本发明属于精馏提纯技术领域，涉及一种提纯三氯氢硅的系统及其处理方法，尤其涉及一种利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的系统及其处理方法。
背景技术：
多晶硅是硅产品产业链中的一个非常重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。多晶硅按其纯度划分，可分为冶金级(亦即工业硅)、太阳能级和电子级。电子级多晶硅是单晶硅片的起始材料，是半导体材料中用量最大和用途最广泛的材料，电子级多晶硅的纯度要求杂质级别为ppt级，纯度越高其性能越好。多晶硅生产大多采用改良的西门子法，主要包括三氯氢硅合成、精馏提纯、还原、尾气回收和四氯化硅的氢化等环节，三氯氢硅(TCS)是改良西门子法的中间产物，其纯度直接影响到多晶硅产品的纯度，TCS的提纯是多晶硅生产的关键环节。
传统的精馏工艺中，精馏塔釜需要外界热源如蒸汽或导热油提供能量，塔顶蒸汽降温需要冷却水冷却，TCS提纯产品纯度要求高，回流比大，理论板数高，其能耗问题更为突出。热泵精馏技术通过对塔顶蒸汽加压升温与塔釜物料换热，充分利用蒸汽潜热；耦合精馏提纯技术通过高压塔塔顶蒸汽的潜热对低压塔塔釜物料进行换热，节约外界热源的同时也减少了冷却介质的消耗。
CN 102153092B公开了一种热泵精馏与多效集成的三氯氢硅的提纯装置及工艺，采用的热泵与双效或三效精馏集成装置提纯三氯氢硅，具有节能效果。虽然所述方法可以有效的达到节能效果，但是该方法所得产品三氯化硅的纯度并未达到电子级别，也未能有效的解决原料的预热问题。
因此，如何对现有技术进行优化以制得电子级三氯氢硅，并对整体工艺内的热量进行耦合利用是需要解决的问题。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的系统及其处理方法。本发明采用四效耦合的精馏工艺，通过对工艺条件进行优化，以获得产品为电子级的三氯氢硅，其杂质硼磷的含量均低于1ppb(wt)；并且整个工艺过程考虑了原料的预热，对整体工艺内的热量耦合。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的系统，所述第一脱轻塔、第一脱重塔、第二脱轻塔、第二脱重塔、进料预热器、第一脱轻塔再沸器、第一脱重塔再沸器、第二脱轻塔再沸器、第二脱重塔再沸器和热泵压缩机；其中，第一脱轻塔的塔顶蒸汽出口依次经热泵压缩机和第二脱重塔再沸器与轻杂储罐相连，第一脱轻塔的塔底物料出口与第一脱重塔的进料口相连；第一脱重塔的塔顶蒸汽出口经第一脱轻塔再沸器与第二脱轻塔的进料口相连；第二脱轻塔的塔顶蒸汽出口经第一脱重塔再沸器与第一脱轻塔的进料口相连，第二脱轻塔的塔底物料出口与第二脱重塔的进料口相连；第二脱重塔的塔顶蒸汽出口依次经第二脱轻塔再沸器和进料预热器与产品储罐相连，第二脱重塔的塔底物料出口与第一脱重塔的进料口相连。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述第一脱轻塔的塔底物料出口经第一脱轻塔再沸器与第一脱轻塔塔底再沸气入口相连。即，第一脱轻塔塔底采出物料一部分作为再沸气返回第一脱轻塔，一部分作为第一脱重塔的进料。
优选地，所述第一脱重塔的塔底物料出口经第一脱重塔再沸器与第一脱重塔塔底再沸气入口相连；所述第一脱重塔的塔底物料出口与重杂储罐相连。即，第一脱重塔的塔底采出物料一部分作为再沸气返回第一脱重塔，一部分作为重杂采出。
优选地，所述第二脱轻塔的塔底物料出口经第二脱轻塔再沸器与第二脱轻塔塔底再沸气入口相连。即，第二脱轻塔塔底采出物料一部分作为再沸气返回第二脱轻塔，一部分作为第二脱重塔的进料。
优选地，第二脱重塔的塔底物料出口经第二脱重塔再沸器与第二脱重塔塔底再沸气入口相连。即，第二脱重塔塔底采出物料一部分作为再沸气返回第二脱重塔，一部分作为第一脱重塔的进料。
