对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法

对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法
【专利摘要】本发明公开了对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法，其包括：在氯硅烷精馏提纯工序的精馏塔系统中，将塔顶低沸物杂质含量最高的精馏塔内的高杂质废气排出，并将塔釜高沸物杂质含量最高的精馏塔内的高杂质废液排出；收集未排出高杂质废气的精馏塔内的含氯硅烷废气，并输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备；将未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液收集至氯硅烷回收罐；将冷凝液输送至该氯硅烷回收罐；将该氯硅烷回收罐中的混合液体泵送至吸附床，获得氯硅烷液体。该方法能够在保障电子级多晶硅生产系统稳定运行的同时，最大限度的回收与利用氯硅烷精馏系统废气废液中的氯硅烷，氯硅烷回收率可达95%以上，且节能降耗、科学环保。
【专利说明】对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多晶硅生产领域，尤其涉及改良西门子法多晶硅生产中，对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内外绝大多数厂家采用改良西门子法生产制备高纯多晶硅，该方法采用大型还原炉(24对棒甚至36对棒)和尾气干法回收工艺，可以显著的降低原辅物料的消耗和能耗，但尾气干法回收工艺只是对三氯氢硅合成尾气、还原尾气和氢化尾气中的氯硅烷、氯化氢、氢气进行了回收，暂未对精馏含氯硅烷的废气、残液进行回收，其废气、残液均是排入废气残液淋洗工序进行无害化处理。
[0003]对于一个年产3000吨的多晶硅装置而言，仅氯硅烷精馏提纯工序，所产生的废弃氯硅烷量就每年高达3000?6000吨，且这些废弃氯硅烷的主要组分是三氯氢硅和四氯化硅，如不加以回收，则会增加后续系统的处理负荷和难度，造成大量氯硅烷的浪费，增加生产运行成本；如在保证多晶硅产品质量的前提下对这些废弃氯硅烷进行合理回收，则可以达到节能降耗和多晶硅节省生产成本的目的。
[0004]因而，目如急需能够对多晶娃生广中氣娃烧精懼提纯工序的废气和废液进行处理，从中有效回收氯硅烷的方法。

【发明内容】

[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够对改良西门子法多晶硅生产中氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理，从而高效回收其中的氯硅烷的方法。
[0006]根据本发明的一个方面，本发明提出了一种对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法。根据本发明的实施例，该方法包括:在所述氯硅烷精馏提纯工序的精馏塔系统中，将塔顶低沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废气于塔顶排出，并将塔釜高沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废液于塔底排出；收集未排出高杂质废气的精馏塔内的含氯硅烷废气，并输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备，以便对所述含氯硅烷废气进行冷凝处理，获得不凝性气体和冷凝液；将未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液收集至氯硅烷回收罐；将所述冷凝液输送至所述氯硅烷回收罐；以及将所述氯硅烷回收罐中的混合液体泵送至吸附床，以便对所述混合液体进行除杂处理，获得氯硅烷液体，其中，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备包括:冷凝器，所述冷凝器的上部具有冷媒入口且下部具有冷媒出口，顶部具有不凝性气体出口 ；储存罐，所述储存罐设在所述冷凝器下方且与所述冷凝器连通，所述储存罐的中部具有用于通入所述含氯硅烷废气的热媒入口，底部具有冷凝液出口，所述储存罐的下部具有氮气接口，所述氮气接口位于所述冷凝液出口上方；以及填料式塔板，所述填料式塔板设在所述储存罐内且位于所述热媒入口的上方。
[0007]发明人惊奇地发现，该方法能够在保障电子级多晶硅生产系统稳定运行的同时，最大限度的回收与利用氯硅烷精馏系统废气废液中的氯硅烷，从而能够节能降耗、大幅度的降低多晶硅生产成本和后续系统对含氯硅烷废气、残液的处理负荷和难度。此外，根据本发明的实施例，本发明的方法工艺流程简单，在实际应用中可以将目前氯硅烷精馏系统中废气、残液中的氯硅烷回收率提升到95%以上，并且回收得到的氯硅烷品质非常高。
