处理粗三氯氢硅的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种处理粗三氯氢硅的方法和系统，该方法包括：(1)将粗三氯氢硅进行气提处理，得到混合物；(2)将混合物进行第一提纯处理，得到第一塔顶气和第一塔底液；(3)将第一塔顶气进行第二提纯处理，得到第二塔顶气和第二塔底液；(4)将第一塔底液与第二塔顶气进行混合处理，得到混合物料；(5)在负载的离子交换树脂存在下，将混合物料进行反歧化处理；(6)将反歧化产物进行第三提纯处理，得到第三塔底液；(7)将第二塔底液和第三塔底液进行第四提纯处理，得到三氯氢硅和第四塔底液，并将第四塔底液返回进行第一提纯处理。该方法可以有效解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且可以显著提高三氯氢硅质量。
【专利说明】处理粗三氯氢硅的方法和系统
【技术领域】
[0001]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粗三氯氢硅的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在多晶硅生产过程中合成、还原及冷氢化单元均会产生一定量的副产物二氯二氢硅，尤其以还原为主。二氯二氢硅与三氯氢硅相比，较易在还原炉壁上沉淀，产生无定形硅粉，因此要严格控制二氯二氢硅在一定浓度以下。在实际生产过程中还原回收三氯氢硅中二氯二氢硅的含量达到9?11%，导致还原炉在生产过程中易出现雾化现象和产生较多的无定型硅，严重影响到还原炉的正常运行。同时由于二氯二氢硅的沸点与硼杂质相近，为保证三氯氢硅产品质量合格，就需将三氯氢硅提纯塔不凝气排放至三废工序淋洗处理，但不凝气中仍然含有大量低沸点的氯硅烷，直接淋洗造成物耗高、环保压力大等问题，增加生产运行成本。
[0003]因此，现有的处理粗三氯氢硅技术有待进一步改进。
【发明内容】
[0004]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粗三氯氢硅的方法和系统，该方法可以有效解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且可以显著提高三氯氢硅质量。
[0005]在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理粗三氯氢硅的方法，所述粗三氯氢硅含有二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅和含有硼磷元素的杂质，包括:
[0006](I)将所述粗三氯氢硅进行气提处理，以便得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物；
[0007](2)将所述含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，以便得到第一塔顶气和第一塔底液，其中，所述第一塔顶气含有二氯二氢硅和三氯化硅，所述第一塔底液含有四氯化娃;
[0008](3)将所述第一塔顶气进行第二提纯处理，以便得到第二塔顶气和第二塔底液，其中，所述第二塔顶气含有二氯二氢硅，所述第二塔底液含有三氯化硅；
[0009](4)将所述第一塔底液与所述第二塔顶气进行混合处理，以便得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料；
[0010](5)在负载的离子交换树脂存在下，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料在反歧化反应器中进行反歧化处理，以便得到反歧化产物；
[0011](6)将所述反歧化产物进行第三提纯处理，以便得到第三塔底液，其中，所述第三塔底液含有三氯氢硅；以及
[0012](7)将所述第二塔底液和所述第三塔底液进行第四提纯处理，以便得到三氯氢硅和第四塔底液，并将所述第四塔底液返回进行所述第一提纯处理。
[0013]根据本发明实施例的处理粗三氯氢硅的方法通过采用气提处理将粗三氯氢硅中与二氯二氢硅沸点相近的含有硼磷元素的杂质除去，然后通过提纯处理可以获得纯净的二氯二氢硅和四氯化硅，从而通过反歧化处理制备得到高质量的三氯氢硅，同时在反歧化处理过程中采用负载的离子交换树脂作为催化剂，由于该催化剂具有不易流失、不易失活、价格便宜、易与产物分离等优点，并且载体本身也可以催化反应，从而在提高原料利用率的同时可以显著降低处理成本，另外，在进行反歧化反应前，预先将二氯二氢硅和四氯化硅均匀混合，可以增加二氯二氢硅和四氯化硅间的接触，进而可以显著提高二氯二氢硅和四氯化硅的转化率，从而解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且得到高质量的三氯氢硅。
[0014]另外，根据本发明上述实施例的处理粗三氯氢硅的方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0015]在本发明的一些实施例中，所述气提处理是在压力为0.5?0.8MPa、塔顶温度为38?40摄氏度和塔釜温度为135?138摄氏度下进行的。由此，可以有效除去粗三氯氢硅中的含有硼磷元素杂质。
[0016]在本发明的一些实施例中，所述第一提纯处理是在压力为0.4?0.6MPa、塔顶温度为85?90摄氏度和塔釜温度为127?130摄氏度下进行的。由此，可以有效分离得到四氯化硅。
[0017]在本发明的一些实施例中，所述第二提纯处理是在压力为0.3?0.5MPa、塔顶温度为65?71摄氏度和塔釜温度为90?95摄氏度下进行的。由此，可以有效实现二氯二氢硅和三氯氢硅的分离。
[0018]在本发明的一些实施例中，在所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料中，所述二氯二氢硅和所述四氯化硅的摩尔比为1:3?5。由此，可以显著提高二氯二氢硅的转化率。