本发明所述系统将第一脱重塔的塔顶蒸汽用于加热第一脱轻塔的塔釜物料，第二脱轻塔的塔顶蒸汽用于加热第一脱重塔的塔釜物料，第二脱重塔的塔顶蒸汽用于加热第二脱轻塔塔釜物料并预热第一脱轻塔的进料；同时，将第一脱轻塔塔顶蒸汽通过热泵压缩机升压升温后用于加热第二脱重塔塔釜物料，整个工艺流程充分利用了精馏系统内部的热量，节约了蒸汽和冷却水的消耗，同时也降低了装置成本。
第二方面，本发明提供了一种利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的方法，所述方法为：
待处理原料经第一脱轻塔进行第一次脱轻处理，得到的塔顶轻组分依次经热泵压缩机加热升温，并在第二脱重塔再沸器与第二脱重塔塔底物料换热后作为轻杂采出，得到的重组分一部分作为再沸气返回，一部分进入第一脱重塔进行第一次脱重处理；
第一次脱重处理得到的塔顶轻组分作为第一脱轻塔再沸器的热源换热后进入第二脱轻塔进行第二次脱轻处理，第一次脱重处理得到的塔底重组分一部分作为再沸气返回，一部分作为重杂采出。
第二脱轻塔中的物料经第二次脱轻处理采出的塔顶轻组分经第二脱轻塔再沸器降温后作为原料返回第一脱轻塔，第二次脱轻处理采出的塔釜重组分一部分作为再沸气返回，一部分进入第二脱重塔进行第二次脱重处理。
第二脱重塔中的物料经第二次脱重处理采出的塔顶轻组组分经第二脱轻塔再沸器降温后作为热源为进料预热器供热后作为三氯氢硅产品采出，第二脱重塔中的塔底物料一部分作为再沸气返回，一部分返回第一脱轻塔作为进料参与反应。
作为本发明优选的技术方案，所述第一脱轻塔的塔顶温度为40～50℃，例如40℃、42℃、44℃、46℃、48℃或50℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为43～45℃。
优选地，所述第一脱轻塔的塔釜温度为55～65℃，例如55℃、57℃、60℃、63℃或65℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为57～60℃。
作为本发明优选的技术方案，所述第一脱轻塔的塔顶压力为200～400kPa，例如200kPa、230kPa、250kPa、270kPa、300kPa、330kPa、350kPa、370kPa或400kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为250～300kPa。
优选地，所述第一脱轻塔全塔的压力降小于30kPa，例如27kPa、25kPa、23kPa、20kPa、17kPa或15kPa等以及更小的压力值，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一脱轻塔的塔顶轻组分一部分返回塔顶回流，其回流进料比为1.0～5.0，例如1.0、2.0、3.0、4.0或5.0等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为3.0～4.0。
作为本发明优选的技术方案，所述第一脱重塔的塔顶温度为60～70℃，例如60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为63～65℃。
优选地，所述第一脱重塔的塔釜温度为70～80℃，例如70℃、72℃、74℃、76℃、78℃或80等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为73～75℃。
作为本发明优选的技术方案，所述第一脱重塔的塔顶压力为300～500kPa，例如300kPa、330kPa、350kPa、370kPa、400kPa、430kPa、450kPa、470kPa或500kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为350～400kPa。