[0008]其中，需要说明的是，根据本发明实施例的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法中，所采用的填料式氯硅烷冷凝储存设备，通过设置填料式塔板，且将热媒入口设在填料式塔板的下方，新进的含氯硅烷废气经过填料式塔板上的氯硅烷冷凝液淋洗而降温，随后已降温的含氯硅烷废气经过冷凝器冷凝而成氯硅烷液体，同时夹杂在氯硅烷冷凝液中少量低沸物因填料式塔板上的传热传质作用而变成气态分离出去，起到一定的除杂作用，并提高冷媒冷量的利用率，致使同等量的含氯硅烷废气被冷凝回收下来所需的冷凝换热面积缩小，所需冷媒冷量降低，大大降低设备的制造和使用成本，最终降低了含氯硅烷废气中氯硅烷的回收成本，进而降低了本发明的整个方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。
[0009]另外，根据本发明上述实施例的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法，还可以具有如下附加的技术特征:
[0010]根据本发明的一个实施例，在所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中，所述填料式塔板的外径小于所述储存罐的内径，且所述填料式塔板通过螺钉固定在所述储存罐内。
[0011]根据本发明的一个实施例，在所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中，所述冷凝器的外径与所述储存罐的外径大致相等。由此，使得冷凝器与储存罐的一体化制造更加便利，且连接美观，另外还方便了冷凝器的检修和塔板填料的更换与清洗。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述冷凝器的顶部敞开，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括上部封头，所述上部封头设在所述冷凝器的顶部，其中所述不凝性气体出口形成在所述上部封头上。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述冷凝器与所述上部封头通过第一法兰连接；所述冷凝器与所述储存罐通过第二法兰连接。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括:氮气管，所述氮气管与所述氮气接口相连。由此，可以利用氮气加压的气力输送方式将储存罐内的氯硅烷冷凝液输送至对应管道、设备和系统中，从而减少了动力设备的投入成本和维护成本。另外，还可以便于检修置换以及压料操作。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备包括用于控制所述含氯硅烷废气的回收储存的控制系统，所述控制系统分别与所述冷凝器、所述储存罐相连，所述控制系统包括控制器。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述储存罐上具有上压力接口和下压力接口，在所述储存罐的轴向方向上所述上压力接口和下压力接口分别位于所述填料式塔板的上方和下方；所述控制系统还包括与所述控制器相连的上压力表和下压力表，所述上压力表与所述上压力接口相连，且所述下压力表与所述下压力接口相连。由此可以通过压力差的显示来反映填料式塔板的堵塞情况，方便对填料式塔板的及时更换或清洗。
[0017]优选地，所述控制系统还包括设在所述不凝性气体出口处的调节阀，所述调节阀分别与所述上压力表和所述控制器相连以由所述储存罐内的压力控制所述调节阀的开度。[0018]根据本发明的一个实施例，所述控制系统还包括与所述控制器相连的液位计，所述液位计连接在设在所述储存te上的上端接口和下端接口之间。
[0019]优选地，所述控制系统还包括切断阀，所述切断阀设在所述冷凝液出口处且分别与所述液位计和所述控制器相连。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述控制系统还包括:连接至所述储存罐的温度计；和冷媒流量阀，所述冷媒流量阀连接至所述冷媒入口处，所述冷媒流量阀分别与所述温度计和所述控制器相连以由所述储存罐内存储的氯硅烷冷凝液的温度控制所述冷媒流量阀的开度。
[0021]根据本发明的一个实施例，所述控制器为PLC控制器。由此，本发明的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝储存设备，通过PLC可编程逻辑控制器，使切断阀的开关由储存罐内液位的高低来决定，从而控制了冷凝液的排放。调节阀的开度大小由储存罐内的压力来决定，从而控制了不凝性气体的排放。冷媒流量阀的开度大小则由储存罐内的氯硅烷冷凝液的温度来决定，由此通过多个单回路控制点构成DCS系统，实现了较完全的自控操作。
[0022]根据本发明的一个实施例，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中采用200?500kg/h、-25°C的冷油作为冷媒。
