專利名稱：一種三氯氫硅合成尾氣回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三氯氫硅合成尾氣回收方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外生產(chǎn)三氯氫硅的原則流程是典型的開路流程，如圖6所
示，即以硅粉及氯化氫為原料，在28(TC 32CrC及《0.6MPa(G)條件下，
于流化床反應(yīng)器中進行氣固相反應(yīng)，生成三氯氫硅和四氯化硅。
流化床反應(yīng)器中主要反應(yīng)為
Si + 3 HCI — SiHCI3 + H2
主要的副反應(yīng)為
Si + 4HGI — SiCI4 + 2H2 反應(yīng)系統(tǒng)生成的合成氣先經(jīng)干法除塵和濕法除塵，除去合成氣中的 硅粉，再經(jīng)過冷卻、冷凝，其絕大部分氯硅垸冷凝為液體。所得的氯硅 烷混合物送至精餾系統(tǒng)進行分離，從而得到三氯氫硅產(chǎn)品。由未冷凝的 低沸點氯硅烷、少量的三氯氫硅氣體、沒有轉(zhuǎn)化的HCI和反應(yīng)副產(chǎn)物H2 等組成的尾氣直接送尾氣洗滌塔處理，經(jīng)水洗滌后形成鹽酸送入三廢處 理裝置。
很明顯，作為廢氣處理的尾氣，實際上是可以回收的產(chǎn)品，或循環(huán) 使用的原料，均被當(dāng)作廢氣處理了，這不僅降低了原材料的利用率，致 使產(chǎn)品單耗高、能源浪費、成本增加，同時也增加了三廢排放量，給環(huán) 境帶來了不良影響，而且產(chǎn)生的大量氯化物難以處理，三廢處理費用高。另外，為了減少尾氣中氯硅烷的含量，國內(nèi)目前普遍采用的是加壓 低溫冷凝的辦法，這樣雖然在冷凝系統(tǒng)中可以讓更多的氯硅垸冷凝下來，
但同時也會將一部分HGI冷凝下來帶入氯硅烷凝液中，所以通過加壓低 溫冷凝的辦法雖然在冷凝過程中冷下來的氯硅烷增加了，但在氯硅烷精 餾系統(tǒng)又將HCI釋放出來，同時隨著HCI的釋放會帶走一定的氯硅烷。 所以，這種處理方法只是將冷凝系統(tǒng)的損失轉(zhuǎn)移到了精餾系統(tǒng)，從整個 裝置來看，氯硅烷的損失和尾氣排放量并沒有減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種三氯氫硅合成尾氣回收方法，實現(xiàn)了合成裝置的 閉路循環(huán)，無廢氣排出，徹底解決了環(huán)境污染問題，降低了三氯氫硅合 成生產(chǎn)中的三廢處理費用。
下面詳細論述本發(fā)明的工藝方案。 1、尾氣特性
三氯氫硅合成尾氣的主要成分見表1
表1 合成尾氣主要成分(％v)
成分SiHCI3SiGUSiH2CI2H2HCIBCI3合計
錢0.331 PPM17PPM77.721.92PPM100
從尾氣的主要成分可知，綜合回收的關(guān)鍵是將氯硅烷氣體與氯化氫、 氫氣分離，以便分別回收利用，實現(xiàn)三氯氫硅合成的閉路循環(huán)。
2、工藝原理
用液態(tài)氯硅烷吸收HCI是一種典型的物理吸收過程。物理吸收和化 學(xué)吸收的根本不同點在于吸收劑與氣體溶質(zhì)分子間的作用力不同。物理吸收中，各分子間的作用力為范德華力；而化學(xué)吸收中為化學(xué)鍵力。這 二者的區(qū)別構(gòu)成它們在吸收平衡曲線、吸收熱效應(yīng)、溫度對吸收的影響、 吸收選擇性以及溶液再生等方面的不同。
