CN102795629A - 一种从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，包括以下步骤：a）将多晶硅生产工艺中的还原尾气经过干法回收得到干法回收料，将干法回收料送入第一干法精馏塔中进行精馏，从第一干法精馏塔的塔顶采出第一低沸物，并从第一干法精馏塔的塔底排出中间氯硅烷；b）将第一低沸物通入分离塔进行分离，以从分离塔的塔顶采集含硼杂质且从塔底采集二氯二氢硅；c)将中间氯硅烷送入第二干法精馏塔中进行精馏，从第二干法精馏塔的塔顶采集第二低沸物，从第二干法精馏塔的塔底排出四氯化硅。根据本发明的方法，第二低沸物为二氯二氢硅和三氯氢硅的混合物，可以直接通入还原炉进行还原反应，省去了将二氯二氢硅和三氯氢硅混合的过程。

Description

一种从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法

技术领域

本发明涉及多晶硅技术领域，更具体地，本发明涉及一种从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法。

背景技术

多晶硅副产物二氯二氢硅其特有的低沸点，易燃易爆特性已经成为多晶硅企业扩大生产的技术瓶颈，传统的处理方法不仅在安全上，而且在环保上带来了诸多问题；而二氯二氢硅的提纯工艺是决定其后续能否循环利用的关键。

改良闭合西门子法生产多晶硅工艺中，每生产一吨多晶硅会产生1.6吨二氯二氢硅，二氯二氢硅在101Kpa下的沸点为8.2℃，在空气中易燃易爆，随着多晶硅企业规模的不断扩大，目前的多晶硅厂是将提纯后的二氯二氢硅和三氯氢硅按一定的比例通入还原炉，利用二氯二氢硅在还原过程中抑制三氯氢硅岐化反应，从而减少三氯氢硅消耗，提高三氯氢硅一次利用率，既减少四氯化硅产生量，解决了二氯二氢硅的问题，同时能够改善多晶硅表面形态质量。传统的二氯二氢硅提纯工艺是将干法回收的二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合液送入干法精馏塔，分别经过第一干法精馏塔除去含二氯二氢硅和三氯氢硅的低沸物杂质，塔底的中间氯硅烷物料进入第二干法精馏塔，第二干法精馏塔塔底排出四氯化硅等高沸物杂质送入氢化系统，而第二干法精馏塔塔顶的三氯氢硅产品可以达到送往还原炉的纯度要求。其具体流程如附图1所示。

第一干法精馏塔塔顶的低沸物中三氯氢硅和二氯二氢硅的比例大概为0.8～1.3：1，为了回收这部分三氯氢硅,并使二氯二氢硅达到进一步还原的要求，需要增加分离塔进一步提纯。分离塔的低沸物杂质含量较高直接外售，分离塔塔底的氯硅烷进入分离2塔，分离2塔塔顶得到二氯二氢硅产品，分离2塔塔底的三氯氢硅进入回收塔进一步回收。而从分离的难易程度看，二氯二氢硅和低沸物的沸点非常接近，用分离塔除杂非常困难，需要相当多的理论板数和回流比，这就需要大量的热负荷。这样经精馏或干法精馏的高纯三氯氢硅产品和经分离塔得到的二氯二氢硅产品按特定比例送入还原炉。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

为此，本发明的一个目的在于提出一种实施方便、分离效果好且能耗低的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法。

根据本发明实施例的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，包括以下步骤：a）将多晶硅生产工艺中的还原尾气经过干法回收得到干法回收料，将干法回收料送入第一干法精馏塔中进行精馏，从所述第一干法精馏塔的塔顶采出第一低沸物，所述第一低沸物中含有二氯二氢硅和含硼杂质，并从所述第一干法精馏塔的塔底排出中间氯硅烷；b）将所述第一低沸物通入分离塔进行分离，以从所述分离塔的塔顶采集含硼杂质且从塔底采集二氯二氢硅；c)将所述中间氯硅烷送入第二干法精馏塔中进行精馏，从所述第二干法精馏塔的塔顶采集第二低沸物，所述第二低沸物中含有二氯二氢硅和三氯氢硅，从所述第二干法精馏塔的塔底排出四氯化硅。

