废气的净化方法和净化设备的制造方法

废气的净化方法和净化设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及废气的净化方法和净化设备。更具体地，本发明涉及废气的净化方法和净化设备，其能够降低氯化氢的浓度以及从所述废气中分离高纯氢气，其中所述废气为进行通过化学气相沉积反应的多晶硅沉积过程之后所排出的。
【专利说明】
废气)的净化方法和净化设备
技术领域
[0001] 本发明涉及废气的净化方法和净化设备。更具体地，本发明涉及废气的净化方法 和净化设备，其能够降低氯化氢的含量以及从所述废气中分离高纯氢气，其中所述废气为 进行通过化学气相沉积反应的多晶硅沉积过程之后所排出的。
[0002] 本申请要求享有向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0009101号 (于2014年01月24日提交）、韩国专利申请第10-2014-0009102号（于2014年01月24日提交） 以及韩国专利申请第10-2014-0051668号（于2014年04月29日提交）的优先权，其全部内容 以整体引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0003] 生产太阳能电池用多晶硅的公知方法之一是基于在化学气相沉积(CVD)反应器中 的多晶娃的层叠，这也被称为西门子法(Siemens process)。
[0004] 西门子法中常用的硅纤维在大于1000 °C的高温下与载气携带的三氯硅烷接触。
[0005] 三氯硅烷气体在热的硅纤维相上分解并沉积硅，如以下反应式1所示使热的硅纤 维生长。
[0006] [反应式1]
[0007] 2HSiCl3^Si+2HCl+SiCl4
[0008] 在进行通过如上所述的化学气相沉积的多晶硅的沉积过程之后，释放出作为反应 副产物的基于氯硅烷的化合物，如二氯硅烷、三氯硅烷或四氯化硅，或者氢气和氯化氢。
[0009] 包含这些基于氯硅烷的化合物、氢气和氯化氢的废气(OGR)通常通过以下四个阶 段被再生和回收：1)冷凝和压缩的过程，2)氯化氢(HCl)的吸收和蒸馏，3)氢气(H 2)的吸附 过程，4)基于氯硅烷的化合物的分离过程。
[0010] 更具体地，从多晶硅沉积反应器中排出的废气被移送至冷凝和压缩过程，冷却并 流入液气分离器(knock-out drum)。进行温度分离，将基于氯硅烷的化合物的冷凝相流束 移送至氯化氢(HC1)蒸馏塔，并将非冷凝相流束移送至氯化氢吸收塔的底部。此时，所述非 冷凝相流束中的氢气(H 2)的组成为约90mo 1 %以上。
[0011]来自氯化氢蒸馏塔的已除去氯化氢组分的冷凝相流束在吸收塔的顶部处喷雾时 混合，以及所述非冷凝相流束中基于氯硅烷的化合物组分和氯化氢被吸收和除去。
[0012] 使大部分的基于氯硅烷的化合物组分和氯化氢已被除去的气体流束流入填充活 性碳的塔柱中。吸收残余的基于氯硅烷的化合物组分和氯化氢，从而回收高纯氢气。
[0013] 如上所述的氢气纯化方法是变压吸附（PSA)过程，其被用于多晶硅废气的分离纯 化。
[0014] 图1图示了根据现有技术的废气的净化设备。
[0015]参照图1，根据现有技术的废气的净化设备300包括液气分离器315、吸收塔325、第 一蒸馏塔345、吸附塔355和第二蒸馏塔360。
[0016] 使排放自多晶硅沉积反应器305的废气301在第一冷却器310中冷却，流入液气分 离器315中，并分离为包含过量氢气的非冷凝气相流束302和包含过量基于氯硅烷的化合物 的冷凝液相流束303。此时，废气301中包含的大部分氯化氢分布于非冷凝相流束302中。
[0017] 排放自液气分离器315顶部的非冷凝气相流束302在第二冷凝器320中被追加冷凝 并加压，然后被注入吸收塔325中。此时，通过基于氯硅烷的流束307在第一蒸馏塔345(将在 下文中进行描述）中的喷雾而将非冷凝相流束302中包含的大部分氯化氢和氯硅烷组分除 去。另一方面，在吸附塔355中将排放自吸收塔325的顶部的氢气流束304最终纯化并回收。
[0018] 通过栗350将排放自液气分离器315的底部的液相流束303与排放自吸收塔325的 流束306混合，然后注入第一蒸馏塔345中。气态氯化氢被分离并从第一蒸馏塔345的顶部排 出，而已除去氯化氢的基于氯硅烷的流束307则从底部排出。此时，第一蒸馏塔345的过程消 耗掉了超过约40%的全部纯化过程的能量，并且以消耗掉大部分能量的高能量过程运行。 通过栗335和冷却器330将大部分的基于氯硅烷的流束307再次移送至吸收塔325，用于吸收 非冷凝相流束302中的氯化氢和氯硅烷。残余物被移送至第二蒸馏塔360中，分离为二/三氯 硅烷和四氯化硅，然后循环。
[0019] 在如上所述的常规纯化方法中，为了除去非冷凝流束302中包含的氯化氢，将已自 第一蒸馏塔345中除去氯化氢组分的冷凝相流束307喷雾并提供至吸收塔325。对于此过程 而言，必须在吸收塔325中冷却并在第一蒸馏塔345中加热。因而存在能量利用效率低下的 问题。另外，为了确保非冷凝相的纯度，来自吸收塔325顶部的冷凝相流束被过多地循环，因 而主要的问题是用于废气纯化过程的能量消耗的增长。

【发明内容】

[0020] 为解决上述现有技术的问题，本发明的一个目的在于提供废气的净化方法和净化 设备，其能够高能效地从通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程期间产生的废气 中有效除去氯化氢气体。
[0021] 为实现上述目的，本发明提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤：
[0022] 使所述废气经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器，以降低氯化氢的浓度， 其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及
[0023] 使所述废气经过所述催化反应器，然后分离经过的废气中包含的氢气和基于氯硅 烷的化合物。
[0024]并且，本发明提供了一种废气的净化设备，其包括：
[0025] 催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂，并且凭借使所述废气经过而降低了氯 化氢的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所 排出的；以及
[0026] 分离装置，其从经过所述催化反应器的废气中分离氢气和基于氯硅烷的化合物。
[0027] 此外，本发明提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤：
[0028] 将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气 相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及
[0029] 使所述冷凝相流束经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的 浓度。
[0030] 此外，本发明提供了 一种废气的净化设备，包括：
[0031] 分离装置，其将所述废气分为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行 通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及
[0032] 催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂且降低了所述冷凝相流束的氯化氢浓 度。
[0033] 此外，本发明提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤：
[0034] 将所述废气分为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相 沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及
[0035] 使所述非冷凝相流束经过第一催化反应器以降低氯化氢的浓度；以及
[0036] 依据沸点分离所述冷凝相流束的基于氯硅烷的化合物。
[0037] 根据本发明的废气的净化方法和净化设备，通过利用催化反应器将氯化氢转化为 基于氯硅烷的化合物而将其除去，而不是进行冷凝和压缩过程以及进行依据沸点差异的分 离，以从排放自多晶硅沉积反应器的废气中除去氯化氢。因此，可减少可由氯化氢导致的一 些问题，例如，腐蚀、氯硅烷的泄露、分离膜的劣化、活性碳中包含的杂质的洗脱现象等，并 且可制备和回收除去氯化氢的高纯氢气。
[0038] 另外，本发明的废气的净化方法和净化设备相对简单，且可利用低能耗装置实现， 因而降低了设备和工艺的运行损耗。
[0039] 还有，根据本发明的废气的净化方法，不需要用于除去氯化氢的吸收塔，因而此运 行可通过使压缩第一冷凝和分离步骤之后排出的非冷凝相的步骤的压力低于常压范围来 进行，因此进一步改善了降低能耗的效果。
【附图说明】
[0040] 图1图示了根据现有技术的废气的净化设备。
[0041] 图2图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0042]图3图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0043]图4图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0044]图5图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0045] 图6图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0046] 图7图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0047] 图8图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0048] 图9图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0049] 图10图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0050] 图11图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0051] 图12图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0052] 图13图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0053] 图14图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
【具体实施方式】
[0054] 在本公开中，术语"第一"、"第二"等用于描述各种各样的要素，且这些术语仅用于 将一个要素与另一个要素区分的目的。
[0055] 本公开中所用的术语仅仅是为了描述示例性实施方式，且它们并不意图限制本发 明。除非在上下文中有清楚的说明，否则单数形式的表述应当包括复数的含义。本公开中所 用的术语"包含"、"包括"或"具有"用于定义特征、整体、步骤、构成要素或它们的组合的存 在，其应当被理解为并不排除其它特征、整体、步骤、构成要素或它们的组合中的一种以上 的存在和额外的可能性。
[0056] 此外，当提及各个层或要素形成于各自的层或要素"上"或"顶部"时，其意指各个 层或要素形成于各自的层或要素的顶部，或者其它的层或要素可额外形成于各自的层之 间，或于物质或底物之上。
[0057] 尽管本发明允许有各种变化或替换形式，以下将详细地说明和描述特定的实施方 式。然而，应当理解的是，本发明的说明书并不意图将本发明限定为文中公开的具体形式， 其目的在于覆盖落入本发明的实质和范围内的所有变化、等同以及替换。
[0058] 下文中，将更加详细地描述本发明的废气的净化方法和净化设备。
[0059] 根据本发明的一个实施方式，提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤:使所 述废气经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器，以降低氯化氢的浓度，其中所述废气 为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述废气经 过所述催化反应器，然后分离经过的废气中包含的氢气和基于氯硅烷的化合物。
[0060] 首先，纵观本公开，术语"废气"指的是进行多晶硅沉积过程，特别是通过化学气相 沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的气体，其可包含多种化合物，不过其可以是 包含氯化氢(HCl )、氢气(H2)和基于氯硅烷的化合物的气体。
[0061] 另外，所述废气包括非冷凝气体状态、冷凝液体状态、或它们的混合状态的全部， 且其不但可包括进行多晶硅沉积过程之后直接排出的气体，还可包括通过其它过程而具有 与进行多晶硅沉积过程之后直接排出的气体不相同的组成的气体。
[0062] 此外，纵观本公开，术语"冷凝相流束"指的是废气以液体状态流经如冷却、加压、 分离和纯化的过程的流束，其包括通过一个步骤形成的流束，或通过两个以上步骤的多步 骤过程形成的流束，或它们的混合流束的全部。另外，所述冷凝相流束可与液相流束交替使 用。另一方面，当所述冷凝相流束与来自一个以上的过程的流束混合时，其可以是混合了一 部分气体(例如，约10重量％以下）的状态。如上所述混合了一部分气体的情况也包括在本 发明的冷凝相流束中。
[0063] 此外，纵观本公开，术语"非冷凝相流束"指的是其中废气以气体状态流经加热、泄 压、分离、纯化等过程的流束，且包括通过一个步骤形成的流束，或通过两个以上步骤的多 步骤过程形成的流束，或它们的混合流束的全部。另外，所述非冷凝相流束可与气相流束交 替使用。另一方面，所述非冷凝相流束可与来自一个以上的过程的流束混合，或者其可以是 通过热交换冷凝而混合了一部分液体(例如，约15重量％以下）的状态。此外，如上所述混合 了一部分液体的情况也包括在本发明的冷凝相流束中。