[0023]根据本发明的一个实施例，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备内的压力为0.15?0.20MPa,由此，能够将含氯硅烷废气中的TCS、STC冷凝下来，且含氯硅烷废气中绝大部分轻沸物会作为不凝性气体排出，起到一定的除杂作用。
[0024]根据本发明的一个实施例，进一步包括:将经过除杂的氯硅烷返回至所述氯硅烷精馏提纯工序，以便进行进一步提纯处理。由此，本发明获得的经过除杂的氯硅烷能够被充分有效地循环利用，从而有效降低整个多晶硅生产系统的能耗和成本。
[0025]根据本发明的一个实施例，进一步包括:将所述不凝性气体以及排出的高杂质废气和高杂质废液，分别进行无害化处理。由此，科学环保，能够使整个多晶硅生产系统达到清洁生产的目的。
[0026]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0028]图1显示了根据本发明一个实施例，本发明的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法的流程示意图；
[0029]图2显示了根据本发明另一个实施例，本发明的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法的流程示意图；
[0030]图3显示了根据本发明的一个实施例，本发明的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝储存设备的结构示意图。
[0031]附图标记:
[0032]冷凝器I ;冷媒入口 11 ;冷媒出口 12 ;第一法兰13 ;第二法兰14 ；
[0033]储存罐2 ;热媒入口 21 ;冷凝液出口 22 ;氮气接口 23 ；[0034]上压力接口 241 ;下压力接口 242 ;
[0035]上端接口 251 ;下端接口 252 ;温度接口 26 ；
[0036]填料式塔板3 ；
[0037]上部封头4 ;凝性气体出口 41 ；
[0038]上压力表51 ;下压力表52 ;调节阀53 ;液位计54 ;切断阀55 ;温度计56 ；
[0039]冷媒流量阀57 ;流量计58 ；
[0040]人孔6 ;安全附件接口 7
【具体实施方式】
[0041]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0042]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”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发明和简化描述，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发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0043]在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
[0044]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]根据本发明的一个方面，本发明提出了一种对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括:
[0046]SlOO:将塔顶低沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废气于塔顶排出，并将塔釜高沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废液于塔底排出
[0047]首先，在所述氯硅烷精馏提纯工序的精馏塔系统中，将塔顶低沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废气于塔顶排出，并将塔釜高沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废液于塔底排出。
[0048]具体地，根据本发明的一个实施例，在多晶硅生产氯硅烷精馏提纯工序的整个精馏塔系统中，选取一个低沸物直接排放口，即在所有精馏塔中，选取一套塔顶低沸物杂质含量相对较高的塔作为除轻塔，将其高杂质废气排出，并至后续系统进行无害化处理；选取一个高沸物直接排放口，即在所有精馏塔中，选取一套塔釜高沸物杂质含量相对较高的塔作为除重塔，将其高杂质废液排出，并至后续系统进行无害化处理。
[0049]S200:收集未排出高杂质废气的精馏塔内的含氯硅烷废气，并输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备，以便对含氯硅烷废气进行冷凝处理，获得不凝性气体和冷凝液
