[發明專利]利用反應精餾處理二氯二氫硅廢料的方法及設備

有效

• 申請號: 201310022016.8
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103086380A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 黃國強;孫帥帥;王紅星
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及反應精餾技術領域，特別提出一種利用反應精餾技術回收處理二氯二氫硅廢料的方法及設備。

背景技術

目前我國多晶硅企業大部分采用改良西門子法生產多晶硅，中間化合物三氯氫硅（SiHCl₃，TCS）在化學氣相沉積（CVD）反應器內沉積生成多晶硅，同時產生大量的四氯化硅（SiCl₄，STC）和少量的二氯二氫硅（SiH₂Cl₂，DCS），其中DCS易燃易爆十分危險，而且會在提純過程中富集，至今沒有很好的處理方法。傳統工藝中使用堿中和法將其當作廢物處理掉，既增加處理難度又增大物耗。如何處理DCS成為改良西門子法急需解決的問題。

DCS和STC通過反歧化反應可以生成TCS，因而可以采用反歧化反應處理DCS。反歧化反應方程式為SiH₂Cl₂+SiCl₄□2SiHCl₃，利用反歧化反應，既可以處理掉廢料DCS，又可以得到高價值的TCS。既降低了物耗，又提高了原料利用率，因而引起國內外學者的研究。

EP0334664A2將還原爐尾氣與STC反應生成TCS，由于還原爐尾氣中DCS含量少，處理效率低，但是證明了反歧化工藝的可行性。US2010/0150809A1設計一種DCS/STC反應器，DCS轉化率高達98%，由于STC過量，反應產物中TCS純度不高，需要經過兩座塔分離提純，將未反應的STC和DCS循環利用，而且反應溫度偏低，反應熱沒有充分利用。

反應精餾技術在反應的同時將反應產物移走，因而可以打破化學平衡限制，提高反應轉化率，甚至達到100%轉化率，同時能夠利用反應熱效應，從而節約操作成本。由于反應器和精餾塔耦合成一個反應精餾塔，因而可以節省設備投資。由于反應精餾技術巨大的經濟優勢，將反應精餾引入DCS反歧化工藝，可以進一步降低該工藝的生產成本。CN101955187A提出一種反應精餾過程，理論轉化率能達到100%，但是需要三塔聯合操作，循環物流多，流程復雜。本發明提出一種新型的反應精餾流程，能夠將DCS廢料轉化為高價值的TCS，有效提高原料利用率，大幅度降低生產成本，很好的解決了DCS處理問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用反應精餾處理二氯二氫硅廢料的方法及設備，將改良西門子法中產生的副產物DCS回收利用，轉化為高價值的TCS。

本發明利用反應精餾處理二氯二氫硅廢料的設備包括反應精餾塔19、塔頂冷凝器15、塔底再沸器16、冷卻器17和低溫冷卻器18。其特征是反應精餾塔19分為三段，上段為精餾段12，中段為反應段13，下段為提餾段14；反應精餾塔19頂部設置塔頂冷凝器15，底部設置塔底再沸器16；塔底設置冷卻器17，冷卻器17入口通過管線與塔底物料出口相連，冷卻器17出口與低溫冷卻器18的入口連接，低溫冷卻器18的出口由管線連接到反應精餾塔19。精餾段12和提餾段14采用塔板、散堆填料或者規整填料。反應段13采用填充有催化劑的捆扎包。

本發明提出一種利用反應精餾處理二氯二氫硅廢料的方法：原料四氯化硅1從反應段13頂部進入反應精餾塔19，二氯二氫硅廢料2從反應段13底部進入反應精餾塔19，兩股進料在反應段13內發生反歧化反應生成三氯氫硅，含三氯氫硅的氣相混合物料從反應段13進入精餾段12，而含四氯化硅的液相混合物料進入提餾段14。在精餾的作用下，塔頂氣相物料3中含有純度較高的三氯氫硅，經過塔頂冷凝器15后分為液相回流物料4和塔頂采出物料5。塔底液相物料6含有純度較高的四氯化硅，分為兩部分，一部分經過塔底再沸器16加熱后形成回塔蒸汽7返回反應精餾塔19，另一部分用于外部循環。高溫物料8經過冷卻器17后分為兩股物料，一股物料作為高沸殘液9排出，另一股物料為中溫物料10，經過低溫冷卻器18后成為低溫物料11返回反應精餾塔19。

本發明中反應精餾塔塔頂壓力為110kPa～300kPa，塔頂溫度為40℃～60℃，回流比為6～10。低溫物料11的進料位置為反應段頂部或中部，物料溫度為0℃～30℃，反應段13的溫度為60℃～80℃。

本發明具有以下優點：

（1）將DCS轉化成該工藝的中間化合物TCS，提高了多晶硅的收率和產量，二氯二氫硅的轉化率可達98.50%，而且塔頂物料中三氯氫硅的純度可達98.48%；

（2）節約了大量的堿性化合物，如NaOH和Ca(OH)₂等；