一种同时处理氯硅烷残液和废气的方法与流程

本发明涉及一种同时处理含氯硅烷的残液和废气的方法，属于多晶硅行业氯硅烷残液和废气处理及资源化利用领域。

背景技术：

国内主流多晶硅生产工艺为改良西门子法，在改良西门子法生产多晶硅过程中，在三氯氢硅合成、三氯氢硅的精馏提纯、三氯氢硅还原和冷（热）氢化工序都会不可避免的有氯硅烷残液和废气产生。

氯硅烷残液的主要成分：聚氯硅烷、SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、HCl、少量的硅粉和金属氯化物。

氯硅烷废气的主要成分：SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、HCl、H₂、N₂。

目前国内大部分多晶硅厂氯硅烷残液和废气处理都以残液或废气分别与氮气混合后，进入吸收塔被碱液吸收，而且都是废气和残液分开用两套塔进行处理。

传统的氯硅烷残液处理方法因为分散或雾化效果不好，导致局部氯硅烷浓度高，在水解塔中水解不完全，进入液相渣池中继续水解，产生的氢和HCl气体弥漫池面，经常发生燃爆事故，污染环境；水解产物包裹氯硅烷残液，影响产品二氧化硅质量；同时，局部氯硅烷浓度过高会导致吸收液中局部硅酸浓度高，导致硅酸胶凝严重，甚至导致吸收液失去流动性，使产出的二氧化硅物性无法满足工业标准，不能再利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种同时处理氯硅烷残液和废气的方法，将氯硅烷废气压入文丘里雾化器并使氯硅烷残液进入文丘里管，通过高速喉管混合雾化后一起进入水解吸收塔中，并被水或循环盐酸进行水解和吸收，实现氯硅烷废气和残液同时处理的目的。通过调节废气残液比控制进料氯硅烷的量，结合调控吸收液的循环量来实现吸收剂渣水比的调节，有效防止水解产物二氧化硅发生胶凝，使后续二氧化硅的性能得以保障，具体包括以下步骤：

（1）将氯硅烷残液通入到残液储罐1中，并用氮气作为保护气充满残液储罐剩余空间，使残液罐保持正压（正压是指比常压高的气体状态），氯硅烷废气通入到废气缓冲罐3中；

（2）用残液输送泵2将氯硅烷残液抽至文丘里雾化器5的进液管中，用风机4将氯硅烷废气送入文丘里雾化器5中，经收缩段加速，氯硅烷残液和氯硅烷废气在文丘里雾化器喉管处混合雾化；

（3）混合雾化后的气体在水解吸收塔8中被吸收剂水解并吸收，落入塔底液封槽6发生反应，反应后生成的二氧化硅以单硅酸形式存在于渣液混合物中，后续分离产出二氧化硅中聚合二氧化硅等杂质含量低于0.11%；产生的挥发气体（H2、HCl等），挥发气体通过气相回流管9回流入水解吸收塔中部，主要反应包括：

（4）反应吸收后混合液经固液分离，液相的一部分作为稀盐酸回收利用，另一部分用循环泵7泵入水解吸收塔8作为水解吸收剂。

优选的，本发明所述氯硅烷残液和氯硅烷废气的液气比为0.5~1L/m³。

优选的，本发明所述吸收剂为水或盐酸，控制吸收剂的流量使生成二氧化硅质量百分比≤y，（二氧化硅质量百分比是以渣液混合物的总质量为基准）；

吸收剂流量计算公式：

x-吸收剂的初始质量百分比浓度（%），吸收剂为水时x为0；M-氯硅烷残液硅含量（%）；N-氯硅废气硅含量（%）；-氯硅烷残液密度（kg/L）；-氯硅烷废气密度（kg/m³）；-吸收剂密度（kg/m³）；-氯硅烷残液流量（L/h）；-氯硅烷废气流量（m³/h）；-吸收剂流量（m³/h），其中，氯硅烷残液流量和氯硅烷废气流量的流量根据实际需求决定，只需要能够使氯硅烷残液雾化即可。

