專利名稱：多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氯硅烷及少量金屬氯化物雜質(zhì)廢氣、廢液進(jìn)行處理、回收的技術(shù)領(lǐng)域。具體的說是一種將多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣和廢液實施焚燒干法處理、回收的系統(tǒng)及其創(chuàng)新工藝。
背景技術(shù)：
高純多晶硅是當(dāng)今發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)和太陽能產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料。是跨化工、冶金、機(jī)械、電子等多學(xué)科、多領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品。 目前，隨著全球微電子產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，特別是受光伏產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁拉動，多晶娃市場國內(nèi)一直供不應(yīng)求。為此，近年來國內(nèi)形成多晶娃熱，許多大的多晶娃項目已經(jīng)上馬或即將上馬。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國正在建設(shè)或即將建設(shè)的多晶硅企業(yè)有60家以上，產(chǎn)能達(dá)到10萬噸、從2005年國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量不足百噸到2010年國內(nèi)多晶產(chǎn)量將達(dá)到
4.O萬噸左右，可以說發(fā)展是飛速的。隨著國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，規(guī)模、產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大，隨之而來的多晶硅生產(chǎn)過程中排出的廢氣、廢液和副產(chǎn)物的安全和環(huán)保問題日益突出。由于國內(nèi)尚未完全掌握多晶硅生產(chǎn)的核心技術(shù)，消耗指標(biāo)普遍比國外高，以每生產(chǎn)Ikg多晶硅消耗液氯為例。國外
O.4 O. 6kg，國內(nèi)I I. 5kg或更高，加重了廢氣、廢液的處理量和難度，更凸顯出污染物綜合治理的重要性。在多晶硅生產(chǎn)中，廢氣、廢液的主要成分是三氯氫硅、四氯化硅和二氯二氫硅等氯硅烷。還有少量金屬雜質(zhì)氯化物及氫、氮氣，這些未經(jīng)處理的氯硅烷是具有強(qiáng)腐蝕性的有毒有害液體或氣體，對安全和環(huán)境危害很大。因此，氯硅烷廢氣廢液的安全、有效、穩(wěn)定的處理工藝已成為整個多晶硅產(chǎn)業(yè)鏈中急需解決的瓶頸之一。目前國內(nèi)多晶硅行業(yè)對氯硅烷廢氣、廢液的處理工藝通常采用如下幾種方法
水解堿吸收法水解、堿吸收法是將多晶硅生程中各工序排放的氯硅烷廢氣、廢液，全部分別用管道送入廢氣淋洗塔，用10%Na0H溶液連續(xù)洗滌，出塔底的淋洗液，經(jīng)過濾后，渣外運填埋，過濾液用泵送入廢水處理工序繼續(xù)處理，余氣經(jīng)煙 達(dá)標(biāo)排放。水解堿吸收法雖然能夠處理多晶硅生產(chǎn)過程中的廢氣和廢液，可以將有毒的氯硅烷轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，但同時也產(chǎn)生了大量的廢水、廢渣，尤其是堿消耗量大，水解池易結(jié)渣導(dǎo)致設(shè)備不能正常運行，對環(huán)境污染較大。(2)用常規(guī)的石灰乳Ca(OH) 2中和沉淀法由于氯化鈣在水中的溶解度高，氯離子仍存在于水中，處理后水是含鹽水，這種含鹽水是不能排放的，導(dǎo)致處理效果不好。由于投加石灰的量大，現(xiàn)場需要很大的占地面積堆放石灰和溶解石灰，使得廢氣、廢液處理需占據(jù)更大場地，且現(xiàn)場操作環(huán)境很差。