[0019]在本发明的一些实施例中，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料从所述反歧化反应器底部进料。由此，可以显著提高原料转化率。
[0020]在本发明的一些实施例中，所述反歧化处理是在压力为0.7?1.0MPa、塔顶温度和塔釜温度均为65?70摄氏度下进行的。由此，可以有效制备得到三氯氢硅。
[0021]在本发明的一些实施例中，所述第三提纯处理是在压力为0.3?0.6MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为103?108摄氏度下进行的。由此，可以有效除去反歧化产物中的低沸点杂质。
[0022]在本发明的一些实施例中，所述第四提纯处理是在压力为0.2?0.5MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为75?80摄氏度下进行的。由此，可以分离得到高质量的三氯氢硅。
[0023]在本发明的一些实施例中，所述粗四氯化硅为冷氢化处理得到的。由此，可以实现物料的循环利用。
[0024]在本发明的另一个方面，本发明提出了一种处理粗三氯氢硅的系统，包括:
[0025]气提装置，所述气提装置适于将所述粗三氯氢硅进行气提处理，以便得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物；
[0026]第一提纯装置，所述第一提纯装置与所述气提装置相连，且适于将所述含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，以便得到第一塔顶气和第一塔底液，其中，所述第一塔顶气含有二氯二氢硅和三氯化硅，所述第一塔底液含有四氯化硅；
[0027]第二提纯装置，所述第二提纯装置与所述第一提纯装置相连，且适于将所述第一塔顶气进行第二提纯处理，以便得到第二塔顶气和第二塔底液，其中，所述第二塔顶气含有二氯二氢硅，所述第二塔底液含有三氯化硅；
[0028]混合装置，所述混合装置分别与所述第一提纯装置和所述第二提纯装置相连，且适于将所述第一塔底液与所述第二塔顶气进行混合处理，以便得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料；
[0029]反歧化装置，所述反歧化装置与所述混合装置相连，且适于在负载的离子交换树脂存在下，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料在进行反歧化处理，以便得到反歧化产物；
[0030]第三提纯装置，所述第三提纯装置与所述反歧化装置相连，且适于将所述反歧化产物进行第三提纯处理，以便得到第三塔底液，其中，所述第三塔底液含有三氯氢硅；以及
[0031]第四提纯装置，所述第四提纯装置分别与所述第二提纯装置和所述第三提纯装置相连，且适于将所述第二塔底液和所述第三塔底液进行第四提纯处理，以便得到三氯氢硅和第四塔底液，并将所述第四塔底液返回进行所述第一提纯处理。
[0032]根据本发明实施例的处理粗三氯氢硅的系统通过采用气提装置将粗三氯氢硅中与二氯二氢硅沸点相近的含有硼磷元素的杂质除去，然后通过提纯装置可以获得纯净的二氯二氢硅和四氯化硅，从而通过反歧化装置制备得到高质量的三氯氢硅，同时在反歧化装置中采用负载的离子交换树脂作为催化剂，由于该催化剂具有不易流失、不易失活、价格便宜、易与产物分离等优点，并且载体本身也可以催化反应，从而在提高原料利用率的同时可以显著降低处理成本，另外，在进行反歧化反应前，预先将二氯二氢硅和四氯化硅在混合装置中均匀混合，可以增加二氯二氢硅和四氯化硅间的接触，进而可以显著提高二氯二氢硅和四氯化硅的转化率，从而解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且得到高质量的三氯氢娃。
[0033]另外，根据本发明上述实施例的处理粗三氯氢硅的系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0034]在本发明的一些实施例中，所述气提处理在压力为0.5?0.8MPa、塔顶温度为38?40摄氏度和塔釜温度为135?138摄氏度下进行的。由此，可以有效除去粗三氯氢硅中的含有硼磷元素杂质。
[0035]在本发明的一些实施例中，所述第一提纯处理是在压力为0.4?0.6MPa、塔顶温度为85?90摄氏度和塔釜温度为127?130摄氏度下进行的。由此，可以有效分离得到四氯化硅。
[0036]在本发明的一些实施例中，所述第二提纯处理是在压力为0.3?0.5MPa、塔顶温度为65?71摄氏度和塔釜温度为90?95摄氏度下进行的。由此，可以有效实现二氯二氢硅和三氯氢硅的分离。
[0037]在本发明的一些实施例中，在所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料中，所述二氯二氢硅和所述四氯化硅的摩尔比为1:3?5。由此，可以显著提高二氯二氢硅的转化率。
[0038]在本发明的一些实施例中，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料从所述反歧化装置底部进料。由此，可以显著提高原料转化率。
[0039]在本发明的一些实施例中，所述反歧化处理是在压力为0.7?1.0MPa、塔顶温度和塔釜温度分别独立地为65?70摄氏度下进行的。由此，可以有效制备得到三氯氢硅。
[0040]在本发明的一些实施例中，所述第三提纯处理是在压力为0.3?0.6MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为103?108摄氏度下进行的。由此，可以有效除去反歧化产物中的低沸点杂质。