[0050]其次，收集未排出高杂质废气的精馏塔内的含氯硅烷废气，并输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备，以便对该含氯硅烷废气进行冷凝处理，获得不凝性气体和冷凝液。
[0051]具体地，根据本发明一个实施例，即将除了上述一套除轻塔外的其余塔内的含氯硅烷废气输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备，以便对含氯硅烷废气进行冷凝处理，获得不凝性气体和冷凝液。
[0052]其中，根据本发明实施例的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝储存设备，通过设置填料式塔板，且将热媒入口设在填料式塔板的下方，新进的含氯硅烷废气经过填料式塔板上的氯硅烷冷凝液淋洗而降温，随后已降温的含氯硅烷废气经过冷凝器冷凝而成氯硅烷液体，同时夹杂在氯硅烷冷凝液中少量低沸物因填料式塔板上的传热传质作用而变成气态分离出去，起到一定的除杂作用，并提高冷媒冷量的利用率，致使同等量的含氯硅烷废气被冷凝回收下来所需的冷凝换热面积缩小，所需冷媒冷量降低，大大降低设备的制造和使用成本，最终降低了含氯硅烷废气中氯硅烷的回收成本，进而降低了本发明的整个方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。
[0053]为了方便理解，下面将结合图3对本发明的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法中所采用的填料式氯硅烷冷凝储存设备进行详细描述。
[0054]根据本发明实施例的填料式氯硅烷冷凝储存设备，包括:冷凝器1、储存罐2和填料式塔板3。如图3所示，冷凝器I的上部具有冷媒入口 11且下部具有冷媒出口 12，顶部具有不凝性气体出口 41。储存罐2设在冷凝器I下方且与冷凝器I连通，储存罐2的中部具有用于通入含氯硅烷废气的热媒入口 21，底部具有冷凝液出口 22，储存罐2的下部具有氮气接口 23，氮气接口 23位于冷凝液出口 22上方。填料式塔板3设在储存罐2内且位于热媒入口 21的上方。
[0055]由此，如图3所示，多晶硅生产系统氯硅烷精馏提纯工序中产生的含氯硅烷废气从热媒入口 21进入储存罐2，且低温冷媒通过冷媒入口 11进入冷凝器。开始工作时，含氯硅烷废气进入储存罐2后向上通过填料式塔板3进入冷凝器I，含氯硅烷废气和低温冷媒在冷凝器I内进行热交换，含氯硅烷废气中的氯硅烷被冷凝后在其自身的重力作用下到达填料式塔板3处并向下喷淋。随后由热媒入口 21进入储存罐2的含氯硅烷废气向上经过填料式塔板3时，与经过填料式塔板3向下移动的冷凝后的氯硅烷液体在填料式塔板3内发生传热传质作用，从而起到了对新进含氯硅烷废气进行预冷的作用。同时夹杂在冷凝后的氯硅烷液体中的少量低沸物在热交换后变成气态向上移动，最后从不凝性气体出口 41排出，从而起到了除杂作用。在填料式塔板3内热交换后的含氯硅烷废气继续向上进入冷凝器I内被最终冷凝成液态，而未被冷凝的不凝性气体也通过不凝性气体出口 41排出。其中，不凝性气体中包括二氯二氢硅、氯化氢、磷化氢、三氯化硼。
[0056]换句话说，在冷凝器I中冷凝后的氯硅烷液体在其重力作用下经过填料式塔板3，一方面与新进的含氯硅烷废气在填料式塔板3上发生传热传质，且起到淋洗的作用，另一方面受自身重力的影响进入氯硅烷储存罐2中储存。
[0057]由此，根据本发明实施例的填料式氯硅烷冷凝储存设备，通过设置填料式塔板3，且将热媒入口设在填料式塔板3的下方，新进的含氯硅烷废气经过填料式塔板3上的氯硅烷冷凝液淋洗而降温，随后已降温的含氯硅烷废气经过冷凝器冷凝而成氯硅烷液冷凝液，同时夹杂在氯硅烷冷凝液中少量低沸物因填料式塔板3上的传热传质而变成气态分离出去，起到一定的除杂作用，提高冷媒冷量的利用率，致使同等量的含氯硅烷尾气被冷凝回收下来所需的冷凝换热面积缩小，所需冷媒冷量降低，大大降低了设备的制造和使用成本，最终降低了含氯硅烷废气中氯硅烷的回收成本，进而降低了根据本发明实施例的整个方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。
[0058]根据本发明的一些优选实施例,填料式塔板3的外径略小于储存罐2的内径，且填料式塔板3通过螺钉固定在储存罐2内。进一步地，冷凝器I的外径与储存罐2的外径大致相等。由此，使得冷凝器I与储存罐2的一体化制造更加便利，且连接美观，另外还方便了冷凝器I的检修和塔板填料2的更换与清洗。如图3所示，可选地，在储存罐2上设有人孔6，由此便于对储存罐2的检修。
[0059]可选地，冷凝器I的顶部敞开，填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括上部封头4，上部封头4设在冷凝器I的顶部，其中不凝性气体出口 41形成在上部封头4上。优选地，冷凝器I与上部封头4通过两个第一法兰13连接；冷凝器I与储存罐2通过两个第二法兰14连接，其中两个第一法兰13之间通过螺栓固定，且两个第二法兰14之间也通过螺栓固定，图未示出。进一步地，为了保护储存罐2和冷凝器1，提高整个设备的使用安全性能，在上部风头4上开设有安全附件接口 7，如图3所示，由此可便于对应安全附件爆破片、压力检测装置、安全阀以及安全泄放管线等的安装。
