專利名稱：負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改良西門子法多晶硅生產(chǎn)中，廢棄氯硅烷的回收方法，屬于多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多晶硅生產(chǎn)是由工業(yè)硅生產(chǎn)高純硅塊的工藝過程，其工藝目的是除去硅中的硼、 磷以及金屬雜質(zhì)。改良西門子法是將硅粉與氯化氫反應(yīng)合成三氯氫硅。三氯氫硅經(jīng)過精餾提純達(dá)到規(guī)定純度后，再經(jīng)過氫氣還原制備多晶硅。目前生產(chǎn)三氯氫硅的工藝流程，原料硅粉通過硅粉加料系統(tǒng)進入合成爐與氯化氫反應(yīng)，生成三氯氫硅，同時生成四氯化硅、二氯二氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷、氫氣等副產(chǎn)物，此混合氣體被稱作三氯氫硅合成氣。三氯氫硅合成氣出爐時會挾帶少量硅粉，先經(jīng)過干法除塵系統(tǒng)(如布袋除塵系統(tǒng)等)除去部分硅粉后，送入濕法除塵系統(tǒng)，被四氯化硅液體洗滌，排出的含有大量雜質(zhì)和細(xì)小硅粉塵的氯硅烷廢液。目前回收該部分氯硅烷的方法是將含硅粉氯硅烷泵送到精餾塔精餾回收四氯化硅，其塔釜含高濃度雜質(zhì)和硅粉的漿狀溶液去水解工序，進行無害化處理。洗滌后混合氣體，送往冷凝回收系統(tǒng)經(jīng)深冷后得到氯硅烷冷凝液，氯硅烷冷凝液經(jīng)過兩級精餾塔精餾后(除去硼、磷等雜質(zhì))得到較高純度的三氯氫硅產(chǎn)品。其中，精餾產(chǎn)生的含高濃度雜質(zhì)的高沸物或者低沸物的氯硅烷一般去水解工序水解無害化處理。此外在改良西門子法生產(chǎn)裝置檢修過產(chǎn)生的廢棄氯硅烷，和生產(chǎn)過程中的廢氣冷凝液(氯硅烷冷凝液)由于雜質(zhì)含量高，超過精餾工序?qū)υ想s質(zhì)含量要求，一般也去水解工序水解無害化處理。精餾工序產(chǎn)生的廢棄氯硅烷、檢修產(chǎn)生的廢棄氯硅烷、廢氣中的氯硅烷冷凝液、合成工序產(chǎn)生的氯硅烷廢液等等廢棄氯硅烷中含有大量的三氯氫硅，部分四氯化硅和二氯二氫硅。在一個年產(chǎn)3000噸的多晶硅工廠，上述廢棄氯硅烷有5000-10000噸的量。目前，對于上述氯硅烷廢液的回收一般使用方法是將含硅粉氯硅烷廢液泵送到高壓或常壓蒸餾塔進行蒸餾，然后對從塔釜得到的含高濃度雜質(zhì)和硅粉的漿狀溶液進行堿液水解，然后進行無害化處理，而蒸餾后得到的氯硅烷液體則被回收利用。上述處理方法，由于利用高壓或常壓蒸餾的方式回收部分殘液需要提供精餾所需加熱介質(zhì)，設(shè)備操作溫度均較高，而氯硅烷在較高溫度時有很強腐蝕性，因此對設(shè)備材質(zhì)要求較高，導(dǎo)致設(shè)備投資成本增加。而且蒸餾回收氯硅烷的過程中需要循環(huán)水冷卻，需要配套蒸餾塔、再沸器、冷凝器等多個設(shè)備及相關(guān)管線、儀表等，增加了設(shè)備投資成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供低成本、環(huán)保的回收廢棄氯硅烷的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案經(jīng)過以下步驟1)收集廢棄氯硅烷輸送到廢液儲罐，為了保證廢棄氯硅烷的正常輸送和避免空氣
3反竄入儲罐發(fā)生爆炸，廢液儲罐壓力應(yīng)高于負(fù)壓蒸發(fā)器的壓力。廢液儲罐壓力控制在表壓 20-900KPa ；優(yōu)選 50_200KPa ；2)廢液儲罐中的氯硅烷廢液依靠自身壓差進入絕對壓力20KPa以下的負(fù)壓蒸發(fā)器，負(fù)壓蒸發(fā)器中的氯硅烷在負(fù)壓下直接氣化成氯硅烷氣體；3)通過抽氣機將負(fù)壓蒸發(fā)器中的氯硅烷氣體抽入氯硅烷回收儲罐，從而使該負(fù)壓蒸發(fā)器內(nèi)的氣壓小于廢液儲罐內(nèi)的氣壓并保持在20KPa的絕對壓力值以下，氯硅烷氣體進入氯硅烷回收儲罐后液化形成氯硅烷液體；負(fù)壓蒸發(fā)時，最先出來的是二氯二氫硅，然后是三氯氫硅，最后出來的是沸點最高的四氯化娃，因此，殘留渣中殘留的也是四氯化硅最多。