專利名稱：：多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離提純系統(tǒng)及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于精餾
技術(shù)領(lǐng)域：
，利用多塔加壓連續(xù)精餾工藝提純?nèi)葰涔?，特別提出一種多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離提純系統(tǒng)及操作方法。
背景技術(shù)：
：多晶硅材料是電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中最基礎(chǔ)、最主要、最重要的功能性材料。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，多晶硅產(chǎn)品供求嚴(yán)重失衡。多晶硅己經(jīng)成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必需的戰(zhàn)略物資。國家發(fā)改委對發(fā)展我國多晶硅產(chǎn)業(yè)極為重視。提出要突破一批關(guān)鍵技術(shù)，取得適合國情條件、有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。我國多晶硅產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)處于關(guān)鍵時期，加強多晶硅產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力基礎(chǔ)能力建設(shè)是貫徹國家新能源戰(zhàn)略、提高我國多晶硅產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力建設(shè)的必然要求。目前，我國大多數(shù)企業(yè)的多晶硅生產(chǎn)工藝為改良西門子法，其流程如下用氯和氫合成氯化氫(或外購氯化氫)，氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進(jìn)行精餾分離提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行CVD反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。其還原爐尾氣進(jìn)行干法回收，回收后的氯硅烷再次進(jìn)行精餾分離提純得到三氯氫硅，其副產(chǎn)物四氯化硅進(jìn)入氫化爐反應(yīng)生成三氯氫硅，從而實現(xiàn)閉路循環(huán)。國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠絕大部分采用此法生產(chǎn)電子級與太陽能級多晶硅。由以上工藝流程可以看出，多晶硅的產(chǎn)品質(zhì)量與三氯氫硅精餾單元及回收氯硅烷精餾單元的處理情況緊密相關(guān)，多數(shù)廠家為了達(dá)到高純度的要求，采用的精餾塔較高、回流比較大，其設(shè)備投資和能耗均比較高。
發(fā)明內(nèi)容氯硅垸精餾技術(shù)裝備是制約我國高質(zhì)量生產(chǎn)多晶硅材料的主要技術(shù)瓶:頸之一。精餾工藝技術(shù)需簡化優(yōu)化，提高分離效率，簡化優(yōu)化工藝和裝備數(shù)量，簡化操作，降低精餾產(chǎn)品能耗，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，降低精餾產(chǎn)品磷、砷、硼和金屬雜質(zhì)含量。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了降低對設(shè)備的要求，本發(fā)明提出一種三氯氫硅分離的系統(tǒng)及操作方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精餾工段進(jìn)料和回收工段進(jìn)料的質(zhì)量流率彈性配比(1:11:5)的條件下達(dá)到分離要求和節(jié)能的目的。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的本發(fā)明的一種多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離的系統(tǒng)，由精餾工段和回收精制工段組成；精餾工段有六個塔，回收精制工段有三個塔；精餾工段六個塔連接方式是依次由脫輕一塔、脫輕二塔、脫重塔、再脫輕塔、再脫重一塔和再脫重二塔連接；回收精制工段三個塔連接方式依次由脫低塔、脫高塔和產(chǎn)品精制塔連接。本發(fā)明多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離的系統(tǒng)，含雜質(zhì)的三氯氫硅原料液，由原料罐進(jìn)入脫輕一塔，脫輕一塔與脫輕二塔串聯(lián)進(jìn)行脫輕；脫輕后的三氯氫硅進(jìn)入脫重塔進(jìn)行脫重，脫重后的三氯氫硅再進(jìn)入再脫輕塔進(jìn)行再脫輕，再脫輕塔的塔頂產(chǎn)品返回到原料儲罐；再脫輕塔塔釜得到的較高純度的三氯氫硅進(jìn)入再脫重一塔，再脫重一塔與再脫重二塔串聯(lián)進(jìn)行再脫重，在再脫重一塔塔頂?shù)玫礁呒內(nèi)葰涔璁a(chǎn)品，再脫重二塔塔釜含微量重組分的三氯氫硅返回到原料儲罐；來自還原、氫化尾氣回收工段的物料，進(jìn)入脫低塔進(jìn)行脫輕，脫低后的產(chǎn)品送到脫高塔進(jìn)行脫高提純，脫高后的塔頂產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)品精制塔進(jìn)一步脫去微量重組分，在產(chǎn)品精制塔頂?shù)玫礁呒內(nèi)葰涔璁a(chǎn)品，精制塔釜液返回原料儲罐。