[0064]作为生产多晶硅的公知方法之一，化学气相沉积(CVD)反应指的是通过加热硅纤 维，注入气态硅前体化合物（如三氯硅烷），然后进行热分解而在所述硅纤维上沉积硅的方 法。
[0065]作为通过化学气相沉积反应的多晶硅沉积过程的副产物，生成了包含基于氯硅烷 的化合物，如二氯硅烷（SiH2Cl2)、三氯硅烷（SiHCl3)和四氯化硅（SiCU)，以及氯化氢 (HCl)、氢气(H2)等的废气。
[0066] 氢气和基于氯硅烷的化合物可从该废气包含的各种组分中分离并被再循环至所 述化学气相沉积中。然而，在所述废气包含的组分中，氯化氢难以回收并会导致装置的腐 蚀，因而在该过程之后除去氯化氢是可取的。然而，由于低的沸点和分子量，除去氯化氢并 不容易。
[0067] 在常规的废气纯化方法中，将从多晶硅沉积反应器中排出的废气移送至压缩和冷 凝过程，接受温度分离。照此，将包含基于氯硅烷的化合物的冷凝相流束移送至蒸馏塔以在 顶部分离氯化氢，并将非冷凝相流束移送至吸收塔的底部。
[0068]将其中氯化氢(HCl)组分已自蒸馏塔中除去的冷凝相流束在吸收塔的顶部喷雾混 合，以吸收和除去所述非冷凝相流束中的基于氯硅烷的组分和氯化氢(HC1)。
[0069] 随后，使其中已除去大部分的氯硅烷组分和氯化氢的氢气流束流入填充活性碳的 塔柱中，凭借活性碳吸收残余的氯化氢和基于氯硅烷的化合物，从而回收高纯氢气。
[0070] 在如上所述的常规的废气纯化方法中，为了除去非冷凝相流束中包含的氯化氢， 将其中氯化氢组分已自蒸馏塔中除去的冷凝相流束喷雾并提供至吸收塔。对于此过程而 言，必须在吸收塔中冷却并在蒸馏塔中加热。因而存在能量利用效率低下的问题。另外，为 了确保非冷凝相的纯度，所述冷凝相流束被过多地循环至所述吸收塔，因而主要的问题是 用于废气净化过程的能量消耗的增长。
[0071] 然而，本发明的废气的净化方法相比于常规过程相对简单，且可利用低能耗装置 实现，因而降低了设备和工艺运行损耗。
[0072] 在根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法中，通过使所述废气经过催化反 应器而可将氯化氢转化为三氯硅烷和/或四氯化硅，而非在蒸馏塔中通过沸点差异而将氯 化氢分离为气相，因而减少了氯化氢的释放。
[0073] 即，依照根据本发明的一个实施方式的净化方法，准备了包含离子交换树脂催化 剂的催化反应器，使所述废气经过所述催化反应器以降低所述废气中包含的氯化氢的浓 度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的。
[0074] 作为如上所述的离子交换树脂催化剂，可采用环状胺化合物、含胺基的基于苯乙 烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺基的丙烯酸聚合物或它们的 混合物。环状胺化合物的实例可包括乙烯基吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、哌啶、四氢吡咯等，但本 发明并不仅限于此。
[0075] 所述胺基不作特别的限定，但从离子交换树脂的能效而言，叔胺基或季胺基可以 是优选的。另外，所述基于苯乙烯或基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物可通过公知的方法来 制备，但并不仅限于此。例如，作为制备所述催化剂的方法的一个实例，可采用邻苯二甲酰 亚胺法。在此情况下，二乙烯基苯交联的聚苯乙烯树脂与邻苯二甲酰亚胺或邻苯二甲酰亚 胺衍生物反应。由此获得的主要的聚乙烯基苄胺的水解产物与甲醛和甲酸反应。因此可获 得具有叔胺基的聚苯乙烯树脂。
[0076] 另外，所述离子交换树脂催化剂为市售易得的，例如，所述丙烯酸聚合物的类型可 包括名称为Amberlite IRA_958、Amberlite IRA-67等的产品，所述基于苯乙稀或基于苯乙 稀-二乙烯基苯的聚合物的类型可包括名称为Amber丨ystK A-21、Dowex M-43、 LKWATIT?MP 62…等的产品。所述环状胺化合物可包括名称为R_eillex?:HP、Reillex? 425等的产品。
[0077] 根据本发明的一个实施方式，所述催化反应器可包含基于胺的化合物。所述基于 胺的化合物的实例可包括胺、铵盐、氨基硅烷、氨基硅氧烷、氨基烷氧基硅烷等，但本发明并 不仅限于此。
[0078] 根据本发明的净化方法，所述废气中包含的氯化氢根据以下反应式1和/或2在经 过所述离子交换树脂催化剂的同时被转化为三氯硅烷(SiHCl 3)和/或四氯化硅(SiCl4)t^b 外，通过采用以上所述的离子交换树脂催化剂，可提供除去所述废气中包含的杂质的效果。
[0079] [反应式1]
[0080] SiH2Cl2+HCl^SiHCl3+H2
[0081] [反应式2]
[0082] SiHCl3+HCl^SiCl4+H2
[0083] 如上所述，当包含氯化氢、氢气和基于氯硅烷的化合物的废气经过所述离子交换 树脂催化剂时，可根据反应式1和/或2将氯化氢转化为三氯硅烷和/或四氯化硅。
[0084] 更具体地，以上所述的反应可通过以下机理进行。首先，氯化氢分子通过所述离子 交换树脂催化剂的胺官能团形成胺-氢氯化物或胺-氯硅烷盐。接着，胺-氢氯化物的cr离 子可通过酸催化反应攻击三氯硅烷的硅原子，从而脱去氢原子并形成四氯化硅。
[0085] 根据本发明，所述废气中包含的各个组分的组成比不作特别的限定。在所述废气 为进行通过化学气相沉积反应的多晶硅沉积过程之后所排出的情况下，氢气相对于全部的 废气总计大于约50mol %，剩余物可以是氯化氢和基于氯硅烷的化合物。另外，氢气(H2)与 氯化氢(HCl)的摩尔比可以是约99:1。另一方面，为了更有效地除去氯化氢，相对于1摩尔的 氯化氢(HCl)，三氯硅烷的摩尔数可以1摩尔以上的量被包含。
[0086] 全部废气中占据的氯化氢的含量相对于经过所述催化反应器之前的含量可被降 低至约80mol %以上，例如，约80至约IOOmol %，优选约90至99.99mol %。
[0087] 使所述废气经过包含所述离子交换树脂催化剂的催化反应器的步骤可在约1至约 30巴，优选约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的压力下，在约-40至约200°C，优选约-20 至约150°C，以及更优选约0至约100°C的温度下进行，但本发明并不仅限于此。在所述离子 交换树脂催化剂具备活性的范围内，可适当改变其条件。
[0088] 使所述废气经过包含所述离子交换树脂催化剂的催化反应器之后，进行分离经过 的废气中包含的氢气和基于氯硅烷的化合物的分离步骤。
[0089] 可使用所述分离步骤而没有特别的限定，只要其为从混合物中分离高沸点化合物 和低沸点化合物的方法即可，例如，其可通过蒸馏过程、分离膜过程、气液分离过程或它们 的组合来进行。
[0090] 更特别地，根据本发明的一个实施方式，首先，使经过所述催化反应器的废气流入 第一蒸馏塔。在所述第一蒸馏塔的顶部排出氢气，并在其底部排出所述基于氯硅烷的化合 物。使从底部排出的基于氯硅烷的化合物流入第二蒸馏塔。在所述第二蒸馏塔的顶部可排 出二氯硅烷和三氯硅烷，且在所述第二蒸馏塔的底部可分离四氯化硅。在这些分离的组分 中，可回收除了四氯化硅之外的组分以供应用于进行多晶硅沉积过程的过程。
[0091] 根据本发明的另一个实施方式，使经过所述催化反应器的废气接受首次冷却并流 入液气分离器中，然后分离为冷凝相和非冷凝相。在这些分离自所述液气分离器的组分中， 通过分离膜来纯化包含于过量氢气中的非冷凝相，并可回收纯化的氢气以用于所述多晶硅 沉积过程。可使包含未穿过所述分离膜的基于氯硅烷的化合物的冷凝相流束流入蒸馏塔 中，并分离为气相的二氯硅烷和三氯硅烷以及液相的四氯化硅。在这些分离的组分中，回收 除了四氯化硅之外的组分以供应用于进行多晶硅沉积过程的过程。
[0092] 根据本发明的另一个实施方式，提供了一种废气的净化设备，包括:催化反应器， 其包含离子交换树脂催化剂，并且凭借使所述废气经过而降低了氯化氢的浓度，其中所述 废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及从经过所 述催化反应器的废气中分离氢气和基于氯硅烷的化合物的分离装置。
[0093] 在这一点上，包含离子交换树脂催化剂的催化反应器和废气的类型与以上所述的 净化方法中的相同。
[0094] 可使用所述分离装置而没有特别的限定，只要其为可从混合物中分离高沸点化合 物和低沸点化合物的常规装置即可。例如，所述分离装置可包括蒸馏装置、分离膜装置、液 气分离器、气液分离装置等。另外，所述分离装置可设置于所述催化反应器的后部，并且其 可根据待分离对象而在不同的装置和运行条件下运行。
[0095] 下文中，将参照附图更加详细地描述根据本发明的一个实施方式的净化装置。 [0096]图2图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0097] 参照图2,根据本发明的一个实施方式的净化装置10包括催化反应器3和蒸馏塔6。
[0098] 在催化反应器3中，移送排放自多晶硅沉积反应器1的废气以用于分离和净化。此 时，废气2可包含大于约50mol %的氢气、约0 · 01至约5mol %的氯化氢、约0.01至约IOmol % 的二氯硅烷、约〇 · 〇 1至约25mo 1 %的三氯硅烷以及约0 · 01至约I Omo 1 %的四氯化娃，但并不 仅限于此。
[0099] 催化反应器3装填有离子交换树脂催化剂4。
[0100]废气2经过填充离子交换树脂催化剂4的催化反应器3,且在催化反应器3中，可根 据以上所述的反应式1和/或2将氯化氢转化为三氯硅烷和/或四氯化硅。催化反应器3可在 约-40至约200°C，优选约-20至约150°C，以及更优选约0至约100°C的温度条件下运行，但并 不仅限于此，其可在离子交换树脂催化剂4不会失活的范围内变化。
[0101] 另外，运行压力在约1至约30巴，优选约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的范 围内，但其可在不会影响离子交换树脂催化剂4的活性及催化反应器3的运行的范围内变 化。
[0102]将经过催化反应器3的混合气体5移送至与催化反应器3后部相连接的蒸馏塔6中 以用于分离和净化。在此情况下，经过催化反应器3的混合气体可包含大于约50mol %的氢 气、约0.01至约5mo 1 %的二氯硅烷、约0.01至约25mo 1 %的三氯硅烷以及约0.01至约 30mo 1 %的四氯化娃。
[0103]在蒸馏塔6中，混合气体5可被分离为氢气，二氯硅烷和三氯硅烷混合气体，以及液 态的四氯化硅，并被回收至多晶硅沉积反应器1以供再循环。
[0104] 图3图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0105] 参照图3,根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备100包括催化反应器130、 第一蒸馏塔160和第二蒸馏塔190。
[0106] 在催化反应器130中，移送排放自多晶硅沉积反应器110的废气以用于分离和净 化。此时，废气120可包含大于约50mol %的氢气、约O. Ol至约5mol %的氯化氢、约O. Ol至约 IOmol %的二氯硅烷、约0 · 01至约25mol %的三氯硅烷以及约0 · 01至约IOmol %的四氯化硅， 但并不仅限于此。
[0107] 催化反应器130装填有离子交换树脂催化剂140。
[0108] 废气120经过填充离子交换树脂催化剂140的催化反应器130,且在催化反应器130 中，可根据以上所述的反应式1和/或2将氯化氢转化为三氯硅烷和/或四氯化硅。催化反应 器130可在约-40至约200°C，优选约-20至约150°C，以及更优选约0至约100°C的温度条件下 运行，但并不仅限于此，其可在离子交换树脂催化剂140不会失活的范围内变化。
[0109] 另外，运行压力在约1至约30巴，优选约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的范 围内，但其可在不会影响离子交换树脂催化剂140的活性及催化反应器130的运行的范围内 变化。
[0110] 使经过催化反应器130的混合气体150流入第一蒸馏塔160。在第一蒸馏塔160的顶 部分离氢气111，并在其底部排出基于氯硅烷的化合物170。此时，第一蒸馏塔160可在低于 二氯硅烷的沸点的低温下运行，以分离氢气111和基于氯硅烷的化合物170。另外，为了提高 分离效率，在第一蒸馏塔160前进一步设置冷却器以降低混合气体150的温度。从第一蒸馏 塔160的底部排出的基于氯硅烷的化合物170可包含约5至约15mol %的二氯硅烷、约40至约 60mol%的三氯硅烷以及约30至约50mol%的四氯化娃。
[0111] 将基于氯硅烷的化合物170移送至储罐180。通过栗114将排放自储罐180的基于氯 硅烷的化合物移送至第二蒸馏塔190。从第二蒸馏塔190的顶部排出气体状态的二氯硅烷和 三氯硅烷，并从其底部排出液体状态的四氯化硅。此时，第二蒸馏塔190可在四氯化硅的露 点与三氯硅烷的沸点之间运行。第一蒸馏塔160和第二蒸馏塔190的运行压力可以是约0至 约10巴，各个组分的沸点和露点视蒸汽压和运行压力而定。
[0112] 另一方面，为提高排放自第一蒸馏塔160的氢气的纯度，其可设置分离膜112,流经 的氢气流束111可以是整体或部分的形式。此外，使分离自分离膜112的杂质113流入储罐 180,与排放自第一蒸馏塔160的基于氯硅烷的化合物170混合，然后移送至第二蒸馏塔190。
[0113] 图4图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0114]参照图4,根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备200包括催化反应器203、 液气分离器216、分离膜220和蒸馏塔229。
[0115]在催化反应器203中，移送排放自多晶硅沉积反应器201的废气202以用于分离和 净化。此时，废气202可包含大于约50mo 1 %的氢气、约0.01至约5mo 1 %的氯化氢、约0.01至 约I Omo 1 %的二氯硅烷、约0.01至约25mo 1 %的三氯硅烷以及约0.01至约I Omo 1 %的四氯化 硅，但并不仅限于此。