[0041]在本发明的一些实施例中，所述第四提纯处理是在压力为0.2?0.5MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为75?80摄氏度下进行的。由此，可以分离得到高质量的三氯氢硅。
[0042]在本发明的一些实施例中，所述粗四氯化硅为冷氢化处理得到的。由此，可以实现物料的循环利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是根据本发明一个实施例的处理粗三氯氢硅的方法流程示意图；
[0044]图2是根据本发明一个实施例的处理粗三氯氢硅的系统结构示意图；
[0045]图3是根据本发明又一个实施例的处理粗三氯氢硅的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]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。
[0047]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。
[0048]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0049]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。
[0050]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。
[0051]在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理粗三氯氢硅的方法，该粗三氯氢硅含有二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅和含有硼磷元素的杂质，该方法包括:
[0052](I)将粗三氯氢硅进行气提处理，以便得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物；
[0053](2)将含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，以便得到第一塔顶气和第一塔底液，其中，第一塔顶气含有二氯二氢娃和三氯化娃，第一塔底液含有四氯化硅；
[0054](3)将第一塔顶气进行第二提纯处理，以便得到第二塔顶气和第二塔底液，其中，
第二塔顶气含有二氯二氢硅，第二塔底液含有三氯化硅；
[0055](4)将第一塔底液与第二塔顶气进行混合处理，以便得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料；
[0056](5)在负载的离子交换树脂存在下，将含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料在反歧化反应器中进行反歧化处理，以便得到反歧化产物；
[0057](6)将反歧化产物进行第三提纯处理，以便得到第三塔底液，其中，第三塔底液含有三氯氢硅；以及
[0058](7)将第二塔底液和所述第三塔底液进行第四提纯处理，以便得到三氯氢硅和第四塔底液，并将第四塔底液返回进行第一提纯处理。
[0059]根据本发明实施例的处理粗三氯氢硅的方法通过采用气提处理将粗三氯氢硅中与二氯二氢硅沸点相近的含有硼磷元素的杂质除去，然后通过提纯处理可以获得纯净的二氯二氢硅和四氯化硅，从而通过反歧化处理制备得到高质量的三氯氢硅，同时在反歧化处理过程中采用负载的离子交换树脂作为催化剂，由于该催化剂具有不易流失、不易失活、价格便宜、易与产物分离等优点，并且载体本身也可以催化反应，从而在提高原料利用率的同时可以显著降低处理成本，另外，在进行反歧化反应前，预先将二氯二氢硅和四氯化硅均匀混合，可以增加二氯二氢硅和四氯化硅间的接触，进而可以显著提高二氯二氢硅和四氯化硅的转化率，从而解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且得到高质量的三氯氢硅。
[0060]下面参考图1对本发明实施例的处理粗三氯氢硅的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括:
[0061]SlOO:气提处理
[0062]根据本发明的实施例，将粗三氯氢硅进行气提处理，从而可以得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物。由此，可以有效去除粗三氯氢硅中与二氯二氢硅沸点相近的含有硼磷元素的杂质，从而可以显著提高后续处理过程中三氯氢硅的质量。
[0063]根据本发明的实施例，粗三氯氢硅可以为冷氢化处理得到的。由此，可以实现物料的循环利用，从而达到节能降耗、保护环境、降低生产成本的目的。
[0064]根据本发明的实施例，气提处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，气提处理可以在压力为0.5?0.8MPa、塔顶温度为38?40摄氏度和塔釜温度为135?138摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高粗三氯氢硅中的含有硼磷元素的杂质的去除率，从而提高后续处理过程中三氯氢硅的质量。
[0065]S200:第一提纯处理
[0066]根据本发明的实施例，将上述得到的含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，从而可以得到第一塔顶气和第一塔底液。根据本发明的具体实施例，第一塔顶气可以含有二氯二氢硅和三氯化硅，第一塔底液可以含有四氯化硅。由此，可以有效实现四氯化硅与二氯二氢硅和三氯氢硅的分离，从而可以分离得到四氯化硅。