(3)用中和沉淀加反滲透法，雖然效果不錯，但最后濃縮產(chǎn)生的廢水中氯離子濃度更高，更難于處理達(dá)標(biāo)。(4)中和沉淀加蒸發(fā)結(jié)晶法方法雖然好，但處理量大、投資、運行成本費太高、能耗也高，一般項目難以承擔(dān)，而且氯以渣的形態(tài)被排放沒有回收。(5)焚燒濕式處理法與上述諸法相比，該法引進(jìn)了燃燒技木，。在焚燒爐中將有毒難處理的氯硅烷(SiHC13、SiC14、SiH2C12)經(jīng)高溫水解生成Si02、HCI、C02、H20和少量C12的高溫?zé)煔?。然后用水進(jìn)行急冷降溫，文丘里洗滌、濕式靜電沉淀等處理后，渣同酸性廢液還要再分別處理達(dá)標(biāo)排放。雖然焚燒濕法處理技術(shù)與傳統(tǒng)的水解堿吸收技術(shù)相比具有優(yōu)點，國外有采用，但是也存在嚴(yán)重的缺陷它沒有對物料和余熱的回收功能，造成資源的白白浪費。例如，氯硅烷經(jīng)過焚燒后的煙氣，含有較高濃度的氯化氫(HC1)、ニ氧化硅(Si02)，和熱能，完全可回收利用，粒徑在微米、亞微米級別，氣相ニ氧化硅(白炭黒)以其優(yōu)越的補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、吸附等性能而廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、油墨油漆、電子、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)效益很高；氯化氫(HCl)易溶于水，完全可以利用水吸收法回收利用。熱能可轉(zhuǎn)變成蒸 氣供多晶娃生產(chǎn)使用。上述這些情況，是國內(nèi)多晶硅行業(yè)中綜合處理含氯硅烷廢氣、廢液的現(xiàn)狀，它嚴(yán)重束縛了這個行業(yè)的健康發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種創(chuàng)新、改進(jìn)的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理回收系統(tǒng)及其方法，它可克服現(xiàn)有技術(shù)中對氯硅烷處理不徹底，生成物二次污染嚴(yán)重，運行成本高，能耗大，不能對ニ氧化硅、鹽酸、余熱進(jìn)行回收等種種不足。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理系統(tǒng)，它主要包括廢氣、廢液輸送管道，和畑 排放管道，其特征在干廢氣、廢液輸送管道與煙囪排放管道之間依次設(shè)有焚燒爐、余熱鍋爐、過濾器、鹽酸回收裝置、堿洗塔和汽水分離器，上述各單元之間，通過煙氣管道相連，鹽酸回收裝置與一鹽酸儲罐相連，堿洗塔與一鹽水池相連，鹽水池與一蒸發(fā)濃縮裝置相連。多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理方法，其特征在于所述的處理方法包括如下步驟a、廢氣、廢液進(jìn)入焚燒爐后進(jìn)行充分焚燒，獲得高溫?zé)煔?；b、高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣管道進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行降溫，降溫后的煙氣進(jìn)入過濾器，將ニ氧化硅從煙氣中分離出來；c、余下的煙氣進(jìn)入鹽酸回收裝置，噴淋塔對煙氣進(jìn)行二次降溫，降溫后的煙氣進(jìn)入增濃罐進(jìn)行增濃吸收，獲得的鹽酸進(jìn)入鹽酸儲罐內(nèi)；d、殘余的煙氣通過堿洗塔的堿液淋洗進(jìn)ー步去除煙氣內(nèi)剰余的氯化氫和氯氣，堿洗產(chǎn)生的含鹽廢水排至鹽水池，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮裝置處理后作填埋處理；e、堿洗后獲得的煙氣進(jìn)入氣水分離器，最后經(jīng)畑 排放管道排放。使用時，本發(fā)明在焚燒爐中將有毒難處理的氯硅烷(SiHC13、SiC14、SiH2C12)高溫水解為性質(zhì)穩(wěn)定、易處理的氯化氫(HCI)、ニ氧化硅(Si02)和少量的C12。