[0116]催化反应器203装填有离子交换树脂催化剂204。
[0117]使废气202经过填充离子交换树脂催化剂204的催化反应器203,且在催化反应器 203中，可根据以上所述的反应式1和/或2将氯化氢转化为三氯硅烷和/或四氯化硅。催化反 应器203可在约-40至约200°C，优选约-20至约150°C，以及更优选约0至约100°C的温度条件 下运行，但并不仅限于此，其可在离子交换树脂催化剂204不会失活的范围内变化。
[0118] 另外，运行压力在约1至约30巴，优选约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的范 围内，但其可在不会影响离子交换树脂催化剂204的活性及催化反应器203的运行的范围内 变化。
[0119] 通过冷却器215将经过催化反应器203的混合气体205冷却至低于-5°C，然后流入 液气分离器216中。此时，为了便于混合气体205的输送，在冷却器215的后部设置栗，或者将 液气分离器216的位置安排在催化反应器203的底部，从而由于重力而实现流动。
[0120] 依照各个组分的蒸汽压将来自液气分离器216的混合气体流束分离为含过量氢气 的非冷凝相流束217和含过量基于氯硅烷的化合物的冷凝相流束225。非冷凝相流束217可 包含大于约80mol%的氢气，而非冷凝相流束217中的基于氯硅烷的化合物的组成可根据液 气分离器216的温度和压力来确定。利用压缩机218将非冷凝相流束217压缩以经过分离膜 220,例如，可以约3至约6巴以上将其加压。加压的非冷凝相流束219被分离为穿过分离膜 220的高纯氢气和未穿过分离膜220的杂质221。使排放自分离膜220的不能透过的杂质221 经过液体分离器222，并被再次分离为氢气流束223和基于氯硅烷的冷凝相流束224，其中将 氢气流束223与排放自液气分离器216顶部的非冷凝相流束217混合，并经过压缩机218。
[0121 ]将排放自液气分离器216底部的冷凝相流束225与排放自液体分离器222的基于氯 硅烷的冷凝相流束224混合，以形成基于氯硅烷的流束226。通过栗227将基于氯硅烷的流束 226移送至蒸馏塔229。此时，为了改善导入蒸馏塔229之前的分离效率，可进一步包括加热 器228。通过加热器228可将基于氯硅烷的流束226加热至约30至约70°C。
[0122] 流入蒸馏塔229的基于氯硅烷的流束226被分离为气相的二氯硅烷和三氯硅烷以 及液相的四氯化硅，然后排出。此时，蒸馏塔229可在约3至约7巴的压力范围内并在四氯化 硅的露点与三氯硅烷的沸点之间运行。四氯化硅的露点和三氯硅烷的沸点视各个组分的运 行压力和蒸汽压而定。
[0123] 如上所述根据本发明的废气的净化方法和净化设备，通过利用催化反应器将氯化 氢转化为基于氯硅烷的化合物而将其除去，而不是进行冷凝和压缩过程以及进行依据沸点 差异的分离，以从排放自多晶硅沉积反应器的废气中除去氯化氢。因此，相比于利用吸收塔 的常规废气净化过程，能量消耗可减小至40 %以上。
[0124] 因此，氯化氢并不会被排放至外界，其可防止可由氯化氢导致的诸多问题。并且， 为除去低沸点的氯化氢，如在常规净化方法中的，将包含氯化氢的非冷凝相流束冷却和压 缩，然后再次喷雾和供应至吸收塔。由此，可避免能量使用的低效，并可以低能量过程有效 除去氯化氢。
[0125] 根据本发明的另一个实施方式，提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤:将 所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉积 (CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述冷凝相流束经过包含离子交换树 脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度。
[0126] 根据本发明的一个实施方式，首先，将进行多晶硅沉积过程之后排出的废气分离 为非冷凝气相流束和冷凝液相流束。
[0127] 更具体地，根据本发明的一个实施方式，将排放自化学气相沉积反应器的废气冷 却，然后流入液气分离器中，分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的 化合物的冷凝液相流束。
[0128] 在额外的冷却和加压之后将分离自所述液气分离器的顶部的非冷凝气相流束注 入吸收塔中。包含于所述非冷凝相流束中的氢气可在吸收塔的顶部排出，并在吸收塔中被 最终净化并回收。另外，包含于所述非冷凝相流束中的氯化氢被排放至吸收塔的底部，并通 过催化反应器(将在以下进行描述)被最终除去。
[0129] 将分离自所述液气分离器的底部的冷凝液相流束注入包含离子交换树脂催化剂 的催化反应器中。或者，通过使在所述液气分离器的顶部分离的非冷凝液相流束经过吸收 塔，然后与排放自所述吸收塔的液相流束混合，可将在所述液气分离器的底部分离的冷凝 液相流束注入包含离子交换树脂催化剂的催化反应器中。
[0130] 根据本发明的一个实施方式，使排放自化学气相沉积反应器的废气在第一次冷却 之后流入液气分离器中，然后分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的 化合物的冷凝液相流束。
[0131] 使排放自所述液气分离器的顶部的非冷凝气相流束流入冷凝器中，在低温下接受 第二次冷却。由于所述第二次低温冷却，产生了包含于所述非冷凝气相流束中的氯化氢和 氯硅烷的额外的冷凝，而冷凝的流束被再循环至所述液气分离器中。接着，将非冷凝流束注 入吸收塔中，包含于所述非冷凝相流束中的氢气可在吸收塔的顶部排出，并在吸附塔处被 最终净化并回收。另外，包含于所述非冷凝相流束中的氯化氢被排放至吸收塔的底部，并通 过催化反应器(将在以下进行描述)被最终除去。
[0132] 将排放自所述液气分离器的底部的液态冷凝相流束注入包含离子交换树脂催化 剂的催化反应器中。或者，其可与排放自所述吸收塔的液相流束混合，并被注入包含离子交 换树脂催化剂的催化反应器中。
[0133] 通过使所述冷凝液相流束经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器，除去了包 含于液态冷凝相流束中的氯化氢。
[0134] 作为所述离子交换树脂催化剂，可采用环状胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚 合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合 物。环状胺化合物的实例可包括乙烯基吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、哌啶、四氢吡咯等，但本发明 并不仅限于此。
[0135] 所述离子交换树脂催化剂及其具体类型、机理和效果的更加详细的描述与前述的 相同。
[0136] 包含于所述冷凝相流束中的各个组分的组成比不作特别的限定，但根据本发明的 一个实施方式，注入所述催化反应器中的冷凝相流束可包含约〇.〇1至约5mol %的氯化氢、 约0.01至约Imol %的氢气以及剩余量的基于氯硅烷的化合物。另一方面，为了更有效地除 去氯化氢，基于1摩尔的氯化氢(HCl)，可以大于1摩尔的量包含三氯硅烷的摩尔数。
[0137] 全部冷凝相流束中占据的氯化氢的相对含量相对于经过所述催化反应器之前的 含量可被降低至约80111〇1%以上，例如，约80至约1001]1〇1%，优选约90至约99.991]1〇1%。
[0138] 使所述冷凝相流束经过包含所述离子交换树脂催化剂的催化反应器的步骤可在 约1至约30巴，约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的压力下，在约-40至约200°C，优选 约-20至约150°C，以及更优选约0至约100°C的温度下进行，但本发明并不仅限于此。在所述 离子交换树脂催化剂具备活性的范围内，可适当改变其条件。
[0139] 根据本发明的一个实施方式，在使所述冷凝相流束经过包含所述离子交换树脂催 化剂的催化反应器之后，可进行分离经过的冷凝相流束中包含的基于氯硅烷的化合物的分 离步骤。
[0140]可使用所述分离步骤而没有特别的限定，只要其为从混合物中分离高沸点化合物 和低沸点化合物的方法即可。例如，其可通过蒸馏过程、分离膜过程、气液分离过程或它们 的组合来进行。
[0141]根据本发明的另一个实施方式，提供了一种废气的净化设备，包括:分离装置，其 将所述废气分为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉积 (CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂 且降低了所述冷凝相流束的氯化氢浓度。
[0142] 在这一点上，包含离子交换树脂催化剂的催化反应器和废气的类型与以上所述的 上述净化方法中的相同。
[0143] 可使用所述分离装置而没有特别的限定，只要其为可从混合物中分离高沸点化合 物和低沸点化合物的常规装置即可。例如，所述分离装置可包括液气分离器、蒸馏装置、分 离膜装置、气液分离装置等。另外，所述分离装置可设置于所述催化反应器的前端，并且其 可根据待分离对象而在相互不同的装置和运行条件下运行。
[0144] 更具体地，根据本发明的一个实施方式，使排放自化学气相沉积反应器的废气在 冷却之后流入液气分离器中，并分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷 的化合物的冷凝液相流束。
[0145] 在额外的冷却和加压之后将排放自所述液气分离器的顶部的非冷凝气相流束注 入吸收塔中。包含于所述非冷凝相流束中的氢气在吸收塔的顶部排出，并在吸收塔中被最 终净化并回收。另外，包含于所述非冷凝相流束中的氯化氢被排放至吸收塔的底部，并通过 催化反应器(将在以下进行描述)被最终除去。
[0146] 将排放自所述液气分离器的底部的冷凝液相流束与排放自所述吸收塔的液相流 束混合，然后注入包含离子交换树脂催化剂的催化反应器中。在所述包含离子交换树脂催 化剂的催化反应器中，通过反应式1和/或2所示的反应，氯化氢被转化为三氯硅烷(SiHCl 3) 和/或四氯化硅(SiCl4),以降低氯化氢的浓度。由此，排出具有降低的氯化氢浓度的基于氯 硅烷的流束。
[0147] 根据本发明的另一个实施方式，使排放自化学气相沉积反应器的废气在冷却之后 流入液气分离器中，并分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合物 的冷凝液相流束。
[0148] 使排放自所述液气分离器的顶部的非冷凝气相流束流入冷凝器中，在低温下冷 却。由于所述低温冷却，产生了包含于所述非冷凝气相流束中的氯化氢和氯硅烷的额外的 冷凝，而冷凝的流束被回收至所述液气分离器中。接着，可将非冷凝相流束注入吸收塔中， 包含于所述非冷凝相流束中的氢气可在吸收塔的顶部排出，并在吸附塔处被最终净化并回 收。另外，包含于所述非冷凝相流束中的氯化氢被排放至吸收塔的底部，并通过催化反应器 被最终除去。
[0149] 将排放自所述液气分离器的底部的冷凝液相流束与排放自所述吸收塔的液相流 束混合，然后注入包含离子交换树脂催化剂的催化反应器中。在所述包含离子交换树脂催 化剂的催化反应器中，通过反应式1和/或2所示的反应来降低氯化氢的浓度，由此排出具有 降低的氯化氢浓度的基于氯硅烷的流束。此时，由于排放自所述液气分离器的顶部的流束 的低温冷却，在所述非冷凝相流束中降低了氯化氢和氯硅烷的量。因此，可大幅度地降低和 操作待流入所述吸收塔中的液相氯硅烷的回收流束。将剩余物移送至第二蒸馏塔中，分离 为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0150] 下文中，将参照附图更加详细地描述根据本发明的一个实施方式的净化设备。
[0151] 图5图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0152] 参照图5,根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备500包括催化反应器550、 液气分离器515、吸收塔525、吸附塔560和蒸馏塔565。
[0153] 使排放自多晶硅沉积反应器505的废气501在第一冷却器510中冷却，然后流入液 气分离器515中，并分离为包含过量氢气的非冷凝相流束502和包含过量基于氯硅烷的化合 物的冷凝相流束503。非冷凝相流束502可包含大于约80mol %的氢气，且非冷凝相流束502 中基于氯硅烷的化合物的组成可视液气分离器515中温度和压力而定。
[0154]在额外的冷却和加压之后将分离自液气分离器515的顶部的非冷凝相流束502注 入吸收塔525中。此时，包含于非冷凝相流束502中的氢气在吸收塔525的顶部排出，并在吸 收塔560中被最终净化并回收。另外，如下所述，包含于非冷凝相流束502中的氯化氢被排放 至吸收塔525的底部，然后通过催化反应器550被最终除去。
[0155] 通过栗570将排放自液气分离器515的底部的冷凝相流束503与排放自吸收塔525 的底部的液相流束506混合，注入催化反应器550中。此时，冷凝相流束503和液相流束506的 混合流束可包含约0.01至Imol %的氢气、约0.01至约5mol %的氯化氢、约0.01至约IOmol % 的二氯硅烷和约〇 · 〇 1至约80mo 1 %的三氯硅烷，以及约0 · 01至约50mo 1 %的四氯化娃，但并 不仅限于此。
[0156] 使冷凝相流束503和液相流束506的混合流束经过填充离子交换树脂催化剂555的 催化反应器550，且在催化反应器550中，可根据以上所述的反应式1和2将氯化氢转化为三 氯硅烷和/或四氯化硅。催化反应器550可在约-40至约200°C，优选约-20至约150°C，以及更 优选约0至约l〇〇°C的温度条件下运行，但并不仅限于此，其可在离子交换树脂催化剂555不 会失活的范围内变化。
[0157] 另外，运行压力在约1至约30巴，优选约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的范 围内，但其可在不会影响离子交换树脂催化剂555的活性及催化反应器550的运行的范围内 变化。