优选的，本发明所述吸收剂温度控制在18~50℃，水解吸收塔气相温度控制在50℃以内。

本发明所述同时处理氯硅烷残液和废气的方法所用的装置包括残液储罐1、残液输送泵2、废气缓冲罐3、风机4、文丘里雾化器5、塔底液封槽6、循环泵7、水解吸收塔8、气相回流管9，其文丘里雾化器包括文丘里雾化器进液管、收缩段、文丘里雾化器喉管、放大段。残液储罐1与多晶硅生产装置残液输送管和厂区氮气总管连接，通过残液输送泵2与文丘里雾化器5进液管连通，废气缓冲罐3与生产装置废气输送管连接，通过风机4与文丘里雾化器连通，文丘里雾化器5放大段出口与水解吸收塔8连通，塔底液封槽6通过气相回流管9与水解吸收塔8中部连通，渣液混合物经过滤分离得到稀酸液相，一部分回收利用，另一部分通过循环泵7泵入水解吸收塔8补充水解所用吸收剂。

本发明所述方法利用了氯硅烷废气为气相的特点，代替惰性气体作为雾化用气，将氯硅烷残液雾化，提高氯硅烷残液的水解效率，同时起到对进入水解吸收塔中氯硅烷残液的稀释，和提高氯硅烷废气中氯硅烷的浓度，使水解反应更加平稳；利用氯硅烷废气中含有的大量N₂，对水解反应产生的排放氢起到稀释作用，更有利于保证系统安全运行；本发明实现了氯硅烷残液和废气同时处理，并保证了后续产出二氧化硅的性能，且烷残液和废气处理仅需一套塔，减少了氯硅烷残液和废气分开处理装置的建设成本和运行成本。

本发明的有益效果：

（1）该方法利用文丘里管具有混合和雾化功能，将氯硅烷残液雾化，有效减少了氯硅烷残液在吸收塔中局部浓度过高、形成硅酸凝胶、水解产物包裹残液的现象，提高了水解吸收剂对氯硅烷残液的水解吸收效率。

（2）该方法用氯硅烷废气代替N₂作为残液雾化的气源，实现氯硅烷残液和废气的同时处理，氯硅烷残液和废气处理仅需一套塔，减少了氯硅烷残液和废气处理装置的建设成本和运行成本。

（3）该方法二次利用了氯硅烷废气中N₂，有利于氯硅烷残液和废气处理系统的安全运行。

（4）该方法使得在氯硅烷残液和废气处理中二氧化硅胶凝得到控制，保障了后续产出二氧化硅的物性稳定，满足工业生产HG/T 3061-2009《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅技术条件》标准。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是本发明的产出的二氧化硅SEM图；

图1中：1-残液储罐、2-残液输送泵、3-废气缓冲罐、4-风机、5-文丘里雾化器、6-塔底液封槽、7-循环泵、8-水解吸收塔、9-气相回流管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例1~3所用的装置如图1所示，装置包括残液储罐（1）、残液输送泵（2）、废气缓冲罐（3）、风机（4）、文丘里雾化器（5）、塔底液封槽（6）、循环泵（7）、水解吸收塔（8）、气相回流管（9），其文丘里雾化器包括文丘里雾化器进液管、收缩段、文丘里雾化器喉管、放大段。残液储罐（1）与多晶硅生产装置残液输送管和厂区氮气总管连接，通过残液输送泵（2）与文丘里雾化器（5）进液管连通，废气缓冲罐（3）与生产装置废气输送管连接，通过风机（4）与文丘里雾化器连通，文丘里雾化器（5）放大段出口与水解吸收塔（8）连通，塔底液封槽（6）通过气相回流管（9）与水解吸收塔（8）中部连通，渣液混合物经过滤分离得到稀酸液相，部分作为稀酸用，部分经补充所需水解用水再次通过循环泵（7）泵入水解吸收塔（8）循环。

实施例处理的氯硅烷残液的主要成分是40%SiCl₄、40%SiHCl₃、15%SiH₂Cl₂、5%HCl、少量的硅粉和金属氯化物，氯硅烷废气主要成分是5%SiCl₄、20%SiHCl₃、10%SiH₂Cl₂、5%HCl、20%H₂、40%N₂。

实施例1

本实施例所述一种同时处理氯硅烷残液和废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）多晶硅生产装置产生的氯硅烷残液进入残液储罐1，并用氮气作为保护气充满残液储罐剩余空间，多晶硅生产装置产生的氯硅烷废气进入废气缓冲罐3；

（2）用残液输送泵2将氯硅烷残液（流量为25L/h）抽至文丘里雾化器5进液管，用风机4将氯硅烷废气(流量为50m³/h)送入文丘里雾化器5，氯硅烷残液和氯硅烷废气在收缩段和文丘里雾化器喉管中混合雾化，雾化器液气比为0.5L/m³；

