[发明专利]一种处理多晶硅生产废气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理多晶硅生产废气的方法。

背景技术

面对当前世界性传统能源枯竭和石油价格持续攀升的形势，全球正在积极开发利用可再生能源。太阳能作为可再生的洁净能源，因其清洁、安全和资源丰富得到了快速发展。因而，作为太阳能电池原料的高纯多晶硅的需求不断增加，已成为投资热点。

目前，改良西门子法是国内外生产多晶硅的主流工艺，该工艺生产多晶硅的原料为三氯氢硅、氢气，中间产物有氯化氢、二氯二氢硅、四氯化硅等，辅助原料有氮气等。该工艺在生产多晶硅的同时产生大量的含氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅、氢气和氮气的废气。

国内外多晶硅厂处理多晶硅生产废气的方法大多为“水解法”，即用水喷淋多晶硅生产废气，多晶硅生产废气中的氯硅烷与水反应，生成酸性废水，而氮气和氢气则排空；酸性废水再用碱液(例如NaOH或Ca(OH)₂)中和，生成氯化钠或氯化钙，以实现多晶硅生产废气的无害化处理。反应式如下：

SiHCl₃+(n+2)H₂O→SiO₂.nH₂O+3HCl+H₂↑

SiCl₄+(n+2)H₂O→SiO₂.nH₂O+4HCl

2HCl+Ca(OH)₂＝CaCl₂+2H₂O

现有技术存在的缺点在于：

第一，对于多晶硅生产来说，最重要的是“闭环生产”，即硅、氯和氢三个元素资源的循环和充分利用。将含氯硅烷、氢气和氮气的废气通过“水解法”处理，浪费物料，使得多晶硅生产的“硅”、“氯”和“氢”的补充量增大；

第二，由于含氯硅烷、氢气和氮气的废气中的主要要成分为氮气，这就造成多晶硅生产中氮气的消耗量增大；

第三，由于含氯硅烷、氢气和氮气的废气的处理量巨大，水解产生的酸性废水量同样巨大，酸性废水处理不当，依旧会污染环境；

第四，中和酸性废水而产生的氯化钙处理不当同样会污染环境，而且还会浪费大量的碱液；

第五，水解法过程中产生的二氧化硅和氯化钙由于品质差而且用途有限，因而造成大量堆积，占用土地资源。

因此，需要对多晶硅生产废气的资源化利用过程进行改进。

解决现有技术存在的问题的关键在于如何对多晶硅生产废气中的氯硅烷、氢气和氮气实现充分的回收利用，尤其是如何将氯硅烷、氢气和氮气进行有效地分离。

目前，现有技术中也存在一些对多晶硅生产废气进行简单分离的方法，譬如，用冷媒冷却多晶硅生产废气或用冷媒冷却增压后的多晶硅生产废气，由于方法单一，虽然冷凝了部分氯硅烷，但浪费了冷媒，而且氯硅烷冷凝不充分，分离和回收利用的效果并不显著，而且，现有技术中还没有从整体上对多晶硅生产废气进行系统处理的方法，因此，仍然存在一定的资源浪费和环境污染的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的氯硅烷、氮气和氢气的浪费以及环境污染问题，提供一种处理多晶硅生产废气的方法，从而实现了对氯硅烷、氮气和氢气的有效回收和利用，避免了环境污染。

本发明的发明人在研究中发现，现有技术中的简单分离和回收利用的效果不好的原因在于氯硅烷在多晶硅生产废气中的浓度较低，难以通过直接的冷凝将其与其他气体分离，所以造成整体分离和回收的效果较差。因此，本发明的发明人提出了对氯硅烷先富集再分离回收的思路，并在此基础上完成了本发明。

本发明提供一种处理多晶硅生产废气的方法，所述多晶硅生产废气含有氯硅烷、氢气和氮气，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对所述多晶硅生产废气进行增压和预冷凝，预冷凝的温度优选为-55℃至35℃；(2)将步骤(1)中预冷凝后的所述多晶硅生产废气与吸附剂接触，所述接触的条件使得所述吸附剂对氯硅烷的吸附能力强于对氮气和氢气的吸附能力；(3)对步骤(2)得到的吸附有氯硅烷的吸附剂进行反吹脱附，得到脱附气；(4)将步骤(3)得到的脱附气冷凝，使得至少部分氯硅烷被冷凝下来，所述冷凝的温度优选为-55℃至30℃。