[0158] 不同于包括蒸馏塔而非催化反应器550的常规净化过程，上述步骤将氯化氢转化 为基于氯硅烷的化合物，从而不会排出气态的氯化氢。
[0159] 通过冷却器530将一部分排放自催化反应器550的底部的液相的基于氯硅烷的流 束507移送至吸收塔525,用于吸收非冷凝相流束502中的氯化氢和基于氯硅烷的化合物，并 将剩余物移送至蒸馏塔565。流入蒸馏塔565的基于氯硅烷的流束507被分离为气相的二氯 硅烷和三氯硅烷以及液相的四氯化硅，然后排出。此时，蒸馏塔556可在约3至约7巴的压力 范围内并在四氯化硅的露点与三氯硅烷的沸点之间运行。四氯化硅的露点和三氯硅烷的沸 点视各个组分的运行压力和蒸汽压而定。
[0160]图6图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备。
[0161] 参照图6,根据本发明的一个实施方式的废气的净化设备600包括催化反应器650、 液气分离器615、吸收塔625、吸附塔660和蒸馏塔665。
[0162] 使排放自多晶硅沉积反应器的废气601在第一冷却器610中冷却，然后流入液气分 离器615中，并分离为包含过量氢气的非冷凝相流束602和包含过量基于氯硅烷的化合物的 冷凝相流束603。非冷凝相流束602可包含大于约80mol %的氢气，且非冷凝相流束602中基 于氯硅烷的化合物的组成可视液气分离器615中温度和压力而定。
[0163] 使排放自液气分离器615的顶部的非冷凝相流束602流入第二冷凝器620中，在低 温下冷却。此时，所述冷却器可在约-30至约_70°C，更优选约-40至约-60°C的温度范围内运 行。由于所述低温冷却，产生了包含于非冷凝相流束602中的氯化氢和氯硅烷的额外的冷 凝，而冷凝液相流束被回收至液气分离器615中。接着，将自吸收塔625注入的包含于非冷凝 相流束602中的氯化氢排放至吸收塔625的底部，并通过吸收塔650(将在以下进行描述)被 最终净化。排放自吸收塔625的顶部的氢气流束604在吸收塔660中被最终净化并回收。
[0164] 通过栗670将排放自液气分离器615的底部的冷凝流束603与排放自吸收塔625的 底部的液相流束606混合，并注入催化反应器650中。此时，冷凝相流束603和液相流束606的 混合流束可包含约0.01至Imol %的氢气、约0.01至约5mol %的氯化氢、约0.01至约IOmol % 的二氯硅烷、约〇 · 〇 1至约80mo 1 %的三氯硅烷以及约0 · 01至约50mo 1 %的四氯化娃，但并不 仅限于此。
[0165] 冷凝相流束603和液相流束606的混合流束经过填充离子交换树脂催化剂655的催 化反应器650,且在催化反应器650中，可根据以上所述的反应式1和/或2将氯化氢转化为三 氯硅烷和/或四氯化硅。催化反应器650可在约-40至约200°C，优选约-20至约150°C，以及更 优选约0至约l〇〇°C的温度条件下运行，但并不仅限于此，其可在离子交换树脂催化剂655不 会失活的范围内变化。
[0166] 另外，运行压力在约1至约30巴，优选约1至约20巴，以及更优选约1至约10巴的范 围内，但其可在不会影响离子交换树脂催化剂655的活性及催化反应器650的运行的范围内 变化。
[0167] 不同于包括蒸馏塔而非催化反应器650的常规净化过程，上述步骤将氯化氢转化 为基于氯硅烷的化合物，从而不会排出气态的氯化氢。
[0168] 将一部分排放自催化反应器650的底部的液相的基于氯硅烷的流束607移送至吸 收塔625,用于吸收非冷凝相流束中的氯化氢和基于氯硅烷的化合物。此时，排放自液气分 离器615的顶部的非冷凝相流束602处于以下状态:通过归功于第二冷却器620的额外的低 温冷却，大幅降低了氯化氢和基于氯硅烷的化合物的量。因此，可运行待移送至吸收塔625 的液相的基于氯硅烷的回收流束，以降低至约30至90%的范围，以及更优选约50至80%的 范围。
[0169] 将剩余流束移送至蒸馏塔665。流入蒸馏塔665的基于氯硅烷的流束607被分离为 气相的二氯硅烷和三氯硅烷以及液相的四氯化硅，然后排出。此时，蒸馏塔665可在约3至约 7巴的压力范围内并在四氯化硅的露点与三氯硅烷的沸点之间运行。四氯化硅的露点和三 氯硅烷的沸点视各个组分的运行压力和蒸汽压而定。
[0170]根据本发明的另一个实施方式，提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤： [0171]将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气 相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；
[0172] 使所述非冷凝相流束经过第一催化反应器以降低氯化氢的浓度；以及
[0173] 依据沸点分离所述冷凝相流束的基于氯硅烷的化合物。
[0174] 在根据本发明的另一个实施方式的净化方法中，首先，将进行多晶硅沉积过程之 后排出的废气冷凝，以分离为非冷凝气相流束和冷凝液相流束(第一冷凝和分离步骤）。此 时，非冷凝相流束可包含过量的氢气，而冷凝相流束可包含过量的基于氯硅烷的化合物。另 外，氯化氢可在所述非冷凝相流束中比所述冷凝相流束相对分配更多。
[0175] 所述第一冷凝可在大于约-30°C且小于约10°C，优选大于约_20°C且小于约5°C，更 优选大于约-l〇°C且小于约(TC的温度下进行。当所述冷凝在上述温度范围内进行时，其可 有效分离为包含过量氢气的流束和包含过量基于氯硅烷的化合物的流束。当所述冷凝在-30°C以下的温度下进行时，相对降低了二氯硅烷和三氯硅烷的组成，因而使氯化氢的有效 除去变得困难。此外，当所述冷凝在大于l〇°C的温度下进行时，所述非冷凝相流束中包含的 基于氯硅烷的化合物的含量增高，且与此相关的处理成本增高，这些都是不可取的。
[0176] 将非冷凝气相流束注入第一催化反应器中，且在所述第一催化反应器中，可将氯 化氢转化为基于氯硅烷的化合物(催化反应步骤）。
[0177] 所述非冷凝气相流束可以，在被注入所述第一催化反应器之前，进一步接受进行 加压以将所述第一冷凝步骤中减小的压力增大到适当的水平，以流入所述第一催化反应器 的步骤(压缩步骤）。根据本发明的一个实施方式，可将所述非冷凝气相流束加压以使其变 成约1至约50巴的压力，优选约1至约40巴的压力，以及更优选约1至约30巴的压力。
[0178] 根据本发明的一个实施方式，所述第一催化反应器可包含离子交换树脂催化剂。
[0179] 作为所述离子交换树脂催化剂，可采用环状胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚 合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合 物。环状胺化合物的实例可包括乙烯基吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、哌啶、四氢吡咯等，但本发明 并不仅限于此。
[0180] 所述离子交换树脂催化剂，其具体类型、机理和效果的更加详细的描述与前述的 相同。
[0181] 根据本发明的一个实施方式，所述第一催化反应器可包含基于胺的化合物。所述 基于胺的化合物的实例可包括胺、铵盐、氨基硅烷、氨基硅氧烷、氨基烷氧基硅烷等，但本发 明并不仅限于此。
[0182] 根据本发明的另一个实施方式，所述第一催化反应器可包含过渡金属催化剂。所 述过渡金属催化剂的实例可包括铂、钯、钌、镍、铱、铑等，并且还可包括金属氧化物、金属氢 化物、有机金属化合物、复合金属氧化物，但本发明并不仅限于此。根据本发明的一个实施 方式，所述过渡金属催化剂可优选为钯(Pd)和铂(Pt)。
[0183] 另外，所述基于胺的化合物或所述过渡金属催化剂可优选处于被结合或承载至载 体的状态。另外，所述载体不作特别的限定，只要其可为常规用作基于胺的化合物或过渡金 属的载体即可。优选地，其可为碳载体，如活性碳、碳纳米管、碳纳米带、碳纳米线、多孔碳、 碳粉或碳黑，以及无机载体，如二氧化硅(SiO 2)或氧化铝(Al2O3)。
[0184] 根据本发明的再一个实施方式，所述第一催化反应器可包含活性碳作为催化剂。
[0185] 在经过所述第一催化反应器的非冷凝相流束中，氯化氢被转化为基于氯硅烷的化 合物，由此，氯化氢的浓度相对于经过所述第一催化反应器之前的浓度可被大幅降低约 80mol %以上，例如，约80至约IOOmol %，优选约90至约99.99mol %。
[0186] 由此，使具有降低的氯化氢浓度的非冷凝相流束接受第二次冷凝，并分离为氢气 流束和基于氯硅烷的流束(第二冷凝和分离步骤）。可将通过所述第二冷凝分离的氢气流束 发送至吸附过程，最终净化并回收（吸附步骤）。可将所述第二冷凝之后分离的基于氯硅烷 的流束再次注入所述第一冷凝和分离步骤并回收。
[0187] 另一方面，可将排放自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束移送至蒸馏步骤， 分离为二/三氯硅烷和四氯化硅并回收(蒸馏步骤）。
[0188] 根据本发明的一个实施方式，在接受所述蒸馏步骤之前，可进一步进行蒸馏氯化 氢以除去包含于所述冷凝相流束中的少量氯化氢的步骤。不过，独立地，还可进一步包括经 过所述催化反应器的步骤。
[0189] 此外，根据本发明的一个实施方式，所述第二冷凝之后分离的基于氯硅烷的流束 可与所述第一冷凝和分离步骤中排出的冷凝相流束相联合或单独地注入所述蒸馏步骤中。
[0190] 如上所述，在将排放自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束分离为二/三氯硅 烷和四氯化硅之前，进一步进行蒸馏步骤或第二催化反应步骤，因而进一步降低了全部循 环流束中的氯化氢的含量。
[0191] 用于除去所述冷凝相流束的氯化氢的第二催化反应器可包含与所述第一催化反 应器相同或不同的催化剂，如离子交换树脂、基于胺的化合物或过渡金属。所述第一和第二 催化反应器可在独立的条件下运行。
[0192] 将参照附图更加详细地描述根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法。
[0193] 图7和8图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0194] 参照图7和8,根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法包括第一冷凝和分离 步骤（SlO)、压缩步骤（S20)、催化反应步骤（S30)、第二冷凝和分离步骤（S40)、吸附步骤 (550)和蒸馏步骤(560)。
[0195] 首先，参照图7,在所述第一冷凝和分离步骤(SlO)中，排放自所述化学气相沉积反 应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合物的冷凝 液相流束。
[0196] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(SlO)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S20)之后 被注入催化反应步骤(S30)中。此时，在所述催化反应步骤(S30)中将包含于非冷凝相流束 中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0197] 经过所述催化反应步骤(S30)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤(S40)。 排放自所述第二冷凝和分离步骤(S40)的氢气可在吸附步骤(S50)中被最终净化，并回收。 另外，排放自所述第二冷凝和分离步骤(S40)并具有降低的氯化氢浓度的冷凝液相流束可 与排放自所述第一蒸馏步骤(SlO)的冷凝相流束相联合，并注入蒸馏步骤(S60)中。
[0198] 送至所述蒸馏步骤(S60)的流束可被分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0199] 参照图8,类似于图7,在所述第一冷凝和分离步骤(SlO)中，排放自所述化学气相 沉积反应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合物 的冷凝液相流束。
[0200] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(SlO)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S20)之后 被注入催化反应步骤(S30)中。此时，在所述催化反应步骤(S30)中将包含于非冷凝相流束 中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0201] 经过所述催化反应步骤(S30)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤(S40)。 排放自所述第二冷凝和分离步骤(S40)的氢气可在吸附步骤(S50)中被最终净化，并回收。 另外，排放自所述第二冷凝和分离步骤(S40)并具有降低的氯化氢浓度的冷凝液相流束可 被送至所述第一蒸发步骤(SIO)并回收。
[0202] 独立地，排放自所述第一冷凝和分离步骤(SlO)的冷凝相流束可被送至所述蒸馏 步骤(S60)，分离为二/三氯硅烷和四氯化硅并回收。
[0203] 图9至11图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0204] 参照图9至11，根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法包括第一冷凝和分 离步骤(S110)、压缩步骤(S120)、催化反应步骤(S130)、第二冷凝和分离步骤(S140)、吸附 步骤(Sl50)、第一馏步骤(Sl60)和第二蒸馏步骤(Sl70)。
[0205] 首先，参照图9,在所述第一冷凝和分离步骤(SlO)中，排放自所述化学气相沉积反 应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合物的冷凝 液相流束。
