多晶硅生產(chǎn)中氯硅烷高沸物裂解回收方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)中的高沸物回收領(lǐng)域，目前多采用對高沸物直接水解處理，實(shí)際采用高沸物殘液淋洗水解，但存在著堿液消耗量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高等問題，本發(fā)明方案采用氯硅烷高沸物和氯化氫在有機(jī)胺催化劑的作用在裂解反應(yīng)塔內(nèi)裂解，在常壓下100-140℃進(jìn)行裂解反應(yīng)，此法回收效率高，可達(dá)90%以上，降低了生產(chǎn)成本同時(shí)具備工藝簡單，操作容易等有益效果。
【專利說明】多晶硅生產(chǎn)中氯硅烷高沸物裂解回收方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬 于多晶硅生產(chǎn)高沸物回收【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及多晶硅生產(chǎn)氯硅烷高沸物殘液裂解回收的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響下，多晶硅市場不景氣，競爭日趨激烈，企業(yè)“生存”的呼聲越來越高。因此，有效地降低多晶硅能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)廢物回收利用是目前多晶硅生產(chǎn)企業(yè)需要解決的重要問題。
[0003]目前多晶硅生產(chǎn)主要采用改良西門子法，在多晶硅的生產(chǎn)過程會產(chǎn)生少量高沸物，這部分高沸物就多晶硅的生產(chǎn)而言無直接利用價(jià)值，主要組份如下:
單硅原子:SiHCl3、SiCl4' SiClnRm 雙硅原子:Si2Cl6、Si2HCl5, Si2H2Cl4, Si2ClnRm 多硅原子:八氯丙硅(氧)烷、十氯丁硅(氧)烷等。
[0004]金屬氯化物及固體:A1C13、FeCl3、TiCl4、硅粉等。
[0005]目前國外成熟的冷氫化裝置中對高沸物直接進(jìn)行水解處理，國內(nèi)多晶硅廠一般采用的操作方式為直接作為殘液淋洗水解。由于這部分高沸物殘液中固含量較高，含有少量的高聚物，粘度大，容易堵塞管道及設(shè)備，正常連續(xù)排放過程難以實(shí)現(xiàn)，需要人工操作，且這部分物料氧化性強(qiáng)，容易著火，暴露在空氣中非常危險(xiǎn)，且對環(huán)境影響較大。
[0006]200410094960.5，記載了一種連續(xù)式方法，其中源自甲基氯硅烷直接合成且沸點(diǎn)高于70°C的殘余物與氯化氫在400到900°C溫度下在沒有內(nèi)在物的管中在無催化劑且單純加熱條件下反應(yīng)，生成單體硅烷。在該反應(yīng)期間生成高比例的碳硅烷和聚合物的副產(chǎn)物。在熱反應(yīng)壁上，通過殘余物的碳化作用也生成固體。
[0007]200980148347.8記載了一種三氯氫硅和四氯化硅的生產(chǎn)方式，其主要技術(shù)特征是生產(chǎn)三氯硅烷的流化床反應(yīng)器流出物含有四氯化硅、三氯硅烷、固體硅和氫氣的粗品流，進(jìn)入催化蒸餾塔中，將高聚物轉(zhuǎn)變成氯硅烷單體，該反應(yīng)催化劑是自由鈦的氯化物、錫的氯化物、鋁的氯化物或其組合物或者鉬族金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對多晶硅生產(chǎn)中排出的含氯硅烷高沸物殘液進(jìn)行水解處理，存在堿液消耗量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，多晶硅生產(chǎn)成本高的問題，提供一種多晶硅氯硅烷高沸物殘液裂解回收三氯氫硅、四氯化硅、二氯二氫硅氯硅烷單體的生產(chǎn)方法及其裝置，該方法以三正丁胺、N, N- 二甲基苯胺等有機(jī)胺化合物作為催化劑，反應(yīng)條件溫和，且裂解轉(zhuǎn)化率高。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該高沸物和氯化氫在催化劑作用下發(fā)生裂解反應(yīng)，其方法包括:①高沸物以100-4000Kg/h連續(xù)加入裂解反應(yīng)塔；②氯化氫以4-25Nm3/h連續(xù)進(jìn)入氣體預(yù)熱器；③氯化氫在預(yù)熱器中與催化劑混合后進(jìn)入裂解反應(yīng)塔，催化劑用量為高沸物質(zhì)量的0.1-15%，；④高沸物與氯化氫在裂解反應(yīng)器中發(fā)生裂解反應(yīng)，反應(yīng)溫度為100-140°C，反應(yīng)壓力為常壓；?裂解產(chǎn)物經(jīng)塔頂冷凝器進(jìn)入產(chǎn)品罐；⑥剩余的未反應(yīng)物排入未反應(yīng)貯罐。
