[發明專利]氫氣回收系統及氫氣的分離回收方法

有效

• 申請號: 201680044982.1
• 申請日: 2016-08-02
• 公開（公告）號: CN107848796B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 石田昌彥;禰津茂義;齊藤弘;田中秀二
• 申請（專利權）人: 信越化學工業株式會社
• 主分類號: C01B3/56
• 分類號: C01B3/56;B01J20/18;B01D53/78;B01D53/82;B01D53/96;B01J20/20;B01J20/34;C01B33/035;C01B39/44;B01D53/68;B01D53/72;B01D53/75
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 盛曼;金龍河

本發明的氫氣回收系統由從來自多晶硅制造工序的含有氫的反應廢氣中冷凝分離氯硅烷類的冷凝分離裝置(A)、對含有氫的反應廢氣進行壓縮的壓縮裝置(B)、使含有氫的反應廢氣與吸收液接觸而將氯化氫吸收分離的吸收裝置(C)、由用于將含有氫的反應廢氣中包含的甲烷、氯化氫及氯硅烷類的一部分吸附除去的填充有活性炭的吸附塔構成的第一吸附裝置(D)、由將含有氫的反應廢氣中包含的甲烷吸附除去的填充有合成沸石的吸附塔構成的第二吸附裝置(E)和將使甲烷濃度降低后的純化氫氣回收的氣體線路(F)構成。

技術領域

本發明涉及氫氣回收系統及氫氣的分離回收方法，更詳細而言，涉及從以三氯硅烷作為原料的多晶硅制造裝置的反應廢氣中分離回收氫氣、能夠進行純化至高純度后的氫氣的循環利用的技術。

背景技術

在以三氯硅烷(HSiCl₃)作為原料的多晶硅的制造工序中，主要進行下式所表示的反應，通過式1生成多晶硅。

HSiCl₃+H₂→Si+3HCl…(式1)

HSiCl₃+HCl→SiCl₄+H₂…(式2)

利用西門子法制造多晶硅時，使作為原料氣體的三氯硅烷與氫氣在反應器內與加熱后的牌坊型(鳥居型)(逆U字型)的硅芯線接觸，通過CVD(化學氣相沉積，Chemical VaporDeposition)法使多晶硅在該硅芯線表面氣相生長。

硅芯線的加熱是基于通電加熱來進行，因此，反應器內的構件使用導電性和耐熱性高且金屬污染少的碳。這樣的碳構件例如有用于對硅芯線進行通電的芯線支架、為了使高純度的高電阻硅芯線通電而用于進行初期加熱的加熱器等。

依據非專利文獻1(“新·碳工業”石川敏功、長沖通著)，碳在900℃以上的溫度下與氫氣發生反應。多晶硅析出時的反應器內的碳構件受到來自進行通電加熱中的硅芯線的熱傳導或輻射熱而達到900℃以上的高溫，因此，供給氣體的氫氣與碳發生反應，按照下式3生成微量的甲烷。

C+2H₂→CH₄…(式3)

在該反應的基礎上，在作為原料氣體的三氯硅烷中含有微量的沸點接近的甲基二氯硅烷，因此，在多晶硅的析出反應條件下，它們分解成甲烷(參見專利文獻1(日本專利第3727470號說明書))。

因此，在來自多晶硅制造裝置的反應廢氣中，除了上述式1及式2所示的四氯硅烷、氫氣、微量的氯化氫(HCl)以及未反應的三氯硅烷以外，還含有微量的甲烷。

除此以外，在上述反應廢氣中還含有微量的一氯硅烷(SiH₃Cl)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)作為其他伴生氣體。

需要說明的是，下述說明中，將四氯硅烷、三氯硅烷、二氯硅烷統稱為氯硅烷類，將其液體稱為氯硅烷液。

在利用西門子法將三氯硅烷轉換為硅的情況下，其轉換率低至幾％～10％左右，因此，供給至反應器的原料氣體量不得不設定為大量至相對于每1kg析出硅為15～50Nm³。供給至反應器的原料氣體的大部分作為反應廢氣從反應器中排出，因此，為了抑制制造成本，需要抑制原料氣體的損失。即，回收反應廢氣并將三氯硅烷和氫氣高純度化后再次作為原料氣體向多晶硅制造裝置供給的技術是必不可少的。