處理多晶硅還原尾氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種處理多晶硅還原尾氣的方法，該方法包括：(1)將多晶硅還原尾氣進(jìn)行第一冷凝處理；(2)采用膜分離器對(duì)經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣進(jìn)行分離處理，以便分別得到氫氣和混合氣體；(3)將氫氣供給至還原爐與三氯氫硅進(jìn)行還原反應(yīng)；(4)將混合氣體進(jìn)行第二冷凝處理，得到氯硅烷冷凝液和不凝氣；(5)將不凝氣進(jìn)行吸附處理，得到氫氣以及吸附氯硅烷和氯化氫的吸附劑，并將氫氣的一部分供給至還原爐；(6)采用步驟(5)中氫氣的另一部分對(duì)吸附氯硅烷和氯化氫的吸附劑進(jìn)行脫附處理，得到含有氯硅烷和氯化氫的混合物；以及(7)將混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng)。該方法可以顯著降低能耗和設(shè)備投資成本。
【專利說明】處理多晶硅還原尾氣的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，本發(fā)明涉及一種處理多晶硅還原尾 氣的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 改良西門法氣相沉積生成高純度多晶硅過程中，進(jìn)料三氯氫硅與氫氣的摩爾配比 約為1 :3?1 :8,而三氯氫硅生成單質(zhì)硅的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在10%左右，因此還原尾氣中含有 大量未反應(yīng)的氫氣、三氯氫娃和反應(yīng)副產(chǎn)物四氯化娃、氯化氫、二氯二氫娃等，其中氫氣的 摩爾比占到75%以上。目前常用的干法回收工藝由"冷凝回收氯硅烷-吸收脫附氯化氫-吸 附凈化"三部分組成。但隨著多晶硅生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)還原尾氣干法回收系統(tǒng)裝置的 大型化要求越來越高，設(shè)備、管道投資和運(yùn)行不穩(wěn)定性增加。同時(shí)由于還原尾氣中的氫氣全 程參與冷凝和加壓等狀態(tài)變化，因此制冷和壓縮工序的電力消耗都相應(yīng)的較大。
[0003] 因此，現(xiàn)有的處理還原尾氣的技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的 一個(gè)目的在于提出一種處理多晶硅還原尾氣的方法，該方法可以顯著降低能耗和設(shè)備投資 成本。
[0005] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種處理多晶硅還原尾氣的方法，所述多晶 娃還原尾氣含有二氯二氫娃、三氯氫娃、四氯化娃、氯化氫和氫氣，所述方法包括：
[0006] (1)將所述多晶硅還原尾氣進(jìn)行第一冷凝處理，以便得到經(jīng)過第一冷凝處理的多 晶娃還原尾氣；
[0007] (2)采用膜分離器對(duì)所述經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣進(jìn)行分離處理，以 便分別得到氫氣和混合氣體，其中，所述膜分離器具有有機(jī)滲透膜，所述氫氣選擇性透過所 述有機(jī)滲透膜；
[0008] (3)將步驟（2)得到的所述氫氣供給至還原爐中與三氯氫硅進(jìn)行還原反應(yīng)，以便 得到單質(zhì)硅；
[0009] (4)將步驟（2)中的所述混合氣體進(jìn)行第二冷凝處理，以便得到氯硅烷冷凝液和 不凝氣；
[0010] (5)將所述不凝氣進(jìn)行吸附處理，以便得到氫氣以及吸附氯硅烷和氯化氫的吸附 齊IJ，并將所述氫氣的一部分供給至所述還原爐；
[0011] (6)采用步驟（5)中所述氫氣的另一部分對(duì)所述吸附氯硅烷和氯化氫的吸附劑進(jìn) 行脫附處理，以便得到含有氯硅烷和氯化氫的混合物；以及
[0012] (7)將所述含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng)，以便得到三 氯氫硅。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法通過采用對(duì)氫氣具有選擇性透 過的膜分離器將大部分氫氣從多晶硅還原尾氣中進(jìn)行分離，并將分離的氫氣返回至還原爐 與三氯氫硅發(fā)生還原反應(yīng)制備單質(zhì)硅，從而可以實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用，同時(shí)分離氫氣后的 還原尾氣氣體量大幅度減少，使得后續(xù)冷凝處理和吸附處理量大幅度降低，從而顯著降低 能耗和設(shè)備投資成本，另外，該方法可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模處理多晶硅還原尾氣。
[0014] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法還可以具有如下附加 的技術(shù)特征：
[0015] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述膜分離器的進(jìn)氣側(cè)壓力大于所述膜分離器的出氣 側(cè)壓力，并且所述膜分離器的出氣側(cè)壓力為0. 1?0. 2MPa。由此，可以顯著提高氫氣分離效 率。
[0016] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述膜分離器的出氣側(cè)壓力的至少一部分是由三氯氫 硅氣體提供的。由此，可以顯著提高后續(xù)生產(chǎn)單質(zhì)硅的純度。
[0017] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一冷凝處理是在溫度為30?50攝氏度和壓力 為0. 5?0. 6MPa的條件下進(jìn)行的，所述第二冷凝處理包括一級(jí)冷凝處理和二級(jí)冷凝處理， 其中，所述一級(jí)冷凝處理是在溫度為-30?-10攝氏度和壓力為0. 5?0. 6MPa的條件下進(jìn) 行的，所述二級(jí)冷凝器處理是在溫度為-40?-30攝氏度和壓力為1. 0?1. 2MPa的條件下 進(jìn)行的。由此，可以顯著提高冷凝效率。