氯化氫通過反復(fù)噴淋吸收，循環(huán)增濃后變?yōu)辂}酸，就可加以回收。ニ氧化硅通過過濾器收塵回收。焚燒煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫產(chǎn)生的熱量(低壓蒸氣)除了供蒸發(fā)濃縮裝置(JVC)タト，剰余部分還可并入廠區(qū)主蒸汽管網(wǎng)加以回收。這樣整個系統(tǒng)的氯、Si02、熱能都進(jìn)行了回收利用，不僅產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，降低了廢氣、廢液處理系統(tǒng)的運行成本，也減少了資源浪費，避免了污染物的二次污染轉(zhuǎn)。


圖I為本發(fā)明的處理系統(tǒng)連接框圖。圖2為本發(fā)明鹽酸回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明焚燒爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本發(fā)明主要包括廢氣、廢液輸送管道，和煙囪排放管道，其與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于廢氣、廢液輸送管道與煙囪排放管道之間依次設(shè)有焚燒爐、余熱鍋爐、過濾器、鹽酸回收裝置、堿洗塔和汽水分離器，上述各部件之間通過煙氣管道相連，鹽酸回收裝置與一鹽酸儲罐相連，堿洗塔與一鹽水池相連，鹽水池與一蒸發(fā)濃縮裝置相連。 焚燒爐的工作原理基于燃料氫氣或天然氣(CH4)在爐內(nèi)與空氣中的氧(焚燒時要送入助燃風(fēng)和冷卻風(fēng))發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生水蒸氣同時產(chǎn)生高溫，具體化學(xué)反應(yīng)如下2H2+022H20和CH4+02 — 2H20+C02。當(dāng)含氯硅烷的廢氣、廢液進(jìn)入焚燒爐后，會發(fā)生高溫?zé)嵫趸夥磻?yīng)，以三氯氫硅(TCS)為例2SiHC3+4H20 — 2Si02+HCl+2H2，最終變?yōu)楹卸趸?、氯化氫，和少量氯氣的高溫?zé)煔?，為了保證進(jìn)入焚燒爐內(nèi)的廢氣、廢液完全、澈底焚燒，關(guān)鍵要控制好焚燒溫度(800°C -IOOO0C )，煙氣在爐內(nèi)停留的2-5秒時間，氣流組織及在爐內(nèi)流動的特性和焚燒安全，為保證安全，除設(shè)有用PLC控制的燃燒管理系統(tǒng)(BMS)外，焚燒爐工作時是微正壓操作。這里所術(shù)的PLC控制的燃燒管理系統(tǒng)(BMS)是現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再贅述其工作原理了。過濾器采用具有一定孔徑(O. I O. 8微米)的不銹鋼金屬濾芯在一定工作壓力下(進(jìn)出口壓差損失2000 6000Pa)，煙氣通過濾芯，煙氣中的SiO2被濾芯攔截并吸附在濾芯表面，達(dá)到SiO2從煙氣中分離的目的，煙氣則通過濾芯進(jìn)入下道工序，過濾器采用兩臺為一組， 一臺在線工作，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的工作時間(20分鐘左右)后，離線用氮氣對濾芯進(jìn)行反吹，反吹下來的SiO2收集到一個容器中進(jìn)入真空包裝機(jī)，另一臺過濾器則進(jìn)入在線工作。由于過濾器是現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再提供其具體結(jié)構(gòu)和工作原理了。鹽酸回收裝置主要包括噴淋降溫和鹽酸循環(huán)增濃吸收兩個過程，噴淋降溫，是從過濾器出來的煙氣因溫度高不利于HCl增濃回收，通過噴淋塔用水進(jìn)行降溫，降溫獲得的熱水(含有少量HCl)經(jīng)過換熱器降溫后循環(huán)使用，煙氣則進(jìn)入下道工序；當(dāng)降溫后水溶液中HCl濃度增高到一定濃度時進(jìn)入HCl循環(huán)增濃吸收。