本發(fā)明公開了一種利用氯硅烷殘液制氣相取氯化氫的方法，屬于多晶硅殘液處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

硫酸是一種最活潑的二元無機強酸，高濃度的硫酸有強烈吸水性，在有機合成中可用作脫水劑。

改良西門子法是當今國內(nèi)生產(chǎn)多晶硅主流工藝，在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅過程中三氯氫硅合成、三氯氫硅的精餾提純、三氯氫硅還原和冷（熱）氫化工序都會有氯硅烷殘液產(chǎn)生。主要成分：聚氯硅烷、SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、HCl、少量的硅粉和金屬氯化物。目前國內(nèi)大部分多晶硅廠氯硅烷殘液的處理是以殘液與氮氣混合后，進入吸收塔被堿液吸收，最終得到硅酸鈉與氯化鈉混合溶液，分離難度大、分離純度低，產(chǎn)品使用范圍窄，造成氯硅烷殘液的資源浪費，甚至造成了對環(huán)境的氯污染。

氯化氫是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣的一類化學(xué)品，作為溶液酸堿度的調(diào)節(jié)劑，在染料、香料、藥物等領(lǐng)域作為原料，能進行有機合成催化劑、溶劑、腐蝕劑等作用?，F(xiàn)代氯堿工業(yè)對氯化氫的生產(chǎn)大多是以副產(chǎn)品的身份產(chǎn)出的，而副產(chǎn)品中含雜質(zhì)種類多、雜質(zhì)量大，需經(jīng)過大量提純分離得到滿足工業(yè)生產(chǎn)的氯化氫產(chǎn)品。

氯硅烷殘液水解時參與反應(yīng)的主要是SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂三種物質(zhì)，主要生成二氧化硅、氯化氫氣體、氫氣三種物質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用氯硅烷殘液制取氣相氯化氫的方法，在氯硅烷殘液進行水解反應(yīng)時，使反應(yīng)處于高濃度硫酸氛圍中，硫酸表現(xiàn)出吸水性使氯化氫氣體在液體中極難溶解而揮發(fā)呈現(xiàn)氣相，氯化氫與水解反應(yīng)生成的氫氣以及汽化的氯硅烷殘液先后進入冷凝器、高壓分離器處理后可分離獲得氯化氫產(chǎn)品；本發(fā)明生產(chǎn)流程簡單合理，能夠解決氯硅烷殘液的資源化利用問題，高效回收氯化氫；具體包括以下步驟：

（1）將硫酸溶液置于攪拌反應(yīng)釜1中，然后將氯硅烷殘液緩慢滴加到硫酸溶液中，不斷攪拌使反應(yīng)物混合均勻，其中，硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度大于等于20%；

（2）隨著氯硅烷殘液的不斷加入，反應(yīng)釜中產(chǎn)生的氣體（主要成分是氯化氫氣體、氫氣、氣相氯硅烷殘液）進入冷凝器6中，冷凝出的液相物質(zhì)回到攪拌反應(yīng)釜1中，氣相物質(zhì)進入高壓分離器7中，對分離出的液相物質(zhì)與氣相物質(zhì)分別進行回收，液化的氯化氫在常溫常壓下變成氣相的氯化氫；

