CN104163534A - 处理氯硅烷废液的方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理氯硅烷废液的方法和***，氯硅烷废液含有三氯氢硅、四氯化硅、硅粉、聚合物和金属氯化物中的至少之一，该方法包括：(1)将氯硅烷废液进行蒸发处理，得到气态轻组分和蒸发后液，其中，气态轻组分含有三氯氢硅和四氯化硅，蒸发后液含有硅粉、聚合物和金属氯化物；(2)将气态轻组分进行冷凝处理，得到液态轻组分；(3)将液态轻组分进行精馏处理，得到塔顶气和塔釜液，其中，塔顶气含有三氯氢硅，塔釜液含有四氯化硅；(4)采用硅粉和氢气对塔釜液进行冷氢化处理，得到三氯氢硅；以及(5)采用石灰水对蒸发后液进行中和处理，得到渣液。该方法可以实现对氯硅烷废液的连续处理，并且可以有效避免管路的堵塞。
Description
技术领域
本发明属于多晶硅生产技术领域，具体而言，本发明涉及一种处理氯硅烷废液的方法和***。
背景技术
在多晶硅生产中，精馏除重塔塔底需连续排放废液、冷氢化急冷器底部需要间歇排放废液，废液的主要成分是：三氯氢硅、四氯化硅，还有少量硅粉、金属氯化物、聚合物，其中，金属氯化物为氯化铝和/或氯化钙，聚合物为三氯化磷的聚合物和/或三氯化硼的聚合物，这些氯硅烷废液是具有强腐蚀性的有毒有害液体且极易堵塞***管道、设备，对安全和环境危害很大。
传统精馏除重塔塔底排放的氯硅烷废液及冷氢化间歇排放的废液直接去三废淋洗装置进行处理，导致淋洗装置处理量增大、淋洗塔堵塞严重、淋洗用碱量增大、压滤渣量大、废水循环处理量增大等，给三废装置生产、安全、环保造成极大压力。
申请号为201210412287.X，名称为“一种间隙式回收多晶硅生产中氯硅烷废液的方法及设备”的发明专利中公开了一种间隙式回收利用多晶硅生产中洗涤塔排放废液中氯硅烷的方法，其步骤为：是将从多晶硅生产中产生的氯硅烷废液间歇式分地进入蒸发装置，通过控制蒸发器温度120-180℃，压力0.1-0.6MPa时，将沸点较低的三氯氢硅、四氯化硅蒸发成气态，然后送入精馏塔净化处理后回收再利用。然而该方案存在的缺点：(1)因废液里含有大量的金属氯化物，其中以三氯化铝最为明显，该废液处理的蒸发装置采用间歇式进料，会堵塞进料管线，影响蒸发装置处理废液，同时加大人工清理量；(2)该废液处理蒸发装置间歇式搅拌，蒸发装置顶部没有物料管线及时清洗，会导致蒸发装置设备内部及搅拌器堵塞频繁，导致蒸发装置不能及时处理废液，增大该蒸发装置设备检修工作，增大淋洗处理量，影响多晶硅***生产。
申请号为201110221007.2，名称为“负压回收改良西门子法生产多晶硅中废弃氯硅烷的方法”的发明专利中公开了负压回收改良西门子法生产多晶硅中废弃氯硅烷的方法，其步骤为：收集废弃氯硅烷输送到废液储罐，废液储罐压力控制在表压20-900KPa；废液储罐中的氯硅烷废液依靠自身压差进入绝对压力20KPa以下的负压蒸发器，负压蒸发器中的氯硅烷在负压下直接气化成氯硅烷气体；通过抽气机将负压蒸发器中的氯硅烷气体抽入氯硅烷回收储罐，液化形成氯硅烷液体；负压蒸发器中的残留的渣进行水解，然后无害化处理。然而该方案存在的缺点：(1)采用负压回收氯硅烷不完全，未完全回收氯硅烷去水解，导致物料浪费；(2)负压蒸发器中的残留的含有大量高沸物会在内壁堵塞，人工清理难度大；(3)负压蒸发器中残留渣黏度极大，在去水解过程中，会导致管线经常堵塞，影响生产。
因此，使得氯硅烷废液的连续回收安全且稳定的处理工艺已成为整个多晶硅行业中急需解决的瓶颈之一。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理氯硅烷废液的方法和***，该方法可以实现对氯硅烷废液的连续处理，并且可以有效避免管路的堵塞。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理氯硅烷废液的方法，所述氯硅烷废液含有三氯氢硅、四氯化硅、硅粉、聚合物和金属氯化物中的至少之一，所述方法包括：