[0060]在一些实施例中，填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括:氮气管(图未示出)，氮气管与氮气接口 23相连。由此，可以利用氮气加压的气力输送方式将储存罐2内的氯硅烷冷凝液输送至对应管道、设备和系统中，从而减少了动力设备的投入成本和维护成本。另外，还可以便于检修置换以及压料操作。
[0061 ] 为了实现整个设备的自动化控制，根据本发明实施例的填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括用于控制含氯硅烷废气的回收储存的控制系统，控制系统分别与冷凝器1、储存罐2相连，控制系统包括控制器。可选地，控制器为PLC控制器。由此，提高了氯硅烷回收的自控水平。
[0062]考虑到含氯硅烷的尾气中含有一定量的杂质从而使得填料式塔板3较易堵塞，且填料塔板的顺畅是保证其传热传质效果好坏的决定性因素，为了提高设备的利用率，因此，在根据本发明的一个实施例中，如图3所示，储存罐2上具有上压力接口 241和下压力接口242，在储存罐2的轴向方向上上压力接口 241和下压力接口 242分别位于填料式塔板3的上方和下方。控制系统还包括与控制器相连的上压力表51和下压力表52,上压力表51与上压力接口 241相连，且下压力表52与下压力接口 242相连。也即是说，上压力表51和下压力表52分别设在填料式塔板3的上方和下方，由此可以通过压力差的显示来反映填料式塔板3的堵塞情况，方便对填料式塔板3的及时更换或清洗，具体而言，如果压力差增大则说明填料式塔板3已被堵塞，需要对填料式塔板3进行更换或清洗；如果压差很小或未见增大趋势则说明填料式塔板3未堵塞，暂不用对其进行处理。
[0063]优选地，如图3所示，控制系统还包括设在不凝性气体出口 41处的调节阀53，调节阀53分别与上压力表51和控制器相连以由储存罐2内的压力控制调节阀53的开度。由此，通过上压力表51的显示值与不凝性气体出口 41处的调节阀53构成单回路控制，即通过压力的高低来控制调节阀53的开度，进而控制冷凝器I和储存罐2中不凝性气体的排放。
[0064]根据本发明的进一步的实施例，控制系统还包括与控制器相连的液位计54，液位计54设在储存罐2上的上端接口 251和下端接口 252之间。优选地，控制系统还包括切断阀55，切断阀55设在冷凝液出口 22处且分别与液位计54和控制器相连，如图3所示。液位计54的显示值与切断阀55构成单回路控制，即通过储存罐2内液位的高低控制着切断阀55的开关状态。
[0065]在另一些实施例中，控制系统还可以包括连接至储存罐2的温度计56和冷媒流量阀57。具体而言，如图3所示，温度计56连接在储存罐2的温度接口 26处，冷媒流量阀57连接至冷媒入口 11处，冷媒流量阀57分别与温度计56和控制器相连以由储存罐2内存储的氯硅烷冷凝液的温度控制冷媒流量阀57的开度。换言之，温度计56和冷媒流量阀57构成单回路控制，即利用储存罐2内的氯硅烷冷凝液的温度来调节冷媒流量阀57的开度，从而控制冷媒的流量。
[0066]根据本发明实施例的填料式氯硅烷冷凝储存设备，通过PLC可编程逻辑控制器，使切断阀55的开关由储存罐2内液位的高低来决定，从而控制了冷凝液的排放。调节阀53的开度大小由储存罐2内的压力来决定，从而控制了不凝性气体的排放。冷媒流量阀57的开度大小则由储存罐2内的氯硅烷冷凝液的温度来决定，由此通过多个单回路控制点构成DCS系统，实现了较完全的自控操作。
[0067]下面将参考图3详细描述根据本发明实施例的填料式氯硅烷冷凝储存设备对多晶硅生产系统氯硅烷精馏提纯工序中产生的该含氯硅烷废气进行冷凝处理，从而回收和储存氯硅烷冷凝液的过程。
[0068]如图3所不,多晶娃生广系统氣娃烧精懼提纯工序中广生的含氣娃烧废气从热媒入口 21进入储存罐2，且低温冷媒通过冷媒入口 11进入冷凝器。开始工作时，尾气进入储存罐2后向上通过填料式塔板3进入冷凝器I，含氯硅烷废气和低温冷媒在冷凝器I内进行热交换，含氯硅烷废气中的氯硅烷被冷凝后在其自身的重力作用下到达填料式塔板3处并向下喷淋。随后由热媒入口 21进入储存罐2的尾气向上经过填料式塔板3时，与经过填料式塔板3向下移动的冷凝后的氯硅烷液体在填料式塔板3内发生传热传质作用，从而起到了对新进含氯硅烷废气进行预冷的作用。同时夹杂在氯硅烷冷凝液中的少量低沸物在热交换后变成气态向上移动，最后从不凝性气体出口 41排出，从而起到了除杂作用。在填料式塔板3内热交换后的含氯硅烷废气继续向上进入冷凝器I内被最终冷凝成液态，然后因为其重力作用向下到储存罐2中保存，而未被冷凝的不凝性气体也通过不凝性气体出口 41排出。
[0069]当连接至储存罐2上的液位计54达到高点液位而发出结点信号时，切断阀55将自动打开，并采取氮气加压的气力输送方式将储存罐2中的氯硅烷冷凝液输送至氯硅烷回收罐。而当液位计54达到低点液位而给出信号时，切断阀55关闭。
