專利名稱：用于混合氯硅烷制備三氯氫硅的反應(yīng)精餾裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)精餾技術(shù)領(lǐng)域，涉及熱泵精餾與間壁塔反應(yīng)精餾的裝置及工藝， 特別涉及一種用于混合氯硅烷制備三氯氫硅反應(yīng)精餾裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)主要采用改良西門子法，此工藝主要發(fā)生三氯氫硅的氫還原反應(yīng)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生部分二氯二氫硅及大量的四氯化硅副產(chǎn)物。處理四氯化硅主要通過冷氫化技術(shù)將其重新轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，但該技術(shù)效率低能耗高；對于二氯二氫硅尚沒有成熟的技術(shù)對其進行有效利用，多采用淋洗工藝進行尾氣處理，且二氯二氫硅沸點低，易燃易爆，具有極大地危險性。中國專利CN 102068829A提出了一種隔板反應(yīng)精餾設(shè)備及進行二氯二氫硅和四氯化硅的反歧化反應(yīng)，將改良西門子法生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物二氯二氫硅和四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯化硅，提高了原料利用率，解決了二氯二氫硅和四氯化硅富集問題，簡化了工藝流程，并且降低了能耗。常規(guī)的精餾塔都是從塔頂冷凝器取走熱量，同時向塔釜再沸器供給熱量，通常塔頂冷凝器取走的熱量是塔釜再沸器加入熱量的90%左右，能量利用很不合理。利用熱泵精餾則實現(xiàn)了將塔頂冷凝器取走的熱量傳遞給塔釜再沸器，大幅度地降低了能耗。通常熱泵的成績系數(shù)為3 4左右，也就是說，熱泵能夠?qū)⒆陨硭枘芰康?至4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體，而性能較高的熱泵成績系數(shù)能達到6 8。近幾年，隨著多晶硅逐漸成為國家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，解決二氯二氫硅和四氯化硅的富集問題，進一步促使多晶硅產(chǎn)業(yè)達到節(jié)能、降耗、安全、環(huán)保的目標(biāo)顯得日趨重要與緊迫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種應(yīng)用于混合氯硅烷制備三氯氫硅過程的帶熱泵間壁塔反應(yīng)精餾裝置及工藝，目的在于使三氯氫硅氫還原過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氯二氫硅和四氯化硅通過反歧化反應(yīng)重新轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，將傳統(tǒng)的反應(yīng)精餾設(shè)備和后續(xù)的分離提純設(shè)備整合在一座間壁塔中，簡化了工藝流程，同時采用熱泵裝置替代了冷凝器和再沸器，大大降低了該過程的能耗。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種用于混合氯硅烷制備三氯氫硅的反應(yīng)精餾裝置，包括間壁塔(1)、壓縮機 (2)、換熱器C3)、塔釜料液循環(huán)泵(4)、塔頂料液循環(huán)泵( 、節(jié)流閥(6)；間壁塔(1)中部設(shè)置一塊垂直擋板，塔內(nèi)劃分為八塊區(qū)域，分別為公共精餾段A，公共提餾段H，上反應(yīng)段C、下反應(yīng)段E，上預(yù)分餾段B、下預(yù)分餾段F，上采出段D和下采出段G ；上反應(yīng)段C、下反應(yīng)段E填充催化劑；公共提餾段A，公共提餾段H、上預(yù)分餾段B、下預(yù)分餾段F，上采出段D和下采出段G填充規(guī)整填料，原料進口設(shè)在上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E中間。所述的上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E填充催化劑。
