專利名稱：改良西門子法-hcl氣體脫水純化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅生產(chǎn)用HCL氣體的脫水純化方法，具體地說(shuō)是用四氯化硅脫除HCL中水份的一種化學(xué)方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)50年代，聯(lián)邦德國(guó)西門子公司研究開(kāi)發(fā)出大規(guī)模生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)，即通常所說(shuō)的西門子工藝。多晶硅生產(chǎn)的西門子工藝，其原理就是在表面溫度1100°c左右的高純硅芯上用高純氫還原高純含硅反應(yīng)物，使反應(yīng)生成的硅沉積在硅芯上。改良西門子方法是在傳統(tǒng)西門子方法的基礎(chǔ)上，具備先進(jìn)的節(jié)能低耗工藝，可有效回收利用生產(chǎn)過(guò)程中大量的SiCl4、HC1、H2等副產(chǎn)物以及大量副產(chǎn)熱能的多晶硅生產(chǎn)工藝。目前世界上的多晶硅工廠普遍采用改良西門子工藝生產(chǎn)多晶硅，三氯氫硅還原法是其中最主要方法之一。其中， 三氯氫硅由氣體HCL和工業(yè)硅粉在合成爐內(nèi)合成，如果原料含水，則對(duì)三氯氫硅的合成和整個(gè)多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)造成較大的危害，主要有以下幾點(diǎn)
①腐蝕管道、設(shè)備；
②生成二氧化硅固體雜質(zhì)，堵塞管道；
③降低合成三氯氫硅的收率；
④增加生產(chǎn)成本；
⑤影響多晶硅產(chǎn)品品質(zhì)。目前HCL脫水純化主要有以下幾種方法
①濃硫酸脫水脫水深度達(dá)不到多晶硅生產(chǎn)的要求，且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)會(huì)揮發(fā)出 SO2，污染系統(tǒng)。②深冷能耗高。③分子篩脫水需要使用大量氮?dú)?，生產(chǎn)成本高。所以，如將這些方法應(yīng)用于多晶硅生產(chǎn)過(guò)程，都存在一些無(wú)法克服的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述情況，提供一種用四氯化硅脫除HCL中水份的改良西門子法-HCL氣體脫水純化方法。本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種改良西門子法-HCL氣體脫水純化方法，包括以下步驟
①系統(tǒng)吹掃開(kāi)啟吹掃氮?dú)忾y門，對(duì)HCL脫水裝置進(jìn)行吹掃，將系統(tǒng)內(nèi)的空氣排盡；
②HCL氣體洗滌脫水使來(lái)自HCL合成工序、含有少量水汽的HCL氣體從干燥塔塔底進(jìn)氣口進(jìn)入干燥塔內(nèi)的填料層，與從干燥塔頂部噴淋下來(lái)的四氯化硅逆流接觸，HCL中的水汽與四氯化硅發(fā)生激烈化學(xué)反應(yīng)，HCL中的水汽被吸收，從而使HCL中的水被脫除；
③四氯化硅循環(huán)四氯化硅被四氯化硅循環(huán)泵泵出，先經(jīng)過(guò)四氯化硅換熱器被冷卻介質(zhì)I降溫，再進(jìn)入HCL干燥塔，經(jīng)液體分布器或噴淋器均勻分布到填料上，潤(rùn)濕填料表面，與HCL氣體接觸，干燥HCL，最后回到干燥塔塔底循環(huán)桶；
④四氯化硅回收出干燥塔塔頂、攜帶了部份四氯化硅蒸汽的HCL氣體經(jīng)過(guò)干燥塔塔頂冷卻器，用冷卻介質(zhì)II對(duì)其進(jìn)行冷卻，利用四氯化硅液化溫度比HCL更高的原理，使HCL 與四氯化硅分離，被液化分離的四氯化硅經(jīng)管道返回干燥塔塔底循環(huán)桶。作為優(yōu)選，在上述步驟④后，還包括如下步驟
⑤HCL氣體升溫出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體進(jìn)入一臺(tái)HCL加熱器，將溫度升到 120°C后，進(jìn)入HCL緩沖罐，供合成三氯氫硅使用；
⑥四氯化硅的凈化將干燥塔塔底循環(huán)桶內(nèi)的四氯化硅從循環(huán)桶底部由四氯化硅過(guò)濾循環(huán)泵抽出，送入四氯化硅過(guò)濾器，過(guò)濾掉四氯化硅中的雜質(zhì)，濾液返回干燥塔塔底循環(huán)桶。作為優(yōu)選，上述步驟③中所述冷卻介質(zhì)I為來(lái)自干燥塔塔頂冷卻器的冷凍鹽水。作為優(yōu)選，上述步驟④中所述冷卻介質(zhì)II為-20°c的冷凍鹽水。作為優(yōu)選，上述步驟②中進(jìn)入干燥塔的含有少量水汽的HCL氣體溫度為130°C。作為優(yōu)選，上述步驟③中四氯化硅被冷卻介質(zhì)I降溫到40°C以下，避免過(guò)多的四氯化硅被蒸發(fā)。