(1)将所述氯硅烷废液进行蒸发处理，以便得到气态轻组分和蒸发后液，其中，所述气态轻组分含有三氯氢硅和四氯化硅，所述蒸发后液含有硅粉、聚合物和金属氯化物；
(2)将所述气态轻组分进行冷凝处理，以便得到液态轻组分；
(3)将所述液态轻组分进行精馏处理，以便得到塔顶气和塔釜液，其中，所述塔顶气含有三氯氢硅，所述塔釜液含有四氯化硅；
(4)采用硅粉和氢气对所述塔釜液进行冷氢化处理，以便得到三氯氢硅；以及
(5)采用石灰水对所述蒸发后液进行中和处理，以便得到渣液。
根据本发明实施例的处理氯硅烷废液的方法可以实现对氯硅烷废液的连续处理，从而减少了废液的排放量，并且通过对蒸发处理所得到的蒸发后液进行中和处理，可以将强腐蚀性的有害液体转化为环保型的渣液，同时可以有效避免管路及设备的堵塞，另外将蒸发处理得到的轻组分中的四氯化硅进行分离并通过冷氢化处理转化为高附加值的三氯氢硅，从而可以实现物料的循环利用，从而实现氯硅烷90％的回收。
另外，根据本发明上述实施例的处理氯硅烷废液的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，步骤(1)中，所述蒸发处理是温度为85～95摄氏度和压力为0.15～0.25MPa的条件下进行的。由此，可以显著提高蒸发效率。
在本发明的一些实施例中，所述蒸发处理是在蒸发回收器中进行的，所述蒸发回收器包括：本体，所述本体内限定出蒸发空间，适于对所述氯硅烷废液进行蒸发处理；氯硅烷废液入口，所述氯硅烷废液入口设置于所述本体的顶部；氮气入口，所述氮气入口设置于所述本体的顶部；四氯化硅入口，所述四氯化硅入口设置在所述本体的顶部；气态轻组分出口，所述气态轻组分出口设置在所述本体的顶部；蒸汽进口，所述蒸汽进口设置于所述本体的侧壁上；蒸汽出口，所述蒸汽出口设置于所述本体的底部；以及蒸发后液出口，所述蒸发后液出口设置于所述本体的底部。由此，可以进一步提高蒸发效率。
在本发明的一些实施例中，所述蒸发回收器中液面高度为30～75v％。由此，可以显著提高气态轻组分的纯度。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述液态轻组分的温度为30摄氏度。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述精馏处理是在塔顶温度为55～58摄氏度和压力为0.23～0.28MPa条件下进行的。由此，可以显著提高精馏处理效率。
在本发明的一些实施例中，步骤(5)中，所述石灰水的质量浓度为10％。由此，可以显著提高中和处理效率。
在本发明的一些实施例中，所述处理氯硅烷废液的方法进一步包括在进行所述中和处理之前，预先向所述蒸发回收器中通入氮气和四氯化硅，以便将所述蒸发后液排出所述蒸发空间。由此，可以有效避免蒸发回收器内壁及底部管道的堵塞。
在本发明的一些实施例中，所述中和处理是在当所述蒸发回收器中液位低于30v％时进行的。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种处理氯硅烷废液的***，该***包括：
蒸发装置，所述蒸发装置适于将所述氯硅烷废液进行蒸发处理，以便得到气态轻组分和蒸发后液，其中，所述气态轻组分含有三氯氢硅、四氯化硅和金属氯化物，所述蒸发后液含有硅粉、金属氯化物和聚合物；
冷凝装置，所述冷凝装置与所述蒸发装置相连，且适于将所述气态轻组分进行冷凝处理，以便得到液态轻组分；
精馏装置，所述精馏装置与所述冷凝装置相连，且适于对所述液态轻组分进行精馏处理，以便得到塔顶气和塔釜液，其中，所述塔顶气含有三氯氢硅，所述塔釜液含有四氯化硅；
冷氢化装置，所述冷氢化装置与所述精馏装置相连，且适于采用硅粉和氢气对所述塔釜液进行冷氢化处理，以便得到三氯氢硅；以及