本發(fā)明的系統(tǒng)的操作方法，脫輕一塔塔頂壓力為150300KPa(G表壓)，塔頂溫度為4885°C，回流比為45.0135.0，脫輕二塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為559CTC，脫輕一塔和脫輕二塔理論級數(shù)共為100190。'脫重塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5285°C，回流比為5.015.0，脫重塔塔理論級數(shù)為50100。再脫輕塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5487°C，回流比為70.0130.0，再脫輕塔理論級數(shù)為4090。再脫重一塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為6082。C，回流比為10.030.0，再脫重二塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為528(TC，再脫重一塔和再脫重二塔理論級數(shù)共為80130。脫低塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5078°C,回流比為40.075.0，脫低塔塔理論級數(shù)為4080。脫高塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為S582'C，回流比為5.015.0，脫高塔塔理論級數(shù)為4080。本發(fā)明的脫輕一塔和脫輕二塔從工藝角度講為從中間分割的一個精餾塔，脫輕以塔為精餾段和部分提餾段組成，脫輕二塔全部為提餾段。本發(fā)明的再脫重一塔和再脫重二塔從工藝角度講為從中間分割的一個精餾塔，再脫重一塔為部分精餾段，再脫重二塔為部分精餾段和提餾段組成。本發(fā)明有以下優(yōu)點能夠?qū)崿F(xiàn)精餾工段進(jìn)料和回收工段進(jìn)料的質(zhì)量流率彈性配比(1:11:5)，生產(chǎn)的高純?nèi)葰洚a(chǎn)品中雜質(zhì)含量低于10卯t，兼顧符合太陽能級硅和電子級硅生產(chǎn)的要求。圖l:三氯氫硅提純的流程示意圖。具體實施方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。采用附圖1的連接方式，精餾工段三氯氫硅原料液由管線1進(jìn)入原料儲罐21經(jīng)過管線2進(jìn)入脫輕一塔22，脫輕塔22與脫輕二塔23由管線4和管線5串聯(lián)進(jìn)行脫輕，主要脫去進(jìn)料中的二氯二氫硅等輕雜質(zhì)。經(jīng)過脫輕后三氯氫硅經(jīng)過管線6進(jìn)入脫重塔24，進(jìn)行脫重，主要是脫去四氯化硅等重雜質(zhì)，在脫重塔24頂部得到較高純度的三氯氫硅。脫重后的三氯氫硅再經(jīng)過管線8進(jìn)入再脫輕塔25，該塔的目的在于進(jìn)一步提純由脫重塔24頂送來的三氯氫硅，脫去微量的輕組分雜質(zhì)，該塔頂物料經(jīng)過管線9和管線11返回到原料儲罐21，再脫輕塔25塔釜得到的較高純度的三氯氫硅經(jīng)過管線10進(jìn)入再脫重一塔26，再脫重一塔26與再脫重二塔27由管線12和管線13串聯(lián)進(jìn)行再脫重，脫去三氯氫硅產(chǎn)品中的微量重組分，在再脫重二塔27塔頂管線14得到高純?nèi)葰涔璁a(chǎn)品，再脫重一塔26塔釜含微量重組分的三氯氫硅溶液由管線11返回到原料儲罐21;回收精制工段來自還原、氧化尾氣回收工段的物料由管線15進(jìn)入脫低塔28，主要作用為脫去二氯二氫硅等輕雜質(zhì)。脫低塔28釜液為三氯氫硅和四氯化硅混合物經(jīng)過管線17^到脫高塔29進(jìn)行脫重提純，主要是脫去四氯化硅等重雜質(zhì)，在塔頂?shù)玫捷^高純度的三氯氫硅產(chǎn)品，塔頂產(chǎn)品經(jīng)過管線19進(jìn)入產(chǎn)品精制塔30進(jìn)一步脫去微量重組分，在產(chǎn)品精制塔30頂?shù)玫礁呒內(nèi)葰涔璁a(chǎn)品，產(chǎn)品精制塔30釜液返回原料儲罐21。實施例l:加工2000噸/年多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅的提純，進(jìn)料組成如下精餾工段原料進(jìn)料組成二氯二氫硅含量為1%;三氯氫硅含量為98%;四氯化硅含量為1%。回收精制工段還原、氫化尾氣進(jìn)料組成二氯二氫硅含量為1.43%;三氯氫硅含量為37.41%;四氯化硅含量為61.16%。進(jìn)料質(zhì)量流量精餾工段進(jìn)料為5828kg,提留工段進(jìn)料為17484kg，總進(jìn)料量為23312kg。