[0206] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S120)之 后被注入催化反应步骤(S130)中。此时，在所述催化反应步骤(S130)中将包含于非冷凝相 流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0207] 经过所述催化反应步骤（S130)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤 (S140)。排放自所述第二冷凝和分离步骤(S140)的氢气可在吸附步骤(S150)中被最终净 化，并回收。另外，独立地，排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的包含于所述非冷凝气 相流束中的氯化氢可在第一蒸馏步骤(S160)中被分离，并重新流入所述第一冷凝和分离步 骤(SllO)中。
[0208] 排放自所述第二冷凝和分离步骤(S140)并具有降低的氯化氢浓度的冷凝液相流 束可与排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的冷凝相流束相联合，然后注入第一蒸馏步 骤(S160)中。在所述第一蒸馏步骤(S160)中，气相的氯化氢和液相的基于氯硅烷的流束被 分呙。
[0209] 可将排放自所述第一蒸馏步骤（S160)的基于氯硅烷的流束送至第二蒸馏步骤 (S170)中，分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0210] 参照图10,类似于图9,在所述第一冷凝和分离步骤(SllO)中，排放自所述化学气 相沉积反应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合 物的冷凝液相流束。
[0211] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S120)之 后被注入催化反应步骤(S130)中。此时，在所述催化反应步骤(S130)中将包含于非冷凝相 流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0212] 经过所述催化反应步骤（S130)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤 (S140)。排放自所述第二冷凝和分离步骤(S140)的氢气可在吸附步骤(S150)中被最终净 化，并回收。
[0213] 另外，独立地，排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的包含于所述非冷凝气相 流束中的氯化氢可自第一馏步骤(S160)中的基于氯硅烷的流束中分离，并重新流入所述第 一冷凝和分离步骤(SllO)中。
[0214] 排放自所述第二冷凝和分离步骤(S140)并具有降低的氯化氢浓度的冷凝液相流 束可与排放自所述第一冷凝和分离步骤(S160)的冷凝相流束相联合，然后注入第一蒸馏步 骤(S170)中。在所述第一蒸馏步骤(S160)中，气相的氯化氢和液相的基于氯硅烷的流束被 分呙。
[0215] 待送至蒸馏步骤(S170)中的第二流束可被分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，并回 收。
[0216] 然后，参照图11，类似于图9,在所述第一冷凝和分离步骤(SllO)中，排放自所述化 学气相沉积反应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的 化合物的冷凝液相流束。
[0217] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S120)之 后被注入催化反应步骤(S130)中。此时，在所述催化反应步骤(S130)中将包含于非冷凝相 流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。经过所述催化反 应步骤(S130)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤(S140)。排放自所述第二冷凝和 分离步骤(S140)的氢气可在吸附步骤(S150)中被最终净化，并回收。另外，独立地，排放自 所述第一冷凝和分离步骤(SllO)的包含于所述冷凝气相流束中的氯化氢可自第一蒸馏步 骤(S160)中的基于氯硅烷的流束中分离，并重新流入所述第一冷凝和分离步骤(SllO)中。
[0218] 另一方面，也可将排放自所述第二冷凝和分离步骤(S140)并具有降低的氯化氢浓 度的冷凝液相流束注入第一冷凝和分离步骤(SllO)中，并循环。
[0219] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(SllO)并具有降低的氯化氢浓度的冷凝液相流 束可被送至所述第一蒸馏步骤(S160)，并分离为氯化氢和基于氯硅烷的流束。将排放自所 述第一蒸馏步骤(S160)的基于氯硅烷的流束被送至第二蒸馏步骤(S170)，分离为二/三氯 硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0220] 图12至14图示了根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法的流程图。
[0221] 参照图12至14,根据本发明的一个实施方式的废气的净化方法包括第一冷凝和分 离步骤(S210)、压缩步骤(S220)、第一催化反应步骤(S230)、第二冷凝和分离步骤(S240)、 吸附步骤(S250)、第二催化反应步骤(S260)和蒸馏步骤(S270)。
[0222] 首先，参照图12,在所述第一冷凝和分离步骤(S210)中，排放自所述化学气相沉积 反应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合物的冷 凝液相流束。
[0223] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(S210)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S220)之 后被注入第一催化反应步骤(S230)中。此时，在所述第一催化反应步骤(S230)中将包含于 非冷凝相流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0224] 经过所述催化反应步骤（S230)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤 (S240)。排放自所述第二冷凝和分离步骤（S240)的氢气可在吸附步骤（S250)中被最终净 化，并回收。
[0225] 另外，独立地，可在所述第一蒸馏步骤(S260)中将排放自所述第一冷凝和分离步 骤(S210)的包含于冷凝相流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢 的浓度。
[0226] 排放自所述第二冷凝和分离步骤(S240)并具有降低的氯化氢浓度的冷凝液相流 束可与所述第一冷凝和分离步骤(S210)中排放的冷凝相流束相联合，然后注入第二催化反 应步骤(S260)中。在所述第二催化反应步骤(S260)中，如上所述将氯化氢转化为三氯硅烷 和四氯化硅，从中分离基于氯硅烷的流束。
[0227] 可将排放自所述第二催化反应步骤（S260)的基于氯硅烷的流束送至蒸馏步骤 (S270)中，分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0228] 参照图13,类似于图12,在所述第一冷凝和分离步骤(S210)中，排放自所述化学气 相沉积反应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷的化合 物的冷凝液相流束。
[0229] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(S210)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S220)之 后被注入所述第一催化反应步骤(S230)中。此时，在所述催化反应步骤(S230)中将包含于 非冷凝相流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0230] 经过所述第一催化反应步骤(S230)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤 (S240)。排放自所述第二冷凝和分离步骤（S240)的氢气可在吸附步骤（S250)中被最终净 化，并回收。
[0231 ]另外，独立地，可在所述第二催化反应步骤(S260)中将排放自所述第一冷凝和分 离步骤(S210)的包含于非冷凝气相流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低 了氯化氢的浓度。
[0232] 另一方面，也可将排放自所述第二冷凝和分离步骤(S240)并具有降低的氯化氢浓 度的冷凝液相流束与排放自所述第二催化反应步骤(S260)的冷凝相流束相联合，然后注入 蒸馏步骤(S270)中。
[0233] 送至所述蒸馏步骤(S270)的流束可被分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0234] 然后，参照图14,类似于图12,在所述第一冷凝和分离步骤(S210)中，排放自所述 化学气相沉积反应器的废气被分离为含过量氢气的非冷凝气相流束和含过量基于氯硅烷 的化合物的冷凝液相流束。
[0235] 排放自所述第一冷凝和分离步骤(S210)的非冷凝气相流束在压缩步骤(S220)之 后被注入第一催化反应步骤(S230)中。此时，在所述第一催化反应步骤(S230)中将包含于 非冷凝相流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。
[0236] 经过所述催化反应步骤（S230)的非冷凝相流束被送至第二冷凝和分离步骤 (S240)。排放自所述第二冷凝和分离步骤（S240)的氢气可在吸附步骤（S250)中被最终净 化，并回收。
[0237] 另一方面，可再次将排放自所述第二冷凝和分离步骤(S240)并具有降低的氯化氢 浓度的冷凝液相流束注入第一冷凝和分离步骤(S210)中，并回收。
[0238] 另外，独立地，将排放自所述第一冷凝和分离步骤(S210)的冷凝相流束送至所述 第二催化反应步骤(S260)中。此时，在所述第二催化反应步骤(S260)中，包含于所述冷凝相 流束中的氯化氢转化为三氯硅烷和四氯化硅，因而降低了氯化氢的浓度。排放自所述第二 催化反应步骤（S260)并具有降低的氯化氢浓度的基于氯硅烷的流束可被送至蒸馏步骤 (S270)中，分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后回收。
[0239] 包含于所述冷凝相或非冷凝相流束中的各个组分的组成比不作特别的限定，但根 据本发明的一个实施方式，待注入所述第一催化反应步骤中的非冷凝相流束可包含约〇.〇1 至约5mol %的氯化氢、约80至约99mol %的氢气以及剩余量的基于氯硅烷的化合物。另一方 面，为了更有效地除去氯化氢，相对于1摩尔的氯化氢(HCl)，所述基于氯硅烷的化合物的摩 尔数可包括大于1摩尔。
[0240] 使所述第一催化反应步骤中的非冷凝相经过的步骤可在约1至约50巴，优选约1至 约40巴，更优选约1至约30巴的压力下，在约-40至约400°C，优选约-20至约300°C，以及更优 选约0至约200°C的温度下进行，但并不仅限于此。这些条件可适当改变，只要其在所述第一 催化反应步骤中所用的催化剂具备活性的范围内即可。另一方面，根据本发明的废气的净 化过程，所述第一催化反应步骤可在温度和压力具有比用于除去氯化氢的常规吸收塔过程 低很多的能量消耗的条件下运行，因而显著减少了能量消耗。尽管如此，氯化氢的去除效果 等于或大于所述吸收塔过程，因而提供了改善生产率和降低废气净化过程的总成本的效 果。
[0241] 根据本发明的一个实施方式，待注入所述第二催化反应步骤中的冷凝相流束可包 含约0.01至约5mo 1 %的氯化氢、约0.01至约Imo 1 %的氢气以及余量的基于氯硅烷的化合 物。另一方面，为了更有效地除去氯化氢，相对于1摩尔的氯化氢(HCl)，所述基于氯硅烷的 化合物的摩尔数可包括大于1摩尔。
[0242] 使所述冷凝相流束经过所述第二催化反应步骤的步骤可在约1至约50巴，优选约1 至约40巴，更优选约1至约30巴的压力下，在约-40至约400°C，优选约-20至约300°C，以及更 优选约0至约200°C的温度下进行，但并不仅限于此。这些条件可适当改变，只要其在所述第 二催化反应步骤中所用的催化剂具备活性的范围内即可。
[0243] 全部冷凝相流束或非冷凝相流束中占据的氯化氢的相对含量相对于经过所述第 一和第二催化反应步骤之前的含量可被降低至约50mol %以上，例如，约50至约99.9mol %， 优选约80至约99.99mol%，更优选约90至约IOOmol%。
[0244] 下文中，将参照本发明的具体实施例更加详细地描述本发明的运行和效果。然而， 提供的这些实施例仅用于解释说明的目的，它们并不意图将本发明的范围限定至实施例中 的那些示例上。
[0245] 〈实施例〉
[0246] 催化反应器的准备和性能评价
[0247] 准备实施例1
[0248] 准备了填充离子交换树脂催化剂的催化反应器，并利用气相色谱评价所述催化反 应器的性能。
[0249]向外径为1/2英寸的不锈钢管式反应器填充直径为490至690μπι的含胺官能团的苯 乙烯-二乙烯基苯母体型离子交换树脂催化剂(商品名：Amberlys婦Α-21)。通过独立连接 的线路，以相当于催化剂床体积三倍量的乙醇冲洗所述催化剂1小时，然后再以相当于催化 剂床体积三倍量的甲苯冲洗所述催化剂1小时，以除去所述催化剂包含的杂质和水分。然 后，最后再以相当于催化剂床体积三倍量的四氯化硅冲洗所述催化剂以除去所有残留的溶 剂。
[0250]对于通过在如上所述准备的催化反应器中消除氯化氢而获得的三氯硅烷溶液，以 IOOcc每分钟的水平将氢气供应至所述反应器中，在三氯硅烷溶液中鼓泡，从而以气体状态 提供至所述反应器中。此时，将温度保持在100°c，压力保持在2巴，从而不会使所述三氯硅 烷冷凝。然后，上述条件的反应停留时间为约10秒。在催化反应之前，通过支线以气相色谱 分析通过氢气气化的三氯硅烷气体的组成，证实相对于三氯硅烷，包含约5mol %的氯化氢。
