一种氯硅烷废气生产纳米二氧化硅并副产盐酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氯硅烷废气生产纳米二氧化硅并副产盐酸的方法，属于多晶硅行业氯硅烷废气资源化领域。
【背景技术】
[0002]由于光伏产业的迅猛发展，带动了多晶硅产业的发展，国内多晶硅生产工艺主要采用三氯氢硅还原法，由于技术不成熟，不可避免的产生了氯硅烷废气。
[0003]氯硅烷废气的主要来源:三氯氢硅的合成工序、三氯氢硅的精馏提纯工序、三氯氢硅的还原工序、⑶I工艺。
[0004]氯硅烷废气的主要成分:SiCl4、SiHCl3,SiH2Cl2, HCUH2, N2。
[0005]现阶段氯硅烷废气处理的主要方式是碱液淋洗(NaOH溶液或者Ca (OH)2溶液)，就是氯硅烷废气进入碱液淋洗塔被碱液吸收，尾气通过安全液封罐达标排放，吸收液过滤产生的滤渣进渣库堆存，盐水输送到污水处理站脱盐，实现氯硅烷废气的无害化。产生废渣主要成分是NaCl或CaCl2、Na2S13S CaS1 3、S12,产生废渣为混合物，各成分不易分离，易形成二次污染，也造成了资源的浪费。
[0006]CN101700466 A改良西门子法多晶硅生产中残液及尾气处理工艺，该发明以石灰乳作为淋洗剂，PH > 8时淋洗剂循环吸收，pH ^ 8时补充10~30%石灰乳，反应产物主要是CaCl2, CaS13, S12,反应产物较难分离，未能资源化利用。
[0007]CN102989300A改良西门子生产多晶硅的废气淋洗处理工艺及设备，该发明以10-15%氢氧化钠溶液作为吸收剂，反应产物主要是NaCl、Na2S13, S12,过滤后获得滤渣成分较复杂，不易分离，只能废渣堆存。
[0008]CN102500213B 一种多晶硅生产中废气废液处理方法，该发明以Ca (OH)2S液作为吸收剂，反应产物主要为CaCl2、CaS13, S12，过滤后蒸发结晶后获得CaCl2资源化利用，而过滤后的滤渣CaSi03、S12，还含有大量的CaCl2留在滤渣中，不易去除干净，资源化利用价值不大。
[0009]CN103505996A 一种多晶硅行业废气水洗处理方法及装置，该发明以10~30%的NaOH溶液作为吸收剂，反应产物主要为NaCl和Na2S13,蒸发结晶后获得固体是混合物，难以纯化，资源化利用价值不大。
【发明内容】
[0010]传统氯硅烷废气处理方法仅实现无害化处置，本发明提供一种氯硅烷废气生产纳米二氧化硅并副产盐酸的方法，采用氯硅烷废气和水蒸汽接触反应，获得二氧化硅颗粒较细，可达到纳米级，对气固分离尾气中的HCl用工业水和盐酸吸收，获得浓盐酸，且整个过程仅引入水，无产品不需要的元素，保证二氧化硅产品和浓盐酸产品质量，本发明既实现了氯硅烷废气无害化处置，又实现了废气中硅和氯元素的资源化利用。
[0011]本发明所述一种氯硅烷废气生产纳米二氧化硅并副产盐酸的方法，包括以下步骤:
(I)气汽接触水解反应:将氯硅烷废气和水蒸汽同时通入气汽水解反应塔1，氯硅烷废气在充满水蒸汽的气汽水解反应塔I中水解，生成的二氧化硅固体随气流一起进入气固分离设备。
[0012](2)气固分离:氯硅烷废气和水蒸汽水解产物进入气固分离器2，分离出固体颗粒为纳米二氧化硅。
[0013](3)尾气冷却:气固分离器2出来的气体经过换热器13和气液分离器4，获得浓盐酸进入吸收液接收槽5。
[0014](4)氯化氢气体的吸收:气液分离器4分离出来的气体进入喷淋塔7被吸收，吸收液变成浓盐酸进入吸收液接收槽5，吸收液接收槽5中部分浓盐酸经过换热器118后进入喷淋塔7循环喷淋，其余部分浓盐酸作为产品排出，工业水槽9中工业水输送到喷淋塔7顶部喷头进行喷淋，吸收残余氯化氢，吸收后的尾气进入尾气碱洗工序吸收后达标排放。
[0015]本发明所述氯硅烷废气主要成分是0.5-15% (质量百分比浓度，无特别说明，本发明均为质量百分比浓度)的 SiCl4、10-40% 的 SiHCl3、5~20% 的 SiH2Cl2、5~10% 的 HC1、0.5-5%的 H2、10-79% 的 N20
[0016]优选的，本发明所述气汽水解反应塔I内温度控制在110~200°C，水蒸气温度高于100°C，反应放热所以采用常规保温。
[0017]优选的，本发明所述气固分离器2温度保持在100~200°C。
[0018]优选的，本发明换热器13将气体物料温度降至30~50°C。
[0019]优选的，本发明所述部分浓盐酸用换热器118冷却至25~35°C后循环淋洗。
[0020]所述浓盐酸产品浓度为28~31%，该产品可以作为盐酸解析的原料，以获得HCl气体回到三氯氢硅的合成工序，也可以浓盐酸产品的形式出售。
[0021]本发明的有益效果:
(I)本发明采用氯硅烷废气和水蒸汽接触发生水解反应，获得二氧化硅颗粒较细，可以达到纳米级，且获得的二氧化硅含水率较低，减轻后续产品干燥压力。
[0022](2)本发明用淋洗的方式对气固分离尾气进行了吸收，以副产浓盐酸的方式回收氯，减少后续污水处理中碱的用量，减轻污水处理压力，降低废气处理成本。
[0023](3)本发明以水蒸汽、工业水、盐酸作为反应物，有效减少其他元素引入，保证了二氧化硅和浓盐酸产品质量。
[0024](4)本发明用氯硅烷废气生产纳米二氧化硅并副产高浓度盐酸后，尾气达标排放，既实现了氯硅烷废气的无害化处置，又实现了废气中硅和氯资源化利用。
【附图说明】
[0025]图1是本发明的工艺流程示意图。
[0026]图中:1-气汽水解反应塔、2-气固分离器、3-换热器1、4_气液分离器、5-吸收液接收槽、6-搅拌机、7-喷淋塔、8-换热器II，9-工业水槽。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0028]本发明实施例1~3所用的装置如图1所示，包括气汽水解反应塔1、气固分离器2、换热器13、气液分离器4、吸收液接收槽5、搅拌机6、喷淋塔7、换热器118，工业水槽9 ;气汽水解反应塔I与气固分离器2连通，气固分离器2与换热器13连通，换热器13与气液分离器4连通，气液分离器4与吸收液接收槽5和喷淋塔7连通，喷淋塔7与吸收液接收槽5连通，吸收液接收槽5通过栗与换热器118连通，换热器118与喷淋塔7连通，工业水槽9通过栗与喷淋塔7连通。
[0029]实施例1
本实施例所述一种氯硅烷废气生产纳米二氧化硅并副产盐酸的方法(如图1所示)，包括以下步骤:
(I)气汽接触水解反应:将100mVh的氯硅烷废气(15%的SiCl4、20%的SiHCl3、10%的SiH2Cl2,5% 的 HCl,5% 的 H2,45% 的 N2)和 145m3/h 的水蒸汽(温度:120°C压力:2kgf/cm2)同时通入气汽水解反应塔I，氯硅烷废气在充满水蒸汽的气汽水解反应塔I中水解，生成的二氧化硅固体随气流一起进入气