[發明專利]氯硅烷殘液的過濾系統和方法

在審

• 申請號: 202010060396.4
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111072032A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 曾曉國;萬燁;嚴大洲;張偉;趙新買;趙喜哲;王艷坤
• 申請（專利權）人: 中國恩菲工程技術有限公司;洛陽中硅高科技有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;B01D24/10;B01F7/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

本發明公開了氯硅烷殘液的過濾系統和方法，系統包括：攪拌器、氮氣儲罐、過濾器和氯硅烷殘液儲罐，攪拌器設硅藻土入口、四氯化硅入口和混合物出口；氮氣儲罐通過第一管道與攪拌器相連，第一管道上設第一閥門；過濾器內自上而下限定出凈液腔、過濾腔和進料腔，過濾腔內設有沿其軸向布置的濾芯，濾芯下端封閉且側壁包裹濾布，濾芯的上端口與凈液腔連通，凈液腔和進料腔之間設壓差檢測裝置，凈液腔設氯硅烷清液出口，混合物出口通過第二管道與進料腔連通，第二管道上設第二閥門；氯硅烷殘液儲罐通過第三管道與進料腔相連，第三管道上設第三閥門。采用該系統可以解決現有技術中氯硅烷殘液中無定形硅和氯化鋁析出物難以過濾及過濾成本高的問題。

技術領域

本發明屬于多晶硅領域，具體涉及一種氯硅烷殘液的過濾系統和方法。

背景技術

改良西門子法生產多晶硅過程中產生大量的副產物四氯化硅。目前，90％以上的多晶硅企業均采用四氯化硅冷氫化技術處理副產物，將其轉化為生產多晶硅的原料三氯氫硅。四氯化硅冷氫化技術是將冶金級硅粉、氫氣、四氯化硅在一定的溫度、壓力條件下，在催化劑作用下反應，生成三氯氫硅。由于冶金級硅粉中含有金屬雜質，因此氫化產品(氯硅烷)里引入了細微的硅粉和金屬雜質。在急冷塔或淋洗塔以及后續的氯硅烷粗餾過程中，為防止堵塞設備和脫除金屬雜質，這些細微硅粉和金屬雜質將隨四氯化硅液體由塔底排出，排出的這部分固液混合物即為氫化殘液。另外，在還原過程中，除了硅、SiCl₄、SiH₂Cl₂、H₂和HCl等生成外，還有Si₂Cl₆、Si₂HCl₅、Si₂H₂Cl₄、Cl₆OSi₂和Si₃Cl₈等一些列的雙硅和多硅原子化合物副產物產生，相對于三氯氫硅和四氯化硅，雙硅和多硅原子化合物的沸點較高，即為氯硅烷高沸物。還原尾氣經過干法回收和精餾提純后，SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂、H₂和HCl等物料返回系統重復利用，而氯硅烷高沸物和部分四氯化硅及少量無定形硅從精餾塔釜排出后，排出的物料即為固液混合物即為提純殘液。氫化殘液和提純殘液一般混合后一并處理，即為多晶硅行業的氯硅烷殘液。

現在多晶硅企業常用過濾法對氯硅烷殘液進行預處理，去除其中的固體雜質，如硅粉、氫化催化劑和金屬氯化物(鋁、鈣、鐵和鈦)等。過濾法常與其它分離手段相結合使用，經過濾后，殘液中的固體雜質明顯減少，方便后續工序的處理。過濾后的清液一般通過提純蒸發將三氯氫硅、四氯化硅分離出來，最后將六氯二硅烷等高沸物回收提純或催化裂解等，實現氯硅烷殘液的最大量回收和利用。

現有過濾工序常使用燭式過濾器，過濾元件為濾布或多孔固體濾芯，如多孔陶瓷和多孔金屬濾芯。采用濾布過濾精度較差，一般在5um以上，可攔截氫化殘液中的硅粉，但是提純殘液中的無定型硅中1～5um粒度的無定型硅占比40％左右，這部分無定形硅將無法得到有效攔截而進入后續系統導致設備和管道堵塞。采用多孔固體濾芯精度高，在0.2～1um，可有效攔截無定型硅，但是殘液中的金屬氯化物為膠狀物，易堵塞多孔材料的微孔或在濾芯表面結塊形成致密層，導致過濾前后壓差短時間迅速上升而停車檢修。

此外，隨著過濾的進行，攔截在過濾器內的固體雜質逐漸增多，過濾前后壓差也會逐漸增大，最終固體渣堆滿設備，所以需要定期將過濾器內的渣放出。氯硅烷在空氣中易形成HCl酸霧，反應式為SiCl₄+4H₂O＝SiO₂·2H₂O+4HCl。正常操作是先用氮氣進行置換，即通過不停導入氮氣使液態物料不斷揮發進入氮氣中而被帶出設備，待從設備置換出來的氮氣幾乎沒有酸霧時，就打開設備進行檢修。濾芯接觸空氣后，附著在濾芯表面的氯硅烷會與空氣反應，生成的鹽酸會腐蝕濾芯，生成的SiO₂會堵塞濾孔，導致每次檢修后濾芯都需要更換，濾芯更換成本較高。