中和装置，所述中和装置与所述蒸发装置相连，且适于采用石灰水对所述蒸发后液进行中和处理，以便得到渣液。
根据本发明实施例的处理氯硅烷废液的***可以实现对氯硅烷废液的连续处理，从而减少了废液的排放量，并且通过对蒸发处理所得到的蒸发后液进行中和处理，可以将强腐蚀性的有害液体转化为环保型的渣液，同时可以有效避免管路及设备的堵塞，另外将蒸发处理得到的轻组分中的四氯化硅进行分离并通过冷氢化处理转化为高附加值的三氯氢硅，从而可以实现物料的循环利用，从而实现氯硅烷90％的回收。
另外，根据本发明上述实施例的处理氯硅烷废液的***还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述蒸发装置为蒸发回收器，所述蒸发回收器包括：本体，所述本体内限定出蒸发空间，适于对所述氯硅烷废液进行蒸发处理；氯硅烷废液入口，所述氯硅烷废液入口设置于所述本体的顶部；氮气入口，所述氮气入口设置于所述本体的顶部；四氯化硅入口，所述四氯化硅入口设置在所述本体的顶部；气态轻组分出口，所述气态轻组分出口设置在所述本体的顶部；蒸汽进口，所述蒸汽进口设置于所述本体的侧壁上；蒸汽出口，所述蒸汽出口设置于所述本体的底部；以及蒸发后液出口，所述蒸发后液出口设置于所述本体的底部。由此，可以显著提高蒸发效率。
在本发明的一些实施例中，所述蒸发回收器进一步包括液位监测装置，所述液位监测装置设置于所述本体的侧壁上，且适于监测所述本体内液面高度。由此，可以有效避免蒸发回收器内壁及底部管道的堵塞。
在本发明的一些实施例中，所述蒸发回收器进一步包括温度监测装置，所述温度监测装置设置于所述本体的侧壁上。
在本发明的一些实施例中，所述处理氯硅烷废液的***进一步包括控制装置，所述控制装置分别与所述液位监测装置和所述中和装置相连，以便在所述蒸发装置中的液位低于30v％时启动所述中和装置。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的处理氯硅烷废液的方法流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的处理氯硅烷废液的方法中采用的蒸发回收器的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的处理氯硅烷废液的***结构示意图；
图4是根据本发明又一个实施例的处理氯硅烷废液的***结构示意图；
图5是根据本发明再一个实施例的处理氯硅烷废液的***结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理氯硅烷废液的方法。根据本发明的实施例，氯硅烷废液可以含有三氯氢硅、四氯化硅、硅粉、聚合物和金属氯化物中的至少之一。需要说明的是，如无特殊说明，本文中“聚合物”为三氯化磷的聚合物和三氯化硼的聚合物，“金属氯化物”为氯化铝和氯化钙。下面参考图1-2对本发明实施例的处理氯硅烷废液的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：蒸发处理
根据本发明的实施例，将氯硅烷废液进行蒸发处理，从而可以得到轻组分和蒸发后液。根据本发明的实施例，氯硅烷废液可以为精馏除重塔塔底的连续排放液和冷氢化极冷器底部的间歇排放废液。根据本发明的实施例，轻组分可以含有三氯氢硅和四氯化硅，蒸发后液可以含有硅粉、金属氯化物和聚合物。根据本发明的实施例，蒸发处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，蒸发处理可以在温度为85～95摄氏度和压力为0.15～0.25MPa的条件下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高氯硅烷废液蒸发效率，从而有效将三氯氢硅和四氯化硅从氯硅烷废液中分离。
