專利名稱：含氯硅烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精細化工領(lǐng)域，具體涉及一種含氯硅垸的氯化氫氣體的回收 方法。
背景技術(shù)：
西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝主要有單元有三氯氫硅制備單元；三氯氫硅 精餾單元；尾氣(HC1/H2)回收單元；四氯化硅轉(zhuǎn)化單元和多晶硅成品生產(chǎn) 單元。
三氯氫硅制備中經(jīng)冷凝后的一部分含氯硅烷的氯化氫尾氣進入放空洗滌 系統(tǒng)用堿液吸收，造成環(huán)保壓力大。
多晶硅正常生產(chǎn)時，尾氣回收單元、四氯化硅轉(zhuǎn)化單元的氯化氫返回三 氯氫硅制備單元與硅粉反應制取三氯氫硅，幾乎無氯化氫排放。而當裝置生 產(chǎn)不正常時，尤其是三氯氫硅制備單元生產(chǎn)不正常或停產(chǎn)時，如果沒有考慮 氯化氫的回收，直接進入放空洗滌系統(tǒng)，則會導致放空洗滌系統(tǒng)地負荷增大 甚至無法操作，最后會影響尾氣回收單元和四氯化硅轉(zhuǎn)化等單元正常生產(chǎn)甚 至停產(chǎn)。
將含氯硅烷的氯化氫回收利用既節(jié)約了資源，又解決了環(huán)境污染問題。 但是目前多晶硅的生產(chǎn)中含氯硅垸的氯化氫吸收均釆用傳統(tǒng)法水吸收，即三 級水吸收，這樣的氯化氫吸收法，造成吸收塔(常用為填料塔)與管道的堵 塞，嚴重時造成吸收部分的停車，給清理帶來困難，吸收產(chǎn)生的鹽酸有大量 的硅膠等雜質(zhì)，不能用于解析回收。這是由于氯化氫氣體中的氯硅烷與水反 應產(chǎn)生的硅膠，吸收時易堵塞吸收器、循環(huán)泵和管道等，無法長期運行。同 時反應是放熱反應，大量的HC1又被熱蒸發(fā)，給吸收帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種回收多晶硅生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含氯硅烷的氯化氫 氣體的處理方法，處理后即生成高純度的濃鹽酸。 本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到-
一種含氯硅烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸的方法，含氯硅垸的氯化 氫氣體先進入水解罐，與水解罐中濃鹽酸中的水分進行水解反應，除去氣體 中的氯硅垸，氣體再依次經(jīng)過至少兩個串聯(lián)的降膜吸收器，在降膜吸收器中 采用水循環(huán)吸收氣體中的氯化氫，制成濃鹽酸，氯化氫吸收后排放尾氣。
其中含氯硅烷的氯化氫氣體為西門子法多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣，
該尾氣中含有HC1、 H2、 SiHCl3、 SiCl4、 SiH2Cl2等多種氣體。
含氯硅垸的HC1尾氣通入水解罐中，利用氯硅烷與水反應的特點(放熱 反應)，在罐中與質(zhì)量濃度31~35%的濃鹽酸中的水分充分水解反應，徹底除 去氣體中的氯硅烷，液相中產(chǎn)生少量硅膠，并在氣相產(chǎn)生很少量H2和HC1 與原有的HC1氣體合并，水解罐內(nèi)氯硅烷與濃鹽酸中水相主要反應如下
SiHCl3 + H20 - Si02 + HCl + H2 + Ql
SiCl4 + H20 -H4Si04 + HC1 +Q2
SiH2Cl2+H20 - Si02+HCl+Q3
水解反應的溫度為25 6CTC，壓力為0.1 0.5MPa。如上式各式所示，水解 反應過程為放熱反應，故需對水解罐進行冷卻， 一般會在水解罐外或夾套中 通入循環(huán)水冷卻，移去反應熱。水解罐中產(chǎn)生的少量硅膠定期清理即可。
水解后的氣相經(jīng)過降膜吸收器中清潔水的逆流、冷卻循環(huán)洗滌吸收，最 終可得高純度的濃鹽酸，本發(fā)明中高純度的概念是指在同等或類似工藝條件 下(即進氣為含氯硅垸的氯化氫氣體，吸收液為潔凈水)吸收產(chǎn)生的鹽酸硅 膠等雜質(zhì)含量極低，鹽酸純度較高，該高純度濃鹽酸的濃度較高，約在31~35% 的質(zhì)量百分比濃度。此成品鹽酸可外售，也可解析為HC1作為三氯硅垸制備 單元原料，也可以返回水解罐中補充水解罐中所消耗的濃鹽酸。本工藝的裝 置中還具有儀表控制系統(tǒng)及安全泄壓系統(tǒng)等。
