一种多晶硅循环氢气的提纯方法与流程

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅循环氢气的提纯方法。

背景技术

多晶硅是电子技术、信息技术和光伏发电技术的重要基础材料。西门子法是生产多晶硅的主流技术，即采用氢气还原三氯氢硅生产高纯多晶硅的方法，在三氯氢硅还原生产多晶硅过程中，为使反应顺利进行并提高多晶硅的沉积速率，原料氢气用量很大，又由于三氯氢硅的一次转化率最高为20％，因此导致氢气的利用率极低，98％以上的氢气未反应而随还原炉尾气一起排出。还原炉尾气含有大量氢气，此外还含有一定量的氯化氢、三氯氢硅和四氯化硅等。

现行业内一般通过变压吸附技术进行氢气提纯，该吸附工艺通过活性炭进行吸附，有一定提纯效果，但仍存在明显的痕量杂质，无法满足行业内日益增长的多晶硅制备工艺的纯度要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种多晶硅循环氢气的提纯方法，采用两性离子交换树脂，能够得到更高的杂质吸附能力，得到的提纯后的氢气纯度高；同时，能够长时间稳定地使用，能够削减长期运转中的树脂使用量，能够削减使用后的树脂废弃费用。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种多晶硅循环氢气的提纯方法，包括：多晶硅循环氢气经两性离子交换树脂进行吸附，得到提纯后的氢气。

优选的，两性离子交换树脂为带有羧基和胺基的两性离子交换树脂。

优选的，所述两性离子交换树脂为两性离子交换树脂颗粒。

优选的，所述两性离子交换树脂颗粒直径平均值为0.60～0.80mm。

优选的，所述两性离子交换树脂颗粒均一系数包括≤1.5。

优选的，所述两性离子交换树脂颗粒中直径<0.315mm的两性离子交换树脂颗粒含量≤1.0％，所述两性离子交换树脂颗粒中直径>1.250mm的两性离子交换树脂颗粒含量≤2.0％。

优选的，所述两性离子交换树脂进行吸附过程，吸附时间≥30min。

优选的，所述两性离子交换树脂进行吸附过程，两性离子交换树脂工作温度≤100℃。

优选的，所述两性离子交换树脂进行吸附过程，流速为8～40bv/h。

优选的，所述两性离子交换树脂进行吸附过程，所述两性离子交换树脂床层高度≥600mm。

优选的，所述两性离子交换树脂弱碱基团换容量≥2.0mmol/g，全交换容量≥3.6mmol/ml。

优选的，所述两性离子交换树脂水份含量38-48wt％。

优选的，具体包括：多晶硅循环氢气依次经活性炭吸附、两性离子交换树脂进行吸附，得到提纯后的氢气。

具体包括：多晶硅循环氢气经气体吸附除杂设备中两性离子交换树脂进行吸附，得到提纯后的氢气。

优选的，所述气体吸附除杂设备，包括筒体(1)，所述筒体(1)的两端分别设置有气体入口(2)和气体出口(3)，所述气体入口(2)和气体出口(3)之间的所述筒体(1)上依次设置有活性炭吸附段(4)和树脂吸附段(5)，所述活性炭吸附段(4)填充活性炭，所述树脂吸附段(5)内填充有两性离子交换树脂；所述提纯方法具体包括：所述多晶硅循环氢气从所述气体入口(2)进入所述筒体(1)，依次经所述活性炭吸附段(4)中所述活性炭吸附、所述树脂吸附段(5)中所述两性离子交换树脂进行吸附后，从所述气体出口(3)排出，得到提纯后的氢气。

优选的，所述筒体(1)的内壁覆盖有聚四氟乙烯层(14)。

优选的，所述筒体(1)至少包括一个第一筒体(11)和两个第二筒体(12)，所述第一筒体(1)和所述第二筒体(2)之间通过法兰(13)密封连接，所述活性炭吸附段(4)和所述树脂吸附段(5)分别独立嵌装于一所述第二筒体(1)内。

优选的，所述活性炭吸附段(4)和所述树脂吸附段(5)的轴向两端分别设置有固定组件(6)，所述固定组件(6)密封设置于相邻的所述法兰(13)之间。

优选的，所述固定组件(6)包括两平行设置的丝网压板(61)，所述丝网压板(61)上分布有孔(62)，两丝网压板(61)之间压紧有丝网(63)。

优选的，所述丝网(63)与所述丝网压板(61)之间焊接。

优选的，所述气体入口(2)处设置有流量控制阀(21)。

优选的，所述气体入口(2)与所述活性炭吸附段(4)之间设置有第一取样口(7)，所述气体出口(3)和树脂吸附段(5)之间设置有第二取样口(8)。

优选的，所述第一取样口(7)和所述第二取样口(8)上设置有阀门(9)。

本申请与现有技术相比，其详细说明如下：

本发明提供了一种多晶硅循环氢气的提纯方法，多晶硅循环氢气采用两性离子交换树脂进行吸附，吸附多晶硅循环氢气，进行交换反应后，可通过冲洗，回复到原有状态，容易实现再生，重复利用率高，利于多晶硅循环氢气提纯，满足多晶硅制备工艺的需求。优选两性离子交换树脂为带有羧基和胺基的两性离子交换树脂，羧基为弱酸性基团，胺基为弱碱性基团，两种基团彼此接近，可以相互结合，不需要用酸、碱等再生剂，只需用大量的水淋洗，即可使树脂得到再生，恢复原有的交换能力，容易实现再生，重复利用率高，利于多晶硅循环氢气提纯，满足多晶硅制备工艺的需求，能够得到更高的杂质吸附能力，能够长时间稳定地使用，能够削减长期运转中的树脂使用量，能够削减使用后的树脂废弃费用。

