CN103435044B - 一种纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多晶硅生产中尾气纯化技术，传统分离三氯氢硅中的杂质采用单一精馏方法提纯，需要庞大的设备和高的运行费用，本发明提供了一套将多晶硅还原反应与精馏、水解精馏和吸附技术结合的纯化工艺，首先将尾气冷却，冷凝出氯硅烷在精馏塔精馏，再进入水解精馏塔，冷凝出的部分氯硅烷进入吸附柱，净化后的氯硅烷进入氯硅烷分离塔，塔顶采出三氯氢硅产品，排出的四氯化硅再进入精馏塔提纯，塔釜采出四氯化硅产品，本发明具有设备简化，运行费用低，多晶硅生产成本可降低10%的有益效果。

Description

一种纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的方法

技术领域

本发明属于多晶硅尾气纯化分离技术领域，具体涉及生产的氯硅烷进行纯化分离的技术领域。

背景技术

多晶硅是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料,是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最主要、最基础的功能性材料。多晶硅按纯度分类可以分为冶金级、太阳能级、电子级。高纯多晶硅的生产方法有:改良西门子法、硅烷法、流化床法、冶金法。随着绿色能源太阳能的大规模开发利用,光伏电池原料多晶硅的用途越来越广泛。生产多晶硅的方法以西门子法用的最广,在生产多晶硅原料三氯氢硅的过程中会产生大量的副产物四氯化硅,如何有效的利用这些副产物,是多晶硅产业能够多元发展的关键问题。

随着全球化速度日益加快，通讯技术、网络技术突飞猛进的发展，光纤作为承载信息的最重要媒介，其需求量也随着人们对网络要求的提高而迅猛增长。高纯四氯化硅是制作光纤的主要原料,它的纯度直接影响光纤的损耗特性,造成光纤吸收损耗的有害杂质主要有铁、钻、镍、铜、锰、铬、钒、铂和氢氧根,国内外资料认为,光纤中有害过渡金属离子和氢氧根离子的总浓度要低于百万分之一,而个别的离子浓度要低于亿分之一。主要精制方法有精馏法、吸附法、水解法、萃取法和络合法等。但是光纤材料对有害杂质的要求与半导体材料有所不同,而且对杂质含量的要求在某种程度上比半导体材料更严格。一般合成的四氯化硅粗料中可能存在的各种组分约为七十余种。单纯采用精馏法难以将痕量杂质达到光纤级水平；单一的吸附法处理量较小，不易形成工业化生产；水解法、萃取法及络合法需加入外界物质来进行除杂，应用过程中难以完全去除引入的杂质。

同时，在多晶硅生产过程中，尾气中含有大量三氯氢硅，作为生产高纯多晶硅的主要原料，其中的杂质含量影响着多晶硅的品质，需进行提纯除杂，再作为原料用来生产多晶硅。传统分离三氯氢硅中的杂质采用精馏方法来提纯，但是需要庞大的设备来实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种多晶硅还原反应与精馏、水解法、吸附技术有机结合，将多晶硅尾气中的氯硅烷，包括三氯氢硅和四氯化硅的氯硅烷纯化的工艺方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

1、多晶硅生产中还原反应尾气、氢化反应尾气、合成反应尾气，含有氢气、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢，将尾气通过冷媒介质进行冷却，尾气中冷凝下的氯硅烷进入下一工序。

2、冷凝下的氯硅烷进入精馏塔，塔釜使用蒸汽进行加热汽化，塔顶设置冷却器，塔顶排轻组分，塔釜排重组分，侧线采出氯硅烷，进入下一工序。

进一步地，还原尾气、氢化尾气及合成尾气中氯硅烷杂质含量有所差别，可根据杂质含量在此侧线精馏塔之前或之后增加精馏塔，予以去除三氯氢硅和四氯化硅中的杂质；

3、自侧线精馏塔采出的氯硅烷，进入水解精馏塔，在进料位置设置高纯湿氮气，将高纯湿氮气与四氯化硅混合进入水解精馏塔内，塔釜设置再沸器，蒸汽为加热源，塔釜排重组分，塔顶通过气相不凝气排轻组分，塔顶冷凝氯硅烷一部分作为塔的回流，另一部分采出氯硅烷，塔顶气相不凝气通过塔顶回流缓冲罐排放至尾气***；

进一步地，水解精馏塔设置填料塔，填料为非金属材质，塔内壁内衬有聚四氟乙烯；

又一步优化，高纯湿氮气水含量控制在800~10000ppm，湿氮气与氯硅烷的摩尔配比1:20~1:100进行混合进入精馏塔；

4、自水解精馏塔塔顶采出的氯硅烷液体进入氯硅烷吸附柱，吸附氯硅烷中的杂质，经氯硅烷吸附柱进行净化后的氯硅烷产品输出进入下一工序；

5、自氯硅烷吸附柱出口输出的氯硅烷进入氯硅烷分离塔，塔底排出四氯化硅，塔顶采出三氯氢硅产品，去做原料生产多晶硅；塔底四氯化硅再次进入下一工序；

6、自氯硅烷分离塔输出的四氯化硅进入精馏塔进行提纯，分离其中含微量的三氯氢硅轻组分，塔釜采出四氯化硅产品。

本发明利用水解精馏及吸附工艺相结合的技术，可减少纯化氯硅烷达到高纯多晶硅生产原料采用单一的精馏技术，耗费庞大的设备和运行费用，多晶硅生产成本至少降低10%，纯化后的四氯化硅达到光纤用料标准。