[0067]根据本发明的实施例，第一提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第一提纯处理可以在压力为0.4?0.6MPa、塔顶温度为85?90摄氏度和塔釜温度为127?130摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高四氯化硅的分离效率，得到高纯度的四氯化硅，从而显著提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0068]S300:第二提纯处理
[0069]根据本发明的实施例，将上述得到的第一塔顶气进行第二提纯处理，从而可以得到第二塔顶气和第二塔底液。根据本发明的具体实施例，第二塔顶气含有二氯二氢硅，第二塔底液含有三氯氢硅。由此，可以有效实现二氯二氢硅与三氯氢硅的分离，从而可以分离得到二氯二氢硅。
[0070]根据本发明的实施例，第二提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第二提纯处理可以在压力为0.3?0.5MPa、塔顶温度为65?71摄氏度和塔釜温度为90?95摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高二氯二氢硅的分离效率，得到高纯度的二氯二氢硅，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0071]S400:混合处理
[0072]根据本发明的实施例，将上述得到的第一塔底液与第二塔顶气进行混合处理，从而可以得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料。发明人发现，在进行反歧化反应前，预先将二氯二氢硅和四氯化硅均匀混合，可以增加二氯二氢硅和四氯化硅间的接触，进而可以显著提高二氯二氢硅和四氯化硅的转化率，从而解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且得到高质量的三氯氢硅。
[0073]根据本发明的实施例，混合物料中，二氯二氢硅和四氯化硅的比例并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，二氯二氢硅和四氯化硅的摩尔比可以为1:3?5。发明人发现，当比例过低时，二氯二氢硅转化率低于80 %，达不到预期的效果；而摩尔比例过高虽然可以在原有基础上提高I?2%，但增加了设备的负荷，对于动静设备的选型和管道配置有较高的要求，整体加大了前期资金的投入，由此通过对经济效益的比较分析，确定摩尔比例在1:3?5为最佳值。
[0074]S500:反歧化处理
[0075]根据本发明的实施例，在负载的离子交换树脂存在下，将上述得到的含有二氯二氢硅的混合物料在反歧化反应器中进行反歧化处理，从而可以得到反歧化产物。发明人发现，采用负载的离子交换树脂作为催化剂，由于该催化剂具有不易流失、不易失活、价格便宜、易与产物分离等优点，并且载体为碱性，载体本身也可以催化反歧化反应，从而在反歧化处理过程使用该催化剂在提高原料利用率的同时可以显著降低处理成本。
[0076]根据本发明的实施例，将含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料从反歧化反应器底部进料。发明人发现，将催化剂装在位于反歧化反应器中部的过滤帽内，从反歧化反应器底部进料能够在第一时间内使物料与催化剂接触，并且由于催化剂密度小，随着液位上升，催化剂也随着液位上升，到达反应器中部，从而可以增加有效反应时间，此外回流的液体与上升气体接触进行传质传热部分气液转化，能够提高中间体与催化剂接触，从而进一步提高反应转化率。
[0077]根据本发明的实施例，反歧化反应的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，反歧化处理可以在压力为0.7?1.0MPa、塔顶温度和塔釜温度均为65?70摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高反歧化反应效率，从而进一步提高后续过程三氯氢娃的质量。
[0078]S600:第三提纯处理
[0079]根据本发明的实施例，将上述得到的反歧化产物进行第三提纯处理，从而可以得到第三塔顶气和第三塔底液。根据本发明的具体实施例，第三塔顶气含有未反应的二氯二氢硅、少量三氯氢硅及其他轻组分，第三塔底液含有三氯氢硅。由此，可以有效除去反歧化产物中的未反应的二氯二氢硅及其他低沸点杂质，从而进一步提高三氯氢硅的质量。
[0080]根据本发明的实施例，第三提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第三提纯处理可以在在压力为0.3?0.6MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为103?108摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高低沸点杂质的去除率，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0081]S700:第四提纯处理
[0082]根据本发明的实施例，将S300得到的第二塔底液和S600得到的第三塔底液进行第四提纯处理，从而可以得到三氯氢硅和第四塔底液，并将第四塔底液返回进行第一提纯处理。由此，可以分离得到高质量的三氯氢硅产品，从而显著提高多晶硅的质量，同时可以实现物料的循环利用，从而显著降低原料成本。
[0083]根据本发明的实施例，第四提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第四提纯处理可以在压力为0.2?0.5MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为75?80摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高三氯氢硅与其他杂质的分离效率，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0084]在本发明的另一个方面，本发明提出了一种处理粗三氯氢硅的系统，包括:
