[發明專利]一種精制三氯氫硅的熱泵精餾方法

無效

• 申請號: 201210067954.5
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102583395A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 李漢;王波;張璐璐
• 申請（專利權）人: 華陸工程科技有限責任公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

技術領域

本發明涉及一種精制三氯氫硅的方法和裝置。

背景技術

多晶硅是制造太陽能光伏電池的基礎材料。隨著信息技術和太陽能產業的高速發展，全球對于多晶硅的需求增長迅猛。目前高純度的多晶硅主要是由西門子氣相沉積法制造的。該方法主要是將三氯氫硅和氫氣的混合原料送入還原爐，經通電加熱在硅棒表面析出硅體。由于從還原爐中排出的氣體含有大量未反應的三氯氫硅和副產品四氯化硅，可以通過分離提純對三氯氫硅進一步回收利用。

一般分離回收的方法是：首先將還原爐排出的氣體經過專有的尾氣回收工藝分離出氯硅烷，然后再將混合液送入精餾塔中繼續提純，以回收所需的三氯氫硅和四氯化硅。具體操作如下：將回收的氯硅烷液送入精餾塔中，塔壓維持在1.5～6barg，塔頂冷凝器采用循環水冷卻餾出氣，冷凝液一部分回流，一部分采出供后續工段；塔釜再沸器采用蒸汽加熱以提供全塔熱量。根據氯硅烷混合物中各組分沸點的不同，塔頂餾出富含三氯氫硅的輕組分，塔底得到四氯化硅及其它重組分。

這種配置方法必然要消耗大量的蒸汽和循環冷卻水用以滿足三氯氫硅精餾塔的操作要求。近幾年來多晶硅發展迅猛，能耗已經成為制約其發展的重要阻礙之一，如何優化精餾塔系統工藝、節能減耗成為設計之重。

在石油化工設計中，熱泵技術作為一種高效的節能工藝已經廣泛用于丙烷-丙烯，苯乙烯-乙烯，正丁烷-異丁烯等混合物的分離。但在多晶硅精餾中使用熱泵工藝還缺乏應用實例。

發明內容

本發明的目的是提供一種精制三氯氫硅的熱泵精餾方法，本發明優化了熱泵精餾工藝，充分利用塔體本身的熱循環，降低了能耗，減少了系統的安全隱患。

本發明的技術方案是：一種精制三氯氫硅的熱泵精餾方法，根據氣相沉積法制造多晶硅時，從還原爐排出的氣體是三氯氫硅及四氯化硅的混合物，將從還原爐中排出的氣體冷卻后得到的氯硅烷液作為供給液輸送至精餾塔的中段，其特征是低沸點的三氯氫硅蒸汽從精餾塔頂餾出，經壓縮機提溫升壓后，進入換熱器冷卻至飽和氣體，此氣體熱源用于加熱塔釜再沸器中的混合液，在再沸器換熱后的冷凝液一部分回流到精餾塔頂部，剩余部分作為下游工段多晶硅的制造原料，四氯化硅則作為釜液從精餾塔底部排出，完成一個精餾塔自循環開式熱泵循環，熱泵循環工質和再沸器加熱介質均為塔頂物料。

塔壓控制在0.1～1barg之間，塔頂氯硅烷蒸汽壓縮至5～10barg，用于提供充足熱量，滿足塔釜液汽化要求。

本發明采用一個精餾塔從還原爐排出的氣體中穩定地回收高純度的三氯氫硅和四氯化硅，與以往相比，正常運行時此熱泵工藝即不需額外的蒸汽消耗，僅利用塔頂自身蒸汽將熱量傳至塔釜，換熱后直接回塔循環，也不需一般精餾塔頂標配的冷凝器。

本發明將改良的熱泵工藝運用到多晶硅精餾工段中，一方面可以大大減少塔頂冷卻水的消耗，也毋需塔釜蒸汽的供給，同傳統精餾方法相比，循環水可減少85％以上，大大降低了能耗，降低了精餾三氯氫硅的成本，同時也降低了多晶硅產品的成本；另一方面塔釜再沸器采用相同物料間換熱，避免了由于蒸汽泄露可能發生的劇烈化學反應，減少了生產中的安全隱患。

附圖說明

圖1是本發明的自循環開式熱泵循環系統流程圖。

具體實施方式

以下通過附圖對本發明進行詳細說明。

如圖1所示：主要設備為精餾塔3、壓縮機1、換熱器2、再沸器4。精餾塔3中部進料，精餾塔3頂部氣相管與壓縮機1直連，經換熱器2輸送熱物流去再沸器4，塔底物料在再沸器4中換熱后，返回至精餾塔下部，形成精餾塔自循環開式熱泵循環。

采用氣相沉積法制造多晶硅時，將還原爐中排出的三氯氫硅和四氯化硅混合氣冷卻，此供給液輸送到精餾塔3的中段靈敏板處。沸點較低的三氯氫硅蒸汽從塔頂部蒸出，經壓縮機1升溫后再由換熱器2冷卻至飽和態，用于加熱塔釜的四氯化硅混合液。在再沸器4換熱后，三氯氫硅氣體被冷凝，四氯化硅作為釜液從塔底部提取，塔頂液一部分回流至塔頂，剩下部分作為下游工段多結晶硅的制造原料。

精餾塔3熱泵開式循環特征是：精餾塔3毋需塔頂冷凝器，直接將塔頂物料蒸汽經壓縮機1提高溫度和壓力，過熱氣體經過換熱器2稍冷至飽和態，富含熱量的飽和氣體作為熱源連續輸送到塔底再沸器4中加熱釜液，與此同時塔頂液自身被冷凝，回流至塔頂，完成精餾塔的一個開式熱泵循環。