本发明多晶硅循环氢气采用两性离子交换树脂进行吸附，两性离子交换树脂，同时含有酸性基团和碱性基团，去除多晶硅循环氢气中混杂的阳离子和阴离子，碱性基团能在水中离解出oh^－而呈强碱性，以离子键或配位键有选择性的螯合硼、磷，有效分离多晶硅循环氢气中的三氯化磷和三氯化硼等金属氯化物杂质，从而达到分离提纯的目的，得到的提纯后的氢气纯度≥99.999％，其中多晶硅循环氢气中金属杂质去除60wt％以上。

进一步的，本发明筛选吸附过程的吸附条件，提高吸附能力，从而达到更好的分离提纯的目的，进一步提高提纯后的氢气的纯度。

进一步的，本发明多晶硅循环氢气依次经活性炭吸附、两性离子交换树脂进行吸附，得到提纯后的氢气，活性炭吸附能够有效吸附氯化氢，去除部分三氯氢硅，去除固体颗粒物杂质，从而达到更好的分离提纯的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种多晶硅循环氢气的提纯方法所用的气体吸附除杂设备示意图。

图2为图1中固定组件(6)6的结构示意图；

图3为图1中a处的局部放大图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种多晶硅循环氢气的提纯方法，包括：多晶硅循环氢气依次经气体吸附除杂设备中活性炭吸附、两性离子交换树脂进行吸附，得到提纯后的氢气。

其中，

得到的提纯后的氢气纯度≥99.999％，其中多晶硅循环氢气中金属杂质去除60wt％以上。

上述两性离子交换树脂为带有羧基和胺基的两性离子交换树脂。所述两性离子交换树脂进行吸附过程，吸附时间≥30min，两性离子交换树脂工作温度≤100℃，流速为8～40bv/h，所述两性离子交换树脂床层高度≥600mm。所述两性离子交换树脂弱碱基团换容量≥2.0mmol/g，全交换容量≥3.6mmol/ml。所述两性离子交换树脂水份含量38-48wt％。上述两性离子交换树脂再生过程采用流速2bv的水淋洗，即可得到再生，恢复原有的交换能力。

所述两性离子交换树脂为两性离子交换树脂颗粒，所述两性离子交换树脂颗粒直径平均值为0.60～0.80mm，所述两性离子交换树脂颗粒均一系数包括≤1.5，所述两性离子交换树脂颗粒中直径<0.315mm的两性离子交换树脂颗粒含量≤1.0％，所述两性离子交换树脂颗粒中直径>1.250mm的两性离子交换树脂颗粒含量≤2.0％。

如图1～3所示，上述气体吸附除杂设备，包括筒体1，所述筒体1的两端分别设置有气体入口2和气体出口3，所述气体入口2和气体出口3之间的所述筒体1上依次设置有活性炭吸附段4和树脂吸附段5，所述活性炭吸附段4填充活性炭，所述树脂吸附段5内填充有两性离子交换树脂；所述多晶硅循环氢气从所述气体入口2进入所述筒体1，依次经所述活性炭吸附段4中所述活性炭吸附、所述树脂吸附段5中所述两性离子交换树脂进行吸附后，从所述气体出口3排出，得到提纯后的氢气。

所述活性炭吸附段4和所述树脂吸附段5的轴向两端分别设置有固定组件6，所述固定组件6密封设置于相邻的所述法兰13之间，固定组件6分别用于固定活性炭吸附段4和所述树脂吸附段5。以图1中任意一固定组件6的结构为例：

所述固定组件6包括两平行设置的丝网压板61，所述丝网压板61上分布有孔62，两丝网压板61之间压紧有丝网63，所述丝网63上丝网孔的孔径小于活性炭颗粒和两性离子交换树脂颗粒，所述丝网63用于防止活性炭颗粒或两性离子交换树脂颗粒脱落，且能够保证气体通过。所述丝网63两侧的丝网压板61用于增加丝网63的结构的强度，便于固定、安装丝网63，便于保证丝网63与筒体1之间的固定安装，同时，丝网压板61上的孔62不仅可以保证气体通过，还可以避免活性炭颗粒或两性离子交换树脂颗粒直接接触丝网63，造成丝网63上的丝网63孔62堵塞。

所述丝网63与所述丝网压板61之间焊接固定，并通过焊层64密封，所述固定组件6轴向两端面通过法兰压紧在筒体1上，所述固定组件6和所述筒体1之间还压紧有密封垫。

所述筒体1内壁覆盖有聚四氟乙烯层11，所述聚四氟乙烯层11用于防止多晶硅循环氢气与筒体1内壁的金属接触，防止多晶硅循环氢气中的酸性离子与金属发生反应，进一步保证提纯后的氢气的纯度。

所述气体入口2处设置有流量控制阀21，所述流量控制阀21用于根据工况调节待多晶硅循环氢气的流量。

所述气体入口2与所述活性炭吸附段4之间设置有第一取样口7，所述气体出口3和树脂吸附段5之间设置有第二取样口8，所述第一取样口7和所述第二取样口8上设置有阀门9。在多晶硅循环氢气提纯过程中，可通过第一取样口7对待吸附气体取样检测杂质成分和氢气浓度，也可通过第二取样口8对提纯后的氢气进行取样，检测氢气纯度是否达到要求，此外，还可以通过第二取样口8的取样判断是否要对活性炭吸附段4或所述树脂吸附段5进行更换。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。