一种多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统的制作方法

本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统。

背景技术：

多晶硅生产过程中，在合成单元、还原单元、氢化单元中都会有副产物二氯二氢硅生成，尤其以还原单元为主中的副产物增量达到0.15wt％，多晶硅在还原炉内沉积过程中，三氯氢硅中的二氯二氢硅含量达到7wt％～12wt％，还原炉内容易形成无定形硅，带来雾化现象，使还原炉内无法正常生产。因此要严格稳定控制输送至还原炉内的三氯氢硅中的二氯二氢硅含量，这就需要在还原氯硅烷分离过程中，将二氯二氢硅引出系统。现有技术中，常规的精馏塔都是从塔顶取走热量，同时向塔釜再沸器供给热量，通常塔顶冷凝器取走的热量是塔釜再沸器加入热量的90％左右，能量利用很不合理。现在虽然有热泵精馏实现了精馏塔无冷凝器操作，大幅度的降低了能耗，但是热泵精馏需要辅助的再沸器和冷凝器进行开停车操作，操作平稳性需要加强。

专利号CN102068829A提出了隔板反应精馏设备及进行二氯二氢硅和四氯化硅的反歧化反应，此隔板反应精馏工艺将反应精馏加分离提纯的多座塔整合到一座隔板反应精馏塔中，节省了设备投资，降低了能耗。但是此技术的缺点在于结构复杂，催化剂的装填和卸出都较麻烦。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统，本发明中的多晶硅生产中的低沸氯硅烷分离系统将催化剂装填于单独成立的反歧化固定床内，催化剂更换简单且无需停运分隔壁精馏塔。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统，包括分隔壁精馏塔，该分隔壁精馏塔包括进料口，所述分隔壁精馏塔包括至少部分的设置在其内的分隔壁，所述分隔壁将所述分隔壁精馏塔分隔为Ⅰ区域、Ⅱ区域、Ⅲ区域、Ⅳ区域，所述Ⅲ区域设置于所述分隔壁精馏塔的塔顶，所述Ⅳ区域设置于所述分隔壁精馏塔的塔釜，所述Ⅰ区域与所述Ⅱ区域分别设置于所述分隔壁的两侧，所述进料口与所述Ⅰ区域同侧，

所述Ⅰ区域为进料段，将多晶硅生产中的低沸氯硅烷作为原料从所述进料口通入到分隔壁精馏塔内，所述Ⅰ区域用于解析二氯二氢硅；

所述Ⅱ区域为侧线采出段，所述Ⅱ区域用于通过侧线采出来收集三氯氢硅；

所述Ⅲ区域为所述Ⅰ区域与所述Ⅱ区域的公共精馏段，所述Ⅲ区域用于收集二氯二氢硅；

所述Ⅳ区域为所述Ⅰ区域与所述Ⅱ区域的的公共提馏段，所述Ⅳ区域用于收集四氯化硅，

所述分离系统还包括：反歧化固定床，该反歧化固定床包括反歧化固定床入口和反歧化固定床出口，所述反歧化固定床入口与所述分隔壁精馏塔的塔釜连接，所述Ⅳ区域收集到的四氯化硅从所述分隔壁精馏塔的塔釜流入到所述反歧化固定床内；所述反歧化固定床入口还与所述分隔壁精馏塔的塔顶连接，所述Ⅲ区域收集到的二氯二氢硅流入到所述反歧化固定床内；所述反歧化固定床出口与所述Ⅰ区域连接，所述反歧化固定床用于装填催化剂催化进行二氯二氢硅和四氯化硅的反歧化反应，反应得到的产物进入所述Ⅰ区域。

优选的是，所述分隔壁精馏塔内的压力为0.15～0.4MpaG，所述分隔壁精馏塔的塔顶的温度为40～65.5℃，所述分隔壁精馏塔的塔釜温度为93～119℃。

优选的是，所述二氯二氢硅和所述四氯化硅的重量比为1：(4～10)，所述反歧化固定床内的压力为0.2～0.55MpaG，温度为60～80℃。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

预热器，该预热器包括预热器的管程和预热器的壳程，所述预热器的管程与所述进料口连接，多晶硅生产中的低沸氯硅烷经过所述预热器的管程流入所述进料口，所述预热器的壳程与所述分隔壁精馏塔的塔顶连接，所述Ⅲ区域收集到的二氯二氢硅从所述分隔壁精馏塔的塔顶流入到所述预热器的壳程对所述预热器的管程内的所述低沸氯硅烷进行预热。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