[0085]气提装置，气提装置适于将粗三氯氢硅进行气提处理，以便得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物；
[0086]第一提纯装置，第一提纯装置与气提装置相连，且适于将含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，以便得到第一塔顶气和第一塔底液，其中，第一塔顶气含有二氯二氢硅和三氯化硅，第一塔底液含有四氯化硅；
[0087]第二提纯装置，第二提纯装置与第一提纯装置相连，且适于将第一塔顶气进行第二提纯处理，以便得到第二塔顶气和第二塔底液，其中，第二塔顶气含有二氯二氢硅，第二塔底液含有三氯化硅；
[0088]混合装置，混合装置分别与第一提纯装置和第二提纯装置相连，且适于将第一塔底液与第二塔顶气进行混合处理，以便得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料；
[0089]反歧化装置，反歧化装置与混合装置相连，且适于在负载的离子交换树脂存在下，将含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料在进行反歧化处理，以便得到反歧化产物；
[0090]第三提纯装置，第三提纯装置与反歧化装置相连，且适于将反歧化产物进行第三提纯处理，以便得到第三塔底液，其中，第三塔底液含有三氯氢硅；以及
[0091]第四提纯装置，第四提纯装置分别与第二提纯装置和所述第三提纯装置相连，且适于将第二塔底液和第三塔底液进行第四提纯处理，以便得到三氯氢硅和第四塔底液，并将第四塔底液返回进行第一提纯处理。
[0092]根据本发明实施例的处理粗三氯氢硅的系统通过采用气提装置将粗三氯氢硅中与二氯二氢硅沸点相近的含有硼磷元素的杂质除去，然后通过提纯装置可以获得纯净的二氯二氢硅和四氯化硅，从而通过反歧化装置制备得到高质量的三氯氢硅，同时在反歧化装置中采用负载的离子交换树脂作为催化剂，由于该催化剂具有不易流失、不易失活、价格便宜、易与产物分离等优点，并且载体本身也可以催化反应，从而在提高原料利用率的同时可以显著降低处理成本，另外，在进行反歧化反应前，预先将二氯二氢硅和四氯化硅在混合装置中均匀混合，可以增加二氯二氢硅和四氯化硅间的接触，进而可以显著提高二氯二氢硅和四氯化硅的转化率，从而解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且得到高质量的三氯氢娃。
[0093]下面参考图2对本发明实施例的处理粗三氯氢硅的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括:
[0094]气提装置100:根据本发明的实施例，气提装置100适于将粗三氯氢硅进行气提处理，从而可以得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物。由此，可以有效去除粗三氯氢硅中与二氯二氢硅沸点相近的含有硼磷元素的杂质，从而可以显著提高后续处理过程中三氯氢硅的质量。
[0095]根据本发明的实施例，粗三氯氢硅可以为冷氢化处理得到的。由此，可以实现物料的循环利用，从而达到节能降耗、保护环境、降低生产成本的目的。
[0096]根据本发明的实施例，气提处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，气提处理可以在压力为0.5?0.8MPa、塔顶温度为38?40摄氏度和塔釜温度为135?138摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高粗三氯氢硅中的含有硼磷元素的杂质的去除率，从而提高后续处理过程中三氯氢硅的质量。
[0097]根据本发明的实施例，气提装置可以为气提塔，其中，气提介质可以为四氯化硅、三氯氢硅、二氯氢硅、氢气、氯化氢或硅粉，气提塔由上下两部分组成，上部塔内径为500?600mm，共10块塔板；下部塔内径为1400?1600mm，共20块塔板。
[0098]第一提纯装置200:根据本发明的实施例，第一提纯装置200与气提装置100相连，且适于将上述得到的含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，从而可以得到第一塔顶气和第一塔底液。根据本发明的具体实施例，第一塔顶气可以含有二氯二氢硅和三氯化硅，第一塔底液可以含有四氯化硅。由此，可以有效实现四氯化硅与二氯二氢硅和三氯氢硅的分离，从而可以分离得到四氯化硅。
[0099]根据本发明的实施例，第一提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第一提纯处理可以在压力为0.4?0.6MPa、塔顶温度为85?90摄氏度和塔釜温度为127?130摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高四氯化硅的分离效率，得到高纯度的四氯化硅，从而显著提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0100]根据本发明的实施例，第一提纯装置可以为提纯塔，其中，该提纯塔为板式塔，塔内径为2800?3000mm，塔板数100?120。
[0101]第二提纯装置300:根据本发明的实施例，第二提纯装置300与第一提纯装置200相连，且适于将上述得到的第一塔顶气进行第二提纯处理，从而可以得到第二塔顶气和第二塔底液。根据本发明的具体实施例，第二塔顶气含有二氯二氢硅，第二塔底液含有三氯氢硅。由此，可以有效实现二氯二氢硅与三氯氢硅的分离，从而可以分离得到二氯二氢硅。