鹽酸循環(huán)增濃吸收是利用HCl易溶于水的原理采用吸收塔的形式用清水吸收煙氣中的HC1，達(dá)到與氮氣、二氧化碳等分離的目的，鹽酸回收裝置由4個循環(huán)增濃單元構(gòu)成，每個循環(huán)增濃單元由I個噴淋塔和I個增濃罐連接而成，噴淋塔與增濃罐之間通過循環(huán)管和噴淋管連接后形成一個循環(huán)的回路，循環(huán)增濃單元與循環(huán)增濃單元之間通過煙氣管相連，達(dá)到設(shè)計濃度要求的HCl溶液從第一個循環(huán)增濃單元排出，進(jìn)入鹽酸儲罐。具體來說，鹽酸回收裝置的核心技術(shù)有二點，(I)使氯化氫溶解于水的具體工藝采用由濃到淡順向噴淋法；(2)使吸收了氯化氫的溶液得到增濃的具體工藝采用由淡到濃的逆向補(bǔ)水法。
順向噴淋法是這樣實施的(參見圖2):煙氣從煙氣進(jìn)氣管I進(jìn)入1#噴淋塔，接受由1#噴淋泵4提供的1#增濃罐濃縮水的噴淋，溶解吸收了氯化氫的水經(jīng)1#循環(huán)管2進(jìn)入1#增濃罐，又被1#噴淋泵4提升作循環(huán)噴淋；經(jīng)過噴淋的煙氣在引風(fēng)機(jī)16的作用下，順著2#煙氣管3進(jìn)入2#噴淋塔。2#噴淋塔的噴淋水經(jīng)2#循環(huán)管6到2#增濃罐，由2#噴淋泵8提升至2#噴淋塔作循環(huán)噴淋。經(jīng)過分析可知，進(jìn)入2#噴淋塔的煙氣，由于已經(jīng)過1#噴淋塔的溶解吸收，煙氣中的氯化氫濃度已有所下降，而2#噴淋塔的噴淋水所溶解的氯化氫又要比1#噴淋塔的噴淋水要低。所以，在2#噴淋塔的噴淋之下，煙氣中的氯化氫進(jìn)ー步被噴淋水溶解吸收。煙氣從2#噴淋塔順著3#煙氣管7進(jìn)入3#噴淋塔再進(jìn)行噴淋，從3#噴淋塔順著4#煙氣管11進(jìn)入4#噴淋塔又進(jìn)行噴淋。由于煙氣中氯化氫濃度逐級降低，所以噴淋水所吸收的氯化氫濃度也逐級降低，經(jīng)過四級循環(huán)吸收，煙氣中氯化氫含量基本上被吸收干凈。4#噴淋塔引出的煙氣，最終進(jìn)入堿洗エ藝處理后排放。逆向補(bǔ)水法是這樣實施的在4級噴淋增濃裝置的作用下，1#增濃罐中的噴淋水氯化氫濃度越來越高，經(jīng)分析當(dāng)氯化氫濃度達(dá)到30 %時，1#濃縮罐中的鹽酸濃度計23發(fā)出 指令，打開鹽酸輸出電動閥22，30 %的氯化氫(即鹽酸)進(jìn)入鹽酸儲罐儲藏。當(dāng)鹽酸在儲罐中達(dá)到設(shè)定的液位高度后鹽酸輸出電動閥22自動關(guān)閉。1#濃縮罐排出鹽酸后，液位下降，液位計21發(fā)出補(bǔ)水指令，打開1#補(bǔ)水閥5，2#增濃罐的噴淋水進(jìn)入1#增濃罐。罐內(nèi)水位增高后，1#液位計21發(fā)出指令，1#補(bǔ)水閥關(guān)閉，2#補(bǔ)水閥9打開，3#增濃罐的噴淋水進(jìn)入2#增濃罐。罐內(nèi)水位增高后，2#液位計20發(fā)出指令，2#補(bǔ)水閥9關(guān)閉，3#補(bǔ)水閥13打開，4#增濃罐內(nèi)噴淋水進(jìn)入3#增濃罐。罐內(nèi)水位增高后，3#液位計19發(fā)出指令，3#補(bǔ)水閥關(guān)閉，4#補(bǔ)水閥打開，清水(常溫自來水)進(jìn)入4#增濃罐。罐內(nèi)水位增高，4#液位計18發(fā)出指令，4#補(bǔ)水閥17關(guān)閉，補(bǔ)水エ序結(jié)束。在補(bǔ)水期間，噴淋及循環(huán)照樣進(jìn)行。(圖2中的標(biāo)號10表示3#循環(huán)管，標(biāo)號12表示3#噴淋泵，標(biāo)號14表示4#循環(huán)管，標(biāo)號15表示4#噴淋泵)
由于4#、3#、2#增濃罐內(nèi)的噴淋水均含有一定氯化氫濃度，并逐級升高。這樣ー來，補(bǔ)水的作用就是連續(xù)不斷的將氯化氫濃度最高的噴淋水送入1#增濃罐繼續(xù)增濃，以保證1#增濃罐源源不斷達(dá)標(biāo)排出鹽酸。堿洗塔與氣水分離器經(jīng)增濃吸收后的煙氣中還有少量的HCl和Cl2殘余，水無法再吸收回收，利用HCl能與堿(NaOH)反應(yīng)生成氯化鈉的原理，用堿通過堿洗塔中和煙氣中殘余的HCl和Cl2，煙氣通過氣水分離器分離后，達(dá)標(biāo)經(jīng)煙囪排放，含氯化鈉的水溶液利用自產(chǎn)的蒸氣經(jīng)蒸發(fā)濃縮裝置(JVC)蒸發(fā)，氯化鈉以固渣的形式排放，水則回收利用。