含氯硅烷的渣浆料处理系统的制作方法

本实用新型属于多晶硅生产技术领域，涉及多晶硅生产过程中渣浆料的处理技术领域，具体而言，涉及一种含氯硅烷的渣浆料处理系统。

背景技术：

在电子级多晶硅生产过程中，渣浆料主要来自四氯化硅氢化还原、三氯氢硅合成、氯硅烷分离提纯等装置，尤其是采用冷氢化工艺，冷氢化装置及分离提纯装置排放的渣浆料量大大增加。冷氢化工艺在生产过程中会产生以氯硅烷、硅粉及金属氯化物为主的渣浆料，该渣浆料的处理目前主要方法有以下四种：直接水解法、干燥水解法、萃取法、精馏法。其中，由于萃取法和精馏法处于试验阶段，暂不讨论。现主要对直接水解法和干燥水解法进行比较分析。

直接水解法将系统中排出的渣浆料通过压差输送至水洗塔进料罐，对水洗塔进料罐用氮气增压，然后根据水洗系统处理能力，间歇性(连续性)进料，将渣浆料进行水解后，输送至污水处理系统进行进一步处理。由于直接对渣浆残液水洗，不进行回收，不但造成了渣浆中氯硅烷的浪费，而且也加大了水用量和碱用量。随着电子级多晶硅生产的规模的不断扩大，用此方法处理渣浆的成本也随之升高，目前该方法在大规模的电子级多晶硅生产中已不再适用。

干燥水解法是将系统中排出的渣浆进行收集，然后将收集到的浆料连续、小流量地送入干燥机，干燥机采用低压蒸汽夹套，将氯硅烷从中蒸发后，氯硅烷蒸汽通过冷凝器冷凝为液体后进行收集，其中以氮气为主的不凝性气体进入工艺放空系统，浓缩后的浆料用输送机械输送至水解系统进行水解。相较于直接水解法，该方法实现了渣浆中氯硅烷的回收、减少了水洗系统的处理量、降低了生产成本，并对环境保护也有着积极的意义。但由于增加了回收系统，也使工艺更为复杂，在实际应用中也产生了一些技术问题。

目前大部分电子级多晶硅生产企业都采用干燥水解法，但在生产应用中，该方法存在的一些技术上的问题主要如下：(1)在电子级多晶硅生产的冷氢化工艺中排出的渣浆主要成分为：氯硅烷、硅粉、金属氯化物。在浆料浓缩后，由于液相氯硅烷的减少以及硅粉和高沸点的金属氯化物的存在，使其流动性变差，尤其在输送管道较长、温度较低的条件下，金属氯化物及硅粉会沉积在输送管道的管壁处，经常造成输送设备及管道的堵塞，影响正常工艺操作；(2)干燥水解法中，浆料中的金属氯化物也被大量蒸发回收，使后续的精馏装置得产品质量下降。该方法在太阳能级多晶硅生产过程中尚可接受，但在电子级多晶硅生产过程中，由于电子级多晶硅对产品的表金属及体金属含量要求十分严格，该方法无法满足其生产要求；(3)由于氯硅烷性质的特殊性，对生产过程中设备的安全性要求高。该方法在应用中，干燥机的轴端密封经常出现密封不严，造成氯硅烷渗漏，存在一定的安全隐患，造成系统连续运行周期较短；(4)在干燥水解法中，干燥机是该项技术的核心组件，其价格及后期维护费用相对较高，对于产能较小的多晶硅生产企业，其投资回收周期过长。

鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种含氯硅烷的渣浆料处理系统，设备简单，运行稳定可靠，能够缓解渣浆残液输送过程中管道阻塞的问题；降低回收物中金属氯化物的含量；提高系统的安全性；延长系统连续运行周期；回收物能够满足电子级多晶硅生产的要求；降低了系统的投资及运维费用。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种含氯硅烷的渣浆料处理系统，包括渣浆料收集罐、过滤器、输送泵、氯硅烷回收装置和洗涤装置；