4)負(fù)壓蒸發(fā)器中的殘留的渣(泥漿狀，主要是四氯化硅，還有細(xì)小的硅粉和金屬雜質(zhì))進行水解，然后無害化處理。為了避免雜質(zhì)結(jié)塊堵塞管道，廢液儲罐安裝有攪拌裝置，不斷進行攪拌?；谙嗤脑?，負(fù)壓蒸發(fā)器中安裝有攪拌裝置，不斷進行攪拌。廢液儲罐頂部安裝有冷卻器，不凝氣體經(jīng)冷卻后進行無害化處理。經(jīng)過間歇式向氯硅烷貯罐中補充其他來源氯硅烷液體，以升高氯硅烷貯罐壓力， 使進入氯硅烷貯罐的回收氯硅烷氣體全部液化形成氯硅烷液體，從而最終回收利用。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明不需要消耗熱能，不需要使用循環(huán)水等冷卻介質(zhì)，流程相對簡單，節(jié)約大量輔助設(shè)備、管道等，本發(fā)明操作溫度較低，避免了高溫時氯硅烷強腐蝕性對設(shè)備材質(zhì)的高要求，因此設(shè)備材質(zhì)要求較低，設(shè)備一次投資較少。
圖1為本申請氯硅烷負(fù)壓回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記為冷卻器1、攪拌裝置2、進液管3、第一貯罐4(廢液儲罐)、輸送管5、 攪拌裝置6、負(fù)壓蒸發(fā)器7、抽氣機8、輸送管9、氯硅烷液體補液管10、第二貯罐11 (氯硅烷回收儲罐)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本氯硅烷負(fù)壓回收方法作進一步說明。1)收集廢棄氯硅烷輸送到廢液儲罐為了避免雜質(zhì)結(jié)塊堵塞管道，廢液儲罐安裝有攪拌裝置。廢液儲罐頂部安裝有冷卻器，不凝氣體經(jīng)冷卻后進行無害化處理。2)廢液儲罐中的氯硅烷廢液依靠自身壓差進入20KPa以下的負(fù)壓蒸發(fā)器。為了保證廢棄氯硅烷的正常輸送和避免空氣反竄入儲罐發(fā)生爆炸，廢液儲罐壓力應(yīng)高于負(fù)壓蒸發(fā)器的壓力。通常控制在20-900KPa (表壓)，優(yōu)選50_200KPa。為了避免雜質(zhì)結(jié)塊堵塞管道，負(fù)壓蒸發(fā)器上也安裝有攪拌裝置。該負(fù)壓蒸發(fā)器的輸出端設(shè)有抽氣機，在抽氣機的作用下，負(fù)壓蒸發(fā)器被抽成負(fù)壓狀態(tài)，廢液儲罐內(nèi)的氯硅烷液體會在廢液儲罐與負(fù)壓蒸發(fā)器之間的壓差作用下自動流入負(fù)壓蒸發(fā)器，并在負(fù)壓蒸發(fā)器中直接氣化成氯硅烷氣體。氣化后的氯硅烷氣體又通過抽氣機抽入氯硅烷回收儲罐，并隨著氯硅烷回收儲罐內(nèi)壓力增加液化形成氯硅烷液體，最終被回
4收利用。而負(fù)壓蒸發(fā)器中的殘留的渣(呈泥漿狀，主要包括四氯化硅，還有細(xì)小的硅粉和金屬雜質(zhì))進入水解工序，然后進行無害化處理。經(jīng)過間歇式向氯硅烷貯罐中補充其他來源氯硅烷液體，以升高氯硅烷貯罐壓力， 使進入氯硅烷貯罐的回收氯硅烷氣體全部液化形成氯硅烷液體，從而最終回收利用。負(fù)壓蒸發(fā)時，最先出來的是二氯二氫硅，然后是三氯氫硅，最后出來的是沸點最高的四氯化娃，因此，殘留渣中殘留的也是四氯化硅最多。實施例1首先將廢棄氯硅烷(精餾工序產(chǎn)生的廢棄氯硅烷、檢修產(chǎn)生的廢棄氯硅烷、廢氣中的氯硅烷冷凝液、合成工序四氯化硅洗滌液等等廢棄氯硅烷)經(jīng)進液管3輸送到第一貯罐4 (廢液儲罐)，廢液儲罐4中廢液10噸，其中三氯氫硅50wt %，四氯化硅45wt %，二氯二氫硅，硼lOppm，磷lOppm。將第一貯罐4的壓力控制在80kpa 120kpa。之后， 在抽氣機8的作用下，廢液儲罐4中的氯硅烷廢液依靠自身壓差進入20KPa以下的負(fù)壓蒸發(fā)器7，通過抽氣機8將負(fù)壓蒸發(fā)器7的絕壓始終維持在20KPa以下，則負(fù)壓蒸發(fā)器7中的氯硅烷會直接氣化形成氯硅烷氣體并蒸發(fā)進入氯硅烷回收儲罐11 ；負(fù)壓蒸發(fā)器7中的殘留渣通過負(fù)壓蒸發(fā)器7底部的管道進入水解工序，然后進行無害化處理。經(jīng)過間歇式向氯硅烷回收儲罐11中補充其他來源氯硅烷液體，以升高氯硅烷貯罐壓力，使進入氯硅烷回收儲罐11的回收氯硅烷氣體全部液化形成氯硅烷液體，從而最終回收利用。實施例1的回收率為90%，即有1噸左右的泥漿狀渣在負(fù)壓蒸發(fā)器中的殘留，主要是四氯化硅，還有細(xì)小的硅粉和金屬雜質(zhì)。