堿洗塔、氣水分離器和蒸發(fā)濃縮裝置(JVC)均為現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再贅述其具體結(jié)構(gòu)和工作原理了。多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理方法，其特征在于所述的處理方法包括如下步驟a、廢氣、廢液進(jìn)入焚燒爐后進(jìn)行充分焚燒，獲得高溫?zé)煔?；b、高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣管道進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行降溫，降溫后的煙氣進(jìn)入過濾器，將ニ氧化硅從煙氣中分離出來；c、余下的煙氣進(jìn)入鹽酸回收裝置，噴淋塔對煙氣進(jìn)行二次降溫，降溫后的煙氣進(jìn)入增濃罐進(jìn)行增濃吸收，獲得的鹽酸進(jìn)入鹽酸儲罐內(nèi)；d、殘余的煙氣通過堿洗塔用10%Na0H堿液淋洗，進(jìn)ー步去除煙氣內(nèi)剰余的氯化氫和氯氣，堿洗產(chǎn)生的含鹽廢水排至鹽水池，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮裝置處理后作填埋處理；e、堿洗后獲得的煙氣進(jìn)入氣水分離器，最后經(jīng)煙園排放管道排放。
a步驟中，廢氣、廢液在焚燒爐內(nèi)以天然氣作助燃燃料進(jìn)行燃燒，燃燒溫度保持在900-1000°C，產(chǎn)生高溫水解反應(yīng)，獲得含有Si02、HCl、C02、N2和CL2的高溫?zé)煔?。b步驟中，高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t內(nèi)降溫至200-300°C，同時通過加熱脫鹽水產(chǎn)生低壓蒸汽來回收熱量；過濾器中分離出來的粉狀SiO2經(jīng)真空負(fù)壓裝置處理后加以回收。c步驟中，煙氣進(jìn)入噴淋塔進(jìn)行二次降溫，使煙氣溫度降至60°C以下。在實施中，在多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯硅烷(氯化物)廢氣、和經(jīng)霧化處理的廢液和助燃燃料、助燃空氣一起進(jìn)入焚燒爐混合燃燒產(chǎn)生高溫水解反應(yīng)。焚燒爐包括爐體，和與爐體相連的冷卻風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)，爐體由燃燒室38和反應(yīng)室40連接而成，燃燒室的頂部設(shè)有點火器37，點火器的頂部設(shè)有燃料進(jìn)ロ，燃燒室的兩側(cè)設(shè)有進(jìn)風(fēng)ロ，反應(yīng)室的底部設(shè)有排氣管道。(點火器為現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再敘述其工作原理了)。燃料進(jìn)ロ共有三個，分別為廢氣進(jìn)ロ 32、混合氣液進(jìn)口和壓縮空氣進(jìn)ロ 36，混合氣液進(jìn)ロ頂部設(shè)有天然氣進(jìn)ロ 33、柴油進(jìn)ロ 34和廢液進(jìn)ロ 35。燃燒室的一側(cè)設(shè)有冷卻風(fēng)進(jìn)ロ 31，另ー側(cè)設(shè)有助燃空氣進(jìn)ロ39。冷卻風(fēng)進(jìn)口和助燃空氣進(jìn)ロ處均設(shè)有控制閥門。反應(yīng)室的表面設(shè)有保溫層41。