根据本发明实施例的提纯二氯二氢硅的方法，所述第一干法精馏塔排出的第一低沸物中只含有二氯二氢硅和含硼杂质，避免了三氯氢硅的采出，从而避免了将二氯二氢硅和三氯氢硅先进分离塔分离出含部分杂质的三氯氢硅，再进入回收塔进一步提纯的过程，减少了分离2塔和回收塔的操作步骤，降低了设备成本；同时，由于第一低沸物的量大大降低，也就降低了分离塔等设备的处理负荷和处理热量，降低了提纯能耗并进一步降低了生产成本，分离塔的处理量减低，可以减少提纯塔和相应配套设备的规格尺寸，降低了设备成本。第二低沸物为二氯二氢硅和三氯氢硅的混合物，可以直接通入还原炉进行还原反应，省去了将二氯二氢硅和三氯氢硅混合的过程。

另外，根据本发明上述实施例的提纯二氯二氢硅的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，还包括：d)将所述第二低沸物直接送入还原炉，以还原其中的三氯氢硅。

根据本发明的一个实施例，还包括：e）将所述四氯化硅送入氢化系统进行氢化。

根据本发明的一个实施例，所述第一低沸物中二氯二氢硅的含量≥90%。

根据本发明的一个实施例，所述第一干法精馏塔的处理量为15m³/h,在所述步骤a）中所述第一低沸物的采集速度为0.1～0.5m³/h，且在所述步骤b）中所述第一低沸物的进料速度为0.1～0.5m³/h。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤b）中，所述二氯二氢硅的采集速度为0.1～0.45m³/h。。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤b）中，所述第二低沸物中含有质量百分比为2～10%的二氯二氢硅。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤c）中，所述第二低沸物的采集速度为5.5～7m³/h。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中提纯二氯二氢硅的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的提纯二氯二氢硅的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面首先参考图2描述根据本发明的提纯二氯二氢硅的方法的流程。

具体地，根据本发明实施例的提纯二氯二氢硅的方法包括以下步骤：

a）将多晶硅生产工艺中的还原尾气经过干法回收得到干法回收料，将干法回收料送入第一干法精馏塔中进行精馏，从所述第一干法精馏塔的塔顶排出第一低沸物，所述第一低沸物中含有二氯二氢硅和含硼杂质，并从所述第一干法精馏塔的塔底排出中间氯硅烷；

b）将所述第一低沸物通过分离塔进行分离，以从塔顶采集含硼杂质且从塔底排出二氯二氢硅。

由此，根据本发明实施例的提纯二氯二氢硅的方法，所述第一干法精馏塔排出的第一低沸物中只含有二氯二氢硅和含硼杂质，避免了三氯氢硅的采出，从而避免了将二氯二氢硅和三氯氢硅先进分离塔分离出含部分杂质的三氯氢硅，再进入回收塔进一步提纯的过程，减少了分离2塔和回收塔的操作步骤，降低了设备成本；同时，由于第一低沸物的量大大降低，根据产品质量需要的回流比，则可以减少塔内回流量，减少第一干法精馏塔的塔内负荷，也降低了分离塔等设备的处理负荷和处理热量，降低了提纯能耗并进一步降低了生产成本，分离塔的处理量减低，可以减少提纯塔和相应配套设备的规格尺寸，降低了设备成本。

关于所述步骤a），需要理解的是，所述多晶硅生产工艺中的干法回收料为干法回收的二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合液，在第一干法精馏塔中精馏时，为了使第一干法精馏塔的塔顶只排出部分含二氯二氢硅和硼杂质的第一低沸物，并保证所述第一低沸物中二氯二氢硅的含量≥90%，可以控制第一干法精馏塔的压力为0.4～0.7MPa。

在步骤b）中，将所述第一低沸物在分离塔中进行分离。由此，可以从分离塔塔顶采集含硼杂质且从塔底排出二氯二氢硅，采出的含硼杂质可外售，二氯二氢硅可以与其它工序的三氯氢硅混合进行还原。关于中间氯硅烷的精馏方法，将在下面进行详细描述。

