一种利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法
【专利摘要】本发明涉及氯硅烷物系精馏【技术领域】，多晶硅生产过程中，产生的大量氯硅烷废气，传统的碱中和法处理工艺，物耗大，不环保，同时制约了生产的连续稳定运行。本发明将废气引入精馏系统将废气作为原料，得到多晶硅生产的三氯氢硅，在工艺过程中进行热量回收和部分物料外部循环，成功地处理了氯硅烷废气，本发明具有提高氯硅烷利用率，减少后期废气处理压力，设备投资和操作成本低等有益效果。
【专利说明】一种利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氯硅烷物系精馏【技术领域】，更具体地，本发明涉及一种利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法。
【背景技术】
[0002]目前我国多晶硅企业大部分采用改良西门子法生产多晶硅，中间化合物三氯氢硅SiHCl3 (TCS)，在化学气相沉积(CVD)反应器内沉积生成多晶硅，在一系列连续生产过程中，会产生大量含氯硅烷的废气其中含SiHCl3 (TCS)5SiH2Cl2 (DCS)5SiCl (STC);HC1等，至今没有很好的处理方法。传统工艺中使用碱中和法将其当作废物处理掉，既增加处理难度又增大物耗，同时各工艺装置氯硅烷废气的排放制约生产连续、稳定运行。
[0003]氯硅烷废气进入反歧化精馏系统内，废气中的SiHCl3 (TCS)，可通过精馏分离出来，回系统作为化学气相沉积(CVD)原料使用；反歧化精馏技术本身采用DCS和STC发生反歧化反应生成TCS，反歧化反应方程式为=SiH2Cl2+ SiCl4 —SiHCl3，废气中的(SiH2Cl2,SiCl4)可作为反歧化反应的原料使用，既可以处理掉氯硅烷废气中的SiH2Cl2, SiCl4,又可得到高价值的TCS。既降低了物耗，又提高了原料的利用率，同时减少了废气处理装置的废气处理压力，保证了各工艺系统的尾气正常排放。
[0004]CN103086380A提出一种反应精馏处理二氯二氢硅废料的方法及设备，能实现二氯二氢硅废料处理，但未对氯硅烷废气进行处理。本发明在上述专利的基础上，及具体实施例中，通过将氯硅烷废气引入反应精馏系统，将废气中的TCS分离提纯、回收利用；并将废气中的DCS和STC作为反应的原料使用，得到高价值的TCS。
【发明内容】
`[0005]本发明的目的是提供一种利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法，将废气中的TCS分离提纯、回收利用；并将废气中的DCS和STC作为反应的原料使用，得到高价值的TCS0降低了物耗，又提高了原料的利用率，同时减少了废气处理装置的废气处理压力，保证了各工艺系统的尾气正常排放。
[0006]本发明提出一种利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法。
[0007]技术方案如下:
(1)氯硅烷废气从反应精馏塔反应段下部进入反应精馏塔，二氯二氢硅从反应段底部进入反应精馏塔，四氯化硅从反应段顶部进入反应精馏塔，三股进料在反应段内发生反应反应生成三氯氢硅；
(2)反应后含三氯氢硅的气相混物料进入反应精馏塔精馏段，精馏后三氯化硅气相分离出来，含四氯化硅的液相混合物料进入精馏塔提馏段；
(3)在精馏作用下塔顶气相物料中含有纯度较高的三氯氢硅经过塔顶冷凝器冷凝后分为液相回流物料，回流至塔顶内，另一部分作为三氯氢硅在塔顶采出，不凝气在塔顶排出；
(4)塔底出来的液相物料含有纯度较高的四氯化硅，分为两部分，一部经过塔底再沸器加热后形成回塔蒸汽返回精馏塔，另一部分高温物料经过冷器冷却分为两部分，一部分物料高沸物残液排出，另一部分物料作为中温物料经过低温冷却器后成为低温物料，用于外部循环，返回反应精馏塔。