渣浆料收集罐上设置有渣浆料进料口、不同高度的多个氯硅烷出料口以及底部出口；

氯硅烷出料口依次通过过滤器和输送泵与氯硅烷回收装置连接；

渣浆料收集罐底部出口与洗涤装置连接。

作为进一步优选技术方案，不同高度的多个氯硅烷出料口的设置方式包括：

在第一位置处设置第一出料口，第一位置与渣浆料收集罐罐底之间的高度为收集罐高度的25％～35％；

在第N位置处设置第N出料口，第N位置与渣浆料收集罐罐顶之间的高度为收集罐高度的25％～35％；

在第一位置与第N位置之间再设置多个等间距的氯硅烷出料口。

作为进一步优选技术方案，相邻两个氯硅烷出料口之间的间距为 0.2～0.5m。

作为进一步优选技术方案，过滤器的作用是将悬浮的金属氯化物和少量的硅粉进行过滤；过滤器的数量为2～5台；

和/或，过滤器的数量与输送泵的数量相适应；

和/或，多个过滤器之间为并联连接。

作为进一步优选技术方案，过滤器包括布袋过滤器、精密过滤器、膜过滤器和自清洗过滤器中的至少一种。

作为进一步优选技术方案，过滤器为布袋过滤器。

作为进一步优选技术方案，布袋过滤器中滤袋上的过滤孔的孔径为10～40微米。

作为进一步优选技术方案，氯硅烷回收装置包括冷氢化系统中的汽提塔进料罐和/或氯硅烷收集罐。

作为进一步优选技术方案，渣浆料收集罐底部出口还与氮气管道连接；

和/或，渣浆料收集罐上部分别与氮气管道和放空管道连接。

作为进一步优选技术方案，渣浆料收集罐上的渣浆料进料口通过管路与冷氢化系统的渣浆料排放口连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型设置了渣浆料收集罐，将排放的渣浆料输送至该渣浆料收集罐中，利用渣浆料中各组分的不相容性和密度的差异，静置一段时间后进行分离，得到的上清液经过滤器过滤掉少部分杂质后，即得到回收后的氯硅烷，其余的杂质、固体物或副产物则沉在底部浑浊液中，通过洗涤装置进行洗涤。本实用新型能够缓解渣浆残液输送过程中管道阻塞等问题，采用本系统进行氯硅烷回收，氯硅烷回收率可达75％以上，回收后的氯硅烷质量较好，能满足电子级多晶硅生产的质量要求。同时投资较低、安全性好、连续运行周期长，投资小于 50万，连续运行周期超过1年，安全性能良好，并且后期的运维费用低，投资回收周期短、风险小。此外，设备简单，不需要增设大型、复杂的设备，设备投资低，系统运行安全、稳定可靠，具有显著的经济效益，易于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种实施方式提供的含氯硅烷的渣浆料处理系统结构示意图。

图标：1－渣浆料收集罐；11－渣浆料进料口；12－氯硅烷出料口； 13－底部出口；2－过滤器；3－输送泵；4－氯硅烷回收装置；5－洗涤装置；6－工艺放空系统；7－冷氢化系统的渣浆料排放口；8－氮气源； 101－第一氮气管道；102－第二氮气管道；103－放空管道。

具体实施方式

下面对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一方面，在至少一个实施例中提供一种含氯硅烷的渣浆料处理系统，包括渣浆料收集罐、过滤器、输送泵、氯硅烷回收装置和洗涤装置；

渣浆料收集罐上设置有渣浆料进料口、不同高度的多个氯硅烷出料口以及底部出口；

氯硅烷出料口依次通过过滤器和输送泵与氯硅烷回收装置连接；

渣浆料收集罐底部出口与洗涤装置连接。

第二方面，在至少一个实施例中提供一种含氯硅烷的渣浆料处理方法，包括以下步骤：

含氯硅烷的渣浆料进入渣浆料收集罐中，静置，利用渣浆料中组分的不相容性和密度差异，使得渣浆料在渣浆料收集罐中形成上清液和底部浑浊液；

上清液自渣浆料收集罐上设置的不同高度的多个氯硅烷出料口排出，依次经过过滤器和输送泵后，进入氯硅烷回收装置中；

底部浑浊液在压差作用下自渣浆料收集罐底部出口进入洗涤装置中进行洗涤。

本实用新型设置了渣浆料收集罐，将排放的渣浆料输送至该渣浆料收集罐中，利用渣浆料中各组分的不相容性和密度的差异，静置一段时间后进行分离，得到的上清液经过滤器过滤掉少部分杂质后，即得到回收后的氯硅烷，其余的杂质、固体物或副产物则沉在底部浑浊液中，通过洗涤装置进行洗涤。

该处理方法简单，操作简便、易于实施，静置分离氯硅烷与其他物质的处理效果好，浑浊液通过压差输送至洗涤装置中，能够缓解渣浆残液输送过程中管道阻塞等问题；采用本实用新型的方法进行氯硅烷回收，回收率高，减少了氯硅烷的浪费，氯硅烷回收率可达75％以上，且极大的降低了回收物中金属氯化物的含量，回收后的氯硅烷质量较好，能满足电子级多晶硅生产的质量要求。同时，本实用新型工艺投资较低，一般投资小于50万；安全性好、连续运行周期长，连续运行周期超过1年，安全性能良好，并且无需复杂的、昂贵的处理设备，处理成本低，对设备要求低，后期的运维费用低，投资回收周期短、风险小。