[0018] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述吸附處理是在溫度為20?40攝氏度和壓力為 1. 0?1. 2MPa的條件下進(jìn)行的。由此，可以顯著提高吸附處理效率。
[0019] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述脫附處理是在溫度為100?130攝氏度和壓力為 0. 03?0. 06MPa的條件下進(jìn)行的。由此，可以顯著提高脫附處理效率。
[0020] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在將透過所述膜分離器的氫氣供給至還原爐中與三氯 氫硅進(jìn)行還原反應(yīng)之前，預(yù)先對(duì)所述氫氣進(jìn)行第一壓縮處理。
[0021] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在將所述含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn) 行氫化反應(yīng)之前，預(yù)先對(duì)所述含有氯硅烷和氯化氫的混合物進(jìn)行第二壓縮處理。
[0022] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一壓縮處理是在0. 7?1. OMPa的壓力下進(jìn)行 的。由此，可以顯著提高第一壓縮處理效率。
[0023] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第二壓縮處理是在1. 9?3. OMPa的壓力下進(jìn)行 的。由此，可以顯著提高第二壓縮處理效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法流程示意圖；
[0025] 圖2是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法流程示意圖；
[0026] 圖3是實(shí)施本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法的處理多晶硅還原 尾氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖4是實(shí)施本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的處理多晶娃還原尾氣的方法的處理多晶娃還 原尾氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"堅(jiān)直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"、"順時(shí) 針"、"逆時(shí)針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或 位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030] 此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個(gè)"的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)， 三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0031] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連 接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi) 部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0032] 在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0033] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種處理多晶硅還原尾氣的方法。根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例，多晶硅還原尾氣可以含有二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫和氫氣。下 面參考圖1-2對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例，該方法包括：
[0034] S100 :第一冷凝處理
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將多晶硅還原尾氣進(jìn)行第一冷凝處理，從而可以得到經(jīng)過 第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一冷凝處理的條件并不受特 別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第一冷凝處理可以在溫度為30?50攝氏度和壓力為 0.5?0.6MPa的條件下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下可以顯著提高第一冷凝處理效率。該 步驟中，具體的，多晶硅還原尾氣（550?600攝氏度和0. 5?0. 6MPa)可以經(jīng)還原爐進(jìn)出 氣換熱器、水冷卻器回收其所攜帶的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶硅還原尾氣的冷凝。
[0036] S2〇0 :分離處理
