CN215822386U - 一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，包括依次连接的进料罐、除杂树脂吸附柱、预热器、反歧化树脂柱、冷却器和氢化液储罐，进料罐上设二氯二氢硅进料管和四氯化硅进料管，氢化液储罐连接回收精馏的原料储罐。本实用新型在反歧化树脂柱的前端设置除杂树脂吸附柱，可以减少物料循环过程中硼、磷等杂质的累计，同时，能够保证反歧化反应的顺利进行，减少物料中金属氯化物对树脂的影响，有效保证树脂的转化率和使用寿命。

Description

一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统

技术领域

本实用新型是一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，具体涉及一种提高多晶硅回收精馏及合成精馏反歧化产能的工艺系统，属于多晶硅回收技术领域。

背景技术

多晶硅是由三氯氢硅和氢气为原料在还原炉内经还原反应而沉积于硅芯上。由于还原生产中会产生大量的尾气，这些尾气的主要成分包括：四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢、氢气以及微量三氯化硼、三氯化磷、金属等杂质。

回收精馏是将这部分尾气冷凝下来的氯硅烷进行多级脱重、脱轻后，得到四氯化硅、三氯氢硅和二氯二氢硅等物料再进行回收的工艺过程，其中，四氯化硅可以作为冷氢化的原料，在低温高压环境下部分转化为三氯氢硅以及少量的二氯二氢硅，三氯氢硅、二氯二氢硅与四氯化硅以混合料的方式送至合成精馏进行分离与提纯。合成精馏提纯后的三氯氢硅与回收精馏提纯后的三氯氢硅均作为多晶硅的生产原料。二氯二氢硅目前是采用反歧化工艺，通过与四氯化硅反应生成三氯氢硅并在多晶硅生产中循环利用。

现有专利文献CN203602365U公开了一种利用二氯二氢硅与四氯化硅合成三氯氢硅的装置。该装置由静态混合器、混合料缓冲罐、加压泵、进料预热器、列管反应器、产品后冷却器和产品罐依次串联，用于将多晶硅生产副产物二氯二氢硅与四氯化硅在催化剂树脂的作用下发生离子交换反应生产三氯氢硅。现有技术中，由该工艺得到的三氯氢硅通常被循环用于合成精馏继续脱除其中的轻组分和重组分，以回收其中的三氯氢硅和四氯化硅。但由于多晶硅生产副产物中还存在微量的三氯化硼、三氯化磷、金属等杂质，这些杂质并未得到有效处理，因此，在将二氯二氢硅与四氯化硅反应生成的三氯氢硅回收再用于合成精馏的循环过程中，这部分微量的硼、磷及金属杂质不断被累计，继而影响反歧化反应树脂的转化率和使用寿命，造成反歧化反应产能的下降。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有多晶硅生产系统中采用反歧化反应回收精馏、合成精馏中二氯二氢硅和四氯化硅时存在问题，提出了一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，在反歧化树脂柱的前端设置除杂树脂吸附柱，可以减少物料循环过程中硼、磷等杂质的累计，同时，能够保证反歧化反应的顺利进行，减少物料中金属氯化物对树脂的影响，有效保证树脂的转化率和使用寿命。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，包括依次连接的进料罐、除杂树脂吸附柱、预热器、反歧化树脂柱、冷却器和氢化液储罐，进料罐上设二氯二氢硅进料管和四氯化硅进料管，氢化液储罐连接回收精馏的原料储罐。

所述二氯二氢硅进料管通过冷凝器接于回收精馏和合成精馏中二氯二氢硅脱除塔顶部的轻组分管线；所述四氯化硅进料管接于回收精馏中四氯化硅物精制塔的物料管线。

所述除杂树脂吸附柱的数量至少为1个，两个以上的除杂树脂吸附柱并联设置；所述反歧化树脂柱的数量至少为1个，两个以上的反歧化树脂柱并联设置。

所述除杂树脂吸附柱内设反歧化除硼除杂质树脂为填料，该树脂是一类能与离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料。机理是树脂上的功能原子与目标离子发生配位反应，形成类似小分子的稳定结构，与目标物的结合力更强，选择性也更高，适合于低浓度下物质的吸附，主要用于高纯产品大的除杂和精制。

