[发明专利]利用反应精馏处理二氯二氢硅废料的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及反应精馏技术领域，特别提出一种利用反应精馏技术回收处理二氯二氢硅废料的方法及设备。

背景技术

目前我国多晶硅企业大部分采用改良西门子法生产多晶硅，中间化合物三氯氢硅（SiHCl₃，TCS）在化学气相沉积（CVD）反应器内沉积生成多晶硅，同时产生大量的四氯化硅（SiCl₄，STC）和少量的二氯二氢硅（SiH₂Cl₂，DCS），其中DCS易燃易爆十分危险，而且会在提纯过程中富集，至今没有很好的处理方法。传统工艺中使用碱中和法将其当作废物处理掉，既增加处理难度又增大物耗。如何处理DCS成为改良西门子法急需解决的问题。

DCS和STC通过反歧化反应可以生成TCS，因而可以采用反歧化反应处理DCS。反歧化反应方程式为SiH₂Cl₂+SiCl₄□2SiHCl₃，利用反歧化反应，既可以处理掉废料DCS，又可以得到高价值的TCS。既降低了物耗，又提高了原料利用率，因而引起国内外学者的研究。

EP0334664A2将还原炉尾气与STC反应生成TCS，由于还原炉尾气中DCS含量少，处理效率低，但是证明了反歧化工艺的可行性。US2010/0150809A1设计一种DCS/STC反应器，DCS转化率高达98%，由于STC过量，反应产物中TCS纯度不高，需要经过两座塔分离提纯，将未反应的STC和DCS循环利用，而且反应温度偏低，反应热没有充分利用。

反应精馏技术在反应的同时将反应产物移走，因而可以打破化学平衡限制，提高反应转化率，甚至达到100%转化率，同时能够利用反应热效应，从而节约操作成本。由于反应器和精馏塔耦合成一个反应精馏塔，因而可以节省设备投资。由于反应精馏技术巨大的经济优势，将反应精馏引入DCS反歧化工艺，可以进一步降低该工艺的生产成本。CN101955187A提出一种反应精馏过程，理论转化率能达到100%，但是需要三塔联合操作，循环物流多，流程复杂。本发明提出一种新型的反应精馏流程，能够将DCS废料转化为高价值的TCS，有效提高原料利用率，大幅度降低生产成本，很好的解决了DCS处理问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用反应精馏处理二氯二氢硅废料的方法及设备，将改良西门子法中产生的副产物DCS回收利用，转化为高价值的TCS。

本发明利用反应精馏处理二氯二氢硅废料的设备包括反应精馏塔19、塔顶冷凝器15、塔底再沸器16、冷却器17和低温冷却器18。其特征是反应精馏塔19分为三段，上段为精馏段12，中段为反应段13，下段为提馏段14；反应精馏塔19顶部设置塔顶冷凝器15，底部设置塔底再沸器16；塔底设置冷却器17，冷却器17入口通过管线与塔底物料出口相连，冷却器17出口与低温冷却器18的入口连接，低温冷却器18的出口由管线连接到反应精馏塔19。精馏段12和提馏段14采用塔板、散堆填料或者规整填料。反应段13采用填充有催化剂的捆扎包。

本发明提出一种利用反应精馏处理二氯二氢硅废料的方法：原料四氯化硅1从反应段13顶部进入反应精馏塔19，二氯二氢硅废料2从反应段13底部进入反应精馏塔19，两股进料在反应段13内发生反歧化反应生成三氯氢硅，含三氯氢硅的气相混合物料从反应段13进入精馏段12，而含四氯化硅的液相混合物料进入提馏段14。在精馏的作用下，塔顶气相物料3中含有纯度较高的三氯氢硅，经过塔顶冷凝器15后分为液相回流物料4和塔顶采出物料5。塔底液相物料6含有纯度较高的四氯化硅，分为两部分，一部分经过塔底再沸器16加热后形成回塔蒸汽7返回反应精馏塔19，另一部分用于外部循环。高温物料8经过冷却器17后分为两股物料，一股物料作为高沸残液9排出，另一股物料为中温物料10，经过低温冷却器18后成为低温物料11返回反应精馏塔19。

本发明中反应精馏塔塔顶压力为110kPa～300kPa，塔顶温度为40℃～60℃，回流比为6～10。低温物料11的进料位置为反应段顶部或中部，物料温度为0℃～30℃，反应段13的温度为60℃～80℃。

本发明具有以下优点：

（1）将DCS转化成该工艺的中间化合物TCS，提高了多晶硅的收率和产量，二氯二氢硅的转化率可达98.50%，而且塔顶物料中三氯氢硅的纯度可达98.48%；

（2）节约了大量的碱性化合物，如NaOH和Ca(OH)₂等；