关于所述中间氯硅烷的精馏方法没有特殊限制，其具体操作可以包括：将所述中间氯硅烷送入第二干法精馏塔进行精馏。由此，可以从所述第二干法精馏塔的塔顶得到第二低沸物，从所述第二干法精馏塔的塔底排出四氯化硅，所述第二低沸物中含有二氯二氢硅和三氯氢硅，直接送入还原炉还原其中的三氯氢硅，避免了必须把二氯二氢硅和三氯氢硅在混合炉内混合均匀后再通入还原炉进行还原的过程，并且加快了还原过程中硅棒的生长速度，大大降低了电耗，并保证了硅棒的质量；四氯化硅可进行充分利用，加入氢化系统进行氢化反应。

关于所述第一低沸物的排出速度，需要理解的是，所述第一低沸物的采出速度需要保证提纯系统能够正常运行，第一低沸物的采出量尽可能小，并且其中杂质含量尽可能多。由于所述第一低沸物的采出速度受第一干法精馏塔的处理量影响，优选地，所述第一干法精馏塔的处理量为15m³/h。其排出速度的具体确定方法可以为：控制第一干法精馏塔的压力为0.4～0.7MPa，在其他条件不变的情况下，逐步减少第一低沸物的采出量，每次减少第一低沸物采出量都保证塔系正常运行一定的时间，同时多次检测此段时间内第二干法精馏塔的第二低沸物中硼磷杂质含量和二氯二氢硅的含量，记录第一和第二干法精馏塔正常运行的各个参数；随着第一低沸物采出量的逐步减少，第二低沸物中二氯二氢硅含量逐渐增大，当第一低沸物采出量减小到一定程度，第二干法精馏塔中的第二低沸物将不能满足还原的纯度和杂质要求，或者第二低沸物中二氯二氢硅的质量百分比大于2～10%。

经过多次试验可以得出第一低沸物的最佳排出速度为0.1～0.5m³/h，第一低沸物排出速度如表1所示。

表1 第一低沸物采集速度表

根据第一低沸物从第一干法精馏塔的采出速度，可以调节第一低沸物通入分离塔进行分离的进料速度，优选地，所述第一低沸物的进料速度为0.1～0.5m³/h，第一低沸物经过分离后从分离塔塔底采集二氯二氢硅，为了保证系统能够正常运行，二氯二氢硅的采出速度为0.1～0.45m³/h。从第一干法精馏塔塔底排出的氯硅烷经过第二干法精馏塔进行精馏，并从第二干法精馏塔的塔顶采出第二低沸物，优选地，第二低沸物的采集速度为5.5～7m³/h。

下面参考具体实施例描述根据本发明的提纯二氯二氢硅的方法。

实施例1

采用述根据本发明的提纯二氯二氢硅的方法，利用如图2所示流程图进行二氯二氢硅的提纯。

将多晶硅生产工艺中的干法回收料送入第一干法精馏塔进行精馏，控制第一干法精馏塔的处理量为15m³/h。

以0.1～0.5m³/h的采出速度从第一干法精馏塔的塔顶采出经过精馏的第一低沸物，并从塔底排出中间氯硅烷。第一低沸物中含有二氯二氢硅和含硼杂质。

将第一低沸物以0.1～0.5m³/h的速度通入分离塔进行分离，并以0.1～0.45m³/h的速度从分离塔塔底采出二氯二氢硅，从塔顶采出微量的含硼杂质。含硼杂质可外售，二氯二氢硅可通入还原炉还原三氯氢硅。

以14.5～14.9m³/h的速度将中间氯硅烷通入第二干法精馏塔进行精馏，从第二干法精馏塔塔顶以5.5～7m³/h的速度采集第二低沸物，从塔底排出四氯化硅。第二低沸物中含有二氯二氢硅和三氯氢硅，可直接送入还原炉还原其中的三氯氢硅，四氯化硅可进行充分利用，加入氢化系统进行氢化反应。各步骤中物料传输速度见表2所示。