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用膜分離器對(duì)得到的經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾 氣進(jìn)行分離處理，從而可以得到氫氣和混合氣體。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，膜分離器中可以具 有有機(jī)滲透膜，并且氫氣可以選擇性透過該有機(jī)滲透膜。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，膜分離器 的進(jìn)氣側(cè)壓力可以大于膜分離器的出氣側(cè)壓力，并且膜分離器的出氣側(cè)壓力可以為〇. 1? 0.2MPa。由此，可以顯著提高氫氣分離效率。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，膜分離器的出氣側(cè) 壓力的至少一部分可以由三氯氫硅氣體提供。由此，可以顯著提高后續(xù)處理得到的單質(zhì)硅 的純度。該步驟中，具體的，將經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣由膜分離器的進(jìn)氣側(cè)導(dǎo) 入膜分離器中，還原尾氣中的氫氣選擇性透過有機(jī)滲透膜，而剩余混合氣體無法透過有機(jī) 滲透膜，從而使得多晶硅還原尾氣中大部分氫氣（70?90%)分離出來從膜分離器的出氣 側(cè)導(dǎo)出，為了提高氫氣分離效率，在出氣側(cè)充滿低壓的三氯氫娃氣體，從而為氫氣滲透提供 動(dòng)力。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過采用膜分離器對(duì)還原尾氣中的大部分氫氣進(jìn)行分離，可以大幅度減 少后續(xù)尾氣處理量，使得后續(xù)冷凝處理和吸附處理量大幅度降低，從而顯著降低能耗和設(shè) 備投資成本。
[0038] S300 :還原反應(yīng)
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將上述產(chǎn)生的氫氣供給至還原爐中與三氯氫硅進(jìn)行還原反 應(yīng)，從而可以得到單質(zhì)硅。
[0040] S400 :第二冷凝處理
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將分離處理過程未透過有機(jī)滲透膜的混合氣體進(jìn)行第二冷 凝處理，從而可以得到氯硅烷冷凝液和不凝氣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二冷凝處理的條件 并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第二冷凝處理可以包括一級(jí)冷凝處理和二級(jí) 冷凝處理，其中，一級(jí)冷凝處理可以在溫度為-30?-10攝氏度和壓力為0. 5?0. 6MPa的 條件下進(jìn)行的，二級(jí)冷凝器處理可以在溫度為-40?-30攝氏度和壓力為1. 0?1. 2MPa的 條件下進(jìn)行的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下可以在節(jié)省冷量的前提下顯著提高混合氣體的分離 效率。該步驟中，具體的，先將混合氣體在-30?-10攝氏度的溫度下進(jìn)行冷凝，然后將混 合氣體加壓至1. 〇?1. 2MPa，在-30?-40攝氏度下進(jìn)行冷凝，從而使得絕大部分的氯硅烷 冷凝為液態(tài)。
[0042] S500 :吸附處理
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將以上所得到的不凝氣進(jìn)行吸附處理，從而可以得到氫氣 以及吸附氯硅烷和氯化氫的吸附劑，并將所得到的氫氣的一部分供給至還原爐。根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例，經(jīng)過冷凝處理得到的不凝氣中含有氫氣、氯硅烷以及氯化氫，可以通過對(duì)吸附 劑進(jìn)行選擇，使得不凝氣中氯化氫和氯硅烷被吸附劑吸附，而氫氣則仍保持氣態(tài)，從而實(shí)現(xiàn) 了將氫氣與不凝氣的其他成分例如氯化氫和氯硅烷的有效分離。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可 以采用的吸附劑的類型并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以采用的吸附劑為 活性炭吸附劑或其他吸附劑組合。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，吸附處理的壓力并不受特別限制，根 據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，吸附處理可以在溫度為20?40攝氏度和壓力為1. 0?1. 2MPa的 條件下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下可以顯著提高吸附效率，并降低能耗，進(jìn)而降低投資成 本。
[0044] S600 :脫附處理
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用S500步驟中得到的氫氣的另一部分對(duì)吸附有氯硅烷 和氯化氫的吸附劑進(jìn)行脫附處理，從而可以得到含有氯硅烷和氯化氫的混合物。根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例，脫附處理的條件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，脫附處理可以在 溫度為100?130攝氏度和壓力為0. 03?0. 06MPa的條件下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下 可以顯著提高脫附處理效率，從而實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。該步驟中，具體的，采用氫氣對(duì)吸附 有氯硅烷和氯化氫的吸附劑進(jìn)行吹掃，從而使得氯硅烷和氯化氫從吸附劑上解吸下來。
[0046] S700 :氫化反應(yīng)
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反 應(yīng)，從而可以得到三氯氫硅。該步驟中，具體的，將含有氯硅烷和氯化氫的混合物供給至氫 化系統(tǒng)，作為反應(yīng)物參與四氯化硅氫化生成三氯氫硅的反應(yīng)，由此可以實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利 用。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法通過采用對(duì)氫氣具有選擇性透 過的膜分離器將大部分氫氣從多晶硅還原尾氣中進(jìn)行分離，并將分離的氫氣返回至還原爐 與三氯氫硅發(fā)生還原反應(yīng)制備單質(zhì)硅，從而可以實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用，同時(shí)分離氫氣后的 還原尾氣氣體量大幅度減少，使得后續(xù)冷凝處理和吸附處理量大幅度降低，從而顯著降低 能耗和設(shè)備投資成本，另外，該方法可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模處理多晶硅還原尾氣。