[0102]根据本发明的实施例，第二提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第二提纯处理可以在压力为0.3?0.5MPa、塔顶温度为65?71摄氏度和塔釜温度为90?95摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高二氯二氢硅的分离效率，得到高纯度的二氯二氢硅，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0103]根据本发明的实施例，第二提纯装置可以为提纯塔，其中，该提纯塔为板式塔，塔板数80?100。
[0104]混合装置400:根据本发明的实施例，混合装置400分别与第一提纯装置200和第二提纯装置300相连，且适于将上述得到的第一塔底液与第二塔顶气进行混合处理，从而可以得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料。发明人发现，在进行反歧化反应前，预先将二氯二氢硅和四氯化硅均匀混合，可以增加二氯二氢硅和四氯化硅间的接触，进而可以显著提高二氯二氢硅和四氯化硅的转化率，从而解决粗三氯氢硅中二氯二氢硅和四氯化硅的富集问题，并且得到高质量的三氯氢硅。
[0105]根据本发明的实施例，混合物料中，二氯二氢硅和四氯化硅的比例并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，二氯二氢硅和四氯化硅的摩尔比可以为1:3?5。发明人发现，当比例过低时，二氯二氢硅转化率低于80 %，达不到预期的效果；而摩尔比例过高虽然可以在原有基础上提高I?2%，但增加了设备的负荷，对于动静设备的选型和管道配置有较高的要求，整体加大了前期资金的投入，由此通过对经济效益的比较分析，确定摩尔比例在1:3?5为最佳值。
[0106]反歧化装置500:根据本发明的实施例，反歧化装置500与混合装置400相连，且适于在负载的离子交换树脂存在下，将上述得到的含有二氯二氢硅的混合物料在反歧化装置中进行反歧化处理，从而可以得到反歧化产物。发明人发现，采用负载的离子交换树脂作为催化剂，由于该催化剂具有不易流失、不易失活、价格便宜、易与产物分离等优点，并且载体为碱性，载体本身也可以催化反歧化反应，从而在反歧化处理过程使用该催化剂在提高原料利用率的同时可以显著降低处理成本。
[0107]根据本发明的实施例，将含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料从反歧化反应器底部进料。发明人发现，将催化剂装在位于反歧化反应器中部的过滤帽内，从反歧化反应器底部进料能够在第一时间内使物料与催化剂接触，并且由于催化剂密度小，随着液位上升，催化剂也随着液位上升，到达反应器中部，从而可以增加有效反应时间，此外回流的液体与上升气体接触进行传质传热部分气液转化，能够提高中间体与催化剂接触，从而进一步提高反应转化率。
[0108]根据本发明的实施例，反歧化反应的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，反歧化处理可以在压力为0.7?1.0MPa、塔顶温度和塔釜温度均为65?70摄氏度下进行的。发明人发现，该条件下可以显著提高反歧化反应效率，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0109]第三提纯装置600:根据本发明的实施例，第三提纯装置600与反歧化装置500相连，且适于将上述得到的反歧化产物进行第三提纯处理，从而可以得到第三塔顶气和第三塔底液。根据本发明的具体实施例，第三塔顶气含有未反应的二氯二氢娃、少量三氯氢娃及其他轻组分，第三塔底液含有三氯氢硅。由此，可以有效除去反歧化产物中的未反应的二氯二氢硅及其他低沸点杂质，从而进一步提高三氯氢硅的质量。
[0110]根据本发明的实施例，第三提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第三提纯处理可以在在压力为0.3?0.6MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为103?108摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高低沸点杂质的去除率，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0111]根据本发明的实施例，第三提纯装置可以为提纯塔，此提纯塔为填料塔，填料为规整丝网填料，全容积为36.5m3，其中，气提介质可以为氯硅烷，能够有效去除二氯二氢硅及其它轻组分。
[0112]第四提纯装置700:根据本发明的实施例，第四提纯装置700分别与第二提纯装置300和第三提纯装置600相连，且适于将上述得到的第二塔底液和第三塔底液进行第四提纯处理，从而可以得到三氯氢硅和第四塔底液，并将第四塔底液返回进行第一提纯装置200。由此，可以分离得到高质量的三氯氢硅产品，从而显著提高多晶硅的质量，同时可以实现物料的循环利用，从而显著降低原料成本。
[0113]根据本发明的实施例，第四提纯处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，第四提纯处理可以在压力为0.2?0.5MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为75?80摄氏度下进行。发明人发现，该条件下可以显著提高三氯氢硅与其他杂质的分离效率，从而进一步提高后续过程三氯氢硅的质量。
[0114]根据本发明的实施例，第四提纯装置可以为提纯塔，其中，该提纯塔为填料塔，填料类型为规整丝网填料，全容积为300?400m3。