回收得到的氯硅烷液體中三氯氫硅55wt%，四氯化硅40wt%，二氯二氫硅 5wt %，硼 5000ppb，磷 3000ppb。實施例2第一貯罐4中的廢液10噸，其中三氯氫硅40wt%，四氯化硅58wt%，二氯二氫硅 Iwt%，硼lppm，磷1. 5ppm。其余工藝參數(shù)與實施例1相同。實施例2回收率為88%，負(fù)壓蒸發(fā)器7中的殘留的泥漿狀渣主要是四氯化硅，還有細(xì)小的硅粉和金屬雜質(zhì)?；厥盏玫降穆裙柰橐后w中三氯氫硅48wt %，四氯化硅48wt %，二氯二氫硅2wt %，硼2500ppb，磷2500ppb。實施例3第一貯罐4中的廢液10噸，其中三氯氫硅20wt%，四氯化硅80wt%，二氯二氫硅 0Wt%，硼lppm，磷lppm。其余工藝參數(shù)與實施例1相同。實施例3回收率為93%，負(fù)壓蒸發(fā)器7中的殘留的泥漿狀渣主要是四氯化硅，還有細(xì)小的硅粉和金屬雜質(zhì)。回收得到的氯硅烷液體中三氯氫硅25wt%，四氯化硅wt%，二氯二氫硅2000ppb，磷1500ppb。上述三個實施例可見，本發(fā)明工藝大大降低了氯硅烷廢液中的硼，磷，并除去了其中的硅粉和金屬雜質(zhì)，回收后的氯硅烷可以作為多晶硅生產(chǎn)的原料。
權(quán)利要求
1.負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，其特征在于經(jīng)過以下步驟1)收集廢棄氯硅烷輸送到廢液儲罐，廢液儲罐壓力控制在表壓20-900KPa；2)廢液儲罐中的氯硅烷廢液依靠自身壓差進入絕對壓力20KPa以下的負(fù)壓蒸發(fā)器，負(fù)壓蒸發(fā)器中的氯硅烷在負(fù)壓下直接氣化成氯硅烷氣體；3)通過抽氣機將負(fù)壓蒸發(fā)器中的氯硅烷氣體抽入氯硅烷回收儲罐，液化形成氯硅烷液體；4)負(fù)壓蒸發(fā)器中的殘留的渣進行水解，然后進行無害化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，其特征在于廢液儲罐壓力控制在表壓50-200KPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，其特征在于廢液儲罐中不斷進行攪拌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，其特征在于負(fù)壓蒸發(fā)器中不斷進行攪拌。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，其特征在于間歇式向氯硅烷回收儲罐中補充其他來源氯硅烷液體，以升高氯硅烷貯罐壓力，使進入氯硅烷貯罐的回收氯硅烷氣體全部液化形成氯硅烷液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，其特征在于廢液儲罐頂部安裝有冷卻器，不凝氣體經(jīng)冷卻后進行無害化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及負(fù)壓回收改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，屬于多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域。本發(fā)明方法經(jīng)過以下步驟1)收集廢棄氯硅烷輸送到廢液儲罐，廢液儲罐壓力控制在表壓20-900kPa；2)廢液儲罐中的氯硅烷廢液依靠自身壓差進入絕對壓力20kPa以下的負(fù)壓蒸發(fā)器，負(fù)壓蒸發(fā)器中的氯硅烷在負(fù)壓下直接氣化成氯硅烷氣體；3)通過抽氣機將負(fù)壓蒸發(fā)器中的氯硅烷氣體抽入氯硅烷回收儲罐，液化形成氯硅烷液體；4)負(fù)壓蒸發(fā)器中的殘留的渣進行水解，然后無害化處理。本發(fā)明不需要消耗熱能，不需要使用循環(huán)水等冷卻介質(zhì)，流程相對簡單，節(jié)約大量輔助設(shè)備、管道等，操作溫度較低，避免了高溫時氯硅烷強腐蝕性對設(shè)備材質(zhì)的高要求。
文檔編號C01B33/107GK102390833SQ20111022100
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者盧濤, 張新, 王璜 申請人:樂山樂電天威硅業(yè)科技有限責(zé)任公司