对比例

采用传统二氯二氢硅的提纯方法，利用如图1所示的流程进行二氯二氢硅的提纯。

将晶硅生产工艺中的干法回收料送入第一干法精馏塔进行精馏，控制第一干法精馏塔的处理量为15m³/h。

以1～1.5m³/h的采出速度从第一干法精馏塔的塔顶采出含有二氯二氢硅和三氯氢硅混合物的低沸物，从塔底采出中间氯硅烷。

以同样速度将含有二氯二氢硅和三氯氢硅混合物的低沸物通入分离塔进行分离，从分离塔塔顶以0.1～0.3m³/h的速度采出含杂质的低沸物。该低沸物含杂质较高，可外售。从塔底以0.9～1.3m³/h的速度采出氯硅烷，并以相同速度通入分离2塔进行进一步分离。从分离2塔塔顶以0.45～0.62m³/h的速度采出二氯二氢硅，从塔底以0.45～0.65m³/h的速度采出三氯氢硅，并以相同速度将三氯氢硅送入回收塔进行进一步提纯。

将中间氯硅烷以13.5～14.5m³/h的速度通入第二干法精馏塔进行精馏，从第二干法精馏塔塔顶以5～6m³/h的速度排出三氯氢硅，并与分离2塔中塔顶排出的二氯二氢硅混合后进行还原。从第二干法精馏塔塔底以5～7m³/h的速度排出四氯化硅，四氯化硅可进行充分利用，加入氢化系统进行氢化反应。各步骤中物料传输速度见表2所示。

表2实施例1和对比例中各步骤物料传输速度

通过上述实施例和对比例，结合表1可以看出，根据本发明实施例的提纯二氯二氢硅的方法，第一干法精馏塔排出的低沸物中只含有二氯二氢硅和含硼杂质，避免了三氯氢硅的采出，从而避免了将二氯二氢硅和三氯氢硅先进分离塔分离出含部分杂质的三氯氢硅，再进入回收塔进一步提纯的过程，减少了分离2塔和回收塔的操作步骤，降低了设备成本；同时，也降低了分离塔等设备的处理负荷和处理热量，降低了提纯能耗并进一步降低了生产成本，分离塔的处理量减低，可以减少提纯塔和相应配套设备的规格尺寸，降低了设备成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）将多晶硅生产工艺中的还原尾气经过干法回收得到干法回收料，将干法回收料送入第一干法精馏塔中进行精馏，从所述第一干法精馏塔的塔顶采出第一低沸物，所述第一低沸物中含有二氯二氢硅和含硼杂质，并从所述第一干法精馏塔的塔底排出中间氯硅烷；

b）将所述第一低沸物通入分离塔进行分离，以从所述分离塔的塔顶采集含硼杂质且从塔底采集二氯二氢硅；

c)将所述中间氯硅烷送入第二干法精馏塔中进行精馏，从所述第二干法精馏塔的塔顶采集第二低沸物，所述第二低沸物中含有二氯二氢硅和三氯氢硅，从所述第二干法精馏塔的塔底排出四氯化硅。

2.根据权利要求1所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，还包括：

d)将所述第二低沸物直接送入还原炉，以还原其中的三氯氢硅。

3.根据权利要求2所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，还包括：

e）将所述四氯化硅送入氢化系统进行氢化。

4.根据权利要求1所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，所述第一低沸物中二氯二氢硅的含量≥90%。

5.根据权利要求1所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，所述第一干法精馏塔的处理量为15m³/h,在所述步骤a）中所述第一低沸物的采集速度为0.1～0.5m³/h，且在所述步骤b）中所述第一低沸物的进料速度为0.1～0.5m³/h。

6.根据权利要求1或5所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，在所述步骤b）中，所述二氯二氢硅的采集速度为0.1～0.45m³/h。

7.根据权利要求1所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，在所述步骤b）中，所述第二低沸物中含有质量百分比为2～10%的二氯二氢硅。

8.根据权利要求1所述的从干法回收料中提纯二氯二氢硅的方法，其特征在于，在所述步骤c）中，所述第二低沸物的采集速度为5.5～7m³/h。

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