所述的公共精餾段，公共提餾段A，公共提餾段H、上預(yù)分餾段B、下預(yù)分餾段F，上采出段D和下采出段G填充規(guī)整填料。公共精餾段A，公共提餾段H、上預(yù)分餾段B和下預(yù)分餾段F的理論塔板數(shù)不少于 6塊；上采出段D和下采出段G的理論塔板數(shù)不少于10塊；上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E的催化劑填充高度不少于2米。本發(fā)明的精餾裝置的精餾方法，混合氯硅烷原料于上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E中間位置進料，塔頂?shù)玫蕉榷涔?，部分重力回流至下反?yīng)段E段下部作為進料返回塔內(nèi)；塔底得到四氯化硅，部分通過塔底料液循環(huán)泵于上反應(yīng)段C上部作為進料返回塔內(nèi)；塔中部得到三氯氫硅產(chǎn)品采出；塔頂采出的部分二氯二氫硅經(jīng)過壓縮機升壓升溫后與塔底采出的部分四氯化硅進行熱交換，被加熱的四氯化硅返回塔釜回流，同時被冷卻的二氯二氫硅經(jīng)過節(jié)流閥與塔頂料液循環(huán)泵后返回塔頂回流。本發(fā)明的特征在于將熱泵裝置和間壁塔反應(yīng)精餾裝置集成起來，應(yīng)用于混合氯硅烷制備TCS的過程中。本發(fā)明的效果和優(yōu)點是，在間壁塔中進行反歧化反應(yīng)，利用應(yīng)用價值較低的DCS 和STC制備高應(yīng)用價值的TCS，提高了原料利用率，同時也解決了 DCS和STC的副產(chǎn)物富集問題；將傳統(tǒng)的反應(yīng)精餾設(shè)備和后續(xù)的分離提純設(shè)備整合到一座間壁塔中，簡化了工藝流程，節(jié)約了設(shè)備投資；將熱泵裝置應(yīng)用于反應(yīng)精餾設(shè)備中，省掉了冷凝器和再沸器，大大降低了能耗。


圖1是應(yīng)用于混合氯硅烷制備TCS的帶熱泵間壁塔的設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明一種用于混合氯硅烷制備三氯氫硅的反應(yīng)精餾裝置，包括間壁塔1、壓縮機2、換熱器3、塔釜料液循環(huán)泵4、塔頂料液循環(huán)泵5、節(jié)流閥6 ；間壁塔1中部設(shè)置一塊垂直擋板， 塔內(nèi)劃分為八塊區(qū)域，分別為公共精餾段A，公共提餾段H，上反應(yīng)段C、下反應(yīng)段E、上預(yù)分餾段B、下預(yù)分餾段F、上采出段D和下采出段G ；上反應(yīng)段C、下反應(yīng)段E填充催化劑；公共提餾段A、公共提餾段H、上預(yù)分餾段B、下預(yù)分餾段F、上采出段D和下采出段G填充規(guī)整填料，原料進口設(shè)在上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E中間。混合氯硅烷(二氯二氫硅DCS、四氯化硅 STC和三氯氫硅TCS的混合物)原料由上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E中間進入，在反應(yīng)段發(fā)生反歧化反應(yīng)SiH2Cl2+SiCl4 —2SiHCl3，反應(yīng)段填充的催化劑為大孔陰離子交換樹脂、固載季銨鹽催化劑或同類催化觸媒。在上反應(yīng)段C上部得到未反應(yīng)的DCS和少量STC混合物，上預(yù)分餾段B作用為去除其中的STC，防止重組分STC從隔板上進入采出段，在隔板上部得到未反應(yīng)的DCS和部分三氯化硅，公共精餾段A將DCS和三氯化硅進行分離，在塔頂?shù)玫降腄CS 氣體。上采出段D將TCS和DCS分離，在采出段適當(dāng)位置得到較純的TCS。下反應(yīng)段E下部得到未反應(yīng)的STC、部分TCS和少量DCS的混合物，下預(yù)分餾段F作用為去除其中的DCS，防止輕組分DCS從隔板底部進入采出段，在隔板下部得到未反應(yīng)的STC和部分TCS，公共提餾段H將STC與TCS分離，在塔底得到STC。下采出段G將TCS和STC進行分離，在適當(dāng)位置得到較純的TCS。同時塔頂采出部分的DCS氣體進過壓縮機升壓升溫后與塔底溜出的部分 STC氣體在換熱器3中進行換熱，被加熱的STC返回塔釜回流，被冷卻的DCS經(jīng)節(jié)流閥6和塔頂循環(huán)泵5返回塔頂回流。同時，塔頂采出的另一部分DCS直接進入下預(yù)分餾段F下方循環(huán)進料，而塔底采出的另一部分STC直接進入預(yù)分離段B上方循環(huán)進料。