[0070]另外，上压力表51的压力变化将给控制器以相应的信号，此时调节阀53的开度将随压力的变化而改变，即调节阀53的开度随压力的增大而增大，随压力的减小而减小。此夕卜，温度计56的变化也将控制冷媒流量阀57的开度，即冷媒流量阀的开度随着温度的升高而增大，且随温度的降低而减小，且冷媒将在上压力表51和下压力表52的压力差(即冷媒入口 11和冷媒出口 12之间的压力差)的作用下由冷媒出口 12流出冷凝器而回到冷媒储存系统(图未示出)，其中由流量计58来指示冷媒流量。
[0071]由此，根据本发明实施例的填料式氯硅烷冷凝储存设备，除杂作用好，且提高了冷媒冷量的利用率，大大降低设备的制造成本，最终降低了含氯硅烷废气中氯硅烷的回收成本，进而降低了根据本发明实施例的整个方法的能耗和成本，提高了氯硅烷回收率。同时，因其填料式塔板3的传热传质作用，还起到一定的精馏塔提纯作用，即可以除去少量的低沸物。另外，控制系统包括设在储存罐和冷凝器上的相应仪表和管线，利用单回路控制组成的DCS系统进行操作，提高了氯硅烷回收的自控水平。
[0072]根据本发明的一个实施例，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中采用200?500kg/h、_25°C的冷油作为冷媒。
[0073]根据本发明的另一些实施例，将填料式氯硅烷冷凝储存设备内的压力设置为0.15?0.20MPa,由此，能够将含氯硅烷废气中的TCS、STC冷凝下来，且含氯硅烷废气中绝大部分轻沸物会作为不凝性气体排出，起到一定的除杂作用。
[0074]S300:将未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液收集至氯硅烷回收罐
[0075]接着，将未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液收集至氯硅烷回收罐。
[0076]具体地，根据本发明一个实施例，即将除了上述一套除轻重外的其余塔内的含氯硅烷废液直接收集至上述的氯硅烷回收罐。
[0077]S400:将所述冷凝液输送至所述氯硅烷回收罐
[0078]接下来，将所述冷凝液输送至所述氯硅烷回收罐。根据本发明的实施例，如前所述，在填料式氯硅烷冷凝储存设备的控制系统上设置与控制器相连的液位计54和切断阀55 (如图3所示，液位计54设在储存罐2上的上端接口 251和下端接口 252之间，切断阀55设在冷凝液出口 22处且分别与液位计54和控制器相连)，并使液位计54的显示值与切断阀55构成单回路控制，从而通过储存罐2内液位的高低控制切断阀55的开关状态，由此，通过管道等将氯硅烷回收罐与填料式氯硅烷冷凝储存设备的冷凝液出口连通后，即可通过储存罐2内液位的高低控制切断阀55的开关状态，进而控制冷凝液向氯硅烷回收罐的输送。具体地，当连接至储存罐2上的液位计54达到高点液位而发出结点信号时，切断阀55将自动打开,并米取氮气加压的气力输送方式将储存罐2中的氯娃烧冷凝液输送至氯娃烷回收罐。而当液位计54达到低点液位而给出信号时，切断阀55关闭，冷凝液不输出。由此，能够有效控制冷凝液向氯硅烷回收罐输送。
[0079]当氯硅烷冷凝液输送至氯硅烷回收罐后，氯硅烷回收罐中同时包含了该来自填料式氯硅烷冷凝储存设备的氯硅烷冷凝液以及前述的直接来自未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液，两种液体混合，称为混合液体。
[0080]S500:将所述氯硅烷回收罐中的混合液体泵送至吸附床，以便对所述混合液体进行除杂处理，获得经过除杂的氯硅烷
[0081]然后，将上述的氯硅烷回收罐中的混合液体泵送至吸附床，以便对所述混合液体进行除杂处理，获得经过除杂的氯硅烷。
[0082]根据本发明的一个实施例，本发明的方法可以进一步包括:将经过除杂的氯硅烷返回至所述氯硅烷精馏提纯工序，以便进行进一步提纯处理。由此，本发明回收的氯硅烷能够被充分有效地循环利用，从而有效降低整个多晶硅生产系统的能耗和成本。
[0083]根据本发明的一个实施例，本发明的方法可以进一步包括:将所述不凝性气体以及排出的高杂质废气和高杂质废液，分别进行无害化处理。由此，科学环保，能够使整个多晶硅生产系统达到清洁生产的目的。
[0084]需要说明的是，发明人惊奇地发现，上述对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法能够在保障电子级多晶硅生产系统稳定运行的同时，最大限度的回收与利用氣娃烧精懼系统废气废液中的氣娃烧，从而能够节能降耗、大幅度的降低多晶娃生广成本和后续系统对含氯硅烷废气、残液的处理负荷和难度。此外，根据本发明的实施例，本发明的方法工艺流程简单，在实际应用中可以将目前氯硅烷精馏系统中废气、残液中的氯硅烷回收率提升到95%以上，并且回收得到的氯硅烷品质非常高。