优选地，所述第一脱重塔全塔的压力降小于30kPa，例如27kPa、25kPa、23kPa、20kPa、17kPa或15kPa等以及更小的压力值，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一脱重塔的塔顶轻组分一部分返回塔顶回流，其回流进料比为1.0～5.0，例如1.0、2.0、3.0、4.0或5.0等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为3.0～4.0。
作为本发明优选的技术方案，所述第二脱轻塔的塔顶温度为75～85℃，例如75℃、77℃、80℃、83℃或85℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为77～80℃。
优选地，所述第二脱轻塔的塔釜温度为85～100℃，例如85℃、87℃、90℃、93℃、95℃、97℃或100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为90～95℃。
优选地，所述第二脱轻塔的塔顶压力为400～600kPa，例如400kPa、430kPa、450kPa、470kPa、500kPa、530kPa、550kPa、570kPa或600kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为450～500kPa。
优选地，所述第二脱轻塔全塔的压力降小于50kPa，例如49kPa、45kPa、40kPa、35kPa、30kPa、25kPa或20kPa等以及更小压力值，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二脱轻塔的塔顶轻组分一部分返回塔顶回流，其回流进料比为5.0～10.0，例如5.0、6.0、7.0、8.0、9.0或10.0等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为7.0～8.0。
作为本发明优选的技术方案，所述第二脱重塔的塔顶温度为90～110℃，例如90℃、93℃、95℃、97℃、100℃、103℃、105℃、107℃或110℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为95～100℃。
优选地，所述第二脱重塔的塔釜温度为100～120℃，103℃、105℃、107℃、110℃、113℃、115℃、117℃或120℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为105～110℃。
优选地，所述第二脱重塔的塔顶压力为700～900kPa，例如700kPa、750kPa、800kPa、850kPa、900kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为750～800kPa。
优选地，所述第二脱重塔的全塔压力降小于50kPa，例如49kPa、45kPa、40kPa、35kPa、30kPa、25kPa或20kPa等以及更小压力值，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二脱重塔的塔顶轻组分一部分返回塔顶回流，其回流进料比为5.0～10.0，例如5.0、6.0、7.0、8.0、9.0或10.0等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为7.0～8.0。
作为本发明优选的技术方案，所述三氯氢硅产品为电子级三氯氢硅，其产品纯度为9N以上，硼磷杂质含量低于1ppb(wt)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述系统将第一脱轻塔、第一脱重塔、第二脱轻塔和第二脱重塔的塔顶蒸汽中的热量进行充分的回收利用，整个工艺流程充分利用了精馏系统内部的热量，节约了蒸汽和冷却水的消耗，同时也降低了装置成本；