所述反歧化树脂柱内设反歧化催化剂为填料。该反歧化催化剂的参数满足以下条件：

（1）外观：不透明球状颗粒，无任何材料颗粒破损、变形；

（2）含水量：干基<1.0wt%；

（3）主要成分：弱碱性的聚合树脂，游离碱；

（4）交换容量：全交换容量≥5mmol/g，体积交换容量≥1.4mmol/ml；

（5）颗粒大小：平均值0.4-0.7mm，均一系数≤1.8，细粒含量（<0.3mm）≤1.0%,粗粒含量（<1.18mm）≤2%；

（6）最高工作温度：120℃；

（7）pH值：0-14；

（8）堆积密度：0.3-0.35g/ml；

（9）比表面积：35㎡/g；

（10）总孔容积：0.1cc/g，平均孔直径：110A。

（11）转化率：根据物料的配比不同而不同，但与进口A-21产品性能相当。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型解决了现有精馏系统反歧化工艺长期低效运行的情况，通过在反歧化树脂柱前端增设除杂树脂吸附柱，可以先去除精馏系统中轻组分（二氯二氢硅）和精制料（四氯化硅）中含有的三氯化硼、三氯化磷、金属氯化物等杂质后再进行反歧化，避免杂质对反歧化树脂填料造成的影响，提高反歧化的转化效率和使用寿命。

（2）本实用新型结构简单，可通过增加除杂树脂吸附柱和反歧化树脂柱的并联数量，来匹配多晶硅及精馏系统产量的增加，适应系统生产能力，同时，不影响产品质量。

附图说明

图1为本实用新型的工艺流程图。

其中，1—进料罐，2—除杂树脂吸附柱，3—预热器，4—反歧化树脂柱，5—冷却器，6—氢化液储罐，7—二氯二氢硅进料管，8—四氯化硅进料管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本实施例是一种提高多晶硅回收精馏及合成精馏反歧化产能的工艺系统。

如图1所示，包括依次连接的进料罐1、除杂树脂吸附柱2、预热器3、反歧化树脂柱4、冷却器5和氢化液储罐6，进料罐1上设二氯二氢硅进料管7和四氯化硅进料管8，其中，二氯二氢硅进料管7通过冷凝器接于回收精馏和合成精馏中二氯二氢硅脱除塔顶部的轻组分管线；四氯化硅进料管8接于回收精馏中四氯化硅物精制塔的物料管线，氢化液储罐6连接回收精馏的原料储罐。

在回收精馏的生产过程中，还原副产物经冷凝后被送入回收精馏原料罐，经一级精馏塔脱重后，轻组分（三氯氢硅和二氯二氢硅的混合气体）被送至二级精馏塔（二氯二氢硅脱除塔），塔釜得到三氯氢硅料液，塔顶得到二氯二氢硅，并由轻组分管线送至冷凝器进行冷凝，冷凝得到的二氯二氢硅料液经二氯二氢硅进料管7送至进料罐1中，同时被送入冷凝器的还有来自合成精馏得到的二氯二氢硅。一级精馏塔脱重得到的四氯化硅料液被送至回收精馏末端的精制塔，得到精制四氯化硅料液，一部分精制四氯化硅料液经四氯化硅进料管8送至进料罐1中，剩余精制四氯化硅料液直接送至冷氢化原料罐，作为冷氢化原料使用。来自回收精馏和合成精馏的二氯二氢硅料液和精制四氯化硅料液在进料罐1中混合后，由进料泵送至除杂树脂吸附柱2，混合料由除杂树脂吸附柱2底部进料，顶部出料，通过吸附柱内填充的反歧化除硼除杂质树脂，可将除去其中大部分的硼磷及金属杂质，再预热器3预热至54-58℃后，再进入反歧化树脂柱4，预热物料由反歧化树脂柱4底部进料，通过树脂柱内填充的反歧化催化剂，使二氯二氢硅和四氯化硅进行反歧化反应，反应得到的三氯氢硅由反歧化树脂柱4底部出料，经冷却器5冷却后被送至氢化液储罐6，最后被送至回收精馏的原料储罐，与冷凝的还原副产物一并继续送入回收精馏继续进行精制。