（3）水解反應(yīng)生成的二氧化硅膠體因密度小于硫酸而上浮，通過渣漿泵2將攪拌反應(yīng)釜上部的渣漿抽到壓濾機3進行壓濾，濾液（硫酸濃度為65%-75%）進入硫酸濾液回收槽5中工業(yè)補水調(diào)整硫酸濾液的濃度（硫酸濃度維持在20%-60%之間）后經(jīng)過酸泵4后回到攪拌反應(yīng)釜1中。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述冷凝器6的溫度為-30~-15℃，使氣相氯硅烷殘液液化返回水解，氯化氫氣體與氫氣兩種物質(zhì)以氣相狀態(tài)進入高壓分離器7，控制高壓分離器7的壓強為1.9~2.5Mpa之間，氯化氫氣體液化和氫氣分離開來，氣相的氯化氫純度高達94%-97%，回收率大于85%，能回收應(yīng)用于多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中以及利用在較多的氯堿合成工業(yè)中。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述攪拌反應(yīng)釜1中氯硅烷殘液水解溫度控制在20℃-50℃之間。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（1）中所述硫酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為20%-60%，氯硅烷殘液與硫酸溶液的進料質(zhì)量比為11:50-16:5。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用氯硅烷殘液制取氣相氯化氫的裝置，包括攪拌反應(yīng)釜1、渣漿泵2、壓濾機3、酸泵4、硫酸濾液回收槽5、冷凝器6、高壓分離器7，攪拌反應(yīng)釜1的上端與氯硅烷殘液儲存裝置連通，下端通過渣漿泵2與壓濾機3連通，壓濾機3與硫酸濾液回收槽5連通，硫酸濾液回收槽5的下端通過酸泵4與攪拌反應(yīng)釜1連通；硫酸濾液回收槽5、攪拌反應(yīng)釜1的上端均與冷凝器6連通，冷凝器6的下端與攪拌反應(yīng)釜1連通，冷凝器6與高壓分離器7連通。

本發(fā)明的原理：

氯硅烷殘液水解時將生成氯化氫氣體，本發(fā)明主要利用氯硅烷殘液、濃硫酸、氯化氫氣體對水分的競爭反應(yīng)強弱差異而達到實驗效果的，其中濃硫酸吸水、氯化氫氣體溶于水都屬于物理反應(yīng)。

氯硅烷殘液遇水將發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，對水分的競爭力明顯高于濃硫酸，使得氯硅烷殘液水解反應(yīng)順利發(fā)生。

氯硅烷殘液水解時生成的氯化氫氣體在濃硫酸氛圍中極難溶于水，對水分的競爭力小于濃硫酸，使得氯化氫以氣體形式溢出。

HCl_(g) + H₂OH₃O⁺ + Cl^-

該反應(yīng)式是氯化氫氣體與水結(jié)合得到鹽酸溶液的電離方程式，氯化氫氣體溶于水時將斷鍵形成H₃O⁺和Cl^-，由于濃硫酸溶液中H₃O⁺的含量較高會抑制氯化氫氣體斷鍵形成H₃O⁺和Cl^-。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明所述方法中的H₂SO₄不參與化學(xué)反應(yīng)只體現(xiàn)其吸水性，因此不用補充H₂SO₄原料，有“一勞永逸”的效果。

（2）本發(fā)明所述方法產(chǎn)生的氯化氫以氣體形式溢出純度高達94%-97%，經(jīng)過分離提純后獲得的氣體回收率在85%以上，連續(xù)水解時氯化氫始終會以氣體的形式溢出，能夠高效收集高質(zhì)量的氯化氫氣體。

（3）本發(fā)明所述方法生成工藝簡單易行、收集到的H₂和HCl可直接返回多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)，達到氯硅烷殘液資源化利用與零排放的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中： 1-攪拌反應(yīng)釜；2-渣漿泵；3-壓濾機；4-酸泵；5-硫酸濾液回收槽；6-冷凝器；7-高壓分離器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

本發(fā)明實施例所用裝置包括攪拌反應(yīng)釜1、渣漿泵2、壓濾機3、酸泵4、硫酸濾液回收槽5、冷凝器6、高壓分離器7，攪拌反應(yīng)釜1的上端與氯硅烷殘液儲存裝置連通，下端通過渣漿泵2與壓濾機3連通，壓濾機3與硫酸濾液回收槽5連通，硫酸濾液回收槽5的下端通過酸泵4與攪拌反應(yīng)釜1連通；硫酸濾液回收槽5、攪拌反應(yīng)釜1的上端均與冷凝器6連通，冷凝器6的下端與攪拌反應(yīng)釜1連通，冷凝器6與高壓分離器7連通，如圖1所示。