(2)本发明采用四效耦合的精馏工艺，通过对工艺条件进行优化(如精馏塔温度、压力以及塔压降)，以获得产品为电子级的三氯氢硅，其杂质硼磷的含量均低于1ppb(wt)；并且整个工艺过程考虑了原料的预热，对整体工艺内的热量耦合；
(3)本发明所述系统中的四个精馏塔采用高效规整填料，全塔压降小，塔顶塔底温差小，有利于实现四效耦合提纯三氯氢硅产品。
附图说明
图1是本发明所述利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的系统的结构示意图；
其中，1-第一脱轻塔，2-第一脱重塔，3-第二脱轻塔，4-第二脱重塔，5-进料预热器，6-第一脱轻塔再沸器，7-第一脱重塔再沸器，8-第二脱轻塔再沸器，9-第二脱重塔再沸器，10-热泵压缩机。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
如图1所示，本发明具体实施例部分提供了一种利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的系统，其特征在于，所述第一脱轻塔1、第一脱重塔2、第二脱轻塔3、第二脱重塔4、进料预热器5、第一脱轻塔再沸器6、第一脱重塔再沸器7、第二脱轻塔再沸器8、第二脱重塔再沸器9和热泵压缩机10；其中，第一脱轻塔1的塔顶蒸汽出口依次经热泵压缩机10和第二脱重塔再沸器9与轻杂储罐相连，第一脱轻塔1的塔底物料出口与第一脱重塔2的进料口相连；第一脱重塔2的塔顶蒸汽出口经第一脱轻塔再沸器6与第二脱轻塔3的进料口相连；第二脱轻塔3的塔顶蒸汽出口经第一脱重塔再沸器7与第一脱轻塔1的进料口相连，第二脱轻塔3的塔底物料出口与第二脱重塔4的进料口相连；第二脱重塔4的塔顶蒸汽出口依次经第二脱轻塔再沸器8和进料预热器5与产品储罐相连，第二脱重塔4的塔底物料出口与第一脱重塔2的进料口相连。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种利用四效耦合精馏提纯三氯氢硅的系统，其特征在于，所述第一脱轻塔1、第一脱重塔2、第二脱轻塔3、第二脱重塔4、进料预热器5、第一脱轻塔再沸器6、第一脱重塔再沸器7、第二脱轻塔再沸器8、第二脱重塔再沸器9和热泵压缩机10；其中，第一脱轻塔1的塔顶蒸汽出口依次经热泵压缩机10和第二脱重塔再沸器9与轻杂储罐相连，第一脱轻塔1的塔底物料出口与第一脱重塔2的进料口相连；第一脱重塔2的塔顶蒸汽出口经第一脱轻塔再沸器6与第二脱轻塔3的进料口相连；第二脱轻塔3的塔顶蒸汽出口经第一脱重塔再沸器7与第一脱轻塔1的进料口相连，第二脱轻塔3的塔底物料出口与第二脱重塔4的进料口相连；第二脱重塔4的塔顶蒸汽出口依次经第二脱轻塔再沸器8和进料预热器5与产品储罐相连，第二脱重塔4的塔底物料出口与第一脱重塔2的进料口相连。
其中，所述第一脱轻塔1的塔底物料出口经第一脱轻塔再沸器6与第一脱轻塔1塔底再沸气入口相连；所述第一脱重塔2的塔底物料出口经第一脱重塔再沸器7与第一脱重塔2塔底再沸气入口相连；所述第一脱重塔2的塔底物料出口与重杂储罐相连；所述第二脱轻塔3的塔底物料出口经第二脱轻塔再沸器8与第二脱轻塔3塔底再沸气入口相连；第二脱重塔4的塔底物料出口经第二脱重塔再沸器9与第二脱重塔4塔底再沸气入口相连。
实施例2：
本实施例提供了实施例1中所述系统的处理方法，所述方法如下：
待处理原料经第一脱轻塔1进行第一次脱轻处理，得到的塔顶轻组分依次经热泵压缩机10加热升温，并在第二脱重塔再沸器9与第二脱重塔4塔底物料换热后作为轻杂采出，得到的重组分一部分作为再沸气返回，一部分进入第一脱重塔2进行第一次脱重处理；
其中，所述第一脱轻塔1的塔顶温度为43～45℃，塔釜温度为57～60℃，塔顶压力为250～270kPa，第一脱轻塔1全塔的压力降小于30kPa，其回流进料比为3.0～4.0。
