专利名称：回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法
技术领域：
本发明涉及一种回收处理工业生产多晶硅所产生的尾气的方法，更具 体地，涉及一种利用四氯化硅回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法。
背景技术：
多晶硅是制备单晶硅的原料，最终用于生产集成电路和电子器件，是 信息产业用量最大、纯度要求最高的基础原料之一，也是国家重点鼓励发 展的产品和产业。
世界先进的多晶硅生产技术一直由美、日、德三国的公司垄断着，各 个公司都有各自的技术秘密和技术特点，经过不断的研究、开发，形成了 各自的生产工艺，并从各自国家战略角度出发，严格控制技术转让并垄断 全球多晶硅市场。
我国多晶硅工业起步于五十年代，六十年代中期实现产业化，七十年
代初曾盲目发展，生产厂多达20余家，都采用的是传统西门子工艺，技 术落后，环境污染严重，物料消耗大，生产成本高，绝大部分企业亏损而 相继停产或转产。
传统多晶硅生产工艺突出的特点是"尾气湿法回收"技术，即多晶硅 生产过程中产生的尾气经初步加压分离氯硅烷后用水淋洗，回收氢气。然 而，在水淋洗过程中，水中的氧气、二氧化碳等杂质气体会污染氢气，故 大量回收的氢气需再次净化。
此外，淋洗过程中氯硅烷水解，产生污水，需进一步处理，导致环境 污染和物料消耗大。同时，产生的氢气也未能得到充分的利用，既浪费了 能源，增加了成本，又导致了环境污染。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的至少一个缺点，提出一种利用四 氯化硅回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法，根据本发明的方法利用 干法回收尾气，因此也可以称为"尾气干法回收"技术。
利用本发明的方法，不但可以对尾气进行充分的回收和循环利用，并 能大大减少生产中污染物的生成，同时充分利用了物料，降低了成本。
为实现上述目的，本发明的实施例提出一种回收处理生产多晶硅所产
生的尾气的方法，所述尾气主要包括氢气(H2)、氯化氢(HC1)、和二氯 二氢硅(SiH2Cl2)，所述方法包括以下步骤使所述尾气通过液态的四氯 化硅，以便氯化氢和二氯二氢硅溶解于液态的四氯化硅中，从而将氢气与 氯化氢和二氯二氢硅分离，由此回收氢气；对溶解了氯化氢和二氯二氢硅 的四氯化硅进行升温和/或加压，使氯化氢和二氯二氢硅从液态四氯化硅中 解吸出来；和通过控制解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力和/ 或温度，使二氯二氢硅变为液态而氯化氢保持为气态，从而分离并分别回 收氯化氢与二氯二氢硅。
根据本发明进一步的实施例进一步包括将氯化氢和二氯二氢硅解吸 出来的的四氯化硅循环用于回收尾气。
根据本发明进一步的实施例，溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅 被升温到70 220'C。
更具体地，溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅被分级升温到70 220 。C。
根据本发明进一步的实施例，溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅 被加压到0.1 2.0Mpa。
具体地，溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅被分级加压到0.1 2細pa。
根据本发明进一步的实施例，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅 的温度被控制为30^^—70°C。
具体地，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的温度被分级控制为 30^"70°C。
根据本发明进一步的实施例，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅
的压力被控制为0.1 2.0Mpa。
更具体地，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力被分级控制 为0.1 2.0Mpa。
根据本发明，由于采用干法处理多晶硅生产中产生的尾气，因此，克 服和消除了传统湿法回收技术的缺点，同时尾气得到了充分的回收利用， 尤其是将回收的尾气返回到多晶硅生产工序中，使得生产资料能够得以充 分的利用，并且大大减少了生产中污染物的产生和数量。
根据本发明，物料在闭路循环使用中，大大降低了原辅材料的消耗， 从根本上解决了多晶硅生产造成的环境污染问题，同时，节省了项目投资，
提高了产品质量和产量，降低了成本，使得多晶硅生产项目的建设与改造 获得了充分的主动性。
根据本发明，四氯化硅能够循环利用，因此成本低，效率高，操作简单。
的描述中变得明显，、或通过本发明的实践了解到: ^ 、