具體實施例間壁塔內(nèi)公共精餾段A，公共提餾段H均有6塊理論板，上預(yù)分餾段 B、下預(yù)分餾段F均有6塊理論板，上采出段D和下采出段G均有12塊理論板，上反應(yīng)段C、 下反應(yīng)段E填充2米高的反應(yīng)催化劑，選用固載季銨鹽作為反應(yīng)催化劑。2t/h混合氯硅烷原料于上反應(yīng)段C、下反應(yīng)段E中部進入反應(yīng)段。操作壓力為0. 5MPa，塔頂溫度62°C，塔底溫度114°C。隔板兩側(cè)液相平均分布，即隔板上部液相分布為進入預(yù)分離段的液體量等于進入采出段的液體量，用液體再分布器實現(xiàn)平均分布；隔板下部氣相自由分布，即按預(yù)分離段與采出段的不同壓降進行分布，不以人工手段干涉氣體分布。塔頂回流比R= 3，塔頂采出約2t/h餾出物，主要組成為DCS，含有少量TCS，部分重力回流至下反應(yīng)段E下部進入預(yù)分離段；塔底采出約6. 5t/h釜殘液，主要組成為STC，部分釜殘液經(jīng)泵回流至上反應(yīng)段C上部進入預(yù)分離段；于上采出段D和下采出段G中部液相采出約2t/h TCS產(chǎn)品，純度可達99%。 部分塔頂采出的DCS經(jīng)過壓縮機升壓升溫后與部分塔底采出的STC進行換熱，被加熱的STC 返回塔釜回流，同時被冷卻的DCS進過節(jié)流閥與塔頂料液循環(huán)泵后返回塔頂回流，整個過程省去了冷凝器和再沸器，其能耗較未采用熱泵技術(shù)的間壁塔反應(yīng)精餾裝置降低55%。
權(quán)利要求
1.一種用于混合氯硅烷制備三氯氫硅的反應(yīng)精餾裝置，包括間壁塔、壓縮機、換熱器、 塔釜料液循環(huán)泵、塔頂料液循環(huán)泵和節(jié)流閥；其特征是間壁塔中部設(shè)置一塊垂直擋板，塔內(nèi)劃分為八塊區(qū)域，分別為公共精餾段A、公共提餾段H、上反應(yīng)段C、下反應(yīng)段E、上預(yù)分餾段 B、下預(yù)分餾段F，上采出段D和下采出段G ；上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E填充催化劑；公共精餾段A、公共提餾段H、上預(yù)分餾段B、下預(yù)分餾段、上采出段D和下采出段G填充規(guī)整填料，原料進口設(shè)在上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E中間。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E填充催化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的公共精餾段A、公共提餾段H、上預(yù)分餾段 B、下預(yù)分餾段F、上采出段D和下采出段G填充規(guī)整填料。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是公共精餾段A，公共提餾段H、上預(yù)分餾段B和下預(yù)分餾段F的理論塔板數(shù)不少于6塊；上采出段D和下采出段G的理論塔板數(shù)不少于10 塊；上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E的催化劑填充高度不少于2米。
5.如權(quán)利要求1所述的精餾裝置的精餾方法，其特征是混合氯硅烷原料于上反應(yīng)段C 和下反應(yīng)段E中間位置進料，塔頂?shù)玫蕉榷涔?，部分重力回流至下反?yīng)段E下部作為進料返回塔內(nèi)；塔底得到四氯化硅，部分通過塔底料液循環(huán)泵于上反應(yīng)段C上部作為進料返回塔內(nèi)；塔中部得到三氯氫硅產(chǎn)品采出；塔頂采出的部分二氯二氫硅經(jīng)過壓縮機升壓升溫后與塔底采出的部分四氯化硅進行熱交換，被加熱的四氯化硅返回塔釜回流，同時被冷卻的二氯二氫硅經(jīng)過節(jié)流閥與塔頂料液循環(huán)泵后返回塔頂回流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于混合氯硅烷制備三氯氫硅反應(yīng)精餾裝置及方法。混合氯硅烷原料于上反應(yīng)段C和下反應(yīng)段E中間位置進料，塔頂?shù)玫蕉榷涔?，部分重力回流至下反?yīng)段E下部作為進料返回塔內(nèi)；塔底得到四氯化硅，部分通過塔底料液循環(huán)泵于上反應(yīng)段C上部作為進料返回塔內(nèi)；塔中部得到三氯氫硅產(chǎn)品采出；塔頂采出的部分二氯二氫硅經(jīng)過壓縮機升壓升溫后與塔底采出的部分四氯化硅進行熱交換，被加熱的四氯化硅返回塔釜回流，同時被冷卻的二氯二氫硅經(jīng)過節(jié)流閥與塔頂料液循環(huán)泵后返回塔頂回流。本發(fā)明將傳統(tǒng)的反應(yīng)精餾設(shè)備和后續(xù)的分離提純設(shè)備整合到一座間壁塔中，簡化了工藝流程，節(jié)約了設(shè)備投資；降低了能耗。
文檔編號C01B33/107GK102491341SQ20111041585
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉春江, 段長春, 黃哲慶, 黃國強 申請人:天津大學(xué)