4本發(fā)明中的降膜吸收器其數(shù)目可以為兩個，也可以多于兩個，各降膜吸
收器之間相互串聯(lián)。降膜吸收器優(yōu)選兩個，即將1#降膜吸收器和2#降膜吸收 器串聯(lián)在一起，如經(jīng)過水解反應后的氣體依次經(jīng)過1#降膜吸收器和2#降膜吸 收器。各降膜吸收器之間相互串聯(lián)時，第一個降膜吸收器與最后一個降膜吸 收器經(jīng)由管路相通，形成一個水路循環(huán)，以便于清潔水的循環(huán)吸附。降膜吸 收器的操作溫度為25 60°C，操作壓力為0.1 0.5MPa。
降膜吸收器同時具有吸收和冷卻的作用，水(特別是清潔水)在降膜吸 收器中與氣體逆向流動，冷卻、洗滌氣體，循環(huán)吸附氣體中的氯化氫。這里 所述的逆向流動是指從進出降膜吸收器角度看，水與氣體是逆向的，但氣體 在降膜吸收器內(nèi)部與水是同向接觸吸收。如經(jīng)水解后的氣體先通入1#降膜吸 收器，然后再通過管道進入2#降膜吸收器，而水則從2#降膜吸收器流向1# 降膜吸收器(但氣體在降膜吸收器內(nèi)部的流向與水一致)，流出1#降膜吸收 器再通過鹽酸泵送回2#降膜吸收器中，進行循環(huán)冷卻、洗滌、吸收，直至氣 體中的HC1吸收完全，尾氣排放，而水則制成了高品質(zhì)濃鹽酸。
本發(fā)明含氯硅烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸，解決了傳統(tǒng)方法用水 直接吸收，不能得到純的鹽酸的問題。增加了多晶硅生產(chǎn)裝置生產(chǎn)穩(wěn)定性， 互相獨立性，靈活操作性，同時又能得到高純度的(31~35%)鹽酸，可作回 收利用和副產(chǎn)品出售。本發(fā)明還具有
1) 在氯化氫使用鹽酸解析制取的工藝中，可以實現(xiàn)氯化氫循環(huán)。
2) 比使用冷凍壓縮貯存方法節(jié)省投資，操作彈性大，安全可靠。
3) 減少事故狀態(tài)下的HC1排放，更環(huán)保更安全。
4) 同時解決生產(chǎn)問題，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)
本發(fā)明既維持各單元持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的要求(三氯氫硅制備單元停產(chǎn)時直 接購買粗的三氯氫硅代替)，又解決了含氯硅烷的氯化氫氣體去處。用含氯硅 烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸，既可以清除氯化氫氣體中的氯硅烷成分， 保證氯化氫氣體進入降膜吸收器不會堵塞設(shè)備與管道，使HC1回到生產(chǎn)系統(tǒng) 作為氯化氫氣體解析的原料，也可作為副產(chǎn)品出售，避免環(huán)境污染， 約了資源，降低了生產(chǎn)成本。特別是補充的氯化氫用鹽酸汽提解析來制得情況下，
可以實現(xiàn)HC1循環(huán)。


圖1是本發(fā)明的一種工藝流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明做進一步說明。
主要設(shè)備如下
1) 兩臺水解罐一開一備(有利于硅膠定期清理)，材料為碳鋼內(nèi)搪玻璃 外加碳鋼冷卻水夾套，主要起防腐和冷卻作用。水解罐內(nèi)設(shè)有聚四氟材料的 氣體分布器。
2) 兩臺串聯(lián)的降膜吸收器(1#和2#，有吸收和冷卻作用)，材料為碳鋼
加石墨。
3) 4臺氟塑料循環(huán)泵(均為一開一備)和一臺成品鹽酸緩沖罐(材料為 碳鋼內(nèi)搪玻璃)
含氯硅烷的HC1尾氣首先進入水解罐，在水解罐中被氣體分布器均勻分 布于水解罐內(nèi)，可直接通入液體的31%的濃鹽酸中，也可以與濃鹽酸淋洗接 觸，或者以其他方式充分與濃鹽酸接觸，利用氯硅垸與水反應的特點，迅速 與濃鹽酸中的水反應，去除氣體中的氯硅垸，濃鹽酸通過循環(huán)泵循環(huán)泵入水 解罐中，當水解罐中鹽酸濃度過高或處理停頓時，將過濃鹽酸通入去鹽酸罐 或者其他裝置。
水解罐內(nèi)氯硅烷與濃鹽酸中水相主要反應-
SiHCl3 + H20 -Si02 + HCl + H2 + Ql
SiCl4 + H20 - 腿04 + HC1 +Q2
SiH2Cl2 + H20 - Si02 + HC1 +Q3
因為反應是放熱反應，故在水解罐夾套通入循環(huán)水冷卻，移去反應熱。 水解罐操作溫度為常溫至6(TC，操作壓力為常壓至0. 5MPa，夾套中循環(huán)水的進/出溫度約33。C/40。C。