优选地，所述含氯硅烷的渣浆料来自冷氢化工艺生产过程产生的渣浆料。可以理解的是，本实用新型中的含氯硅烷的渣浆料主要针对的是来自冷氢化工艺生产过程产生的渣浆料，该渣浆料主要以氯硅烷、硅粉和金属氯化物为主，然而并不限于此，类似的渣浆料或多晶硅生产过程中产生的其余具有类似的性质的渣浆料，同样可以利用本实用新型的处理方法进行处理。

优选地，将冷氢化工艺系统排放的渣浆料收集在一个渣浆料收集罐中，并合理选择该收集罐的安装位置，尽量减少输送管道的长度，并对管道做保温处理。

优选地，所述渣浆料收集罐为立式储罐。本实用新型对于收集罐的具体材质、尺寸、数量等不做过多限制，可以根据实际生产情况、冷氢化系统的生产情况进行选择设置，例如可以设置一个10m3、20m³、 30m³的立式储罐，例如可以设置两个立式储罐，其中一个用作备用。采用立式储罐可以提高静置分离效果，效率更高，而且有助于多个氯硅烷出料口的设置。

在一种优选的实施方式中，含氯硅烷的渣浆料占渣浆料收集罐容积的70％～85％，优选为75％～80％。一般情况下，将由冷氢化工艺系统中排放的含氯硅烷的渣浆料排放至该渣浆料收集罐中，排放至渣浆料的体积占渣浆料收集罐容积的70％～85％后停止排放，即不易排放的过多或过少，体积量占70％～80％较为适宜，这样有利于静置分离，工艺的顺利进行，还可以提高装置的利用效率。

在一种优选的实施方式中，静置的时间为2.5～4.5小时，优选为3～4小时。渣浆料的静置时间是根据渣浆料中硅粉及金属氯化物的沉淀时间而定的，即一般情况下，在4个小时左右大部分的硅粉和金属氯化物都会沉到罐底，当然时间越长会提高硅粉和金属氯化物的沉淀率，但是也会降低生产效率，对于回收物产品的质量提升不明显。综合考虑，本实用新型将静置时间设定在2.5～4.5小时，优选为3～ 4小时，例如可以为2.5小时、3小时、3.5小时、4小时或4.5小时。

在一种优选的实施方式中，在渣浆料收集罐的侧部设置不同高度的多个氯硅烷出料口，根据回收氯硅烷的取样检测结果，选择适宜的氯硅烷出料口，使得自该氯硅烷出料口排出的上清液中回收的氯硅烷满足电子级多晶硅的质量要求。

优选地，不同高度的多个氯硅烷出料口的设置方式包括：

在第一位置处设置第一出料口，第一位置与渣浆料收集罐罐底之间的高度为收集罐高度的25％～35％，优选为28％～32％，进一步优选为30％；典型但非限制的，例如可以为典型但非限制的，例如可以为 25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％；

在第N位置处设置第N出料口，第N位置与渣浆料收集罐罐顶之间的高度为收集罐高度的25％～35％，优选为28％～32％，进一步优选为30％；典型但非限制的，例如可以为25％、26％、27％、28％、29％、 30％、31％、32％、33％、34％或35％；

在第一位置与第N位置之间再设置多个等间距的氯硅烷出料口；

优选地，相邻两个氯硅烷出料口之间的间距为0.2～0.5m，优选为0.3～0.4m；典型但非限制的，例如可以为0.2m、0.3m、0.4m或 0.5m。

本实用新型在渣浆料收集罐的侧部设置不同高度的多个氯硅烷出料口的目的是方便在生产过程中，根据回收氯硅烷的取样检测结果，选择合适的出料口，使回收的氯硅烷满足电子级多晶硅的质量要求。由于环境温度的变化、工艺参数的调整、原辅材料的更换等因素都会导致渣浆料中硅粉和金属氯化物的沉积率的变化，因而设置多个出料口出料，以保证回收的氯硅烷中硅粉和金属氯化物含量不超标。而硅粉及金属氯化物是否超标只要取决于后续工艺如精馏塔的处理能力等，本实用新型对此不做过多限制，实际生产中，可以根据企业需求灵活调整，满足企业生产要求即可。例如可以列举为对于回收的氯硅烷中金属元素的含量的控制指标为，Fe＜1.5mg/L、Al＜0.35mg/L、 Ca＜1mg/L、Ti＜0.3mg/L。