第一次脱重处理得到的塔顶轻组分作为第一脱轻塔再沸器6的热源换热后进入第二脱轻塔3进行第二次脱轻处理，第一次脱重处理得到的塔底重组分一部分作为再沸气返回，一部分作为重杂采出；
其中，所述第一脱重塔2的塔顶温度为63～65℃，塔釜温度为73～75℃，塔顶压力为350～370kPa，全塔的压力降小于30kPa，回流进料比为3.0～4.0。
第二脱轻塔3中的物料经第二次脱轻处理采出的塔顶轻组分经第二脱轻塔再沸器8降温后作为原料返回第一脱轻塔1，第二次脱轻处理采出的塔釜重组分一部分作为再沸气返回，一部分进入第二脱重塔4进行第二次脱重处理；
其中，所述第二脱轻塔3的塔顶温度77～80℃，塔釜温度为90～95℃，塔顶压力为450～470kPa，全塔的压力降小于50kPa，回流进料比为7.0～8.0。
第二脱重塔4中的物料经第二次脱重处理采出的塔顶轻组组分经第二脱轻塔再沸器8降温后作为热源为进料预热器5供热后作为三氯氢硅产品采出，第二脱重塔4中的塔底物料一部分作为再沸气返回，一部分返回第一脱轻塔1作为进料参与反应；
其中，第二脱重塔4的塔顶温度为95～100℃，塔釜温度为105～110℃，塔釜温度为750～770kPa，全塔压力降小于50kPa，回流进料比为7.0～8.0。
本实施例制得的三氯氢硅产品为电子级三氯氢硅，其产品纯度为9N以上，硼磷杂质含量低于1ppb(wt)。
实施例3：
本实施例提供了实施例1中所述系统的处理方法，所述方法除了所述第一脱轻塔1的塔顶温度为40～43℃，塔釜温度为55～57℃，塔顶压力为200～230kPa，第一脱轻塔1全塔的压力降小于20kPa，其回流进料比为1.0～2.0；所述第一脱重塔2的塔顶温度为60～63℃，塔釜温度为70～73℃，塔顶压力为300～330kPa，全塔的压力降小于20kPa，回流进料比为1.0～2.0；所述第二脱轻塔3的塔顶温度75～77℃，塔釜温度为85～87℃，塔顶压力为400～430kPa，全塔的压力降小于50kPa，回流进料比为5.0～6.0；第二脱重塔4的塔顶温度为90～93℃，塔釜温度为100～103℃，塔釜温度为700～730kPa，全塔压力降小于40kPa，回流进料比为5.0～6.0外，其他物料用量与制备过程均与实施例2中相同。
本实施例制得的三氯氢硅产品为电子级三氯氢硅，其产品纯度为9N以上，硼磷杂质含量低于1ppb(wt)。
实施例4：
本实施例提供了实施例1中所述系统的处理方法，所述方法除了所述第一脱轻塔1的塔顶温度为48～50℃，塔釜温度为63～65℃，塔顶压力为300～330kPa，第一脱轻塔1全塔的压力降小于20kPa，其回流进料比为4.0～5.0；所述第一脱重塔2的塔顶温度为68～70℃，塔釜温度为78～80℃，塔顶压力为380～400kPa，全塔的压力降小于30kPa，回流进料比为4.0～5.0；所述第二脱轻塔3的塔顶温度83～℃，塔釜温度为83～85℃，塔顶压力为570～600kPa，全塔的压力降小于50kPa，回流进料比为9.0～10.0；第二脱重塔4的塔顶温度为107～110℃，塔釜温度为115～120℃，塔釜温度为780～800kPa，全塔压力降小于50kPa，回流进料比为9～10，其他物料用量与制备过程均与实施例2中相同。
本实施例制得的三氯氢硅产品为电子级三氯氢硅，其产品纯度为9N以上，硼磷杂质含量低于1ppb(wt)。
综合实施例1-4的结果可以看出，本发明所述系统将第一脱轻塔、第一脱重塔、第二脱轻塔和第二脱重塔的塔顶蒸汽中的热量进行充分的回收利用，整个工艺流程充分利用了精馏系统内部的热量，节约了蒸汽和冷却水的消耗，同时也降低了装置成本；本发明采用四效耦合的精馏工艺，通过对工艺条件进行优化(如精馏塔温度、压力以及塔压降)，以获得产品为电子级的三氯氢硅，其杂质硼磷的含量均低于1ppb(wt)；并且整个工艺过程考虑了原料的预热，对整体工艺内的热量耦合；本发明所述系统中的四个精馏塔采用高效规整填料，全塔压降小，塔顶塔底温差小，有利于实现四效耦合提纯三氯氢硅产品。