每Kg氯硅烷的分離能耗理論值為1500KCAL/服。精餾工段與回收精制工段進(jìn)料比為1:3脫輕一塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為6070°C，回流比為63.073.0，脫輕二塔塔頂壓力為200220KPa(G)，塔頂溫度為6272°C，脫輕一塔和脫輕二塔理論級數(shù)共為180190。脫重塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為6272°C，回流比為10.012.0，脫重塔塔理論級數(shù)為6070。再脫輕塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為6272°C，回流比為105.0115.0，再脫輕塔理論級數(shù)為4070。再脫重一塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為6974°C，回流比為15.025.0，再脫重二塔塔頂壓力為200220KPa(G)，塔頂溫度為6272°C，再脫重一塔和再脫重二塔理論級數(shù)共為90120。脫低塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為5767°C，回流比為53.063.0，脫低塔塔理論級數(shù)為4070。脫高塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為6272°C，回流比為10.012.0，脫高塔塔理論級數(shù)為4070。產(chǎn)品精制塔塔頂壓力為190210KPa(G)，塔頂溫度為6272°C，回流比為9.011.0，產(chǎn)品精致塔理論級數(shù)為4070。三氯氫硅提純過程中各塔負(fù)荷如下表(表一)所示表一<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>加工1000噸/年多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅的提純，操作條件同實施例1，不同的條件如下進(jìn)料組成如下精餾工段原料進(jìn)料組成二氯二氫硅含量為1.5%;三氯氫硅含量為97.5%;四氯化硅含量為1%。進(jìn)料質(zhì)量流量:精餾工段進(jìn)料為2914kg，提留工段進(jìn)料為4371kg，總進(jìn)料量為7285kg。每Kg氯硅烷的分離能耗理論值為1800KCAL/冊?；厥展ざ芜€原、氫化尾氣進(jìn)料組成二氯二氫硅含量為1.43%;三氯氫硅含量為42%;四氯化硅含量為56.57%。精餾工段與回收精制工段進(jìn)料比為1:1.5三氯氫硅提純過程中各塔負(fù)荷如下表(表二)所示表二<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3:加工2000噸/年多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅的提純，操作條件同實施例l，不同的條件如進(jìn)料質(zhì)量流量:精餾工段進(jìn)料為5828kg，提留工段進(jìn)料為5828kg，總進(jìn)料量為11656kg。每Kg氯硅垸的分離能耗理論值為2000KCAL/服。精餾工段與回收精制工段進(jìn)料比為1:1三氯氫硅提純過程中各塔負(fù)荷如下表(表三)所示表二<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4:加工1000噸/年多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅的提純，操作條件同實施例2，不同的條件如下進(jìn)料質(zhì)量流量精餾工段進(jìn)料為2914kg，提留工段進(jìn)料為14570kg，總進(jìn)料量為17484kg。每Kg氯硅垸的分離能耗理論值為1300KCAL/服。精餾工段與回收精制工段進(jìn)料比為1:5三氯氫硅提純過程中各塔負(fù)荷如下表(表四)所示表四<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過以上列表說明此工藝能夠?qū)崿F(xiàn)精餾工段進(jìn)料和回收工段進(jìn)料的質(zhì)量流率彈性配比(l:11:5)，在此彈性配比范圍內(nèi)能夠確保生產(chǎn)的三氯氫產(chǎn)品中雜質(zhì)含量低于10ppt，兼顧符合太陽能級硅和電子級硅生產(chǎn)的要求，每Kg氯硅烷的分離能耗理論值介于10002000KCAL/HR。本發(fā)明提出的多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離提純系統(tǒng)及操作方法，已通過實施例進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的系統(tǒng)和方法進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明的精神、范圍和內(nèi)容中。權(quán)利要求1.一種多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離的系統(tǒng)，由精餾工段和回收精制工段組成；其特征是精餾工段有六個塔，回收精制工段有三個塔；精餾工段六個塔連接方式是依次由脫輕一塔、脫輕二塔、脫重塔、再脫輕塔、再脫重一塔和再脫重二塔連接；回收精制工段三個塔連接方式依次由脫低塔、脫高塔和產(chǎn)品精制塔連接。