、氮气等也可通过便捷的方式回收利用，从而可以进一步提高资源的利用率，降低成本。
本发明实施例还提供了一种多晶硅尾气处理回收系统，与多晶硅生产系统的尾气排出管连接，所述多晶硅尾气处理回收系统包括：
第一尾气吸收单元，其至少用于以水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，并使尾气中的氯硅烷水解形成HCl和二氧化硅，并使所述尾气中至少部分的HCl被水吸收，进而分离获得第一气相混合物和第一液相混合物，所述第一气相混合物包括氢气、氮气和HCl气体，所述第一液相混合物包括水及与水混合的HCl、二氧化硅；
过滤分离单元，其与所述第一尾气吸收单元连接，并至少用于分离出所述第一液相混合物中的二氧化硅，进而获得第二液相混合物；
混合单元，其与所述过滤分离单元连接，并至少用于将所述第二液相混合物与氨水混合形成喷淋用氨水；
第二尾气吸收单元，其与所述混合单元连接，并以所述喷淋用氨水对所述第一气相混合物进行喷淋，而使第一气相混合物中的HCl被吸收且HCl与氨水反应形成氯化铵，进而分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，所述第二气相混合物包括氮气和氢气，所述第三液相混合物包括水、未反应的氨水和氯化铵；
离心脱析单元，其与所述第二尾气吸收单元连接，并至少用于分离出所述第三液相混合物中的氯化铵，进而获得第四液相混合物，所述第四液相混合物包括水和少量氯化氢；以及
气体分离单元，其与所述第二尾气吸收单元连接，并至少用于对所述第二气相混合物进行后处理，从而获得纯化的氮气和纯化的氮气；
其中，所述离心脱析单元还与第一尾气吸收单元连接，并向所述第一尾气吸收单元提供第四液相混合物作为淋洗用水，和/或，所述离心脱析单元还与所述混合单元连接，并向所述混合单元提供第四液相混合物，以使所述第四液相混合物与氨水以及第二液相混合物混合作为所述第二尾气吸收单元的喷淋用氨水。
请参阅图1，一个较为典型的实施案例中，一种多晶硅尾气处理回收方法包括如下流程：
第一步：先将尾气通入第一级尾气吸收塔(即前述第一尾气吸收单元)中进行纯水喷淋水解处理，使尾气中的氯硅烷与水发生水解反应而生成二氧化硅和氯化氢，该水解生成的氯化氢与尾气中原有的氯化氢之中的一部分被水吸收，并与前述二氧化硅混合在一起形成第一液相混合物，且沉降至塔釜，而其余氯化氢仍残留在尾气中，并与尾气中原有的氢气、氮气等混合形成第一气相混合物，第一气相混合物被从第一尾气吸收塔塔顶输入至第二尾气吸收塔(即第二尾气吸收单元)进行二次处理；
第二步：利用过滤分离装置(即过滤分离单元)对由第一尾气吸收塔的塔釜排出来的第一液相混合物进行过滤处理，分离出其中的二氧化硅，同时获得第二液相混合物；从该第一液相混合物中分离出的二氧化硅可以作为副产品收集，其在制造平板玻璃、玻璃制品、铸造砂、玻璃纤维、陶瓷彩釉、防锈用喷砂、过滤用砂、熔剂、耐火材料以及轻量气泡混凝土等产品中使用，而分离出的第二液相混合物包含水和氯化氢。
第三步：将第二液相混合物输入混合装置(即混合单元)，并适量投加氨水，经充分混合后可作为第二尾气吸塔中的喷淋用氨水使用，对由第一尾气吸收塔顶排出的第一气相混合物进行喷淋吸收；在第二尾气吸收塔中，氨水与氯化氢反应生成氯化铵，之后分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，再将包含氯化铵的第三液相混合物送至离心机(即离心脱析单元)进行离心脱析，脱析后形成的第四液相混合物包括水以及少量的氯化氢，该第四液相混合物可以被送至第一级尾气吸收塔充当喷淋用水使用(或被送至混合单元并适量添加氨水后充当喷淋用氨水)；前述离心脱析出的氯化氨可以作为副产品收集，进而可以用于制备干电池、蓄电池、铵盐、鞣革、电镀、精密铸造、医药、照相、电极、粘合剂、酵母菌的养料和面团改进剂，也可作为氨肥使用。
第四步：将由第二尾气吸收塔输出的第二气相混合物导入干燥吸附塔中进行吸附、干燥，除去其中水分后，再送至压缩冷凝装置进行分离，通过加压、降温、冷凝处理而将第二气相混合物中的氢气与氮气分离，最终获得纯化的氢气和纯化的氮气；该纯化的氮气可作为多晶硅生产工厂的设备检修、装置置换的惰性吹扫气；该纯化的氢气可作为多晶硅生产的原料，进行二次节能利用。
本发明实施例提供的多晶硅尾气处理回收系统之中的各个组件，例如第一尾气吸收单元、过滤分离单元、混合单元、第二尾气吸收单元、离心脱析单元、气体分离单元等都可以采用本领域技术人员已知的现有设备实现，并且本领域技术人员还可以根据具体需要，选择不同型号和结构的设备获得所述的多晶硅尾气处理回收系统。