[0251] 在以上所述的条件下反应之后，气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0252] 准备实施例2
[0253] 以IOmL每分钟的水平将通过在准备实施例1的催化反应器中消除氯化氢而获得的 三氯硅烷溶液供应至所述反应器中。将温度保持在50°C，并通过用氢气增压将压力保持在 10巴。所述催化剂床的空隙体积为65%，所述反应条件下的反应停留时间为13.5秒。在催化 反应之前，通过支线分析消除了氯化氢的三氯硅烷溶液的组成，证实相对于三氯硅烷，包含 约2mol%的氯化氢。
[0254] 在以上所述的条件下反应之后，气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0255] 准备实施例3
[0256] 证实了包含负载于活性碳上的铂(Pt)催化剂的催化反应器的废气净化效果。
[0257] 利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。将1.65g基于活性碳的 0.5wt%铂催化剂填充到此反应器中，然后在氮气流下200°C活化1小时。所用的催化剂为颗 粒型(阿尔法埃莎公司(Alfa Aesar))。
[0258] 当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约lOOcc/min注入氢气， 并以约30cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:1.4。
[0259] 将反应器温度设定为150°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0260] 准备实施例4
[0261] 证实了包含活性碳的催化反应器的废气净化效果。
[0262] 利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。将1.65g颗粒型活性碳 (尺寸2mm以下，阿尔法埃莎公司）填充到此反应器中。以与准备实施例3中所述的相同的方 式进行活化。
[0263] 以与准备实施例3中相同的方式设定反应条件。在以上所述的条件下反应之后，气 体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0264] 准备实施例5
[0265] 证实了包含负载于活性碳上的铂(Pt)催化剂的催化反应器的废气净化效果。
[0266] 利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。将1.6g颗粒型基于活 性碳的〇.5wt%铂催化剂(阿尔法埃莎公司)填充到此反应器中。以与准备实施例3中所述的 相同的方式进行活化。
[0267] 以与准备实施例3中相同的方式设定反应条件。在以上所述的条件下反应之后，气 体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0268] 准备实施例6
[0269] 证实了包含负载于活性碳上的铂(Pt)催化剂的催化反应器的废气净化效果。
[0270]利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。将1.6g基于活性碳的 0.5wt%铂(Pt)催化剂填充到此反应器中。以与准备实施例3中所述的相同的方式进行活 化。
[0271]将反应条件设定为80°C，剩余反应气体注入和其它反应条件以与准备实施例3中 相同的方式设定。在以上所述的条件下反应之后，气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0272] 准备实施例7
[0273] 除了将1.6g颗粒型基于活性碳的0.5wt%钯(Pd)催化剂填充到该反应器中并使用 之外，以与准备实施例6中相同的方式进行反应。
[0274] 准备实施例8
[0275] 以与准备实施例6中相同的方式准备催化反应器和活化。
[0276] 当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约200cc/min注入氢气， 并以约15cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:2.4。
[0277] 将反应器温度设定为80°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0278] 准备实施例9
[0279] 以与准备实施例7中相同的方式准备催化反应器和活化。
[0280]当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约200cc/min注入氢气， 并以约15cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:2.4。
[0281]将反应器温度设定为80°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0282] 准备实施例10
[0283] 以与准备实施例4中相同的方式准备催化反应器和活化。
[0284] 当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约200cc/min注入氢气， 并以约15cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:2.4。
[0285] 将反应器温度设定为80°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0286] 准备实施例11
[0287] 证实了包含负载于活性碳上的铂(Pt)催化剂的催化反应器的废气净化效果。
[0288] 利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。将1.6g颗粒型基于活 性碳的2.Owt%铂(Pt)催化剂填充到此反应器中。以与准备实施例3中所述的相同的方式进 行活化。
[0289] 当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约200cc/min注入氢气， 并以约15cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:2.4。
[0290]将反应器温度设定为80°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0291] 准备实施例12
[0292] 准备了填充离子交换树脂催化剂的催化反应器，并证实了废气净化的效果。
[0293] 利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。作为此反应器中所用 的催化剂，采用1.3g的AmberlystkA-21 (陶氏化学公司(Dow chemical))作为所述离子交 换树脂。在填充入所述反应器之前，将所述催化剂用乙醇浸泡，用氯甲烷洗涤，然后在氮气 流下干燥和预处理20小时。
[0294] 当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约lOOcc/min注入氢气， 并以约30cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:1.4。
[0295] 将反应器温度设定为80°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0296] 准备实施例13
[0297] 以与准备实施例12中相同的方式准备催化反应器和活化。
[0298] 当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约200cc/min注入氢气， 并以约15cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:2.4。
[0299] 将在以上所述的条件下反应之后，气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0300] 准备实施例14
[0301] 准备了填充离子交换树脂催化剂的催化反应器，并证实了废气净化的效果。
[0302] 利用50cm长和1/2英寸外径的不锈钢管准备了催化反应器。作为此反应器中所用 的催化剂，填充并采用I . 7 g的R e U丨e X H P (凡特鲁斯特种产品公司（V e r t e I I u s Specialties))作为所述离子交换树脂。在填充入所述反应器之前，将所述催化剂用乙醇浸 泡，用氯甲烷洗涤，然后在氮气流下干燥和预处理20小时。
[0303]当注入反应气时，三氯硅烷采用了将氢气注入包含液态三氯硅烷的容器中以进行 气化，并正好在流入反应器之前加入和混合无水氯化氢的方法。以约200cc/min注入氢气， 并以约15cc/min注入氯化氢。氯化氢与三氯硅烷的摩尔比为约1:2.4。
[0304]将反应器温度设定为80°C，并将压力设定为1巴。在以上所述的条件下反应之后， 气体组成的分析结果显示于以下表1中。
[0305][表1]
[0307] 废气净化过程的实施例
[0308] 实施例1
[0309] 利用图2所示的净化设备来净化废气。
[0310] 根据准备实施例1准备了填充离子交换树脂催化剂4的催化反应器3。
[0311] 将催化反应器3的反应温度设定为100°C，并将压力设定为5巴。流入催化反应器3 的废气的组成为Imo 1 %氯化氢、2mo 1 %二氯硅烷、IOmo 1 %三氯硅烷、7mo 1 %四氯化硅和 80mol% 氛气。
[0312] 证实了经过催化反应器3的混合气体5的组成为Imo 1 %二氯硅烷、I Imo 1 %三氯硅 烷、7mol%四氯化硅和81mol%氢气，通过在预定反应条件下氯化氢与二氯硅烷的反应而被 除去的全部气体转化为更高级的氯硅烷，如三氯硅烷。
[0313] 实施例2
[0314] 利用图3所示的净化设备来净化废气。
[0315] 根据准备实施例1准备了填充离子交换树脂催化剂140的催化反应器130。
[0316] 将催化反应器130的反应温度设定为100°C，并将压力设定为5巴。流入催化反应器 130的废气的组成为1111〇1%氯化氢、2111〇1%二氯硅烷、10111〇1%三氯硅烷、7111 〇1%四氯化硅和 80mol% 氛气。
[0317] 经过催化反应器130的混合气体150的组成为lmol%二氯硅烷、llmol%三氯硅烷、 7mo 1 %四氯化硅和8 Imo 1 %氢气。
[0318] 将第一蒸馏塔160中的净化温度设定为具有-5至-60Γ的分布，并将压力设定为23 巴。
[0319] 作为结果，排放自第一蒸馏塔160顶部的流束的组成为0.0 lmol %二氯硅烷、 0.03mol %三氯硅烷、0.0 Olmol %四氯化硅和99.96mol %氢气，证实排出了由高纯氢气组成 的流束。
[0320] 实施例3
[0321] 利用图4所示的净化设备来净化废气。
[0322]根据准备实施例1准备了填充离子交换树脂催化剂204的催化反应器203。
[0323]将催化反应器203的反应温度设定为100°C，并将压力设定为5巴。流入催化反应器 203的废气的组成为1111〇1%氯化氢、2111〇1%二氯硅烷、10111〇1%三氯硅烷、7111 〇1%四氯化硅和 80mol% 氛气。
[0324] 经过催化反应器203然后流入分离膜220的混合气体219的流束的组成为Imol %二 氯硅烷、I Imol %三氯硅烷、7mol %四氯化娃和81mol %氢气。
[0325] 将液气分离器216的温度设定为_5°C，并将压力设定为3巴。
[0326] 作为结果，排放自分离膜220的流束的组成为0 · Olmol %二氯硅烷、0 · 03mol %三氯 硅烷、0.0 Olmol %四氯化硅和99.96mol %氢气，证实排出了由高纯氢气组成的流束。
[0327] 实施例4
[0328] 利用图5所示的净化设备来净化废气。
[0329]根据准备实施例2准备了填充离子交换树脂催化剂555的催化反应器550。
[0330] 将液气分离器515的温度设定为-5°C，并将压力设定为3巴。将催化反应器550的温 度设定为50°C，并将压力设定为11巴。
[0331] 经过液气分离器515然后流入反应器550的冷凝相流束的组成为2mol %氯化氢、 9mo 1 %二氯硅烷、54mo 1 %三氯硅烷、34mo 1 %四氯化娃和Imo 1 %氢气。
[0332] 作为结果，排放自反应器550的流束的组成为2mol %二氯硅烷、67mol %三氯硅烷、 29mol %四氯化硅和2mol %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0333] 实施例5
[0334] 利用图6所示的净化设备来净化废气。
[0335] 根据准备实施例2准备了填充离子交换树脂催化剂655的催化反应器250。
[0336]将液气分离器615的温度设定为_5°C，并将压力设定为3巴。将催化反应器650的反 应温度设定为50°C，并将压力设定为11巴。排放自液气分离器615的顶部的非冷凝相流束流 入第二冷却器620,然后通过低温冷却而再次冷却。将冷凝的流束回收至液气分离器615中。 将第二冷却器620中的低温冷却条件设定为-40°C，并将压力设定为23巴。
[0337] 相比于不包括第二冷却器620的情况，经过液气分离器615和第二冷却器620然后 流入吸收塔625的非冷凝相流束显示出减少了 66 %氯化氢、88 %二氯硅烷、99 %三氯硅烷和 97%四氯化硅。因此，证实了排放自催化反应器250的底部并回收至吸收塔625的流束减少 了56%，实现了约10.3%的能量节约的效果。
[0338] 经过液气分离器615然后流入反应器650的冷凝相流束的组成为2mol %氯化氢、 9mo 1 %二氯硅烷、54mo 1 %三氯硅烷、34mo 1 %四氯化娃和Imo 1 %氢气。