[0115]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。
[0116]实施例
[0117]粗三氯氢硅组成:36.69界七％的二氯二氢硅、1.0lwt %的三氯氢硅、62.3wt%的四氯化硅以及微量含有硼磷元素的杂质；
[0118]处理方法:参考图3，将冷氢化处理单元得到的粗三氯氢硅A通入气提装置100中在压力为0.6MPa、塔釜温度为137摄氏度，塔顶温度为38.5摄氏度下进行气提处理，得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物，接着将含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物通入第一提纯装置200中在压力为0.48MPa、塔顶温度为89摄氏度和塔釜温度为129摄氏度下进行第一提纯处理，得到含有二氯二氢硅和三氯氢硅的第一塔顶气和含有四氯化娃的第一塔底液，然后将含有二氯二氢娃和三氯氢娃的第一塔顶气通入第二气体装置300中在压力为0.41MPa、塔顶温度为70摄氏度和塔釜温度为91摄氏度下进行第二提纯处理，得到含有二氯二氢硅的第二塔顶气和含有三氯氢硅的第二塔底液，将含有四氯化硅的第一塔底液和含有二氯二氢硅的第二塔顶气在混合装置400中进行混合处理(其中，二氯二氢硅进料量为200kg/h、四氯化硅的进料量为2800kg/h)，得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料，然后将混合物料从反歧化装置500底部送至反歧化装置500中于负载的离子交换树脂存在下在压力为0.85MPa、塔顶温度为70摄氏度和塔釜温度为60摄氏度下进行反歧化处理，得到反歧化产物，然后将反歧化产物送至第三提纯装置600中在压力为0.45MPa、塔顶温度为75摄氏度和塔釜温度为106摄氏度下进行第三提纯处理，得到含有低沸点杂质的第三塔顶气和含有三氯氢硅的第三塔底液，并将含有低沸点杂质的第三塔顶气送至废气处理系统进行处理，将得到的含有三氯氢硅的第三塔底液送至第四提纯装置700中在压力为0.35MPa、塔顶温度为72摄氏度和塔釜温度为77摄氏度下进行第四提纯处理，得到含有四氯化硅的第四塔底液和高质量的三氯氢硅产品B，并将含有四氯化硅的第四塔底液返回至第一提纯装置100中进行第一提纯处理。
[0119]5000t/a的多晶硅生产线，二氯二氢硅进料量0.2t/h,四氯化硅进料量2800t/h，按照每年运行8000小时计算，一年可回收2168吨三氯氢硅，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:
[0120]回收三氯氢硅=2186吨X 5400元/吨=11707200元；
[0121]节省熟石灰消耗费用=9570吨X600元/吨=5742000元；
[0122]节省生产水消耗费用=44695m3X 4.5元/m3 = 201127元；
[0123]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=1248.03万元。
[0124]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。
[0125]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。
【权利要求】
1.一种处理粗三氯氢硅的方法，所述粗三氯氢硅含有二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅和含有硼磷元素的杂质，其特征在于，包括: (1)将所述粗三氯氢硅进行气提处理，以便得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物； (2)将所述含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，以便得到第一塔顶气和第一塔底液，其中，所述第一塔顶气含有二氯二氢硅和三氯化硅，所述第一塔底液含有四氯化硅； (3)将所述第一塔顶气进行第二提纯处理，以便得到第二塔顶气和第二塔底液，其中，所述第二塔顶气含有二氯二氢硅，所述第二塔底液含有三氯化硅； (4)将所述第一塔底液与所述第二塔顶气进行混合处理，以便得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料； (5)在负载的离子交换树脂存在下，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料在反歧化反应器中进行反歧化处理，以便得到反歧化产物； (6)将所述反歧化产物进行第三提纯处理，以便得到第三塔底液，其中，所述第三塔底液含有三氯氢硅；以及 (7)将所述第二塔底液和所述第三塔底液进行第四提纯处理，以便得到三氯氢硅和第四塔底液，并将所述第四塔底液返回进行所述第一提纯处理。
2.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述气提处理是在压力为0.5?0.8MPa、塔顶温度为38?40摄氏度和塔釜温度为135?138摄氏度下进行的。
3.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述第一提纯处理是在压力为0.4?0.6MPa、塔顶温度为85?90摄氏度和塔釜温度为127?130摄氏度下进行的。
4.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述第二提纯处理是在压力为0.3?0.5MPa、塔顶温度为65?71摄氏度和塔釜温度为90?95摄氏度下进行的。