[0049] 參考圖2,本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶娃還原尾氣的方法進(jìn)一步包括：
[0050] S8〇0 :第一壓縮處理
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在將S200分離得到的氫氣供給至還原爐中與三氯氫硅進(jìn) 行還原反應(yīng)之前，預(yù)先對(duì)氫氣進(jìn)行第一壓縮處理。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一壓縮處理的條 件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第一壓縮可以在〇. 7?1. OMPa的壓力下進(jìn) 行。具體的，將透過分離膜后的氫氣與原分離膜另一側(cè)的三氯氫硅的混合氣壓力由〇. 2? 0. 4MPa升壓至0. 7?1. OMPa，以滿足還原反應(yīng)進(jìn)料所需壓力。
[0052] S9〇0 :第二壓縮處理
[0053] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng) 之前，預(yù)先對(duì)含有氯硅烷和氯化氫的混合物進(jìn)行第二壓縮處理。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二 壓縮處理的條件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第二壓縮處理可以在1. 9? 3. OMPa的壓力下進(jìn)行。具體的，將脫附后得到的含有氯硅烷和氯化氫的混合物由0. 03? 0· 06MPa提升至1. 9?3. OMPa，以滿足氫化反應(yīng)所需壓力。
[0054] 上面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法進(jìn)行了詳細(xì)描述，為了方便理 解，下面參考圖3-4對(duì)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法的處理多晶硅還原 尾氣的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括：
[0055] 第一冷凝裝置100 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一冷凝裝置100適于將多晶硅還原尾 氣進(jìn)行第一冷凝處理，從而可以得到經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣。根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例，第一冷凝處理的條件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第一冷凝處理可 以在溫度為30?50攝氏度和壓力為0. 5?0. 6MPa的條件下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下 可以顯著提高第一冷凝處理效率。該步驟中，具體的，多晶硅還原尾氣（550?600攝氏度 和0. 5?0. 6MPa)可以經(jīng)還原爐進(jìn)出氣換熱器、水冷卻器回收其所攜帶的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 多晶硅還原尾氣的冷凝。
[0056] 膜分離裝置200 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，膜分離裝置200與第一冷凝裝置100相 連，適于對(duì)得到的經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣進(jìn)行分離處理，從而可以得到氫氣 和混合氣體。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，膜分離裝置中可以具有有機(jī)滲透膜，并且氫氣可以選擇 性透過該有機(jī)滲透膜。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，膜分離裝置的進(jìn)氣側(cè)壓力可以大于膜分離裝 置的出氣側(cè)壓力，并且膜分離裝置的出氣側(cè)壓力可以為〇. 1?〇.2MPa。由此，可以顯著提高 氫氣分離效率。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，膜分離裝置的出氣側(cè)壓力的至少一部分可以由 三氯氫硅氣體提供。由此，可以顯著提高后續(xù)處理得到的單質(zhì)硅的純度。該步驟中，具體的， 將經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣由膜分離裝置的進(jìn)氣側(cè)導(dǎo)入膜分離裝置中，還原尾 氣中的氫氣選擇性透過有機(jī)滲透膜，而剩余混合氣體無法透過有機(jī)滲透膜，從而使得多晶 硅還原尾氣中大部分氫氣（70?90%)分離出來從膜分離裝置的出氣側(cè)導(dǎo)出，為了提高氫 氣分離效率，在出氣側(cè)充滿低壓的三氯氫硅氣體，從而為氫氣滲透提供動(dòng)力。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 通過采用膜分離裝置對(duì)還原尾氣中的大部分氫氣進(jìn)行分離，可以大幅度減少后續(xù)尾氣處理 量，使得后續(xù)冷凝處理和吸附處理壓力大幅度降低，從而顯著降低能耗和設(shè)備投資成本。
[0057] 還原裝置300 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還原裝置300與膜分離裝置200相連，適于 將上述產(chǎn)生的氫氣與三氯氫硅進(jìn)行還原反應(yīng)，從而可以得到單質(zhì)硅。