[0008]本发明中反应精馏塔顶压力50kPaG~IOOkPaG,塔顶温度40°C~65°C，回流比为4~10。氯硅烷废气的进料位置为反应段下部，废气温度为0°C~60°C，反应段下部进料处塔内温度50°C~75V。氯硅烷废气进料口下部为精馏段，氯硅烷废气进料口与四氯化硅进料口中间为反应段，四氯化硅进料口上部为提馏段，塔顶提馏段上部气相经冷却后，一部分作为精馏的回流液，一部分作为精馏塔产品三氯氢硅采出去下游处理，少部分塔顶不凝气氯化氢、氮气进入尾气管网淋洗处理。DCS —次转化率95%以上。
[0009]本发明具有以下优点:
(1)将多晶硅生产过程中产生的氯硅烷废气，通过反应精馏技术，将废气中的三氯氢硅分离提纯、回收利用；将废气中的二氯二氢硅与四氯化硅作为反应原料，转化为多晶硅生产原料三氯氢硅，处理消耗、提高了氯硅烷的利用率，提高多晶硅的产量；
(2)节约了氯硅烷废气碱液淋洗所需的大量碱性化合物，如NaOH和Ca(OH)2等；
(3)相比于碱液淋洗，使物料循环使用，减少废气处理的压力，减少三废排放，保护环境；(4)采用反应精馏技术，既降低设备投资，又降低操作成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的工艺示意图:
图中:1.氯硅烷废气，2.反 应段，3.反应精馏塔，4.二氯二氢硅，5.四氯化硅，6.精馏段，7.提馏段，8.塔顶气相物料，9.塔顶冷凝器，10.液相回流物料，11.塔顶采出物料，12.塔底液相物料，13.再沸器，14.蒸汽，15.高温物料，16.过冷器，17.高沸物残液，18.中温物料，19.低温冷却器，20.低温物料，21.塔顶不凝气。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细说明:
1、本发明提出一种利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法:氯硅烷废气I从反应段2下部进入反应精馏塔3，二氯二氢硅4从反应段2底部进入反应精馏塔3，四氯化硅5从反应段2顶部进入反应精馏塔3，三股进料在反应段2内发生反应反应生成三氯氢硅，含三氯氢硅的气相混合物料进入精馏段6，而含四氯化硅的液相混合物料进入提馏段7。在精馏的作用下，塔顶气相物料8中含有纯度较高的三氯氢硅，经过塔顶冷凝器9后分为液相回流物料10、塔顶采出物料11和塔顶不凝气21。塔底液相物料12含有纯度较高的四氯化硅，分为两部分，一部分经过塔底再沸器13加热后形成回塔蒸汽14返回精馏塔3，另一部分用于外部循环使用。高温物料15经过冷器16后分为两股物料，一股物料作为高沸物残液17排出，另一股物料作为中温物料18，经过低温冷却器19后成为低温物料20返回反应精馏塔21对反应段物料进行淋洗。
[0012]2、反应精馏塔顶压力50kPaG~IOOkPaG,塔顶温度45°C~65°C，回流比为4~10。氯硅烷废气I的进料位置为反应段下部，废气温度为(TC~60°C，反应段下部进料处塔内温度 60°C~75°C。[0013]实施例1:
反应精馏系统处理氯硅烷废气200Nm3/h。
[0014]二氯二氢硅:1600kg/h，40°C、600kPaG 四氯化硅:2700kg/h，40°C、600kPaG
氯硅烷废气:200Nm3/h，40°C、180kPaG
反应精馏塔操作压力50kPaG，全塔压降30 kPa，塔顶采出量4500kg/h，塔顶回流量45000 kg/h，塔径2200mm，催化剂0.3m3/m3填料，精馏段、反应段和提馏段填料高度分别为:7.2m, 12.45m, 7.2m。二氯二氢硅和氯硅烷废气的进料位置为反应段底部，四氯化硅和循环物料的进料位置为反应段顶部。