5.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，在所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料中，所述二氯二氢硅和所述四氯化硅的摩尔比为1:3?5。
6.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料从所述反歧化反应器底部进料。
7.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述反歧化处理是在压力为0.7?1.0MPa、塔顶温度和塔釜温度均为65?70摄氏度下进行的。
8.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述第三提纯处理是在压力为0.3?0.6MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为103?108摄氏度下进行的。
9.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述第四提纯处理是在压力为0.2?0.5MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为75?80摄氏度下进行的。
10.根据权利要求1所述的处理粗三氯氢硅的方法，其特征在于，所述粗四氯化硅为冷氢化处理得到的。
11.一种处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，包括: 气提装置，所述气提装置适于将所述粗三氯氢硅进行气提处理，以便得到含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物； 第一提纯装置，所述第一提纯装置与所述气提装置相连，且适于将所述含有二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物进行第一提纯处理，以便得到第一塔顶气和第一塔底液，其中，所述第一塔顶气含有二氯二氢硅和三氯化硅，所述第一塔底液含有四氯化硅； 第二提纯装置，所述第二提纯装置与所述第一提纯装置相连，且适于将所述第一塔顶气进行第二提纯处理，以便得到第二塔顶气和第二塔底液，其中，所述第二塔顶气含有二氯二氢硅，所述第二塔底液含有三氯化硅； 混合装置，所述混合装置分别与所述第一提纯装置和所述第二提纯装置相连，且适于将所述第一塔底液与所述第二塔顶气进行混合处理，以便得到含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料； 反歧化装置，所述反歧化装置与所述混合装置相连，且适于在负载的离子交换树脂存在下，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料进行反歧化处理，以便得到反歧化产物； 第三提纯装置，所述第三提纯装置与所述反歧化装置相连，且适于将所述反歧化产物进行第三提纯处理，以便得到第三塔底液，其中，所述第三塔底液含有三氯氢硅；以及 第四提纯装置，所述第四提纯装置分别与所述第二提纯装置和所述第三提纯装置相连，且适于将所述第二塔底液和所述第三塔底液进行第四提纯处理，以便得到三氯氢硅和第四塔底液，并将所述第四塔底液返回进行所述第一提纯装置。
12.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述气提处理在压力为0.5?0.8MPa、塔顶温度为38?40摄氏度和塔釜温度为135?138摄氏度下进行的。
13.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述第一提纯处理是在压力为0.4?0.6MPa、塔顶温度为85?90摄氏度和塔釜温度为127?130摄氏度下进行的。
14.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述第二提纯处理是在压力为0.3?0.5MPa、塔顶温度为65?71摄氏度和塔釜温度为90?95摄氏度下进行的。
15.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，在所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料中，所述二氯二氢硅和所述四氯化硅的摩尔比为1:3?5。
16.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，将所述含有二氯二氢硅和四氯化硅的混合物料从所述反歧化装置底部进料。
17.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述反歧化处理是在压力为0.7?1.0MPa、塔顶温度和塔釜温度均为65?70摄氏度下进行的。
18.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述第三提纯处理是在压力为0.3?0.6MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为103?108摄氏度下进行的。
19.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述第四提纯处理是在压力为0.2?0.5MPa、塔顶温度为70?75摄氏度和塔釜温度为75?80摄氏度下进行的。
20.根据权利要求11所述的处理粗三氯氢硅的系统，其特征在于，所述粗四氯化硅为冷氢化处理得到的。
【文档编号】C01B33/107GK104261412SQ201410464371
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】李锋, 王利强, 张艳春, 王洪光, 欧昌洪, 濮希杰, 彭述才, 白竟超 申请人:国电内蒙古晶阳能源有限公司