[0058] 第二冷凝裝置400 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二冷凝裝置400與膜分離裝置200相 連，適于將膜分離裝置中未透過有機(jī)滲透膜的混合氣體進(jìn)行第二冷凝處理，從而可以得到 氯硅烷冷凝液和不凝氣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二冷凝處理的條件并不受特別限制，根據(jù) 本發(fā)明的具體實(shí)施例，第二冷凝處理可以包括一級(jí)冷凝處理和二級(jí)冷凝處理，其中，一級(jí)冷 凝處理可以在溫度為-30?-10攝氏度和壓力為0. 5?0. 6MPa的條件下進(jìn)行的，二級(jí)冷 凝器處理可以在溫度為-40?-30攝氏度和壓力為1. 0?1. 2MPa的條件下進(jìn)行的。發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)，該條件下可以在節(jié)省冷量的前提下顯著提高混合氣體的分離效率。該步驟中，具 體的，先將混合氣體在-30?-10攝氏度的溫度下進(jìn)行冷凝，然后將混合氣體加壓至1. 0? 1. 2MPa，在-30?-40攝氏度下進(jìn)行冷凝，從而使得絕大部分的氯硅烷冷凝為液態(tài)。
[0059] 吸附-脫附裝置500 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，吸附-脫附裝置500與第二冷凝裝置 400相連，適于將上述得到的不凝氣進(jìn)行吸附處理和脫附處理，以便得到氫氣和含有氯硅烷 和氯化氫的混合物，并將所得到的氫氣的一部分供給至還原裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，經(jīng) 過冷凝處理得到的不凝氣中含有氫氣、氯硅烷以及氯化氫。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，吸附處理 是采用下列步驟實(shí)現(xiàn)的：通過對(duì)吸附劑進(jìn)行選擇，使得不凝氣中氯化氫和氯硅烷被吸附劑 吸附，而氫氣則仍保持氣態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了將氫氣與不凝氣的其他成分例如氯化氫和氯硅烷 的有效分離。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以采用的吸附劑的類型并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明 的具體實(shí)施例，可以采用的吸附劑為活性炭吸附劑或其他吸附劑組合。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例， 吸附處理的壓力并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，吸附處理可以在溫度為20? 40攝氏度和壓力為1.0?1.2MPa的條件下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下可以顯著提高吸 附效率，并降低能耗，進(jìn)而降低投資成本。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，脫附處理是采用下列步驟 實(shí)現(xiàn)的，采用吸附處理過程中得到的氫氣的另一部分對(duì)吸附有氯硅烷和氯化氫的吸附劑進(jìn) 行脫附處理，從而可以得到含有氯硅烷和氯化氫的混合物。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，脫附處理 的條件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，脫附處理可以在溫度為100?130攝氏 度和壓力為〇. 03?0. 06MPa的條件下進(jìn)行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該條件下可以顯著提高脫附處理 效率，從而實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。具體的，采用氫氣對(duì)吸附有氯硅烷和氯化氫的吸附劑進(jìn)行吹 掃，從而使得氯硅烷和氯化氫從吸附劑上解吸下來。
[0060] 氫化裝置600 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氫化裝置600與吸附-脫附裝置500相連，適 于將含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng)，從而可以得到三氯氫硅。具 體的，將含有氯硅烷和氯化氫的混合物供給至氫化裝置，作為反應(yīng)物參與四氯化硅氫化生 成三氯氫硅的反應(yīng)，由此可以實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用。
[0061] 實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶硅還原尾氣的方法的處理多晶硅還原尾氣的系統(tǒng) 通過采用對(duì)氫氣具有選擇性透過的膜分離裝置將大部分氫氣從多晶硅還原尾氣中進(jìn)行分 離，并將分離的氫氣返回至還原裝置與三氯氫硅發(fā)生還原反應(yīng)制備單質(zhì)硅，從而可以實(shí)現(xiàn) 物料的循環(huán)利用，同時(shí)分離氫氣后的還原尾氣氣體量大幅度減少，使得后續(xù)冷凝處理和吸 附處理壓力大幅度降低，從而顯著降低能耗和設(shè)備投資成本，另外，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模 處理多晶硅還原尾氣。
[0062] 參考圖4,實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的處理多晶娃還原尾氣的方法的處理多晶娃還原尾 氣的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：
