[发明专利]改良西门子法生产多晶硅中废弃氯硅烷的回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及改良西门子法多晶硅生产中，废弃氯硅烷的回收方法，属于多晶硅生产领域。

背景技术

目前生产三氯氢硅的工艺流程，原料硅粉通过硅粉加料系统进入合成炉与氯化氢反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等副产物，此混合气体被称作三氯氢硅合成气。三氯氢硅合成气出炉时会挟带少量硅粉，先经过干法除尘系统(如：布袋除尘系统等)除去部分硅粉后，送入湿法除尘系统，被四氯化硅液体洗涤，排出的含有大量杂质和细小硅粉尘的氯硅烷废液。目前回收该部分氯硅烷废液的方法是将含硅粉氯硅烷废液泵送到精馏塔精馏回收四氯化硅，其塔釜含高浓度杂质和硅粉的浆状溶液去水解工序，进行无害化处理。

洗涤后混合气体，送往冷凝回收系统经深冷后得到氯硅烷冷凝液，氯硅烷冷凝液经过两级精馏塔精馏后(除去硼、磷等杂质)得到较高纯度的三氯氢硅产品。其中，精馏产生的含高浓度杂质的高沸物或者低沸物的氯硅烷一般去水解工序水解无害化处理。

此外在改良西门子法生产装置检修过产生的废弃氯硅烷，和生产过程中的废气冷凝液(氯硅烷冷凝液)由于杂质含量高，超过精馏工序对原料杂质含量要求，一般也去水解工序水解无害化处理。

精馏工序产生的废弃氯硅烷、检修产生的废弃氯硅烷、废气中的氯硅烷冷凝液、合成工序产生的氯硅烷废液等等废弃氯硅烷中含有大量的三氯氢硅，部分四氯化硅和二氯二氢硅。在一个年产3000吨的多晶硅工厂，上述废弃氯硅烷有数千吨的量，工艺操作水平较差的甚至达到数万吨。这部分无害化处理废弃氯硅烷还造成较大的环境压力，而且资源浪费。回收并使用这部分废弃氯硅烷是一个重要的研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供低成本、环保的回收废弃氯硅烷的方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

1)收集废弃氯硅烷输送到储液罐：

2)储液罐中的废弃氯硅烷输送到蒸发器中；

3)蒸发器加热：加热至30-180℃使蒸发器内氯硅烷汽化生产氯硅烷蒸汽，蒸发器中的残留液进行水解处理；

4)汽化后的氯硅烷蒸汽与湿气反应，杂质反应生成高沸物；

5)气体回收：带有高沸物的气体经过气-固分离去除微量固体杂质，净化后的气体冷凝回收氯硅烷。

为了避免杂质结块堵塞管道，储液罐安装有搅拌装置。储罐顶部安装有冷却器，不凝气体经冷却后进行无害化处理。

为了保证废弃氯硅烷的正常输送和避免空气反窜入储罐发生爆炸，储液罐压力控制在表压20-900kpa。收集输送废弃氯硅烷可以采用泵送或者气力输送。

优选的是泵送方式输送时，储液罐压力控制在表压50-150kpa；气力方式输送时，储液罐压力控制在表压400-550kpa。

步骤3)蒸发器内废液进行不停地搅拌，避免固体杂质结块堵塞管道和影响传热。

步骤3)加热的目的是使蒸发器内氯硅烷汽化为氯硅烷蒸汽，废渣(泥浆或粉末状，主要是硅粉金属氯化物等杂质)排入水解工序进行无害化处理。蒸发器加热方式很多，可采用常规的蒸汽加热、导热油加热、还有电热丝加热、电感加热、红外加热等。蒸发器内温度控制在30-180℃(优选110-140℃)，压力控制在300-400kpa。

进一步优选的，采用3barg的蒸汽加热，温度控制在110℃左右，压力约300kpa；导热油加热，温度控制住140℃，压力400kpa。

步骤4)汽化后的氯硅烷蒸汽与湿气反应，主要是使硼、磷等杂质与水蒸汽反应，生成高沸物(高沸点的硼、磷、金属络合物)。

所述湿气为氢气、二氧化碳、氮气、惰性气体中的一种与水蒸汽的混合气体，其湿度为8％～90％RH。

反应后的气体经气-固分离除去微量固体杂质，气体冷凝回收氯硅烷，可用于改良西门子法生产多晶硅工艺中。