在水解罐內(nèi)的反應徹底除去氣體中的氯硅垸，而在水解罐內(nèi)鹽酸液相中 有反應產(chǎn)生少量硅膠，氣相有反應產(chǎn)生的少量H2和HC1，它們與氣體原有的 HC1氣體一并依次經(jīng)過1#降膜吸收器和2#降膜吸收器，用清潔水逆流循環(huán)洗 滌吸收，清潔水從2#降膜吸收器通入，再進入1#降膜吸收器，經(jīng)過鹽酸緩沖 罐，再在鹽酸泵的作用下返回2#降膜吸收器中進行循環(huán)洗滌吸收，并邊吸收 邊用降膜吸收器夾套內(nèi)或降膜吸收器外的循環(huán)水冷卻，最終得高純度的鹽酸
(31~35%)。兩臺吸收器的操作溫度為常溫至60'C，操作壓力為常壓至 0.5MPa，循環(huán)水的進/出溫度約33TV4CrC。
吸收后的氣體最終含有很少量H2的水汽尾氣被安全排放。得到的成品鹽
酸可外售，可以進入水解罐中作水解濃鹽酸用，也可解析為HC1作為三氯硅 垸制備單元原料。
該例中，處理前含氯硅烷的HC1尾氣中，氯硅烷含量約為0.1 0.6%， HC1含量約99.4~99.8% (質(zhì)量含量)，最終處理后排放的尾氣中，氯硅烷含 量約為零，同時還含有微量H2,其余為水汽。假設(shè)該設(shè)備的處理速度為1.0 噸/小時含氯硅垸的HC1尾氣，每小時可產(chǎn)31~35%的高純度的鹽酸約為3.0 噸。
權(quán)利要求
1、一種含氯硅烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸的方法，其特征在于含氯硅烷的氯化氫氣體先進入水解罐，與水解罐中濃鹽酸中的水分進行水解反應，除去氣體中的氯硅烷，氣體再依次經(jīng)過至少兩個串聯(lián)的降膜吸收器，在降膜吸收器中采用水循環(huán)吸收氣體中的氯化氫，制成濃鹽酸，氯化氫吸收后排放尾氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的含氯硅烷的氯化氫氣體為 西門子法多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的水解罐中的濃鹽酸的質(zhì)量 濃度為31 35%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的水解反應的溫度為25 60°C，壓力為0.1 0.5MPa。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的降膜吸收器的數(shù)目為兩個， 經(jīng)過水解反應后的氣體依次經(jīng)過相互串聯(lián)的1#降膜吸收器和2#降膜吸收器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的降膜吸收器的操作溫 度為25 60。C，操作壓力為0.1 0.5MPa。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在降膜吸收器中水與氣體接觸、 冷卻、洗滌氣體，循環(huán)吸附氣體中的氯化氫。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于所述的水循環(huán)吸收氯化氫后 制得的濃鹽酸的質(zhì)量濃度為31 35% 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含氯硅烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸的方法，含氯硅烷的氯化氫氣體先進入水解罐，與水解罐中濃鹽酸中的水分進行水解反應，除去氣體中的氯硅烷，氣體再依次經(jīng)過至少兩個串聯(lián)的降膜吸收器，在降膜吸收器中采用水循環(huán)吸收氣體中的氯化氫，制成濃鹽酸，氯化氫吸收后排放尾氣。本發(fā)明利用本方法，含氯硅烷的氯化氫氣體生產(chǎn)高純度濃鹽酸，解決了傳統(tǒng)方法用水直接吸收，不能得到純的鹽酸的問題。增加了多晶硅生產(chǎn)裝置生產(chǎn)穩(wěn)定性，互相獨立性，靈活操作性，同時又能得到高純度的鹽酸，可作回收利用和副產(chǎn)品出售。
文檔編號C01B7/00GK101628710SQ200910183870
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者潔 唐, 夏俊輝, 鵬 張, 芮元慶, 蔣廣生 申請人:中國石化集團南京設(shè)計院