二级冷凝器，该二级冷凝器包括二级冷凝器入口和二级冷凝器出口，所述二级冷凝器入口与所述预热器的管程连接，所述二级冷凝器用于进行二级冷凝，所述二级冷凝器出口与分隔壁精馏塔的塔顶连接。

优选的是，所述二级冷凝器的冷凝温度为-10～-40℃。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：尾气深冷器、低温槽，所述尾气深冷器和所述低温槽依次设置，并设置于所述二级冷凝器和所述反歧化固定床之间，所述尾气深冷器用于进行深冷处理，所述低温槽用于缓存从所述尾气深冷器流出的物料。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

回流罐，设置于所述二级冷凝器和所述尾气深冷器之间，所述回流罐用于缓存从所述二级冷凝器流出的物料，所述回流罐内的温度为30～60℃。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

低沸杂质吸附柱，设置于所述低温槽和所述反歧化固定床之间，所述低沸杂质吸附柱用于进行低温下杂质吸附。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统，还包括：

再沸器，与所述分隔壁精馏塔的塔釜连接，所述再沸器用于将所述Ⅳ区域收集到的四氯化硅进行加热后再泵回到所述Ⅳ区域。

本发明中的多晶硅生产中的低沸氯硅烷分离系统将催化剂装填于单独成立的反歧化固定床内，更换简单且无需停运分隔壁精馏塔，且可以使用两台反歧化固定床，实行一开一备使用，即使更换催化剂，生产仍可继续进行，且经过更换后的催化剂内部几乎不含有氯硅烷，更换过程安全。本发明中的分离系统中，由于催化剂装填于独立于分隔壁精馏塔外的反歧化固定床内，所以本发明中的分隔壁精馏塔参数的调整不会因为催化剂的反应温度受到限制，这样大大提高了分隔壁精馏塔的温度和压力的调节使用范围。

附图说明

图1是本发明实施例1中的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统的结构示意图。

图中：1-分隔壁精馏塔；2-进料口；3-分隔壁；4-分隔壁精馏塔的塔顶；5-分隔壁精馏塔的塔釜；6-反歧化固定床；7-反歧化固定床入口；8-反歧化固定床出口；9-第一增压泵；10-预热器；11-预热器的管程；12-预热器的壳程；13-二级冷凝器；14-二级冷凝器入口；15-二级冷凝器出口；16-尾气深冷器；17-低温槽；18-回流罐；19-低沸杂质吸附柱；20-第二增压泵；21-再沸器；22-回流泵。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统，包括分隔壁精馏塔1，该分隔壁精馏塔1包括进料口2，所述分隔壁精馏塔1包括至少部分的设置在其内的分隔壁3，所述分隔壁3将所述分隔壁精馏塔1分隔为Ⅰ区域、Ⅱ区域、Ⅲ区域、Ⅳ区域，所述Ⅲ区域设置于所述分隔壁精馏塔的塔顶4，所述Ⅳ区域设置于所述分隔壁精馏塔的塔釜5，所述Ⅰ区域与所述Ⅱ区域分别设置于所述分隔壁3的两侧，所述进料口2与所述Ⅰ区域同侧，

所述Ⅰ区域为进料段，将多晶硅生产中的低沸氯硅烷作为原料从所述进料口2通入到分隔壁精馏塔1内，所述Ⅰ区域用于解析二氯二氢硅；

所述Ⅱ区域为侧线采出段，所述Ⅱ区域用于通过侧线采出来收集三氯氢硅；

所述Ⅲ区域为所述Ⅰ区域与所述Ⅱ区域的公共精馏段，所述Ⅲ区域用于收集二氯二氢硅；

所述Ⅳ区域为所述Ⅰ区域与所述Ⅱ区域的的公共提馏段，所述Ⅳ区域用于收集四氯化硅，

所述分离系统还包括：反歧化固定床6，该反歧化固定床6包括反歧化固定床入口7和反歧化固定床出口8，所述反歧化固定床入口7与所述分隔壁精馏塔的塔釜5连接，所述Ⅳ区域收集到的四氯化硅从所述分隔壁精馏塔的塔釜5流入到所述反歧化固定床6内；所述反歧化固定床入口7还与所述分隔壁精馏塔的塔顶4连接，所述Ⅲ区域收集到的二氯二氢硅流入到所述反歧化固定床6内；所述反歧化固定床出口8与所述Ⅰ区域连接，所述反歧化固定床6用于装填催化剂催化进行二氯二氢硅和四氯化硅的反歧化反应，反应得到的产物进入所述Ⅰ区域。具体的，本实施例中使用的催化剂为含有三个烷烃基的叔胺R3N。