根据本发明的实施例，蒸发处理可以在蒸发回收器中进行。具体的，参考图2，蒸发回收器100包括本体10、氯硅烷废液入口11、氮气入口12、四氯化硅入口13、气态轻组分出口14、蒸汽进口15、蒸汽出口16和蒸发后液出口17，根据本发明的具体实施例，本体内限定出蒸发空间，且适于对氯硅烷废液进行蒸发处理；氯硅烷废液入口设置于本体的顶部，且适于将氯硅烷废液供给至蒸发空间中；氮气入口设置于本体的顶部，且适于将氮气供给至蒸发空间中；四氯化硅入口设置在本体的顶部，且适于将四氯化硅供给至蒸发空间中；气态轻组分出口设置在本体的顶部，且适于将气态轻组分排出蒸发空间；蒸发后液出口设置于本体的底部，且适于将蒸发后液排出蒸发空间；蒸汽进口设置于本体的侧壁上，且适于采用蒸汽对蒸发空间进行加热；蒸汽出口设置于本体的底部，且适于将冷却的蒸汽排出加热夹套。根据本发明的实施例，蒸发回收器可以进一步包括液位监测装置18、温度监测装置19和磁力搅拌器20。根据本发明的具体实施例，液位监测装置设置于本体的侧壁上，且适于监测本体内液面高度；温度监测装置设置于本体的侧壁上。根据本发明的实施例，蒸发回收器中液面高度可以为30～75v％。发明人发现，液面高度过低后使得液位显示不准，并且容易导致重金属杂质进入后续的冷凝回收工序，从而使得回收氯硅烷中重金属杂质超标，而若液面高度过高溶液导致含金属杂质的氯硅烷以液相形式进入冷凝回收工序中，导致冷凝装置堵塞。由此，设定液面高为30～75v％范围可以保证蒸发处理的顺利进行，并且所得到的氯硅烷中金属杂质含量较少。
具体的，液位监测装置可以为液位计，当液位低于30v％或液位高于75v％时报警，并且在高出液位计250mm高度内壁增加挡板，从而防止蒸发后液堵塞；底部蒸发后液出口安装阀门，并且阀门前具有液位计的下***口；磁力搅拌器带有减速装置，用于控制搅拌器转速，搅拌器带有搅拌叶片，搅拌叶片与蒸发装置内壁距离为100～150毫米，通过搅拌、混合和加热将氯硅烷废液中的氯硅烷以气相形式进行分离，然后通过冷凝回收氯硅烷；气态轻组分出口管道具有远传压力表，用于控制压力在0.15～0.25MPa；氮气入口用于向蒸发装置中通入氮气加压至0.35MPa，以便将含有硅粉、金属氯化物、聚合物以及少量的四氯化硅的蒸发后液压入中和装置中与质量浓度为10％的石灰水进行中和反应，同时通过四氯化硅入口通入干净的四氯化硅用于对蒸发装置进行搅拌冲洗，从而将将残留在蒸发装置内壁及底部管道的蒸发后液冲洗到中和罐中。
S200：冷凝处理
根据本发明的实施例，将上述得到的气态轻组分进行冷凝处理，从而可以得到液态轻组分。根据本发明的实施例，对气态轻组分进行冷凝处理可以采用循环冷却水。根据本发明的实施例，液态轻组分的温度可以为30摄氏度。由此，可以实现物料的循环利用，从而避免了物料的浪费。
S300：精馏处理
根据本发明的实施例，将以上得到的液态轻组分进行精馏处理，从而可以得到塔顶气和塔釜液，根据本发明的具体实施例，塔顶气可有含有三氯氢硅，塔釜液可以含有四氯化硅。根据本发明的实施例，精馏处理可以在塔顶温度为55～58摄氏度和压力为0.23～0.28MPa条件下进行。发明人发现，该条件下进行的精馏处理可以显著提高三氯氢硅和四氯化硅分离效率。根据本发明的实施例，精馏处理可以采用高效导向筛板塔，塔内径为1100～1300mm，塔板数为70～80块，进料口为第32～55块塔板，塔顶操作压力为0.23～0.28MPaG，操作温度为55～58℃，塔釜操作压力为0.27～0.35MPaG，操作温度为77～79℃，回流比为43～48。
S400：冷氢化处理
根据本发明的实施例，采用硅粉和氢气对上述得到的塔釜液进行冷氢化处理，从而可以得到三氯氢硅。根据本发明的实施例，冷氢化可以在温度为510～560摄氏度和压力为3.0～3.5MPa的条件下进行。该步骤中，具体地，发生的化学方程式为：Si+2H2+3SiCl4→4SiHCl3，由此通过冷氢化处理，可以将氯硅烷废液中的四氯化硅转化为高附加值的三氯氢硅，进而实现物料的循环利用。
S500：中和处理