[0015]运行数据显示:塔顶温度为45°C，塔底温度为74°C，塔顶采出物料中三氯氢硅含量98.7%，四氯化硅含量1.3%，塔顶不凝气50Nm3/h。
[0016]实施例2:
反应精馏系统处理氯硅烷废气200Nm3/h。
[0017]二氯二氢硅:1600kg/h，40°C、600kPaG 四氯化硅:2700kg/h，40°C、600kPaG
氯硅烷废气:200Nm3/h，0°C、180kPaG
反应精馏塔操作压力50kPaG，全塔压降30 kPa，塔顶采出量4500kg/h，塔顶回流量45000 kg/h,塔径2200mm，催化剂0.3m3/m3填料，精馏段、反应段和提馏段填料高度分别为:7.2m, 12.45m, 7.2m。二氯二氢硅和氯硅烷废气的进料位置为反应段底部，四氯化硅和循环物料的进料位置为反应段顶部。
`[0018]运行数据显示:塔顶温度为55°C，塔底温度为75°C，塔顶采出物料中三氯氢硅含量98.2%，四氯化硅含量1.8%，塔顶不凝气50Nm3/h。
[0019]实施例3:
反应精馏系统处理氯硅烷废气200Nm3/h。
[0020]二氯二氢硅:1600kg/h，401OjOOkPaG 四氯化硅:2700kg/h，40°C、600kPaG
氯硅烷废气:200Nm3/h，60°C、180kPaG
反应精馏塔操作压力50kPaG，全塔压降30 kPa，塔顶采出量4500kg/h，塔顶回流量45000 kg/h,塔径2200mm，催化剂0.3m3/m3填料，精馏段、反应段和提馏段填料高度分别为:
7.2m, 12.45m, 7.2m。二氯二氢硅和氯硅烷废气的进料位置为反应段底部，四氯化硅和循环物料的进料位置为反应段顶部。
[0021]运行数据显示:塔顶温度为65°C，塔底温度为78°C，塔顶采出物料中三氯氢硅含量91.7%，四氯化硅含量2.3%，塔顶不凝气50Nm3/h。
【权利要求】
1.利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法，其特征为: 1)氯硅烷废气从反应精馏塔反应段下部进入反应精馏塔，二氯二氢硅从反应段底部进入反应精馏塔，四氯化硅从反应段顶部进入反应精馏塔，三股进料在反应段内发生反应生成二氯氢娃; 2)反应后含三氯氢硅的气相混物料进入反应精馏塔精馏段，精馏后三氯化硅气相分离出来，含四氯化硅的液相混合物料进入精馏塔提馏段； 3)在精馏作用下塔顶气相物料中含有纯度较高的三氯氢硅经过塔顶冷凝器冷凝后分为液相回流物料，回流至塔顶内，另一部分作为三氯氢硅在塔顶采出，不凝气在塔顶排出； 4)塔底出来的液相物料含有纯度较高的四氯化硅，分为两部分，一部经过塔底再沸器加热后形成回塔蒸汽返回精馏塔，另一部分高温物料经过冷器冷却分为两部分，一部分物料高沸物残液排出，另一部分物料作为中温物料经过低温冷却器后成为低温物料，用于外部循环，返回反应精馏塔。
2.根据权利要求1所述的利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法，其特征为在氯硅烷废气进入处的反应精馏塔反应段下部温度为50°C~75°C，氯硅烷废气温度为OV~60。。。
3.根据权利要求1所述的利用反应精馏技术处理氯硅烷废气的方法，其特征为反应精馏塔塔顶压力为50kPaG~IOOkPa`G,塔顶温度为40°C~65°C，回流比为4_10。
【文档编号】C01B33/107GK103553057SQ201310555226
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】张旭, 宋高杰, 张小军, 陈文岳, 杨振 申请人:新特能源股份有限公司