本实用新型对于多个、不同高度的氯硅烷出料口的设置不做过多限制，可以根据实际应用情况灵活的设置。作为优选，多个氯硅烷出料口均匀地设置；进一步地，距离收集罐罐底30％罐高处设置第一个出口即第一出料口，然后每隔0.3～0.4m设置一个出口，直至出口(第 N出料口)为罐高的70％时不再设置出口。这样设置多个出料口可以适应不同因素导致的渣浆料中硅粉和金属氯化物的沉积率的变化，保证回收的氯硅烷中硅粉和金属氯化物含量不超标，适应性更强，而且方便加工，便于制造。

可以理解的是，本实用新型对于出料口的数量不作特殊限制，其可以根据收集罐的高度灵活的调整。

在一种优选的实施方式中，过滤器的作用是将悬浮的金属氯化物和少量的硅粉进行过滤。

本实用新型的含氯硅烷的渣浆料中，杂质主要以硅粉及金属氯化物为主，由于硅粉和金属氯化物都不溶于三氯氢硅和四氯化硅的混合液，并且密度均大于以上两种液体的密度，除了极少量的硅粉和金属氯化物漂浮在液体表面或悬浮在液体之中以外，其他大部分均会沉积在液体底部。因而，本实用新型设置了过滤器，将上清液中漂浮在液体表面或悬浮在液体中的少量的硅粉和金属氯化物过滤掉，然后再通过输送泵输送至氯硅烷回收装置中，可以减少静置时间提高生产效率，还可以确保回收的氯硅烷中硅粉和金属氯化物含量不超标，提高回收的氯硅烷的品质，满足电子级多晶硅生产的需求。

优选地，过滤器的数量为2～10台，优选为3～5台；和/或，过滤器的数量与输送泵的数量相适应；和/或，多个过滤器之间为并联连接。

本实用新型中，在输送泵的前方设置过滤器，输送泵与过滤器串联，因而输送泵的数量是与过滤器的数量等同的。为配合本实用新型设置的多个不同高度的氯硅烷出料口，本实用新型设置了多个并联设置的过滤器和输送泵，过滤器和输送泵的进料口的选择依据输送泵出口的氯硅烷组分的检测结果，使回收的氯硅烷满足电子级多晶硅生产的质量要求。而对于过滤器和输送泵的数量本实用新型不做过多限制，可根据实际情况灵活的进行调整。

优选地，过滤器包括但不限于布袋过滤器、精密过滤器、膜过滤器和自清洗过滤器中的至少一种，过滤器优选为布袋过滤器；

优选地，布袋过滤器中滤袋上的过滤孔的孔径为10～40微米，优选为10～30微米。本实用新型对于过滤器的类型不作特殊限制，采用本领域常用的过滤器即可。作为优选，过滤器采用布袋过滤器，过滤面积大，而且成本较低，同时采用适宜的过滤孔孔径的滤袋如孔径约10～30微米，可以更有效的将杂质如硅粉和金属氯化物过滤掉。

优选地，氯硅烷回收装置包括冷氢化系统中的汽提塔进料罐和/ 或氯硅烷收集罐，氯硅烷回收装置优选为冷氢化系统中的汽提塔进料罐。

优选地，输送泵为屏蔽泵。

上述渣浆料主要来自冷氢化系统的排放，因而优选的是将回收的氯硅烷输送至冷氢化系统中的烟气汽提塔进料罐，实现循环利用，还可以尽量减少输送管道的长度。

在一种优选的实施方式中，底部浑浊液使用底部氮气进行扰动搅拌后，自渣浆料收集罐底部出口排出，进入水洗塔中进行水洗；

优选地，底部浑浊液的排出方式包括：上清液回收完毕后，氮气自渣浆料收集罐罐底进入渣浆料收集罐中，充压至0.35～0.45MPa 时停止充压，将罐中的浑浊液通过压差输送至洗涤装置中进行洗涤。

上述浑浊液主要成分包括大部分的硅粉和金属氯化物，未被回收的四氯化硅和三氯氢硅；采用底部氮气扰动搅拌后，通过压差作用将全部的浑浊液输送至水洗塔中进行洗涤。这样，方便操作，而且可以减少管道的堵塞，减少资源的浪费。

需要说明的是，本实用新型对于水洗塔的具体操作方式和操作条件等不做特殊限制，其处理温度、时间、压力等条件均是本领域常规的，可以由本领域技术人员根据实际情况进行调控。