[0085]下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0086]实施例1:
[0087]根据本发明的对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法，参照图1-图3，按照以下步骤，对某工厂的多晶硅生产系统氯硅烷精馏提纯工序的精馏塔系统废气和废液进行处理:
[0088]首先，在多晶硅生产氯硅烷精馏提纯工序的整个精馏塔系统中，选取一个低沸物直接排放口，即在所有精馏塔中，选取一套塔顶低沸物杂质含量相对较高的塔作为除轻塔，将其高杂质废气排出，并至后续系统进行无害化处理。
[0089]其次，选取一个高沸物直接排放口，即在所有精馏塔中，选取一套塔釜高沸物杂质含量相对较高的塔作为除重塔，将其高杂质废液排出，并至后续系统进行无害化处理。
[0090]接着，将除了上述一套除轻塔外的其余塔内的含氯硅烷废气输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备(其结构如图3所示)，以便对含氯硅烷废气进行冷凝处理，获得不凝性气体和冷凝液。其中，冷凝处理是利用200?500kg/h、-25°C的冷油作冷媒，于0.20MPa的压力条件下进行的。
[0091]其中，如图3所示，填料式氯硅烷冷凝储存设备中，该含氯硅烷废气从热媒入口 21进入储存罐2，且低温冷媒通过冷媒入口 11进入冷凝器。开始工作时，尾气进入储存罐2后向上通过填料式塔板3进入冷凝器1，含氯硅烷废气和低温冷媒在冷凝器I内进行热交换，含氯硅烷废气中的氯硅烷被冷凝后在其自身的重力作用下到达填料式塔板3处并向下喷淋。随后由热媒入口 21进入储存罐2的尾气向上经过填料式塔板3时，与经过填料式塔板3向下移动的冷凝后的氯硅烷液体在填料式塔板3内发生传热传质作用，从而起到了对新进含氯硅烷废气进行预冷的作用。同时夹杂在氯硅烷冷凝液中的少量低沸物在热交换后变成气态向上移动，最后从不凝性气体出口 41排出，从而起到了除杂作用。在填料式塔板3内热交换后的含氯硅烷废气继续向上进入冷凝器I内被最终冷凝成液态，然后因为其重力作用向下到储存罐2中保存，而未被冷凝的不凝性气体也通过不凝性气体出口 41排出。
[0092]当连接至储存罐2上的液位计54达到高点液位而发出结点信号时，切断阀55将自动打开，并采取氮气加压的气力输送方式将储存罐2中的氯硅烷冷凝液输送至氯硅烷回收罐。而当液位计54达到低点液位而给出信号时，切断阀55关闭。
[0093]另外，上压力表51的压力变化将给控制器以相应的信号，此时调节阀53的开度将随压力的变化而改变，即调节阀53的开度随压力的增大而增大，随压力的减小而减小。此夕卜，温度计56的变化也将控制冷媒流量阀57的开度，即冷媒流量阀的开度随着温度的升高而增大，且随温度的降低而减小，且冷媒将在上压力表51和下压力表52的压力差(即冷媒入口 11和冷媒出口 12之间的压力差)的作用下由冷媒出口 12流出冷凝器而回到冷媒储存系统(图未示出)，其中由流量计58来指示冷媒流量。
[0094]此外，控制系统包括设在储存罐和冷凝器上的相应仪表和管线，利用单回路控制组成的DCS系统进行操作，提高了氯硅烷回收的自控水平。
[0095]接下来，将未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液收集至氯硅烷回收罐。并且，如前所述，通过储存罐2内冷凝液液位的高低控制切断阀55的开关状态，进而控制填料式氯硅烷冷凝储存设备中冷凝液向氯硅烷回收罐的输送，从而将冷凝液输送至氯硅烷回收罐。当连接至储存罐2上的液位计54达到高点液位而发出结点信号时，切断阀55将自动打开，并采取氮气加压的气力输送方式将储存罐2中的氯硅烷冷凝液输送至氯硅烷回收罐。而当液位计54达到低点液位而给出信号时，切断阀55关闭，冷凝液不输出。
[0096]然后，将氯硅烷回收罐中的混合液体泵送至吸附床，以便对所述混合液体进行除杂处理，获得经过除杂的氯硅烷。
[0097]进一步，将经过除杂的氯硅烷返回至所述氯硅烷精馏提纯工序，以便进行进一步提纯处理。其中回收得到的氯硅烷直接进入精馏提纯工序的原料罐中，与原混合氯硅烷料一道进入多晶硅生产的氯硅烷精馏塔提纯系统，进而经过精馏提纯所得的高纯三氯氢硅或四氯化硅分别储存在对应的产品罐中，供还原工序和氢化工序使用。由此，使本发明回收的氯硅烷被充分有效地循环利用，从而有效降低整个多晶硅生产系统的能耗和成本。此外，将所述不凝性气体以及排出的高杂质废气和高杂质废液，分别进行无害化处理。由此，科学环保，使整个多晶硅生产系统达到清洁生产的目的。
[0098]经统计可知，通过上述的方法对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理后，氯硅烷回收率高达95%，且电子级多晶硅生产系统能够稳定运行。