附图说明

图1纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的工艺流程；

图中：1－多晶硅尾气冷却装置；2－气液分离罐；3－氯硅烷输送泵；4－精馏塔A；5－水解精馏塔；6－氯硅烷吸附柱；7－氯硅烷分离塔；8－精馏塔C。

具体实施方式

一种纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的方法，包括如下步骤：

步骤一、多晶硅生产中还原反应尾气、氢化反应尾气、合成反应尾气，含有氢气、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢，尾气进入多晶硅尾气冷却装置1进口，经循环水进行冷却，气液混合物进入气液分离罐2。

步骤二、含氯硅烷的尾气进入气液分离罐2，液态氯硅烷与未冷凝的尾气进行分离，未冷凝的尾气自气液分离罐2上部出口输出；

步骤三、自气液分离罐2下部出口输出的氯硅烷经过氯硅烷输送泵3压入精馏塔A4，塔釜使用蒸汽方式进行加热，气相经塔顶冷凝器进行冷却，冷却后进入回流罐，一部分做为精馏塔的回流，一部分排轻组分至储罐进行收集；塔釜排含四氯化硅重组分；侧线采出氯硅烷，不凝气经回流罐排出；

步骤四、自精馏塔A4侧线采出的氯硅烷，进入水解精馏塔5，在进料管线上通入高纯湿氮气，水含量控制在800~10000ppm，湿氮气与氯硅烷的摩尔配比1:20~1:100，将高纯湿氮气与氯硅烷混合进入水解精馏塔5内，塔釜设置蒸汽为加热源，塔釜排重组分，塔顶气相经塔顶冷凝器进行冷却，冷却后进入回流罐，一部分做为精馏塔的回流，一部分采出氯硅烷，塔顶不凝气通过回流罐排放出；

步骤五、自水解精馏塔5塔顶采出的氯硅烷液体进入氯硅烷吸附柱6，吸附氯硅烷中的金属杂质和非金属杂质，经氯硅烷吸附柱进行净化后的氯硅烷产品输出进入下一工序；

步骤六、自氯硅烷吸附柱6出口输出的氯硅烷进入氯硅烷分离塔7，塔底分离排出四氯化硅，塔顶回流采出三氯氢硅产品，去做原料生产多晶硅；塔底四氯化硅再次进入下一工序；

步骤七、自氯硅烷分离塔7输出的四氯化硅进入精馏塔C8进行提纯，塔釜再沸器通蒸汽加热汽化，塔顶排出含三氯氢硅的轻组分，塔釜采出四氯化硅产品。可作为光纤生产的原料。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (3)

1.一种纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的方法，氯硅烷包括三氯氢硅和四氯化硅，其特征为纯化工艺方案如下：

将多晶硅生产中生产的还原反应尾气、氢化反应尾气、合成反应尾气中的氢气、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢通过冷媒介质进行冷却，尾气中冷凝下的氯硅烷进入下一工序；

冷凝下的氯硅烷进入精馏塔，塔釜使用蒸汽进行加热气化，塔顶设置冷却器，塔顶排轻组分，塔釜排重组分，侧线采出氯硅烷，进入下一工序；

精馏塔侧线采出的氯硅烷，进入水解精馏塔，在进料位置设置高纯湿氮气，将高纯湿氮气与四氯化硅混合进入水解精馏塔内，塔釜设置再沸器，蒸汽为加热源，塔釜排出重组分，塔顶通过气相不凝气排轻组分，塔顶冷凝氯硅烷一部分作为塔的回流，另一部分采出氯硅烷，塔顶气相不凝气通过塔顶回流缓冲罐排放至尾气***；

自水解精馏塔塔顶采出的氯硅烷液体进入氯硅烷吸附柱，吸附氯硅烷中的杂质，经氯硅烷吸附柱进行净化后的氯硅烷产品输出进入下一工序；

自氯硅烷吸附柱出口输出的氯硅烷进入氯硅烷分离塔，塔底排出四氯化硅，塔顶采出三氯氢硅产品，去做原料生产多晶硅；塔底四氯化硅再次进入下一工序；

自氯硅烷分离塔输出的四氯化硅进入精馏塔进行提纯，分离其中微量的三氯氢硅轻组分，塔釜采出四氯化硅产品。

2.根据权利要求1所述的纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的方法，其特征为水解精馏塔设置填料塔，填料为非金属材料，塔内壁内衬有聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的纯化分离多晶硅尾气中氯硅烷的方法，其特征为进入水解精馏塔的高纯湿氮气的含水量控制在800-10000ppm，湿氮气与氯硅烷的摩尔配比为1:20-1:100进行混合后进入水解精馏塔。