[0339] 作为结果，排放自反应器650的流束的组成为2mol %二氯硅烷、67mol %三氯硅烷、 29mol %四氯化硅和2mol %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0340] 实施例6
[0341] 根据图7所示的过程流程图来净化废气。
[0342] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的温度设定为100°C，并将压力设定为23.85 巴。此时，根据准备实施例1准备了所述催化反应器。
[0343] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0344] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，证实了可通过随后的吸附塔回收高 纯氢气。
[0345] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与分离自所述第一冷凝和 分离步骤的冷凝相流束相联合，注入用于分离基于硅烷的化合物的蒸馏步骤中。此时，注入 所述蒸馏步骤中的联合流束的组成为〇. 2mo 1 %氯化氢、6. Imo 1 %二氯硅烷、58.7mo 1 %三氯 硅烷和35. Omol %四氯化硅。
[0346] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约40 %的效果。
[0347] 实施例7
[0348]根据图9所示的过程流程图来净化废气。
[0349] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为100°C，并将压力设定为 23.85巴。此时，根据准备实施例1准备了所述催化反应器。
[0350] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0351] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附塔回收高纯氢 气。
[0352] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与分离自所述第一冷凝和 分离步骤的冷凝相流束相联合，注入用于分离氯化氢的第一蒸馏步骤中。此时，注入所述蒸 馏步骤中的联合流束的组成为〇. 2mo 1 %氯化氢、6. Imo 1 %二氯硅烷、58.7mo 1 %三氯硅烷和 35.Omol%四氯化硅。将第一蒸馏步骤中所用的蒸馏塔中的温度设定为具有-35至150°C的 分布，并将压力设定为12.3巴。将所述第一蒸馏步骤中分离的基于氯硅烷的化合物的流束 注入用于分离所述基于硅烷的化合物的第二蒸馏步骤中。
[0353] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约38 %的效果。
[0354] 实施例8
[0355] 根据图12所示的过程流程图来净化废气。
[0356] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将第一催化反应步骤中所用的第一催化反应器的反应温度设定为100°C，并将压力 设定为23.85巴。此时，根据准备实施例1准备了所述第一催化反应器。
[0357] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0358] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0359] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束的组分与排放自所述第一 冷凝和分离步骤的冷凝相流束相联合，注入第二催化反应器中以进行用于除去氯化氢的第 二催化反应步骤。此时，流入所述第二催化反应器中的流束的组成为〇.2mol %氯化氢、 6. Imol %二氯硅烷、58.7mol %三氯硅烷和35. Omol %四氯化硅。
[0360]将所述第二催化反应器中的反应温度设定为50°C，并将压力设定为12.3巴。根据 准备实施例2准备了所述第二催化反应器。
[0361] 排放自所述第二催化反应器的流束的组成为5.7mol %二氯硅烷、58.3mol %三氯 硅烷和36.Omol%四氯化硅，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。将排放自所述 第二催化反应器的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离所述基于硅烷的化合物的蒸 馏步骤中。
[0362] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约40 %的效果。
[0363] 实施例9
[0364] 根据图7所示的过程流程图来净化废气。
[0365] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为_5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为150°C，并将压力设定为 23.85巴。此时，根据准备实施例3准备了第一催化反应器。
[0366] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0367] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附塔回收高纯氢 气。
[0368] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与分离自所述第一冷凝和 分离步骤的冷凝相流束相联合，注入用于分离基于硅烷的化合物的蒸馏步骤中。此时，流入 所述蒸馏步骤中的流束的组成为〇 · 2mol %氯化氢、6 · Imol %二氯硅烷、58 · 7mol %三氯硅烷 和35.Omol%四氯化娃。
[0369] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约30 %的效果。
[0370] 实施例10
[0371] 根据图8所示的过程流程图来净化废气。
[0372] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为100°C，并将压力设定为 23.85巴。此时，根据准备实施例1准备了所述催化反应器。
[0373] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0374] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附塔回收高纯氢 气。分离自所述第二冷凝和分离步骤的基于氯硅烷的流束包含3.2mol %二氯硅烷、 76.4mol %三氯硅烷和20.4mol %四氯化娃，这些流束被回收至所述第一冷凝和分离步骤的 液气分离器中。
[0375] 另一方面，将分离自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束注入用于分离基于硅 烷的化合物的蒸馏步骤中。
[0376] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约35%的效果。
[0377] 实施例11
[0378] 根据图9所示的过程流程图来净化废气。
[0379] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为150°C，并将压力设定为 12.0巴。根据准备实施例3准备了所述催化反应器。
[0380]经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0381] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0382] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与分离自所述第一冷凝和 分离步骤的冷凝相流束相联合，注入用于分离氯化氢的第一蒸馏步骤中。此时，流入所述第 一蒸馏步骤中的流束的组成为0.2moI %氯化氢、6. lmoI %二氯硅烷、58.7moI %三氯硅烷和 35 .Omol %四氯化娃。
[0383]将第一蒸馏步骤中所用的蒸馏塔中的温度设定为具有-35至150Γ的分布，并将压 力设定为12.3巴。将所述第一蒸馏步骤中分离的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离 所述基于硅烷的化合物的第二蒸馏步骤中。
[0384] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约45 %的效果。
[0385] 实施例12
[0386] 根据图10所示的过程流程图来净化废气。
[0387] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为100°C，并将压力设定为 12.0巴。根据准备实施例1准备了所述催化反应器。
[0388] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0389] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0390]另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与分离自以下第一冷凝和 分离步骤的基于氯硅烷的化合物的流束相联合，然后移送至用于分离所述基于氯硅烷的化 合物的第二蒸馏步骤中。此时，流入所述第二蒸馏步骤中的流束的组成为5.7mol %二氯硅 烷、58.3mo 1 %三氯硅烷和36. Omo 1 %四氯化硅。
[0391] 另一方面，将分离自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束移送至所述第一蒸馏 步骤中。将第一蒸馏步骤中所用的蒸馏塔中的温度设定为具有-35至150Γ的分布，并将压 力设定为12.3巴。将所述第一蒸馏步骤中分离的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离 所述基于硅烷的化合物的第二蒸馏步骤中。
[0392] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约50 %的效果。
[0393] 实施例13
[0394] 根据图11所示的过程流程图来净化废气。
[0395] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为_5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为80°C，并将压力设定为12.0 巴。根据准备实施例1准备了所述催化反应器。
[0396] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0397] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0398] 另外，冷凝相的组成为3 · 2mo 1 %二氯硅烷、76 · 4mo 1 %三氯硅烷和20 · 4mo 1 %四氯 化硅。这些流束被回收至所述第一冷凝和分离步骤的液气分离器中。
[0399] 另一方面，将分离自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束移送至所述第一蒸馏 步骤中。将第一蒸馏步骤中所用的蒸馏塔中的温度设定为具有-35至150Γ的分布，并将压 力设定为12.3巴。将所述第一蒸馏步骤中分离的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离 所述基于硅烷的化合物的第二蒸馏步骤中。
[0400] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约53%的效果。
[0401 ] 实施例14
[0402] 根据图12所示的过程流程图来净化废气。
[0403] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将催化反应步骤中所用的催化反应器的反应温度设定为150°C，并将压力设定为 12.0巴。根据准备实施例3准备了所述催化反应器。
[0404] 经过液气分离器然后流入催化反应器的非冷凝相流束的组成为l.lmol%氯化氢、 1 · Imol %二氯硅烷、2 · 9mol %三氯硅烷、0 · 7mol %四氯化硅和94 · 2mol %氢气。排放自催化 反应器的流束的组成为〇.2mol%二氯硅烷、3.6mol%三氯硅烷、0.9mol%四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0405] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0406] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与排放自所述第一冷凝和 分离步骤的冷凝相流束相联合，注入第二催化反应器中以进行用于除去氯化氢的第二催化 反应步骤。此时，流入所述第二催化反应器中的流束的组成为0.2mol %氯化氢、6. Imol %二 氯硅烷、58.7mo 1 %三氯硅烷和35. Omo 1 %四氯化硅。
[0407]将所述第二催化反应器中的反应温度设定为50°C，并将压力设定为12.3巴。根据 准备实施例2准备了所述催化反应器。
[0408]排放自所述第二催化反应器的流束的组成为5.7mol %二氯硅烷、58.3mol %三氯 硅烷和36.Omol%四氯化硅，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。将所述第二蒸 馏步骤中排出的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离基于硅烷的化合物的蒸馏步骤 中。
[0409] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约47 %的效果。
[0410] 实施例15
[0411] 根据图13所示的过程流程图来净化废气。