[0010]在步驟①中，將多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯硅烷高沸物(高聚物)收集于高沸物貯罐，高沸物以100-4000Kg/h連續(xù)進(jìn)入塔釜式裂解反應(yīng)塔。
[0011]步驟②中，來自于多晶硅裝置回收的氯化氫或者氯化氫合成裝置生產(chǎn)的氯化氫，進(jìn)入氯化氫緩沖罐。進(jìn)一步地，氯化氫輸送可通過壓差送至氯化氫預(yù)熱器。
[0012]步驟③中，氯化氫在預(yù)熱器內(nèi)被加熱，并與三正丁胺、N，N-二甲基苯胺等有機(jī)胺催化劑混合，在壓力推動下送往裂解反應(yīng)器。
[0013]步驟④中，高沸物、氯化氫和有機(jī)胺化合物在裂解反應(yīng)塔內(nèi)充分混合，在100-140°C條件下發(fā)生裂解反應(yīng)，生成單體氯硅烷。
[0014]步驟⑤中，裂解產(chǎn)物經(jīng)裂解反應(yīng)塔提餾段進(jìn)入塔頂冷凝器，塔頂單體氯硅烷經(jīng)循環(huán)水冷卻采出至產(chǎn)物貯罐。
[0015]步驟⑥中，在裂解反應(yīng)器中未反應(yīng)的剩余物排入未反應(yīng)貯罐。
[0016]本發(fā)明采用催化裂解氯硅烷方法回收多晶硅生產(chǎn)排放的高沸物，將其轉(zhuǎn)化成有用的三氯氫硅、四氯化硅、二氯二氫硅氯硅烷單體，并且此方法氯硅烷單體回收效率高。單體氯硅烷均可在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的工藝裝置中循環(huán)利用，裂解回收工藝方法為多晶硅裝置廢物回收利用提供了有效措施，為多晶硅生產(chǎn)成本的降低提供了方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對`本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例多晶硅氯硅烷高沸物殘液裂解回收工藝流程。
[0018]圖中:1-高沸物貯罐2-氯化氫緩沖罐 3-氯化氫預(yù)熱器 4-裂解反應(yīng)塔5-冷凝器 6-產(chǎn)物貯罐7-未反應(yīng)物貯罐。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)敘述。
[0021]下面實(shí)施例為本發(fā)明的非限定性實(shí)施例。
[0022]所述的高沸物為多晶硅生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生少量的高沸物，主要成份為SiClnR1^Si2Cl6' Si2HCl5' Si2H2Cl4' Si2ClnRm、八氯丙娃(氧)烷、十氯丁硅(氧)燒、AlCl3' FeCl3' TiCl4'硅粉等。單體氯硅烷主要成份為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅。催化劑指三正丁胺、N, N- 二甲基苯胺等有機(jī)胺化合物。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明多晶硅生產(chǎn)中氯硅烷高沸物裂解回收方法的生產(chǎn)裝置包括依次連接的高沸物貯罐1、氯化氫緩沖罐2、氯化氫預(yù)熱器3、裂解反應(yīng)塔4、冷凝器5、產(chǎn)物貯罐
6、未反應(yīng)物貯罐7。
[0024]首先，氯硅烷高沸物殘液送到裂解反應(yīng)塔4，其中高沸物貯罐I盡量靠近裂解反應(yīng)塔4，且高沸物貯罐I與裂解反應(yīng)塔4之間的管線采用法蘭連接，管線設(shè)有伴熱。[0025]與此同時(shí)，氯化氫自氯化氫緩沖罐2通入氯化氫預(yù)熱器3，對氯化氫進(jìn)行加熱，同時(shí)氯化氫可與催化劑有機(jī)胺化合物充分混合，氯化氫預(yù)熱器3的熱源可為蒸汽，也可為電加熱，此步的目的是提高反應(yīng)物進(jìn)塔溫度，并與催化劑充分混合后同時(shí)進(jìn)入裂解反應(yīng)塔4，并且減少管道和反應(yīng)塔的堵塞。