根据本发明的实施例，采用石灰水对上述得到的蒸发后液进行中和处理，从而可以得到渣液。根据本发明的实施例，渣液可以含有硅粉、硅酸钙、氯化钙。根据本发明的实施例，中和处理可以在中和罐中进行，并且石灰水的质量浓度可以为10％。根据本发明的实施例，在进行中和处理之前，可以预先向蒸发回收器中通入氮气和四氯化硅，从而可以将蒸发后液排出蒸发空间。发明人发现，蒸发后液的粘度极高，容易导致蒸发回收器内壁及底部管道发生堵塞，因此通过从蒸发回收器顶部接入四氯化硅定期对蒸发回收器进行搅拌冲洗，从而可以将残留的蒸发回收器内壁及底部管道的蒸发后液冲洗到中和罐中。根据本发明的实施例，中和处理可以在当蒸发回收器中液位低于30v％时进行的。该步骤中，中和反应如下：
SiHCl3+Ca(OH)2+2H2O→Si(OH)4+CaCl2+H2；
2SiHCl3+3H2O→(HSiO)2O+6HCl；
SiCl4+H2O→H2SiO3+4HCl；
H2SiO3+Ca(OH)2→CaSiO3+2H2O；
2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O。
具体地，当蒸发回收器液位低至30％时，通过蒸发回收器顶部的氮气入口供给氮气，可以将含有硅粉、金属氯化物和聚合物的蒸发后液压入中和罐中与10wt％的石灰水进行中和反应，将得到的废气从中和罐顶部排出并送至废气淋洗塔进行处理，同时将所得到的渣液送至搅拌池搅拌后供给至压滤机进行压滤，另外，为了避免蒸发回收器内壁及底部管道发生堵塞，从蒸发回收器顶部接入四氯化硅定期对蒸发回收器进行搅拌冲洗，从而将残留的蒸发回收器内壁及底部管道的蒸发后液冲洗到中和罐中。由此，通过中和处理，可以将氯硅烷废液中具有强腐蚀性的有害液体转化为环保型的含有硅粉、硅酸钙和氯化钙渣液。
根据本发明实施例的处理氯硅烷废液的方法可以实现对氯硅烷废液的连续处理，从而减少了废液的排放量，并且通过对蒸发处理所得到的蒸发后液进行中和处理，可以将强腐蚀性的有害液体转化为环保型的渣液，同时可以有效避免管路及设备的堵塞，另外将蒸发处理得到的轻组分中的四氯化硅进行分离并通过冷氢化处理转化为高附加值的三氯氢硅，从而可以实现物料的循环利用，从而实现氯硅烷90％的回收。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种处理氯硅烷废液的***。下面参考图3-4对本发明实施例的处理氯硅烷废液的***进行详细描述。根据本发明的实施例，该***包括：
蒸发装置100：根据本发明的实施例，蒸发装置100适于将氯硅烷废液进行蒸发处理，从而可以得到轻组分和蒸发后液。根据本发明的实施例，氯硅烷废液可以为精馏除重塔塔底的连续排放液和冷氢化极冷器底部的间歇排放废液。根据本发明的实施例，轻组分可以含有三氯氢硅和四氯化硅，蒸发后液可以含有硅粉、金属氯化物和聚合物。根据本发明的实施例，蒸发处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，蒸发处理可以在温度为85～95摄氏度和压力为0.15～0.25MPa的条件下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高氯硅烷废液蒸发效率，从而有效将三氯氢硅和四氯化硅从氯硅烷废液中分离。根据本发明的实施例，蒸发处理可以在蒸发回收器中进行。具体的，蒸发回收器如图2所示，蒸发回收器100包括本体10、氯硅烷废液入口11、氮气入口12、四氯化硅入口13、气态轻组分出口14、蒸汽进口15、蒸汽出口16和蒸发后液出口17，根据本发明的具体实施例，本体内限定出蒸发空间，且适于对氯硅烷废液进行蒸发处理；氯硅烷废液入口设置于本体的顶部，且适于将氯硅烷废液供给至蒸发空间中；氮气入口设置于本体的顶部，且适于将氮气供给至蒸发空间中；四氯化硅入口设置在本体的顶部，且适于将四氯化硅供给至蒸发空间中；气态轻组分出口设置在本体的顶部，且适于将气态轻组分排出蒸发空间；蒸发后液出口设置于本体的底部，且适于将蒸发后液排出蒸发空间；蒸汽进口设置于本体的侧壁上，且适于采用蒸汽对蒸发空间进行加热；蒸汽出口设置于本体的底部，且适于将冷却的蒸汽排出加热夹套。