[0412] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将第一催化反应步骤中所用的第一催化反应器的反应温度设定为100°C，并将压力 设定为12.0巴。根据准备实施例1准备了所述第一催化反应器。
[0413] 经过液气分离器然后流入第一催化反应器的非冷凝相流束的组成为I. Imol %氯 化氢、1.1111〇1%二氯硅烷、2.91]1〇1%三氯硅烷、0.71]1〇1%四氯化娃和94.21]1〇1%氢气。排放自 催化反应器的流束的组成为0 · 2mol %二氯硅烷、3 · 6mol %三氯硅烷、0 · 9mol %四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0414] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0415] 另外，将分离自所述第二冷凝和分离步骤的冷凝相流束与排放自所述第一冷凝和 分离步骤的冷凝相流束相联合，移送至用于分离所述基于硅烷的化合物的蒸馏步骤中
[0416] 另一方面，将分离自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束注入第二催化反应器 中以进行用于除去氯化氢的第二催化反应步骤。此时，流入所述第二催化反应器中的流束 的组成为0 · 2mol %氯化氢、6 · Imol %二氯硅烷、56 · 9mol %三氯硅烷和33 · Imol %四氯化娃。 [0417]将所述第二催化反应器中的反应温度设定为50°C，并将压力设定为12.3巴。根据 准备实施例2准备了所述催化反应器。
[0418] 排放自所述第二催化反应器的流束的组成为5.7mol %二氯硅烷、58.3mol %三氯 硅烷和36.Omol%四氯化硅，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。将所述第二蒸 馏步骤中排出的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离基于硅烷的化合物的蒸馏步骤 中。
[0419] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约52%的效果。
[0420] 实施例16
[0421] 根据图14所示的过程流程图来净化废气。
[0422] 将第一冷凝和分离步骤中所用的液气分离器的温度设定为-5°C，并将压力设定为 3.4巴。将第一催化反应步骤中所用的第一催化反应器的反应温度设定为80°C，并将压力设 定为12.0巴。根据准备实施例1准备了所述第一催化反应器。
[0423] 经过液气分离器然后流入第一催化反应器的非冷凝相流束的组成为I. Imol %氯 化氢、1.1111〇1%二氯硅烷、2.91]1〇1%三氯硅烷、0.71]1〇1%四氯化娃和94.21]1〇1%氢气。排放自 催化反应器的流束的组成为0 · 2mol %二氯硅烷、3 · 6mol %三氯硅烷、0 · 9mol %四氯化硅和 95.3mo 1 %氢气，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。
[0424] 在第二冷凝和分离步骤中将具有降低的氯化氢浓度的流束冷凝至-35°C。此时，非 冷凝相的组成为〇.2mol%三氯硅烷和99.8mol%氢气，并可通过随后的吸附步骤回收高纯 氢气。
[0425] 另外，冷凝相的组成为3.2mo 1 %二氯硅烷、76.4mo 1 %三氯硅烷和20 · 4mo 1 %四氯 化硅，这些流束被回收至所述第一冷凝和分离步骤的液气分离器中。
[0426] 另一方面，将排放自所述第一冷凝和分离步骤的冷凝相流束注入第二催化反应器 中以进行用于除去氯化氢的第二催化反应步骤。此时，流入所述第二催化反应器中的流束 的组成为0 · 2mol %氯化氢、6 · Imol %二氯硅烷、56 · 9mol %三氯硅烷和33 · Imol %四氯化娃。
[0427] 将所述第二催化反应器中的反应温度设定为50°C，并将压力设定为12.3巴。根据 准备实施例2准备了所述催化反应器。
[0428] 排放自所述第二催化反应器的流束的组成为5.7moI %二氯硅烷、58.3moI %三氯 硅烷和36.Omol%四氯化硅，证实了以所有氯化氢被除去的状态排出了流束。将所述第二蒸 馏步骤中排出的基于氯硅烷的化合物的流束注入用于分离基于硅烷的化合物的蒸馏步骤 中。
[0429] 当进行如上所述的废气净化时，可证实实现了比根据常规过程的能量损耗降低了 约55%的效果。
[0430] 【附图标记】
[0431] 10、100、200、300:废气的净化设备
[0432] 3、130、203、550、650:催化反应器
[0433] 6、229:蒸馏塔
[0434] 160、345:第一蒸馏塔
[0435] 190、360:第二蒸馏塔
[0436] 216、315、515、615:液气分尚器
[0437] SlO、SllO、S210:第一冷凝和分离步骤
[0438] S20、S120、S220:压缩步骤
[0439] S30、Sl 30:催化反应步骤
[0440] S40、Sl 40、S240:第二冷凝和分离步骤
[0441 ] S50、S150、S250:吸附步骤
[0442] S60、S270:蒸馏步骤
[0443] S160:第一蒸馏步骤
[0444] S170:第二蒸馏步骤
[0445] S230:第一催化反应步骤
[0446] S260:第二催化反应步骤
【主权项】
1. 一种废气的净化方法，其包括以下步骤： 使所述废气经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度，其中所 述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及 使所述废气经过所述催化反应器，然后分离经过的废气中包含的氢气和基于氯硅烷的 化合物。2. 根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状胺 化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺 基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。3. 根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，所述废气包含氯化氢(HC1)、氢气(H2) 和基于氯硅烷的化合物。4. 根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，经过所述催化反应器的废气中占据的 氯化氢的含量相对于经过所述催化反应器之前的含量被降低至约80mol%以上。5. 根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，所述废气通过经过所述催化反应器而 被转化为二氯硅烷和四氯化娃。6. -种废气的净化设备，其包括： 催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂，并且凭借使所述废气经过而降低了氯化氢 的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出 的；以及 分离装置，其从经过所述催化反应器的废气中分离氢气和基于氯硅烷的化合物。7. 根据权利要求6所述的废气的净化设备，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状胺 化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺 基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。8. 根据权利要求6所述的废气的净化设备，其中，所述分离装置包括选自液气分离器、 蒸馏装置、分离膜装置和气液分离装置中的一种以上。9. 一种废气的净化方法，其包括以下步骤： 将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉 积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及 使所述冷凝相流束经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度。10. 根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状 胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含 胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。11. 根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述废气包含氯化氢(HC1)、氢气(H2) 和基于氯硅烷的化合物。12. 根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，经过所述催化反应器的冷凝相流束 中占据的氯化氢的含量相对于经过所述催化反应器之前的含量被降低至约80mol%以上。13. 根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述冷凝相流束通过经过所述催化 反应器而被转化为三氯硅烷和四氯化硅。14. 根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述净化方法进一步包括:在使所述 冷凝相流束经过所述催化反应器之后，分离经过的冷凝相流束中包含的基于氯硅烷的化合 物的步骤。15. -种废气的净化设备，包括： 分离装置，其将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通 过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及 催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂且降低了所述冷凝相流束的氯化氢浓度。16. 根据权利要求15所述的废气的净化设备，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状 胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含 胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。17. 根据权利要求15所述的废气的净化方法，其中，所述分离装置包括选自液气分离 器、蒸馏装置、分离膜装置、气液分离装置、吸收塔和吸附塔中的一种以上。18. 根据权利要求15所述的废气的净化方法，其进一步包括位于所述分离装置的前端 并冷却所述废气的第一冷却器。19. 一种废气的净化方法，其包括以下步骤： 将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉 积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的； 使所述非冷凝相流束经过第一催化反应器以降低氯化氢的浓度；以及 依据沸点分离所述冷凝相流束的基于氯硅烷的化合物。20. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其中，所述第一催化反应器中所用的催化 剂包含选自离子交换树脂和过渡金属中的一种以上。21. 根据权利要求20所述的废气的净化设备，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状 胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含 胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。22. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其中，所述废气包含氯化氢(HC1)、氢气 (H2)和基于氯硅烷的化合物。23. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其中，将所述废气冷凝至大于-30°C且小 于l〇°C以分离为所述非冷凝相流束和所述冷凝相流束。24. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其中，经过所述催化反应器的非冷凝相流 束中占据的氯化氢的含量相对于经过所述催化反应器之前的含量被降低至约80mol %以 上。25. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其中，所述非冷凝相流束通过经过所述第 一催化反应器而被转化为三氯硅烷和四氯化硅。26. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其进一步包括将经过所述第一催化反应 器的非冷凝相流束分离为氢气流束和基于氯硅烷的流束的步骤。27. 根据权利要求26所述的废气的净化方法，其中，将分离的基于氯硅烷的流束与冷凝 相流束相联合，转移至依据沸点分离所述冷凝相流束的基于氯硅烷的化合物的步骤。28. 根据权利要求19所述的废气的净化方法，其中，所述净化方法进一步包括:在进行 依据沸点分离所述冷凝相流束的基于氯硅烷的化合物的步骤之前，降低冷凝相流束中包含 的氯化氢的浓度的步骤。29. 根据权利要求28所述的废气的净化方法，其中，所述降低冷凝相流束中包含的氯化 氢的浓度的步骤通过蒸馏所述冷凝相流束或通过经过所述第二催化反应器来进行。30.根据权利要求29所述的废气的净化方法，其中，所述第一催化反应器中所用的催化 剂包含选自离子交换树脂和过渡金属中的一种以上。
【文档编号】C23C16/44GK106061585SQ201580005805
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】朴济城, 金常鹅, 李元翼, 金吉浩, 金宝经, 安贵龙
【申请人】韩华化学株式会社