助燃燃料提供熱量，以達(dá)到需要的燃燒溫度；助燃空氣提供富余氧氣，使含氯化合物在燃燒過程中充分高溫水解；冷卻/點火空氣冷卻焚燒爐燃燒器上的噴槍，并提供點火用的空氣。燃燒過程中的溫度需要控制在800°C-1000°C，這個溫度使含氯化合物在高溫條件下充分水解為ニ氧化硅、氯化氫，和少量的氯氣。溫度過高會使ニ氧化硅軟化成玻璃體，粘結(jié)在爐壁上，使焚燒爐耐火磚、耐火泥從爐體脫落，從而影響燃燒過程；溫度過低會使含氯化合物高溫分解不足。從焚燒爐出來的含有ニ氧化硅、氯化氫，和少量氯氣的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐降溫，降溫至200°C，降溫的目的是使后一級的過濾分離器能在這個低溫狀態(tài)下正常工作。同時在降溫的過程中，焚燒爐內(nèi)的高溫?zé)煔馔ㄟ^管道進(jìn)入余熱鍋爐的熱交換腔內(nèi)，與余熱鍋爐內(nèi)的蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，脫鹽水從進(jìn)水口流入低溫段蒸發(fā)器后，與該余熱鍋爐內(nèi)低溫段煙氣進(jìn)行熱交換后，從低溫段蒸發(fā)器輸出口導(dǎo)入高溫段蒸發(fā)器，流經(jīng)高溫段蒸發(fā)器和中溫段蒸發(fā)器，與進(jìn)入余熱鍋爐的高溫段和中溫段的煙氣進(jìn)行熱交換后，從中溫段蒸發(fā)器輸出ロ導(dǎo)出并經(jīng)氣水分離器進(jìn)行水汽分離，蒸汽從蒸汽出口排出，熱水回流至高溫段蒸發(fā)器，同時進(jìn)入熱交換腔內(nèi)的高溫?zé)煔饨?jīng)過熱交換變?yōu)榈蜏責(zé)煔夂髲牡蜏責(zé)煔獬鰵猊砼懦?。余熱鍋爐回收了大量的以蒸汽形式存在的余熱。部分蒸汽可以作為后面的結(jié)晶蒸發(fā)器熱源，部分送入廠區(qū)的主蒸汽管道回收。余熱鍋爐的具體結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有技術(shù)，不是本發(fā)明保護(hù)的內(nèi)容，這里就不再贅述其結(jié)構(gòu)特征和工作原理了。后一級的過濾器對粉狀ニ氧化硅具有很高的收集效率，收集下來的ニ氧化硅可以進(jìn)行商品化回收。去除粉狀ニ氧化硅后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入鹽酸回收裝置。鹽酸回收裝置由4個循環(huán)增濃單元構(gòu)成，每個循環(huán)增濃単元由I個噴淋塔和I個增濃罐連接而成，噴淋塔與增濃罐之間通過循環(huán)管和噴淋管連接后形成一個循環(huán)的回路，循環(huán)增濃單元與循環(huán)增濃單元之間通過煙氣管相連。噴淋用水為常溫自來水，噴淋的作用使中溫?zé)煔膺M(jìn)一歩降溫至50°C，使之適應(yīng)下ー級多級循環(huán)增濃裝置塑料構(gòu)件的耐溫性能。同時噴淋的水滴吸收煙氣中的氯化氫，使氯化氫溶解水中，生成低濃度鹽酸，并進(jìn)入下ー級多級循環(huán)增濃裝置不斷增濃，最終生成20^30 %商品鹽酸，進(jìn)入鹽酸儲罐。
即便去除粉狀二氧化硅后的高溫?zé)煔馔ㄟ^四級噴淋吸收，但還不能保證已將煙氣中的氯化氫完全吸收干凈。為此，將該煙氣進(jìn)入兩級堿洗塔，以進(jìn)一步去除煙氣中剩余的氯化氫和氯氣。至此，就可將堿洗后的煙氣通過氣水分離器處理后，由引風(fēng)機(jī)引入煙 排放。堿洗時，氫氧化鈉和氯化氫、氯氣反應(yīng)，生成氯化鈉。將該含鹽廢水集中至鹽水池，由蒸發(fā)濃縮裝置處理，將鹽水中的水分去除。鹽分則結(jié)晶為固體，該固體填埋等辦法處理。蒸發(fā)濃縮裝置采用“噴射式蒸汽吸入技術(shù)”，可大幅度降低設(shè)備制作費用和降低能耗。 上述創(chuàng)新工藝可以對多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有氯化物的廢氣、廢液實施全方位處理，使其達(dá)到“零排放”。并對二氧化硅、鹽酸等氯化物和余熱實現(xiàn)最大限度的回收。
權(quán)利要求
1.多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理系統(tǒng)，它主要包括廢氣、廢液輸送管道，和煙 排放管道，其特征在于廢氣、廢液輸送管道與煙 排放管道之間依次設(shè)有焚燒爐、余熱鍋爐、過濾器、鹽酸回收裝置、堿洗塔和汽水分離器，上述各部件之間通過煙氣管道相連，鹽酸回收裝置與一鹽酸儲罐相連，堿洗塔與一鹽水池相連，鹽水池與一蒸發(fā)濃縮裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理系統(tǒng)，其特征在于過濾器與一二氧化硅儲罐相連，堿洗塔采用兩級堿洗塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理系統(tǒng)，其特征在于鹽酸回收裝置由4個循環(huán)增濃單元構(gòu)成，每個循環(huán)增濃單元由I個噴淋塔和I個增濃罐連接而成，噴淋塔與增濃罐之間通過循環(huán)管和噴淋管連接后形成一個循環(huán)的回路，循環(huán)增濃單元與循環(huán)增濃單元之間通過煙氣管相連。