物理吸收中，氣液平衡關(guān)系開始時符合亨利定律，溶液中被吸收組 分的含量基本上與其在氣相中的平衡分壓成正比。在化學(xué)吸收中，當(dāng)溶 液的活性組分與被吸收組分間的反應(yīng)達到平衡以后，被吸收組分在溶液 中的進一步溶解只能靠物理吸收。物理吸收中，吸收劑的吸收容量隨酸 性組分分壓的提高而增加，溶液循環(huán)量與原料氣量及操作條件有關(guān)。操 作壓力提高，溫度降低，溶液循環(huán)量減少；在化學(xué)吸收中，吸收劑的吸 收容量與吸收劑中活性組分的含量有關(guān)。因此，在化學(xué)吸收中，溶液循 環(huán)量與待脫除的酸性組分的量成正比，即與氣體中酸性組分的含量關(guān)系 很大，但與壓力基本無關(guān)。
在該工藝流程中實現(xiàn)H2和HCI的分離就是利用它們在氯硅烷中有不 同的溶解度而達到分離的目的。
低溫下，氯硅烷對HCI氣體的吸收是很有利的當(dāng)溫度從2(TC降到-40 °C， HCI的溶解度約增加2倍左右，吸收劑的用量也大約可減少4倍左 右。
物理吸收中，氣液平衡關(guān)系開始時符合亨利定律，溶液中被吸收組 分的含量基本上與其在氣相中的平衡分壓成正比。因此提高尾氣的壓力 有利于氯硅烷液體對HCI的吸收。
從圖1和圖2我們不難發(fā)現(xiàn)，溫度對氯化氫在氯硅烷液體中的溶解 度影響很大；同時溫度降低對氯硅烷吸收劑的需要量影響也非常明顯；吸收壓力對溶解度的影響由圖3可以看出溶解度在吸收壓力為0. 8Mpa 處有一個比較明顯的拐點，當(dāng)吸收壓力小于0.8Mpa時，隨著壓力的提高 溶解度增加很快，當(dāng)吸收壓力大于0.8Mpa時，溶解度隨壓力的提高增加 就比較緩慢了。
因此在工業(yè)生產(chǎn)時應(yīng)結(jié)合實際選擇合適的吸收溫度和吸收壓力，溫 度越低越好，而且隨著溫度的降低吸收效果的改善非常明顯，但同時應(yīng) 考慮獲取低溫吸收劑的經(jīng)濟性和可操作性。
尾氣回收工藝流程為自冷凝系統(tǒng)的合成尾氣進入HCI吸收塔，來 自HCI精餾塔塔釜的氯硅烷經(jīng)冷卻至低溫后作為吸收液進入HCI吸收塔， 在這里HCI被低溫的液態(tài)氯硅烷流體吸收，塔釜氯硅烷和來自冷凝系統(tǒng) 的氯硅垸液體混合后進入HCI精餾塔，在HCI精餾塔中HCI以氣態(tài)的形 式從塔頂采出，進入三氯氫硅合成裝置回收利用，HCI精餾塔塔底采出 的氯硅烷經(jīng)冷卻后一部分作為粗單體去精餾，剩余部分經(jīng)進一步冷卻后 作為HCI吸收塔的吸收液循環(huán)使用，從HCI吸收塔塔頂分離出來的H2經(jīng) 活性碳吸附罐吸附氯硅烷后重新進入HCI合成裝置達到回收利用的目 的。
本發(fā)明的創(chuàng)新點
(1 )三氯氫硅合成尾氣回收工藝流程簡單、可行，對合成尾氣中的HCI 、 H2分別回收和利用，實現(xiàn)了合成工序閉路循環(huán)。
(2) 降低了三氯氫硅合成裝置的主要原料消耗，間接節(jié)能，是項比較好 的節(jié)能措施。
(3) 無尾氣排放，徹底解決了三廢污染問題。


圖1是溫度對HCI在氯硅烷液體中溶解度的影響。
圖2是溫度對氯硅垸吸收劑用量的影響。
圖3是壓力對HCI在氯硅垸液體中溶解度的影響。
圖4是本發(fā)明帶尾氣回收系統(tǒng)的三氯氫硅合成流程示意圖。
圖5是本發(fā)明尾氣回收系統(tǒng)工藝流程圖。