利用本发明实施例提供的多晶硅尾气处理回收系统及方法，能够简单、高效的实现对多晶硅生产过程中产生的尾气进行无毒华净化处理，并几乎能够将净化过程中生成的所有物料回收利用，实现废物利用，创造额外经济价值，同时还可以实现系统内部水、气资源的循环使用，实现废水、废气的零排放，节能高效、绿色环保，且成本低。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多晶硅尾气处理回收方法，其特征在于包括：
1）以水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，使其中的氯硅烷水解形成HCl和二氧化硅，并使所述尾气中至少部分的HCl被水吸收，之后分离获得第一气相混合物和第一液相混合物，所述第一气相混合物包括氢气、氮气和HCl气体，所述第一液相混合物包括水及与水混合的HCl、二氧化硅；
2）分离出所述第一液相混合物中的二氧化硅，获得第二液相混合物，再将所述第二液相混合物与氨水混合，形成喷淋用氨水；
3）以所述喷淋用氨水对所述第一气相混合物进行喷淋，从而使其中的HCl被吸收且与氨水反应形成氯化铵，之后分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，所述第二气相混合物包括氮气和氢气，所述第三液相混合物包括水、未反应的氨水和氯化铵；
4）对所述第二气相混合物进行后处理，从而获得纯化的氮气和纯化的氢气，以及，分离出所述第三液相混合物中的氯化铵，获得第四液相混合物；
5）以所述第四液相混合物作为步骤1）中的淋洗用水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，将所述第四液相混合物与氨水及所述第二液相混合物混合，形成步骤2）所述的喷淋用氨水。
2.根据权利要求1所述的多晶硅尾气处理回收方法，其特征在于：步骤4）中所述后处理包括对所述第二气相混合物依次进行干燥处理、加压处理、降温处理、冷凝处理。
3.一种多晶硅尾气处理回收系统，与多晶硅生产系统的尾气排出管连接，其特征在于：所述多晶硅尾气处理回收系统包括：
第一尾气吸收单元，其至少用于以水对多晶硅生产系统产生的尾气进行淋洗，并使尾气中的氯硅烷水解形成HCl和二氧化硅，并使所述尾气中至少部分的HCl被水吸收，进而分离获得第一气相混合物和第一液相混合物，所述第一气相混合物包括氢气、氮气和HCl气体，所述第一液相混合物包括水及与水混合的HCl、二氧化硅；
过滤分离单元，其与所述第一尾气吸收单元连接，并至少用于分离出所述第一液相混合物中的二氧化硅，进而获得第二液相混合物；
混合单元，其与所述过滤分离单元连接，并至少用于将所述第二液相混合物与氨水混合形成喷淋用氨水；
氨水供给单元，所述氨水供给单元与所述混合单元连接，并至少用于向所述混合单元中提供氨水；
第二尾气吸收单元，其与所述混合单元连接，并至少用于以所述喷淋用氨水对所述第一气相混合物进行喷淋，从而使第一气相混合物中的HCl被吸收且与氨水反应形成氯化铵，进而分离获得第二气相混合物和第三液相混合物，所述第二气相混合物包括氮气和氢气，所述第三液相混合物包括水、未反应的氨水和氯化铵；
离心脱析单元，其与所述第二尾气吸收单元连接，并至少用于分离出所述第三液相混合物中的氯化铵，进而获得第四液相混合物，所述第四液相混合物包括水和少量氯化氢；以及
气体分离单元，其与所述第二尾气吸收单元连接，并至少用于对所述第二气相混合物进行后处理，从而获得纯化的氮气和纯化的氢气，所述气体分离单元包括干燥吸附装置和压缩冷凝装置，所述干燥吸附装置至少用于对所述第二气相混合物进行干燥处理，所述压缩冷凝装置至少用于将所述干燥后的第二气相混合物中的氢气和氮气分离；
其中，所述离心脱析单元还与第一尾气吸收单元连接，并向所述第一尾气吸收单元提供第四液相混合物作为淋洗用水，所述离心脱析单元还与所述混合单元连接，并向所述混合单元提供第四液相混合物，以使所述第四液相混合物与氨水以及第二液相混合物混合作为所述第二尾气吸收单元的喷淋用氨水。
4.根据权利要求3所述的多晶硅尾气处理回收系统，其特征在于：所述干燥吸附装置包括干燥吸附塔。
5.根据权利要求3所述的多晶硅尾气处理回收系统，其特征在于还包括氮气储存单元和氢气储存单元，所述氮气储存单元和氢气储存单元与所述气体分离单元连接。
6.根据权利要求3所述的多晶硅尾气处理回收系统，其特征在于还包括二氧化硅储存单元，所述二氧化硅储存单元与所述过滤分离单元连接并至少用于收集存储二氧化硅。
7.根据权利要求3所述的多晶硅尾气处理回收系统，其特征在于还包括氯化铵储存单元，所述氯化铵储存单元与所述离心脱析单元连接并至少用于收集存储氯化铵。
8.根据权利要求3所述的多晶硅尾气处理回收系统，其特征在于：所述第一尾气吸收单元和第二尾气吸收单元均包括尾气吸附塔。
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