作為優(yōu)選，上述步驟④中，出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體含水量小于50ppm、每千克的HCL中四氯化硅的含量小于0. 05kg。作為優(yōu)選，上述步驟②中，四氯化硅的溫度由四氯化硅換熱器控制在40°C以內(nèi)。本方法利用四氯化硅遇水強(qiáng)烈水解的性質(zhì)，在洗滌塔內(nèi)，含水HCL氣體向上流動(dòng)， 與向下淋降的四氯化硅逆流接觸，水分與四氯化硅激烈反應(yīng)，生成硅酸和氯化氫氣體，從而達(dá)到脫水的目的。洗滌過(guò)程中四氯化硅的溫度由一臺(tái)換熱器控制在40°C以內(nèi)。塔頂攜帶部分四氯化硅氣體的HCL氣體經(jīng)過(guò)一臺(tái)-20°C鹽水分凝器，將攜帶的大部分四氯化硅冷凝分離出來(lái)并返回洗滌塔循環(huán)使用；出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體含水量小于50ppm、每千克的HCL中四氯化硅的含量小于0. 05kg,四氯化硅的溫度通過(guò)一臺(tái)水蒸氣加熱器升到 120°C，之后進(jìn)入HCL氣體緩沖罐，供三氯氫硅合成使用。本發(fā)明四氯化硅的脫水原理如下 SiCl4+4H20=H4Si04+4HCl。本發(fā)明的有益效果如下本方法克服了其它脫水方式的不足，充分利用了改良西門子法生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物SiCL4,不會(huì)引入新的雜質(zhì)，脫水效果好，能耗低；純化后的HCL 氣體含水< 50ppm，每千克HCL中含Sicl4 < 0. 05kg。


圖1是本方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為HCL干燥塔、2為四氯化硅循環(huán)泵、3為四氯化硅換熱器、4為干燥塔塔頂冷卻器、5為四氯化硅過(guò)濾循環(huán)泵、6為四氯化硅過(guò)濾器、7為HCL加熱器，8為干燥塔內(nèi)的填料層，9為液體分布器，10為HCL緩沖罐，11為吹掃氮?dú)忾y門，12為干燥塔塔底循環(huán)桶，13為來(lái)自罐區(qū)的四氯化硅，14為絲網(wǎng)除沫器，15為HCL合成爐，16為HCL泄放緩沖罐。
具體實(shí)施例方式下列非限制性實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1
如圖1所示，一種改良西門子法-HCL氣體脫水純化方法，包括以下步驟
①系統(tǒng)吹掃開(kāi)啟吹掃氮?dú)忾y門11，對(duì)HCL脫水裝置進(jìn)行吹掃，將系統(tǒng)內(nèi)的空氣排盡；
②HCL氣體洗滌脫水使來(lái)自HCL合成工序、含有少量水汽的HCL氣體從干燥塔塔底進(jìn)氣口進(jìn)入干燥塔內(nèi)的填料層8，與從干燥塔頂部噴淋下來(lái)的四氯化硅逆流接觸，四氯化硅的溫度由四氯化硅換熱器3控制在40°C以內(nèi)，HCL中的水汽與四氯化硅發(fā)生激烈化學(xué)反應(yīng)， HCL中的水汽被吸收，從而使HCL中的水被脫除；所述進(jìn)入干燥塔的含有少量水汽的HCL氣體溫度為130°C。③四氯化硅循環(huán)四氯化硅被四氯化硅循環(huán)泵2泵出，先經(jīng)過(guò)四氯化硅換熱器3被冷卻介質(zhì)I降溫到40°c以下，所述冷卻介質(zhì)I為來(lái)自干燥塔塔頂冷卻器4的冷凍鹽水，再進(jìn)入HCL干燥塔1，經(jīng)液體分布器9或噴淋器均勻分布到填料上，潤(rùn)濕填料表面，與HCL氣體接觸，干燥HCL，最后回到干燥塔塔底循環(huán)桶12 ；
④四氯化硅回收出干燥塔塔頂、攜帶了部份四氯化硅蒸汽的HCL氣體經(jīng)過(guò)干燥塔塔頂冷卻器，用冷卻介質(zhì)II對(duì)其進(jìn)行冷卻，所述冷卻介質(zhì)II為-20°C的冷凍鹽水，利用四氯化硅液化溫度比HCL更高的原理，使HCL與四氯化硅分離，被液化分離的四氯化硅經(jīng)管道返回干燥塔塔底循環(huán)桶12 ；出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體含水量小于50ppm、每千克的HCL中四氯化硅的含量小于0. 05kg。⑤HCL氣體升溫出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體進(jìn)入一臺(tái)HCL加熱器7，將溫度升到120°C后，進(jìn)入HCL緩沖罐10，供合成三氯氫硅使用；