根据本发明的实施例，蒸发回收器可以进一步包括液位监测装置18、温度监测装置19和磁力搅拌器20。根据本发明的具体实施例，监测装置18设置于本体的侧壁上，且适于监测本体内液面高度；温度监测装置设置于本体的侧壁上。根据本发明的实施例，蒸发回收器中液面高度可以为30～75v％。发明人发现，液面高度过低后使得液位显示不准，并且容易导致重金属杂质进入后续的冷凝回收工序，从而使得回收氯硅烷中重金属杂质超标，而若液面高度过高溶液导致含金属杂质的氯硅烷以液相形式进入冷凝回收工序中，导致冷凝装置堵塞。由此，设定液面高为30～75v％范围可以保证蒸发处理的顺利进行，并且所得到的氯硅烷中金属杂质含量较少。
冷凝装置200：根据本发明的实施例，冷凝装置200与蒸发装置100相连，且适于将上述得到的气态轻组分进行冷凝处理，从而可以得到液态轻组分。根据本发明的实施例，对气态轻组分进行冷凝处理可以采用循环冷却水。根据本发明的实施例，液态轻组分的温度可以为30摄氏度。由此，可以实现物料的循环利用，从而避免了物料的浪费。
精馏装置300：根据本发明的实施例，精馏装置300与冷凝装置200相连，且适于将以上得到的液态轻组分进行精馏处理，从而可以得到塔顶气和塔釜液，根据本发明的具体实施例，塔顶气可有含有三氯氢硅，塔釜液可以含有四氯化硅。根据本发明的实施例，精馏处理可以在塔顶温度为55～58摄氏度和压力为0.23～0.28MPa条件下进行。发明人发现，该条件下进行的精馏处理可以显著提高三氯氢硅和四氯化硅分离效率。根据本发明的实施例，精馏处理可以采用高效导向筛板塔，塔内径为1100～1300mm，塔板数为70～80块，进料口为第32～55块塔板，塔顶操作压力为0.23～0.28MPaG，操作温度为55～58℃，塔釜操作压力为0.27～0.35MPaG，操作温度为77～79℃，回流比为43～48。
冷氢化装置400：根据本发明的实施例，冷氢化装置400与精馏装置300相连，且适于采用硅粉和氢气对上述得到的塔釜液进行冷氢化处理，从而可以得到三氯氢硅。根据本发明的实施例，冷氢化可以在温度为510～560℃和压力为3.0～3.5MPaG的条件下进行。该步骤中，具体地，发生的化学方程式为：Si+2H2+3SiCl4→4SiHCl3，由此通过冷氢化处理，可以将氯硅烷废液中的四氯化硅转化为高附加值的三氯氢硅，进而实现物料的循环利用。
中和装置500：根据本发明的实施例，中和装置500与蒸发装置100相连，采用石灰水对上述得到的蒸发后液进行中和处理，从而可以得到渣液。根据本发明的实施例，在进行中和处理之前，可以预先向蒸发回收器中通入氮气和四氯化硅，从而可以将蒸发后液排出蒸发空间。发明人发现，蒸发后液的粘度极高，容易导致蒸发回收器内壁及底部管道发生堵塞，因此通过从蒸发回收器顶部接入四氯化硅定期对蒸发回收器进行搅拌冲洗，从而可以将残留的蒸发回收器内壁及底部管道的蒸发后液冲洗到中和罐中。具体地，通过蒸发回收器顶部的氮气入口供给氮气，可以将含有硅粉、金属氯化物和聚合物的蒸发后液压入中和罐中与10wt％的石灰水进行中和反应，将得到的废气从中和罐顶部排出并送至废气淋洗塔进行处理，同时将所得到的渣液送至搅拌池搅拌后供给至压滤机进行压滤，另外，为了避免蒸发回收器内壁及底部管道发生堵塞，从蒸发回收器顶部接入四氯化硅定期对蒸发回收器进行搅拌冲洗，从而将残留的蒸发回收器内壁及底部管道的蒸发后液冲洗到中和罐中。由此，通过中和处理，可以将氯硅烷废液中具有强腐蚀性的有害液体转化为环保型的含有硅粉、硅酸钙和氯化钙渣液。