现有技术中，均将二氯二氢硅和四氯化硅进行反歧化反应所使用的催化剂装填于分隔壁精馏塔1中，催化剂的使用寿命有限，更换困难，以及更换时需停运分隔壁精馏塔1，即使经过了撤料和充分的置换以后，催化剂的空隙内部依然残存有少量的氯硅烷，在催化剂更换过程中较危险。另外，催化剂的活性受到温度的影响，催化剂的使用温度范围为60～80℃，若将催化剂安装在分隔壁精馏塔1的中段进料侧，当低沸氯硅烷中轻组分二氯二氢硅含量增加时，需要提高操作压力，因压力和温度为一一对应，所以同时还需提高分隔壁精馏塔1内的温度，但是由于受到催化剂的使用温度范围的影响，所以分隔壁精馏塔1使用压力和温度范围受到影响。

本实施例中的多晶硅生产中的低沸氯硅烷分离系统将催化剂装填于单独成立的反歧化固定床6内，催化剂更换简单且无需停运分隔壁精馏塔1，且可以使用两台反歧化固定床6，实行一开一备使用，即使更换催化剂，生产仍可继续进行，且经过更换后的催化剂内部几乎不含有氯硅烷，更换过程安全。本实施例中的分离系统中，由于催化剂装填于独立于分隔壁精馏塔1外的反歧化固定床6内，所以本实施例中的分隔壁精馏塔1参数的调整不会因为催化剂的反应温度受到限制，这样大大提高了分隔壁精馏塔1的温度和压力的调节使用范围。

更优选的是，所述分隔壁精馏塔的塔釜5与所述反歧化固定床6之间还设置有第一增压泵9，该第一增压泵9用于对从分隔壁精馏塔的塔釜5流出的四氯化硅流股进行增压。

优选的是，所述分隔壁精馏塔1内的压力为0.15～0.4MpaG，所述分隔壁精馏塔的塔顶4的温度为40～65.5℃，所述分隔壁精馏塔的塔釜5温度为93～119℃。

优选的是，所述二氯二氢硅和所述四氯化硅的重量比为1：(4～10)，所述反歧化固定床6内的压力为0.2～0.55MpaG，温度为60～80℃。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

预热器10，该预热器10包括预热器的管程11和预热器的壳程12，所述预热器的管程11与所述进料口2连接，多晶硅生产中的低沸氯硅烷经过所述预热器的管程11流入所述进料口2，所述预热器的壳程12与所述分隔壁精馏塔的塔顶4连接，所述Ⅲ区域收集到的二氯二氢硅从所述分隔壁精馏塔的塔顶4流入到所述预热器的壳程12对所述预热器的管程11内的所述低沸氯硅烷进行预热，经过所述预热器的壳程12后得到气夹液的二氯二氢硅。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

二级冷凝器13，该二级冷凝器13包括二级冷凝器入口14和二级冷凝器出口15，所述二级冷凝器入口14与所述预热器的管程11连接，所述二级冷凝器13用于进行二级冷凝，所述二级冷凝器出口15与分隔壁精馏塔的塔顶4连接。

优选的是，所述二级冷凝器13的冷凝温度为-10～-40℃。所述的二级冷凝器13使用冷媒为四氯化硅。现有技术中当采用含水的低温冷媒介质的换热器发生泄露后，氯硅烷与水反应，产生氢气不凝气很容易发生爆炸，生成的水解物堵塞管道和设备，盐酸腐蚀管道和设备。本实施例中采用低温四氯化硅为冷媒介质，将能完全避免上述危险。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：尾气深冷器16、低温槽17，所述尾气深冷器16和所述低温槽17依次设置，并设置于所述二级冷凝器13和所述反歧化固定床6之间，所述尾气深冷器16用于进行深冷处理，所述低温槽17用于缓存从所述尾气深冷器16流出的物料。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

回流罐18，设置于所述二级冷凝器13和所述尾气深冷器16之间，所述回流罐18用于缓存从所述二级冷凝器13流出的物料，所述回流罐18内的温度为30～60℃。更优选的是，回流罐18的出口与所述分隔壁精馏塔的塔顶4连接。所述分离系统还包括回流泵22，该回流泵22设置于所述回流罐18与所述分隔壁精馏塔的塔顶4之间，所述回流泵22用于将所述回流罐18内的液相的输出流股泵入到所述分隔壁精馏塔的塔顶4。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统还包括：

低沸杂质吸附柱19，设置于所述低温槽17和所述反歧化固定床6之间，所述低沸杂质吸附柱19用于进行低温下杂质吸附。更优选的是，所述低温槽17和所述低沸杂质吸附柱19之间设置有第二增压泵20，该第二增压泵20用于进行增压。