⑥四氯化硅的凈化將干燥塔塔底循環(huán)桶內(nèi)的四氯化硅從循環(huán)桶底部由四氯化硅過(guò)濾循環(huán)泵5抽出，送入四氯化硅過(guò)濾器6，過(guò)濾掉四氯化硅中的雜質(zhì)，濾液返回干燥塔塔底循環(huán)桶12。本方法利用四氯化硅遇水強(qiáng)烈水解的性質(zhì)，在洗滌塔內(nèi)，含水HCL氣體向上流動(dòng)， 與向下淋降的四氯化硅逆流接觸，水份與四氯化硅激烈反應(yīng)，生成硅酸和氯化氫氣體，從而達(dá)到脫水的目的。洗滌過(guò)程中四氯化硅的溫度由一臺(tái)換熱器控制在40°C以內(nèi)。塔頂攜帶部分四氯化硅氣體的HCL氣體經(jīng)過(guò)一臺(tái)-20°C鹽水分凝器，將攜帶的大部分四氯化硅冷凝分離出來(lái)并返回洗滌塔循環(huán)使用；出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體含水量小于50ppm、每千克的HCL中四氯化硅的含量小于0. 05kg,四氯化硅的溫度通過(guò)一臺(tái)水蒸氣加熱器升到 120°C，之后進(jìn)入HCL氣體緩沖罐，供三氯氫硅合成使用。本發(fā)明四氯化硅的脫水原理如下 SiCl4+4H20=H4Si04+4HCl。
權(quán)利要求
1.一種改良西門子法-HCL氣體脫水純化方法，其特征在于包括以下步驟①系統(tǒng)吹掃開(kāi)啟吹掃氮?dú)忾y門(11)，對(duì)HCL脫水裝置進(jìn)行吹掃，將系統(tǒng)內(nèi)的空氣排盡；②HCL氣體洗滌脫水使來(lái)自HCL合成工序、含有少量水汽的HCL氣體從干燥塔塔底進(jìn)氣口進(jìn)入干燥塔內(nèi)的填料層(8)，與從干燥塔頂部噴淋下來(lái)的四氯化硅逆流接觸，HCL中的水汽與四氯化硅發(fā)生激烈化學(xué)反應(yīng)，HCL中的水汽被吸收，從而使HCL中的水被脫除；③四氯化硅循環(huán)四氯化硅被四氯化硅循環(huán)泵(2)泵出，先經(jīng)過(guò)四氯化硅換熱器(3 )被冷卻介質(zhì) i降溫，再進(jìn)入HCL干燥塔 (1 )，經(jīng)液體分布器(9)或噴淋器均勻分布到填料上，潤(rùn)濕填料表面，與HCL氣體接觸，干燥 HCL，最后回到干燥塔塔底循環(huán)桶(12)；④四氯化硅回收出干燥塔塔頂、攜帶了部份四氯化硅蒸汽的HCL氣體經(jīng)過(guò)干燥塔塔頂冷卻器，用冷卻介質(zhì)II對(duì)其進(jìn)行冷卻，利用四氯化硅液化溫度比HCL更高的原理，使HCL 與四氯化硅分離，被液化分離的四氯化硅經(jīng)管道返回干燥塔塔底循環(huán)桶(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在上述步驟④后，還包括如下步驟⑤HCL氣體升溫出干燥塔塔頂冷卻器的HCL氣體進(jìn)入一臺(tái)HCL加熱器(7)，將溫度升到120°C后，進(jìn)入HCL緩沖罐(10)，供合成三氯氫硅使用；⑥四氯化硅的凈化將干燥塔塔底循環(huán)桶內(nèi)的四氯化硅從循環(huán)桶底部由四氯化硅過(guò)濾循環(huán)泵(5)抽出，送入四氯化硅過(guò)濾器(6)，過(guò)濾掉四氯化硅中的雜質(zhì)，濾液返回干燥塔塔底循環(huán)桶(12)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于上述步驟③中所述冷卻介質(zhì)1力來(lái)自干燥塔塔頂冷卻器(4)的冷凍鹽水。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于上述步驟④中所述冷卻介質(zhì)II為-20°C 的冷凍鹽水。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟②中進(jìn)入干燥塔的含有少量水汽的HCL氣體溫度為130°C。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟③中四氯化硅被冷卻介質(zhì)i降溫到40°C以下。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟3:中，出干燥塔塔頂冷卻器的HCL 氣體含水量小于50ppm、每千克HCL中四氯化硅的含量小于0. 05kg。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟②中，四氯化硅的溫度由四氯化硅換熱器(3)控制在40°C以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改良西門子法-HCL氣體脫水純化方法，包括①系統(tǒng)吹掃、②HCL氣體洗滌脫水、③四氯化硅循環(huán)、④四氯化硅回收；本方法克服了其它脫水方式的不足，充分利用了改良西門子法生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物:SiCL4，不會(huì)引入新的雜質(zhì)，脫水效果好，能耗低；純化后的HCL氣體含水＜50ppm，每千克HCL中含SiCl4＜0.05kg。
文檔編號(hào)C01B7/07GK102417163SQ201110213010
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者曾維華, 沈偉 申請(qǐng)人:四川瑞能硅材料有限公司