[0099]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0100]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种对氯硅烷精馏提纯工序的废气和废液进行处理的方法，其特征在于，包括: 在所述氯硅烷精馏提纯工序的精馏塔系统中，将塔顶低沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废气于塔顶排出，并将塔釜高沸物杂质含量最高的一个精馏塔内的高杂质废液于塔底排出； 收集未排出高杂质废气的精馏塔内的含氯硅烷废气，并输送至填料式氯硅烷冷凝储存设备，以便对所述含氯硅烷废气进行冷凝处理，获得不凝性气体和冷凝液； 将未排出高杂质废液的精馏塔内的含氯硅烷废液收集至氯硅烷回收罐； 将所述冷凝液输送至所述氯硅烷回收罐；以及 将所述氯硅烷回收罐中的混合液体泵送至吸附床，以便对所述混合液体进行除杂处理，获得经过除杂的氯硅烷， 其中，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备包括: 冷凝器，所述冷凝器的上部具有冷媒入口且下部具有冷媒出口，顶部具有不凝性气体出口 ； 储存罐，所述储存罐设在所述冷凝器下方且与所述冷凝器连通，所述储存罐的中部具有用于通入所述含氯硅烷废气的热媒入口，底部具有冷凝液出口，所述储存罐的下部具有氮气接口，所述氮气接口位于所述冷凝液出口上方；以及 填料式塔板，所述填料式塔板设在所述储存罐内且位于所述热媒入口的上方。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中，所述填料式塔板的外径小于所述储存罐的内径，且所述填料式塔板通过螺钉固定在所述储存罐内， 任选地，在所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中，所述冷凝器的外径与所述储存罐的外径大致相等， 任选地，所述冷凝器的顶部敞开，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括上部封头，所述上部封头设在所述冷凝器的顶部，其中所述不凝性气体出口形成在所述上部封头上，任选地，所述冷凝器与所述上部封头通过第一法兰连接； 所述冷凝器与所述储存罐通过第二法兰连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括: 氮气管，所述氮气管与所述氮气接口相连。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备还包括用于控制所述含氯硅烷废气的回收储存的控制系统，所述控制系统分别与所述冷凝器、所述储存罐相连，所述控制系统包括控制器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述储存罐上具有上压力接口和下压力接口，在所述储存罐的轴向方向上所述上压力接口和下压力接口分别位于所述填料式塔板的上方和下方； 所述控制系统还包括与所述控制器相连的上压力表和下压力表，所述上压力表与所述上压力接口相连，且所述下压力表与所述下压力接口相连， 任选地，所述控制系统还包括设在所述不凝性气体出口处的调节阀，所述调节阀分别与所述上压力表和所述控制器相连以由所述储存罐内的压力控制所述调节阀的开度， 任选地，所述控制系统还包括与所述控制器相连的液位计，所述液位计设在所述储存罐上的上端接口和下端接口之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制系统还包括切断阀，所述切断阀设在所述冷凝液出口处且分别与所述液位计和所述控制器相连。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制系统还包括: 连接至所述储存罐的温度计；和 冷媒流量阀，所述冷媒流量阀连接至所述冷媒入口处，所述冷媒流量阀分别与所述温度计和所述控制器相连以由所述储存罐内存储的氯硅烷冷凝液的温度控制所述冷媒流量阀的开度， 任选地，所述控制器为PLC控制器。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备中采用200~500kg/h、_25°C的冷油作为冷媒， 任选地，所述填料式氯硅烷冷凝储存设备内的压力为0.15~0.20MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括: 将所述经过除杂的氯硅烷返回至所述氯硅烷精馏提纯工序，以便进行进一步提纯处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括: 将所述不凝性气体以及排出`的高杂质废气和高杂质废液，分别进行无害化处理。
【文档编号】C01B33/107GK103550948SQ201310542662
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】曾亚龙, 平述煌, 闫日春, 李仕勇, 陆大军, 王金, 赵生艳, 罗平, 李涌, 辜锋, 李俊朝, 张云华 申请人:昆明冶研新材料股份有限公司