（3）混合雾化后的气体在水解吸收塔8中被从塔上部往下淋洗的吸收剂（吸收剂为稀盐酸，浓度为5%，流量为2.84m³/h）水解并吸收，落入塔底液封槽6发生反应，反应后生成的二氧化硅以单硅酸形式存在于渣液混合物中，后续分离产出二氧化硅中聚合二氧化硅等杂质含量低于0.11%；产生的挥发气体（H2、HCl等），挥发气体通过气相回流管9回流入水解吸收塔中部，

（4）反应吸收后混合液经固液分离，液相的一部分作为稀盐酸回收利用，另一部分用循环泵7泵入水解吸收塔8作为水解吸收剂；水解吸收塔8塔顶尾气经检测氯硅烷含量低于0.03%，滤渣经洗涤、干燥后获得二氧化硅，其SEM如图2，并进行粒度分析、XRD分析、XRF分析，所获得的二氧化硅满足HG/T 3061-2009《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅技术条件》工业应用要求

实施例2

本实施例所述一种同时处理氯硅烷残液和废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）多晶硅生产装置产生的氯硅烷残液进入残液储罐1，并用氮气作为保护气充满残液储罐剩余空间，多晶硅生产装置产生的氯硅烷废气进入废气缓冲罐3；

（2）用残液输送泵2将氯硅烷残液（流量为40L/h）抽至文丘里雾化器5，用风机4将氯硅烷废气(流量为55m³/h)送入文丘里雾化器5，氯硅烷残液和氯硅烷废气在收缩段和文丘里雾化器喉管处混合雾化，雾化器液气比为0.73L/m³；

（3）混合雾化后的气体在水解吸收塔8中被从塔上部往下淋洗的吸收剂（吸收剂为工业水，浓度为5%，流量为2.48m³/h）水解并吸收，落入塔底液封槽6发生反应，反应后生成的二氧化硅以单硅酸形式存在于渣液混合物中，后续分离产出二氧化硅中聚合二氧化硅等杂质含量低于0.11%；产生的挥发气体（H2、HCl等），挥发气体通过气相回流管9回流入水解吸收塔中部，

（4）反应吸收后混合液经固液分离，液相的一部分作为稀盐酸回收利用，另一部分用循环泵7泵入水解吸收塔8作为水解吸收剂；水解吸收塔8塔顶尾气经检测氯硅烷含量低于0.03%，滤渣经洗涤、干燥后获得二氧化硅，并进行粒度分析、XRD分析、XRF分析，所获得的二氧化硅满足HG/T 3061-2009《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅技术条件》工业应用要求。 实施例3

本实施例所述一种同时处理氯硅烷残液和废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）多晶硅生产装置产生的氯硅烷残液进入残液储罐1，并用氮气作为保护气充满残液储罐剩余空间，多晶硅生产装置产生的氯硅烷废气进入废气缓冲罐3；

（2）用残液输送泵2将氯硅烷残液（流量为30L/h）抽至文丘里雾化器5进液管，用风机4将氯硅烷废气(流量为30m³/h)送入文丘里雾化器5，氯硅烷残液和氯硅烷废气在收缩段和文丘里雾化器喉管处混合雾化，雾化器液气比为1L/m³；

（3）混合雾化后的气体在水解吸收塔8中被从塔上部往下淋洗的吸收剂（吸收剂为稀盐酸，浓度为20%，流量为4.63m³/h）水解并吸收，落入塔底液封槽6发生反应，反应后生成的二氧化硅以单硅酸形式存在于渣液混合物中，后续分离产出二氧化硅中聚合二氧化硅等杂质含量低于0.11%；产生的挥发气体（H2、HCl等），挥发气体通过气相回流管9回流入水解吸收塔中部，

（4）反应吸收后混合液经固液分离，液相的一部分作为稀盐酸回收利用，另一部分用循环泵7泵入水解吸收塔8作为水解吸收剂；水解吸收塔8塔顶尾气经检测氯硅烷含量低于0.03%，滤渣经洗涤、干燥后获得二氧化硅，其SEM如图2，并进行粒度分析、XRD分析、XRF分析，所获得的二氧化硅满足HG/T 3061-2009《橡胶配合剂沉淀水合二氧化硅技术条件》工业应用要求。