本实用新型提供的含氯硅烷的渣浆料处理系统可以用于实现上述的含氯硅烷的渣浆料处理方法。该处理系统能够有效降低回收的氯硅烷中的杂质量，提高氯硅烷的回收率，回收后的氯硅烷质量好，能满足电子级多晶硅生产的质量要求；同时设备简单，无需复杂的、昂贵的处理设备，处理成本低，对设备要求低，系统运行安全、稳定可靠，具有显著的经济效益，易于推广应用。

在一种优选的实施方式中，渣浆料进料口通过管路与冷氢化系统的渣浆料排放口连接。

优选地，渣浆料收集罐底部出口还与氮气管道连接；

优选地，渣浆料收集罐上部分别与氮气管道和放空管道连接。

需要说明的是，本实用新型的各装置、设备的连接管路上还设置有阀门，例如在氮气管道上设置截止阀、止回阀、球阀、调节阀/控制阀等，在放空管道上设置截止阀、球阀、调节阀/控制阀等，在氯硅烷出料口连接管道上设置球阀等，本实用新型对于各管道上阀门种类、阀门数量、阀门控制等不作特殊限制，可以由本领域技术人员根据实际情况进行选择设置。

下面结合具体实施例和附图，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

图1显示了本实用新型一种实施方式提供的含氯硅烷的渣浆料处理系统结构示意图，如图1所示，一种含氯硅烷的渣浆料处理系统，包括渣浆料收集罐1、过滤器2、输送泵3、氯硅烷回收装置4和洗涤装置5；

渣浆料收集罐1上设置有渣浆料进料口11、不同高度的多个氯硅烷出料口12以及底部出口13；

氯硅烷出料口12依次通过过滤器2和输送泵3与氯硅烷回收装置4连接；

渣浆料收集罐底部出口13与洗涤装置5连接。

其中，渣浆料进料口11通过管路与冷氢化系统的渣浆料排放口 7连接。

不同高度的多个氯硅烷出料口12的设置方式包括：

在第一位置处设置第一出料口，第一位置与渣浆料收集罐罐底之间的高度为收集罐高度的25％～35％，优选为30％；在第N位置处设置第N出料口，第N位置与渣浆料收集罐罐顶之间的高度为收集罐高度的25％～35％，优选为30％；在第一位置与第N位置之间再设置多个等间距的氯硅烷出料口；相邻两个氯硅烷出料口之间的间距为0.2～ 0.5m，优选为0.3～0.4m。

过滤器2的作用是将悬浮的金属氯化物和少量的硅粉进行过滤；过滤器2的数量为2～10台，优选为2～5台；过滤器2的数量与输送泵3的数量相适应；多个过滤器2之间为并联连接；过滤器2优选为布袋过滤器；布袋过滤器中滤袋上的过滤孔的孔径为10～40微米；输送泵3优选为屏蔽泵。

氯硅烷回收装置4包括冷氢化系统中的汽提塔进料罐和/或氯硅烷收集罐，氯硅烷回收装置4优选为冷氢化系统中的汽提塔进料罐。洗涤装置5优选为水洗塔。

渣浆料收集罐底部出口13还通过第一氮气管道101与氮气源8 连接；渣浆料收集罐1上部通过第二氮气管道102与氮气源8连接；渣浆料收集罐1顶部通过放空管道103与工艺放空系统6连接。

实施例2

一种含氯硅烷的渣浆料处理方法，包括以下步骤：

在水洗塔旁设置一个立式20m³的渣浆料收集罐，冷氢化系统排放的含氯硅烷的渣浆料进入该渣浆料收集罐中，罐顶放空至冷氢化工艺放空系统。两条生产线(两套冷氢化装置)的渣浆料同一排放至收集罐中进行静置分离。排放至收集罐容积的80％后停止排放，约23 吨。静置约4小时后，利用渣浆料中组分的不相容性和密度差异，使渣浆料在收集罐中形成上清液和底部浑浊液。

上清液自渣浆料收集罐上设置的不同高度的多个氯硅烷出料口排出，依次经过过滤孔径约30微米的布袋过滤器和流量10m³/h的输送泵后，进入汽提塔进料罐，然后进入精馏系统；其中，泵的进料口约在罐体中间，即在中间的氯硅烷出料口排出上清液。

底部浑浊液使用氮气进行扰动搅拌，在压差作用下自渣浆料收集罐底部出口进入水洗塔中进行水洗。

上述两套冷氢化装置每月排放含氯硅烷的渣浆料约420吨，利用上述处理方法回收的氯硅烷的回收量达315吨，回收物料中，STC(四氯化硅)占86％，TCS(三氯氢硅)占13％，DCS(二氯二氢硅)占1％。回收的氯硅烷质量良好，满足电子级多晶硅生产的要求。该方法在某企业自2016年8月实施至今，系统运行安全平稳，经济效益显著。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。