图1为多晶硅的工业生产流程示意图2为根据本发明实施例的利用四氯化硅回收处理生产多晶硅所产生 的尾气的方法的流程示意图。
具体实施例方式
下面通过参考附图来描述具体的实施例以便解释本发明，所述的实施 例为示例性，而不能解释为对本发明的限制。
参考图1，其中示出了能够应用根据本发明实施例的回收处理生产多 晶硅所产生的尾气的方法的工业生产多晶硅的流程框图，应用本发明的多 晶硅生产工艺，是利用工业硅与氯化氢(HC1)为主要原料，通过控制反 应条件生成以三氯氢硅(SiHCl3)为主的氯硅烷与氢气的混合物，然后通
过提纯技术对三氯氢硅(SiHCl3)进行提纯后，送入还原炉，使三氯氢硅 (SiHCl3)与辅料氢气(H2)反应，还原生成多晶硅。
在上述工业生产多晶硅的过程中，产生的尾气主要包括氢气(H2)、 氯化氢(HC1)、和氯硅烷，所述氯硅烷主要包括二氯二氢硅(SiH2Cl2)。 另外，氯硅烷还含有三氯氢硅(SiHCl3)和四氯化硅(SiCU)。
生产过程中主要的反应为
Si+HCl-^ SiHCl3 + SiCl4+H2
SiHCl3—— Si+SiCl4+H2
SiHCl3+H2—— Si+HCl
需要说明的是，根据本发明，利用四氯化硅回收处理的尾气主要包括 氢气、氯化氢、和二氯二氢硅，至于其中含有的三氯氢硅和四氯化硅，可 以预先进行分离，例如，利用氢气、氯化氢、和二氯二氢硅与三氯氢硅和 四氯化硅的沸点不同，通过控制温度和/或压力，经气液分离就能够分离尾 气中的三氯氢硅和四氯化硅，这对于本领域的技术人员而言是很容易理解 的，这里不再赘述。
本发明主要涉及利用四氯化硅回收和处理主要成分是氢气、氯化氢、 和二氯二氢硅的尾气。
下面参考图2描述根据本发明实施例的回收处理生产多晶硅所产生的 尾气的方法。
在多晶硅产生过程中产生的尾气被收集起来，所述尾气主要包括氢 气、氯化氢、和二氯二氢硅。如上所述，至于尾气中的三氯氢硅和四氯化 硅，可以预先分离，这不是本发明所讨论的重点，因此省略详细的描述。
利用液态四氯化硅(SiCU)作为吸收剂，使气态的氯化氢(HC1)和 二氯二氢硅(SiH2Cl2)溶解于四氯化硅中，以便将气态的氢气(H2)与氯 化氢(HC1)和二氯二氢硅(SiH2Cl2)分离。
分离出的氢气可以返回用于多晶硅的生产，例如分离出的氢气可以与 提纯后的三氯氢硅反应生成多晶硅。由此，充分利用了尾气中的氢气，降 低了物料的消耗，降低了成本，并且减少了污染。
接着，对溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅进行升温和/或加压，
使氯化氢和二氯二氢硅从液态的四氯化硅中解吸出来。例如，溶解了氯化
氢和二氯二氢硅的四氯化硅被升温到70 220。C和/或被加压到0.1 2.0Mpa，然而，上述工艺条件仅是示例性的，只要利用氯化氢和二氯二氢 硅与四氯化硅的沸点不同，通过气液分离将氯化氢和二氯二氢硅与四氯化 硅分离，任何的工艺条件都可以使用。
更具体而言，溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅进行升温和/或加 压是分级进行的，也就是说，例如，溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化 硅的温度不是一下子加热到70 220°C，而是逐级地加热到70 220°C， 分级加热可以通过分级的热交换进行。同理，溶解了氯化氢和二氯二氢硅 的四氯化硅的压力也可以分级加压到0.1 2.0Mpa。
然后，通过控制解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力和/或温 度使二氯二氢硅变为液态而氯化氢保持为气态，从而分离并分别回收氯化 氢与二氯二氢硅。例如，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力被 控制为0.1 2.0Mpa，温度被控制为30 —70°C。然而，只要利用氯化氢 和二氯二氢硅的沸点不同，通过气液分离将氯化氢和二氯二氢硅分离，可 以使用任何合适的温度和/或压力工艺条件。
氯化氢和二氯二氢硅从其中解吸出来的四氯化硅可以循环用于回收 尾气，即，循环用于溶解主要包括氢气、氯化氢、和二氯二氢硅的尾气， 从而四氯化硅能够循环使用，降低了原料消耗。
进而，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力和/或温度的控制 也可以是分级进行的，例如，解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压 力和/或温度分别逐级地控制为0.1 2.0Mpa和30 —70°C。
根据本发明的实施例，由于从四氯化硅中解吸出来的气态的氯化氢和 二氯二氢硅温度较高、压力可以大体不变，因此具体而言是将解吸出来的 气态的氯化氢和二氯二氢硅的温度降低到例如30^^—70°C，降温可以逐级 地通过热交换进行，交换出来的热量可以用于对溶解了氯化氢和二氯二氢 硅的四氯化硅进行升温，从而热量能够在系统内循环使用，降低能源消耗， 降低成本。然而，本发明并不限于上述具体压力和温度条件。