优选的是，所述的多晶硅生产中的低沸氯硅烷的分离系统，还包括：

再沸器21，与所述分隔壁精馏塔的塔釜5连接，所述再沸器21用于将所述Ⅳ区域收集到的四氯化硅进行加热后再泵回到所述Ⅳ区域。

低沸氯硅烷流股进入预热器的管程11，从分隔壁精馏塔的塔顶4采出的塔顶气相流股流入到预热器的壳程12对预热器的管程11内的低沸氯硅烷进行预热，经过预热后的低沸氯硅烷从进料口2进入分隔壁精馏塔1，进料口2设置于Ⅰ区域的中上部。

低沸氯硅烷在分隔壁精馏塔1内进行分离，在Ⅲ区域顶部得到富含二氯二氢硅的气相氯硅烷流股，先经过预热器的管程11内的低沸氯硅烷的部分冷凝后，得到气夹液流股，再依靠压差进入四氯化硅为冷媒的二级冷凝器13，得到大部分被冷凝成液相的流股，流入回流罐18。分隔壁精馏塔1的压力的改变可以通过改变经过二级冷凝器13后被冷凝液相流股的流量。

回流罐18的温度的调节是通过调二级冷凝器13的冷媒四氯化硅的输送流量。冷媒四氯化硅经过加热后被分成两个热流股，其中，一部分四氯化硅热流股从分隔壁精馏塔的塔釜5进入，作为补充分隔壁精馏塔1内消耗掉的四氯化硅，另外一部分四氯化硅热流股返回到多晶硅生产中的合成低压淋洗塔的塔釜。

回流罐18内的液相输出流股经过回流泵22加压后，得到回流流股，从分隔壁精馏塔1的Ⅲ区域侧线回流入分隔壁精馏塔1中，实现分隔壁精馏塔1的回流。

回流罐18内的气相流股为二氯二氢硅气相流股，进入尾气深冷器16，将二氯二氢硅完全冷凝，得到二氯二氢硅液相流股，再进入低温槽17。二氯二氢硅气相流股中不被冷凝的不凝气，作为废气排入废气管网。

低温槽17底部输出流股，输送进入第二增压泵20，经过增压后，得到二氯二氢硅高压流股，从低沸杂质吸附柱19底部进入，经过除杂后，从低沸杂质吸附柱19顶部出来，得到纯净的二氯二氢硅流股。

分隔壁精馏塔的塔釜5采出四氯化硅流股，经过第一增压泵9加压输出，得到四氯化硅高压流股，与纯净的二氯二氢硅流股在管道中混合，得到混合流股。

混合流股从反歧化固定床入口7进入，四氯化硅和二氯二氢硅在反歧化固定床6中反应生成三氯氢硅，从反歧化固定床出口8输出产物三氯氢硅和未参加反应的四氯化硅，得到三氯氢硅和四氯化硅的产物混合流股，从分隔壁精馏塔1的Ⅰ区域的中下部返回入分隔壁精馏塔1中。产品三氯氢硅在分隔壁精馏塔1中被分离出来，从分隔壁精馏塔1的Ⅲ区域的侧中部采出，作为产品三氯氢硅流股，输送进入整个多晶硅生产的物料系统循环利用。

所述的尾气深冷器16，使用的冷媒流量与混合流股的温度形成回路控制，混合流股的温度范围为：40～74℃。

具体的，本实施例中的低沸氯硅烷中二氯二氢硅含量为15wt％，三氯氢硅含量为85wt％。低沸氯硅烷的进料量为4000kg/h。更优选的是，所述分隔壁精馏塔1的操作压力为0.3MpaG，所述分隔壁精馏塔的塔顶4温度为57～60℃。调节二级冷凝器13的冷媒四氯化硅的流量，控制回流罐18的温度为40℃，从回流罐18中逃逸出的二氯二氢硅气相流股控制在800kg/h。经第一增压泵9后的四氯化硅流股的流量为8000kg/h。混合流股的温度为69℃，进入反歧化固定床6。从分隔壁精馏塔1的Ⅱ区域侧线采出的产品三氯氢硅流量达到1800kg/h，纯度达到99.6wt％，其中硼杂质浓度低于50ppbw。

本实施例中的多晶硅生产中的低沸氯硅烷分离系统，可以有效的减少多级精馏设备的投资，便捷的实现反歧化反应使用的催化剂的更换，大大缩短催化剂的更换周期，降低分隔壁精馏塔1的热量供给和冷量消耗，使得高硼杂质的低沸氯硅烷得到循环回收利用，降低了硅耗，节约了尾气处理成本，实现原料和产品利用一台分隔壁精馏塔1得到彻底分离，简化了工艺流程。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。