根据本发明实施例的处理氯硅烷废液的***可以实现对氯硅烷废液的连续处理，从而减少了废液的排放量，并且通过对蒸发处理所得到的蒸发后液进行中和处理，可以将强腐蚀性的有害液体转化为环保型的渣液，同时可以有效避免管路及设备的堵塞，另外将蒸发处理得到的轻组分中的四氯化硅进行分离并通过冷氢化处理转化为高附加值的三氯氢硅，从而可以实现物料的循环利用，从而实现氯硅烷90％的回收。
如图4所示，所述处理氯硅烷废液的***进一步包括：
控制装置600：根据本发明的实施例，控制装置600与液位检测装置18和中和装置500相连，且适于在当蒸发装置100中的液位低于30v％时启动中和装置500。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
参考图5，将精馏除重塔塔底的连续排放液和冷氢化极冷器底部的间歇排放废液供给至第一储罐700中，然后通过泵p1将氯硅烷废液供给至蒸发装置100中进行蒸发处理，得到气态轻组分和蒸发后液，其中气态轻组分从蒸发装置100顶部排出进入冷凝装置200中进行冷凝处理，将得到的液态轻组分送至第二储罐800中，然后采用泵p2将得到的液态轻组分送至精馏装置300中进行精馏处理，得到含有三氯氢硅的塔顶气和含有四氯化硅的塔釜液，将含有四氯化硅的塔釜液供给至冷氢化装置400与硅粉和氢气进行冷氢化反应，从而将四氯化硅转化为高附加值的三氯氢硅；同时，当蒸发装置液位低至30％时，通过蒸发装置顶部的氮气入口供给氮气，将含有硅粉、金属氯化物和聚合物的蒸发后液压入中和装置500中与10wt％的石灰水进行中和反应，将得到的废气从中和装置顶部排出并送至废气淋洗塔进行处理，同时将所得到的渣液送至搅拌池搅拌后供给至压滤机进行压滤，另外，为了避免蒸发回收器内壁及底部管道发生堵塞，从蒸发回收器顶部的四氯化硅入口接入四氯化硅定期对蒸发回收器进行搅拌冲洗，从而将残留的蒸发回收器内壁及底部管道的蒸发后液冲洗到中和装置中。
5000t/a的多晶硅生产线，冷氢化单元急冷器底部排放废液为0.9t/h，精馏单元重组分排放废液为0.55t/h，通过氯硅烷废液回收设备可回收氯硅烷1.21t/h，按照每年运行8000小时计算，一年可回收9680吨氯硅烷，节省熟石灰消耗9570吨，节约生产水44695m3；按照现有市场价位，三氯氢硅5400元/吨，熟石灰600元/吨，生产水4.5元/m3计算：
节省三氯氢硅费用＝9680吨×5400元/吨＝52272000元；
节省熟石灰消耗费用＝9570吨×600元/吨＝5742000元；
节省生产水消耗费用＝44695 m3×4.5元/m3＝201127元；
则节省经济效益＝节省三氯氢硅费用+节省熟石灰消耗费用+节省生产水消耗费用＝5821.51万元。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (14)
1.一种处理氯硅烷废液的方法，所述氯硅烷废液含有三氯氢硅、四氯化硅、硅粉、聚合物和金属氯化物中的至少之一，其特征在于，所述方法包括：
(1)将所述氯硅烷废液进行蒸发处理，以便得到气态轻组分和蒸发后液，其中，所述气态轻组分含有三氯氢硅和四氯化硅，所述蒸发后液含有硅粉、聚合物和金属氯化物；
(2)将所述气态轻组分进行冷凝处理，以便得到液态轻组分；
(3)将所述液态轻组分进行精馏处理，以便得到塔顶气和塔釜液，其中，所述塔顶气含有三氯氢硅，所述塔釜液含有四氯化硅；
(4)采用硅粉和氢气对所述塔釜液进行冷氢化处理，以便得到三氯氢硅；以及
(5)采用石灰水对所述蒸发后液进行中和处理，以便得到渣液。
2.根据权利要求1所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述蒸发处理是温度为85～95摄氏度和压力为0.15～0.25MPa的条件下进行的。
3.根据权利要求1所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，所述蒸发处理是在蒸发回收器中进行的，所述蒸发回收器包括：
本体，所述本体内限定出蒸发空间，适于对所述氯硅烷废液进行蒸发处理；