如上所述，分离出来的氢气可以返回到多晶硅生产过程中，与三氯氢
硅反应，生产多晶硅，从而尾气中的氢气能够在多晶硅生产过程中循环利 用，分离出的氯化氢能够用于与工业硅反应生成三氯氢硅，从而用于多晶 硅的生产。
由此，根据本发明的回收处理尾气的方法，能够将生产多晶硅所产生 的尾气中的各种成分有效地利用干法进行回收并利用，从而提高了尾气的 回收效率，并且不会产生污染，提高了原料的利用率，降低了成本和能源 消耗。
下表示出了根据本发明的方法与传统湿方对氢气进行回收的效果比较。
本发明对尾气回收效果与传统技术对尾气回收效果的比较
项目本发明传统湿法
尾气回收率％99.990%70 85%
尾气回收纯度99.99%以上95 99%
从上述表中可以看出，利用本发明的方法，尾气的回收率和回收质量 都大大高于传统的湿法，根据本发明的干法，尾气几乎完全得到回收和利 用，降低了原料的消耗，节约了成本，减少了污染。
尽管上述内容已经示出并描述了本发明的实施例，但对于本领域内普 通的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些 实施例进行变化，故本发明的范围由所附权利要求及其等同方法限定。
权利要求
1、一种回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法，所述尾气主要包括氢气、氯化氢、和二氯二氢硅，所述方法包括以下步骤使所述尾气通过液态的四氯化硅，以便氯化氢和二氯二氢硅溶解于液态的四氯化硅中，从而将氢气与氯化氢和二氯二氢硅分离，由此回收氢气；对溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅进行升温和/或加压，使氯化氢和二氯二氢硅从液态四氯化硅中解吸出来；和通过控制解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力和/或温度，使二氯二氢硅变为液态而氯化氢保持为气态，从而分离并分别回收氯化氢与二氯二氢硅。
2、 根据权利要求1所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 进一步包括将氯化氢和二氯二氢硅解吸出来的的四氯化硅循环用于回收 尾气。
3、 根据权利要求1所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅被升温到70 220°C 。
4、 根据权利要求3所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅被分级升温到70 22(TC。
5、 根据权利要求1所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅被加压到0.1 2.0Mpa。
6、 根据权利要求5所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅被分级加压到0.1 2.0Mpa。
7、 根据权利要求1所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的温度被控制为30 一70。C。
8、 根据权利要求7所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的温度被分级控制为30^^ — 70°C。
9、 根据权利要求1所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法，其中解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力被控制为0.1 2.0Mpa。
10、根据权利要求1所述的回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法， 其中解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力被分级控制为0.1 2崖pa。
全文摘要
一种回收处理生产多晶硅所产生的尾气的方法，所述尾气主要包括氢气、氯化氢、和二氯二氢硅，包括以下步骤使尾气通过液态的四氯化硅，以便氯化氢和二氯二氢硅溶解于液态的四氯化硅中，从而将氢气与氯化氢和二氯二氢硅分离，由此回收氢气；对溶解了氯化氢和二氯二氢硅的四氯化硅升温和/或加压，使氯化氢和二氯二氢硅从液态四氯化硅中解吸出来；和通过控制解吸出来的气态的氯化氢和二氯二氢硅的压力和/或温度使二氯二氢硅变为液态而氯化氢保持为气态，从而分离并分别回收氯化氢与二氯二氢硅。本发明采用四氯化硅干法处理和回收尾气，并可再用于多晶硅生产中，原料得到充分的利用，减少了污染物，解决了环境污染问题，降低了成本。
文档编号C01B33/00GK101376078SQ200710121058
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者严大洲, 毋克力, 汤传斌, 沈祖祥, 肖荣晖 申请人:中国恩菲工程技术有限公司