[0026]高沸物、氯化氫和有機(jī)胺化合物進(jìn)入裂解反應(yīng)塔4后，其中有機(jī)胺化合物占高沸物質(zhì)量的0.1_15%，高沸物和氯化氫在100-140°C條件下發(fā)生裂解反應(yīng)，生成單體氯硅烷，其中高沸物的裂解轉(zhuǎn)化率為10-95%。
[0027]裂解產(chǎn)物單體氯硅烷經(jīng)裂解反應(yīng)塔4提餾段提餾后經(jīng)冷凝器5冷卻回收至產(chǎn)物貯罐6，未反應(yīng)的剩余物排入未反應(yīng)物貯罐7。
[0028]實(shí)施例一，將2500Kg的氯硅烷高沸物通入裂解反應(yīng)塔內(nèi)，50Kg有機(jī)胺催化劑隨25Nm3/h的速度通入裂解反應(yīng)塔內(nèi)，常壓下反應(yīng)，反應(yīng)Ih后，向裂解反應(yīng)塔以190Kg/h的速度連續(xù)補(bǔ)加高沸物，并同時(shí)以0.25Kg/h速度連續(xù)添加催化劑(占高沸物的0.13%)，反應(yīng)溫度為110-120°C，連續(xù)從裂解反應(yīng)塔頂部冷凝器連續(xù)收集冷凝下來的混合單體，高沸物轉(zhuǎn)化率可達(dá)到91.4%。
[0029]實(shí)施例二 ，高沸物以4000Kg/h的速率連續(xù)加入裂解反應(yīng)塔，有機(jī)胺催化劑用量占高沸物重量的1%隨氯化氫進(jìn)入裂解反應(yīng)塔，氯化氫通入量為75L/min，常壓下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為125-130°C，高沸物轉(zhuǎn)化率為91.62%。
[0030]實(shí)施例三，將600g高沸物和8Kg有機(jī)胺化合物催化劑加入裂解反應(yīng)塔內(nèi)，加熱升溫并使裂解反應(yīng)塔塔釜物料溫度控制在104°C，并以16Nm3/h的速率向物料中通入氯化氫，收集經(jīng)裂解反應(yīng)塔頂部冷凝器冷凝下來的混合單體，反應(yīng)0.5h后，向裂解反應(yīng)塔內(nèi)以200Kg/h的速度連續(xù)添加高沸物；向反應(yīng)塔以0.5Kg/h的速度添加有機(jī)胺催化劑，裂解轉(zhuǎn)化率達(dá)到93%。
[0031]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多晶硅生產(chǎn)中氯硅烷高沸物裂解回收方法，其特征為回收步驟如下: 1)高沸物以100-4000kg/h的速度連續(xù)加入裂解反應(yīng)塔； 2)氯化氫以4-25Nm3/h連續(xù)進(jìn)入氣體預(yù)熱器； 3)有機(jī)胺催化劑進(jìn)入預(yù)熱器與氯化氫混合，然后進(jìn)入裂解反應(yīng)塔，有機(jī)胺催化劑的用量為高沸物質(zhì)量的0.1%-15% ； 4)高沸物和氯化氫在裂解反應(yīng)器重發(fā)生裂解反應(yīng)，反應(yīng)溫度為100-140°C，壓力為常壓； 5)裂解產(chǎn)物經(jīng)塔頂冷凝器采出，進(jìn)入產(chǎn)品罐； 6)剩余的未反應(yīng)物排入未反應(yīng)物儲罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅生產(chǎn)中氯硅烷高沸物裂解回收方法，其特征為有機(jī)胺催化劑為三正丁胺，N, N- 二甲基苯胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅生產(chǎn)中氯硅烷高沸物裂解回收方法，其特征為裂解產(chǎn)物經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后分為二部分，一部分回流進(jìn)入裂解反應(yīng)塔塔頂，另一部分作為成品回收進(jìn)入產(chǎn)品罐。
【文檔編號】C01B33/107GK103663460SQ201310610578
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】陳喜清, 銀波, 黃彬, 張偉, 陳朝霞 申請人:新特能源股份有限公司