氯硅烷废液入口，所述氯硅烷废液入口设置于所述本体的顶部；
氮气入口，所述氮气入口设置于所述本体的顶部；
四氯化硅入口，所述四氯化硅入口设置在所述本体的顶部；
气态轻组分出口，所述气态轻组分出口设置在所述本体的顶部；
蒸汽进口，所述蒸汽进口设置于所述本体的侧壁上；
蒸汽出口，所述蒸汽出口设置于所述本体的底部；以及
蒸发后液出口，所述蒸发后液出口设置于所述本体的底部。
4.根据权利要求3所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，所述蒸发回收器中液面高度为30～75v％。
5.根据权利要求1所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述液态轻组分的温度为30摄氏度。
6.根据权利要求1所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述精馏处理是在塔顶温度为55～58摄氏度和压力为0.23～0.28MPa条件下进行的。
7.根据权利要求1所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述石灰水的质量浓度为10％。
8.根据权利要求3所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，进一步包括在进行所述中和处理之前，预先向所述蒸发回收器中通入氮气和四氯化硅，以便将所述蒸发后液排出所述蒸发空间。
9.根据权利要求3所述的处理氯硅烷废液的方法，其特征在于，所述中和处理是在当所述蒸发回收器中液位低于30v％时进行的。
10.一种处理氯硅烷废液的***，其特征在于，包括：
蒸发装置，所述蒸发装置适于将所述氯硅烷废液进行蒸发处理，以便得到气态轻组分和蒸发后液，其中，所述气态轻组分含有三氯氢硅、四氯化硅和金属氯化物，所述蒸发后液含有硅粉、金属氯化物和聚合物；
冷凝装置，所述冷凝装置与所述蒸发装置相连，且适于将所述气态轻组分进行冷凝处理，以便得到液态轻组分；
精馏装置，所述精馏装置与所述冷凝装置相连，且适于对所述液态轻组分进行精馏处理，以便得到塔顶气和塔釜液，其中，所述塔顶气含有三氯氢硅，所述塔釜液含有四氯化硅；
冷氢化装置，所述冷氢化装置与所述精馏装置相连，且适于采用硅粉和氢气对所述塔釜液进行冷氢化处理，以便得到三氯氢硅；以及
中和装置，所述中和装置与所述蒸发装置相连，且适于采用石灰水对所述蒸发后液进行中和处理，以便得到渣液。
11.根据权利要求10所述的处理氯硅烷废液的***，其特征在于，所述蒸发装置为蒸发回收器，所述蒸发回收器包括：
本体，所述本体内限定出蒸发空间，适于对所述氯硅烷废液进行蒸发处理；
氯硅烷废液入口，所述氯硅烷废液入口设置于所述本体的顶部；
氮气入口，所述氮气入口设置于所述本体的顶部；
四氯化硅入口，所述四氯化硅入口设置在所述本体的顶部；
气态轻组分出口，所述气态轻组分出口设置在所述本体的顶部；
蒸汽进口，所述蒸汽进口设置于所述本体的侧壁上；
蒸汽出口，所述蒸汽出口设置于所述本体的底部；以及
蒸发后液出口，所述蒸发后液出口设置于所述本体的底部。
12.根据权利要求11所述的处理氯硅烷废液的***，其特征在于，所述蒸发回收器进一步包括液位监测装置，所述液位监测装置设置于所述本体的侧壁上，且适于监测所述本体内液面高度。
13.根据权利要求11所述的处理氯硅烷废液的***，其特征在于，所述蒸发回收器进一步包括温度监测装置，所述温度监测装置设置于所述本体的侧壁上。
14.根据权利要求12所述的处理氯硅烷废液的***，其特征在于，进一步包括控制装置，所述控制装置分别与所述液位监测装置和所述中和装置相连，以便在所述蒸发装置中的液位低于30v％时启动所述中和装置。
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