2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是含雜質(zhì)的三氯氫硅原料液，由原料罐進(jìn)入脫輕一塔，脫輕一塔與脫輕二塔串聯(lián)進(jìn)行脫輕；脫輕后的三氯氫硅進(jìn)入脫重塔進(jìn)行脫重，脫重后的三氯氫硅進(jìn)入再脫輕塔進(jìn)行再脫輕，再脫輕塔的塔頂產(chǎn)品返回到原料儲罐；再脫輕塔塔釜得到的較高純度的三氯氫硅進(jìn)入再脫重一塔，再脫重一塔與再脫重二塔串聯(lián)進(jìn)行再脫重，在再脫重一塔塔頂?shù)玫礁呒內(nèi)葰涔璁a(chǎn)品，再脫重二塔塔釜含微量重組分的三氯氫硅返回到原料儲罐；來自還原、氫化尾氣回收工段的物料，進(jìn)入脫低塔進(jìn)行脫輕，脫低后的產(chǎn)品送到脫高塔進(jìn)行脫高提純，脫高后的塔頂產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)品精制塔進(jìn)一步脫去微量重組分，在產(chǎn)品精制塔頂?shù)玫礁呒內(nèi)葰涔璁a(chǎn)品，精制塔釜液返回原料儲罐。3.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是脫輕一塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為4885°C，回流比為45.0135.0，脫輕二塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5590'C，脫輕一塔和脫輕二塔理論級數(shù)共為100190。4.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是脫重塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為S285。C，回流比為5.015.0，脫重塔塔理論級數(shù)為50100。5.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是再脫輕塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5487°C，回流比為70.0130.0，再脫輕塔理論級數(shù)為4090。6.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是再脫重一塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為6082°C，回流比為10.030.0，再脫重二塔塔頂壓力為150300KPa(G),塔頂溫度為528(TC，再脫重一塔和再脫重二塔理論級數(shù)共為80130。7.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是脫低塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5078°C，回流比為40.075.0，脫低塔塔理論級數(shù)為4080。8.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是脫高塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5582°C，回流比為5.015.0，脫高塔塔理論級數(shù)為4080。9.權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)的操作方法，其特征是產(chǎn)品精制塔塔頂壓力為150300KPa(G)，塔頂溫度為5582°C，回流比為5.015.0，產(chǎn)品精制塔理論級數(shù)為4080。全文摘要本發(fā)明提出一種多晶硅生產(chǎn)過程中的三氯氫硅分離提純系統(tǒng)及操作方法。系統(tǒng)由精餾工段和回收精制工段組成；精餾工段有六個塔，回收精制工段有三個塔；精餾工段六個塔連接方式是依次由脫輕一塔、脫輕二塔、脫重塔、再脫輕塔、再脫重一塔和再脫重二塔連接；回收精制工段三個塔連接方式依次由脫低塔、脫高塔和產(chǎn)品精制塔連接。氯硅烷精餾技術(shù)裝備是制約我國高質(zhì)量生產(chǎn)多晶硅材料的主要技術(shù)瓶頸之一。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)精餾工段進(jìn)料和回收工段進(jìn)料的質(zhì)量流率彈性配比(1∶1～1∶5)的條件下達(dá)到分離要求和節(jié)能的目的。精餾工藝技術(shù)簡化優(yōu)化，提高分離效率，降低精餾產(chǎn)品能耗，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，降低精餾產(chǎn)品磷、砷、硼和金屬雜質(zhì)含量。文檔編號B01D3/14GK101538044SQ20091006855公開日2009年9月23日申請日期2009年4月21日優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日發(fā)明者劉雪艷,超華,李鑫鋼,王紅星,黃國強申請人:天津大學(xué)