實施例處理的氯硅烷殘液的主要成分質(zhì)量百分比是93%的SiCl₄、4.8%的SiHCl₃、2.1%的SiH₂Cl₂、0.1%其他雜質(zhì)。

實施例1

本實施例所述一種利用氯硅烷殘液制取氣相氯化氫的方法，具體包括以下步驟如下:利用工業(yè)濃硫酸配制20%的硫酸1000g置于攪拌反應(yīng)釜1中，緩慢滴加3200g氯硅烷殘液并不斷攪拌，反應(yīng)生成的混合氣體進入冷凝器6中，調(diào)節(jié)冷凝器的溫度在-15℃，冷凝液態(tài)并返回到攪拌反應(yīng)釜1中繼續(xù)水解，氣相物質(zhì)進入高壓分離器7中，調(diào)節(jié)分離器的壓強在2.4Mpa，利用真空耐酸瓶收集高壓分離器分離出的液態(tài)物質(zhì)，同時利用氫氣存儲器收集分離出來的氫氣，收集完畢后稱量耐酸瓶增重2501.3g，計算可知氯化氫回收率為86.6%，經(jīng)氣體純度測定儀檢測其純度為95.4%。

通過渣漿泵2將攪拌反應(yīng)釜上部的渣漿抽到壓濾機3進行壓濾，濾液進入硫酸濾液回收槽5中，向硫酸濾液回收槽5中補充工業(yè)水調(diào)整硫酸濃度在20%-60%之間，經(jīng)過酸泵4后回到攪拌反應(yīng)釜1中，進行后續(xù)的水解反應(yīng)。

實施例2

本實施例所述一種利用氯硅烷殘液制取氣相氯化氫的方法，具體包括以下步驟如下:利用工業(yè)濃硫酸配制40%的硫酸1000g置于攪拌反應(yīng)釜1中，緩慢滴加2000g氯硅烷殘液并不斷攪拌，反應(yīng)生成的混合氣體進入冷凝器6中，調(diào)節(jié)冷凝器的溫度在-20℃，冷凝液態(tài)并返回到攪拌反應(yīng)釜1中繼續(xù)水解，氣相物質(zhì)進入高壓分離器7中，調(diào)節(jié)分離器的壓強在2.0Mpa，利用真空耐酸瓶收集高壓分離器分離出的液態(tài)物質(zhì)，同時利用氫氣存儲器收集分離出來的氫氣，收集完畢后稱量耐酸瓶增重1572.4g，計算可知氯化氫回收率為87.1%，經(jīng)氣體純度測定儀檢測其純度為96.1%。

通過渣漿泵2將攪拌反應(yīng)釜上部的渣漿抽到壓濾機3進行壓濾，濾液進入硫酸濾液回收槽5中，向硫酸濾液回收槽5中補充工業(yè)水調(diào)整硫酸濃度在20%-60%之間，經(jīng)過酸泵4后回到攪拌反應(yīng)釜1中，進行后續(xù)的水解反應(yīng)。

實施例3

本實施例所述一種利用氯硅烷殘液制取氣相氯化氫的方法，具體包括以下步驟如下:利用工業(yè)濃硫酸配制60%的硫酸1000g置于攪拌反應(yīng)釜1中，緩慢滴加880g氯硅烷殘液并不斷攪拌，反應(yīng)生成的混合氣體進入冷凝器6中，調(diào)節(jié)冷凝器的溫度在-30℃，冷凝液態(tài)并返回到攪拌反應(yīng)釜1中繼續(xù)水解，氣相物質(zhì)進入高壓分離器7中，調(diào)節(jié)分離器的壓強在2.2Mpa，利用真空耐酸瓶收集高壓分離器分離出的液態(tài)物質(zhì)，同時利用氫氣存儲器收集分離出來的氫氣，收集完畢后稱量耐酸瓶增重679.2g，計算可知氯化氫回收率為85.5%，經(jīng)氣體純度測定儀檢測其純度為94.3%。

通過渣漿泵2將攪拌反應(yīng)釜上部的渣漿抽到壓濾機3進行壓濾，濾液進入硫酸濾液回收槽5中，向硫酸濾液回收槽5中補充工業(yè)水調(diào)整硫酸濃度在20%-60%之間，經(jīng)過酸泵4后回到攪拌反應(yīng)釜1中，進行后續(xù)的水解反應(yīng)。