4.多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理方法，其特征在于所述的處理方法包括如下步驟a、廢氣、廢液進(jìn)入焚燒爐后進(jìn)行充分焚燒，獲得高溫?zé)煔?；b、高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣管道進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行降溫，降溫后的煙氣進(jìn)入過濾器，將二氧化硅從煙氣中分離出來；c、余下的煙氣進(jìn)入鹽酸回收裝置，噴淋塔對煙氣進(jìn)行二次降溫，降溫后的煙氣進(jìn)入增濃罐進(jìn)行增濃吸收，獲得的鹽酸進(jìn)入鹽酸儲罐內(nèi)；d、殘余的煙氣通過堿洗塔的堿液淋洗進(jìn)一步去除煙氣內(nèi)剩余的氯化氫和氯氣，堿洗產(chǎn)生的含鹽廢水排至鹽水池，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮裝置處理后作填埋處理；e、堿洗后獲得的煙氣進(jìn)入氣水分離器，最后經(jīng)煙 排放管道排放。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理方法，其特征在于a步驟中，廢氣、廢液在焚燒爐內(nèi)以天然氣作助燃燃料進(jìn)行燃燒，燃燒溫度保持在900-1000°C，產(chǎn)生高溫水解反應(yīng)，獲得含有Si02、HC1、C02、N2和CL2的高溫?zé)煔狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理方法，其特征在于b步驟中，高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t內(nèi)降溫至200-300°C，同時通過加熱脫鹽水產(chǎn)生低壓蒸汽來回收熱量；過濾器中分離出來的粉狀SiO2經(jīng)真空負(fù)壓裝置處理后加以回收。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理方法，其特征在于c步驟中，煙氣進(jìn)入噴淋塔進(jìn)行二次降溫，使煙氣溫度至60°C以下。
全文摘要
本發(fā)明的多晶硅生產(chǎn)中廢氣和廢液的處理系統(tǒng)，在焚燒爐中將有毒難處理的氯硅烷(SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2)高溫水解為性質(zhì)穩(wěn)定、易處理的氯化氫(HCI)、二氧化硅(SiO2)和少量的Cl2。氯化氫通過反復(fù)噴淋吸收，循環(huán)增濃后變?yōu)辂}酸，就可加以回收。二氧化硅通過過濾器收塵回收。焚燒煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫產(chǎn)生的熱量(低壓蒸氣)除了供蒸發(fā)濃縮裝置(JVC)外，剩余部分還可并入廠區(qū)主蒸汽管網(wǎng)加以回收。這樣整個系統(tǒng)的氯、SiO2、熱能都進(jìn)行了回收利用，不僅產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，降低了廢氣、廢液處理系統(tǒng)的運行成本，也減少了資源浪費，避免了污染物的二次污染轉(zhuǎn)。
文檔編號C02F9/10GK102757148SQ201110108238
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者劉毅, 吳勇, 唐明元, 姜靜, 王紹祖, 程煒, 胡俊輝, 鄭偉雙 申請人:上海達(dá)源環(huán)境科技工程有限公司, 陜西天宏硅材料有限責(zé)任公司