在一个具体的实施例中，可以设计两套反歧化装置，每套反歧化装置包括1个进料罐1，5台并联的除杂树脂吸附柱2，1个预热器3，5台并联的反歧化树脂柱4，1个冷却器5，两套装置共用1个氢化液储罐6。使用时，两套装置可根据回收精馏和合成精馏的物料产量或反歧化树脂柱4的运行效率，采用单套使用（1套开1套备用）或两套同时使用。另外，随着反歧化装置运行时间的不断增长，原设计效率的运行工况随之下降，为避免反歧化长期处于低配运行而影响系统产量和产品质量，可以在此基础上增加新的除杂树脂吸附柱2和反歧化树脂柱4，增加的除杂树脂吸附柱2和反歧化树脂柱4分别与原有除杂树脂吸附柱2和反歧化树脂柱4并联，可以同时增强祛除一部分三氯化硼、三氯化磷以及金属氯化物等杂质的能力以及提高反歧化反应的效率，来提高和稳定原料质量，从而提高多晶硅产品质量。

在一个对比的实施例中，采用依次连接的进料罐1、预热器3、反歧化树脂柱4、除杂树脂吸附柱2、冷却器5和氢化液储罐6，其余管线连接不变。运行一段时间后，反歧化树脂柱4的转化效率明显降低，经检修发现，由于二氯二氢硅物料及精制四氯化硅物料中含有金属氯化物，未经除去后即进行反歧化反应，造成树脂转化率低，使用寿命缩短。

在另一个对比的实施例中，采用依次连接的进料罐1、预热器3、反歧化树脂柱4、冷却器5和氢化液储罐6，在回收精馏的原料储罐与一级精馏塔之间增加除杂树脂吸附柱2，其余管线连接不变。运行一段时间后，反歧化树脂柱4的转化效率与本实施例相同，但随着生产的持续进行，反歧化树脂柱4的转化效率逐渐下降。对回收精馏得到的二氯二氢硅物料进行检测，发现其杂质含量明显高于工艺运行早期的数据，为提高转化效率，需要增加除杂树脂吸附柱2。

通过对本实施例及对比实施例的所述工艺系统进行运行发现，本实用新型可实现反歧化工艺的长期运行，能明显提高回收精馏和合成精馏中二氯二氢硅反歧化的转化效率及产品质量，具有提高系统生产能力，稳定原料质量，提高多晶硅产品质量的特点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，其特征在于：包括依次连接的进料罐（1）、除杂树脂吸附柱（2）、预热器（3）、反歧化树脂柱（4）、冷却器（5）和氢化液储罐（6），进料罐（1）上设二氯二氢硅进料管（7）和四氯化硅进料管（8），氢化液储罐（6）连接回收精馏的原料储罐。

2.根据权利要求1所述的一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，其特征在于：所述二氯二氢硅进料管（7）通过冷凝器接于回收精馏和合成精馏中二氯二氢硅脱除塔顶部的轻组分管线；所述四氯化硅进料管（8）接于回收精馏中四氯化硅物精制塔的物料管线。

3.根据权利要求1所述的一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，其特征在于：所述除杂树脂吸附柱（2）的数量至少为1个，两个以上的除杂树脂吸附柱（2）并联设置；所述反歧化树脂柱（4）的数量至少为1个，两个以上的反歧化树脂柱（4）并联设置。

4.根据权利要求1所述的一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，其特征在于：所述除杂树脂吸附柱（2）内设反歧化除硼除杂质树脂为填料。

5.根据权利要求1所述的一种提高多晶硅精馏反歧化产能的工艺系统，其特征在于：所述反歧化树脂柱（4）内设反歧化催化剂为填料。

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