[0063] 第一壓縮裝置700 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一壓縮裝置700與膜分離裝置200和 還原裝置300相連，適于在將膜分離裝置中分離得到的氫氣供給至還原爐中與三氯氫硅進(jìn) 行還原反應(yīng)之前，預(yù)先對(duì)氫氣進(jìn)行第一壓縮處理。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一壓縮處理的條 件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第一壓縮可以在〇. 7?1. OMPa的壓力下進(jìn) 行。具體的，將透過分離膜后的氫氣與原分離膜另一側(cè)的三氯氫硅的混合氣壓力由〇. 2? 0. 4MPa升壓至0. 7?1. OMPa，以滿足還原反應(yīng)進(jìn)料所需壓力。
[0064] 第二壓縮裝置800 :根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二壓縮裝置800與吸附-脫附裝置 500和氫化裝置600相連，適于將含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng) 之前，預(yù)先對(duì)含有氯硅烷和氯化氫的混合物進(jìn)行第二壓縮處理。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二 壓縮處理的條件并不受特別限制，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，第二壓縮處理可以在1.9? 3. OMPa的壓力下進(jìn)行。具體的，將脫附后得到的含有氯硅烷和氯化氫的混合物由0. 03? 0· 06MPa提升至1. 9?3. OMPa，以滿足氫化反應(yīng)所需壓力。
[0065] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不 必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0066] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種處理多晶硅還原尾氣的方法，所述多晶硅還原尾氣含有二氯二氫硅、三氯氫硅、 四氯化硅、氯化氫和氫氣，其特征在于，所述方法包括： (1) 將所述多晶硅還原尾氣進(jìn)行第一冷凝處理，以便得到經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅 還原尾氣； (2) 采用膜分離器對(duì)所述經(jīng)過第一冷凝處理的多晶硅還原尾氣進(jìn)行分離處理，以便分 別得到氫氣和混合氣體，其中，所述膜分離器具有有機(jī)滲透膜，所述氫氣選擇性透過所述有 機(jī)滲透膜； (3) 將步驟（2)得到的所述氫氣供給至還原爐中與三氯氫硅進(jìn)行還原反應(yīng)，以便得到 單質(zhì)硅； (4) 將步驟（2)中的所述混合氣體進(jìn)行第二冷凝處理，以便得到氯硅烷冷凝液和不凝 氣； (5) 將所述不凝氣進(jìn)行吸附處理，以便得到氫氣以及吸附氯硅烷和氯化氫的吸附劑，并 將所述氫氣的一部分供給至所述還原爐； (6) 采用步驟（5)中所述氫氣的另一部分對(duì)所述吸附氯硅烷和氯化氫的吸附劑進(jìn)行脫 附處理，以便得到含有氯硅烷和氯化氫的混合物；以及 (7) 將所述含有氯硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng)，以便得到三氯氫 硅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述膜分離器的 進(jìn)氣側(cè)壓力大于所述膜分離器的出氣側(cè)壓力，并且所述膜分離器的出氣側(cè)壓力為〇. 1? 0.2MPa〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述膜分離器的 出氣側(cè)壓力的至少一部分是由三氯氫硅氣體提供的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述第一冷凝處 理是在溫度為30?50攝氏度和壓力為0. 5?0. 6MPa的條件下進(jìn)行的，所述第二冷凝處理 包括一級(jí)冷凝處理和二級(jí)冷凝處理，其中，所述一級(jí)冷凝處理是在溫度為-30?-10攝氏度 和壓力為0. 5?0. 6MPa的條件下進(jìn)行的，所述二級(jí)冷凝器處理是在溫度為-40?-30攝氏 度和壓力為1. 〇?1. 2MPa的條件下進(jìn)行的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述吸附處理是 在溫度為20?40攝氏度和壓力為1. 0?1. 2MPa的條件下進(jìn)行的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述脫附處理是 在溫度為100?130攝氏度和壓力為0. 03?0. 06MPa的條件下進(jìn)行的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，在將透過所述膜 分離器的氫氣供給至還原爐中與三氯氫硅進(jìn)行還原反應(yīng)之前，預(yù)先對(duì)所述氫氣進(jìn)行第一壓 縮處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，在將所述含有氯 硅烷和氯化氫的混合物與四氯化硅進(jìn)行氫化反應(yīng)之前，預(yù)先對(duì)所述含有氯硅烷和氯化氫的 混合物進(jìn)行第二壓縮處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述第一壓縮處 理是在〇· 7?1. OMPa的壓力下進(jìn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理多晶硅還原尾氣的方法，其特征在于，所述第二壓縮處 理是在1. 9?3. OMPa的壓力下進(jìn)行的。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK104140106SQ201410364843
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】楊永亮, 張志剛, 司文學(xué), 嚴(yán)大洲, 肖榮暉, 湯傳斌 申請(qǐng)人:中國恩菲工程技術(shù)有限公司