圖6是典型的三氯氫硅生產(chǎn)流程示意圖。
具體實施例方式
圖5中，T-101: HCI吸收塔；T-102: HCI精餾塔；E-101:熱交換 器;E-102:吸收液冷卻器；E-跳塔頂冷凝器；E-104:再沸器；E-105: 釜液冷卻器；V-101:活性碳吸附罐；P-101:進料泵；P-102:吸收液循環(huán)泵。
如圖4、圖5所示，來自冷凝系統(tǒng)的合成尾氣進入HCI吸收塔T-101 ， 來自HCI精餾塔T-102塔釜的氯硅垸經(jīng)冷卻至低溫后作為吸收液進入 HCI吸收塔T-101,在這里HCI被低溫的液態(tài)氯硅烷流體吸收，吸收壓力 為0. 8Mpa,吸收液溫度為-4(TC，氯硅烷和來自冷凝系統(tǒng)的氯硅烷液體混 合后進入HCI精餾塔T-102,在HCI精餾塔T-102中HCI以氣態(tài)的形式 從塔頂采出，進入三氯氫硅合成裝置回收利用，HCI精餾塔T-102塔底 采出的氯硅烷經(jīng)冷卻后一部分作為粗單體去精餾，剩余部分經(jīng)進一步冷 卻后作為HCI吸收塔T-101的吸收液循環(huán)使用，從HCI吸收塔T-101塔 頂分離出來的H2經(jīng)活性碳吸附罐V-101吸附氯硅烷后重新進入HCI合成 裝置達到回收利用的目的。在我公司為某廠設(shè)計的10000噸/年三氯氫硅合成裝置中采用上述方
案進行尾氣回收，實現(xiàn)了合成尾氣的綜合回收利用。
尾氣回收效果
1尾氣回收效果
通過三氯氫硅合成尾氣的綜合回收利用，使合成裝置開路工藝流程
變成閉路循環(huán)，提高了原料利用率，降低了原料消耗。一個年產(chǎn)10000
噸三氯氫硅生產(chǎn)裝置在不考慮合成尾氣回收利用時需要氫氣約為
43.8kg/h，需要氯氣約為1556.2kg/h，通過合成尾氣的綜合利用可以回 收氫氣約為30kg/h，回收HCI約為162kg/h，折合節(jié)約氯氣約為158 kg/h。 從以上數(shù)據(jù)來看，尾氣回收的效果是明顯的，氫氣和氯氣的消耗分別降 低了68.5%和10%，而氯氣、氫氣是用電解法生產(chǎn)的，需要消耗大量的電 力，通過尾氣回收降低了原料消耗，實際上是節(jié)約了能源。 2環(huán)境保護
合成尾氣中的氯化氫、三氯氫硅等氯化物，在生產(chǎn)中不回收尾氣時， 尾氣通過尾氣洗滌塔，用大量水進行洗滌，氯化物溶解于水中，三氯氫 硅等氯硅烷水解，生成二氧化硅和溶于水的氯化氫。氯化氫水溶液即鹽 酸，須進行處理后才能排放。 一個年產(chǎn)10000噸三氯氫硅生產(chǎn)裝置的尾 氣，每天排出的氯化氫約為3850kg。無疑，三廢處理量大、費用高，還 給環(huán)境帶來不良影響。
權(quán)利要求
1、一種三氯氫硅合成尾氣回收方法，其特征是來自冷凝系統(tǒng)的合成尾氣進入HCl吸收塔(T-101)，來自HCl精餾塔(T-102)塔釜的氯硅烷經(jīng)冷卻至低溫后作為吸收液進入HCl吸收塔(T-101)，在這里HCl被低溫的液態(tài)氯硅烷流體吸收，塔釜氯硅烷和來自冷凝系統(tǒng)的氯硅烷液體混合后進入HCl精餾塔(T-102)，在HCl精餾塔(T-102)中HCl以氣態(tài)的形式從塔頂采出，進入三氯氫硅合成裝置回收利用，HCl精餾塔(T-102)塔底采出的氯硅烷經(jīng)冷卻后一部分作為粗單體去精餾，剩余部分經(jīng)進一步冷卻后作為HCl吸收塔(T-101)的吸收液循環(huán)使用，從HCl吸收塔(T-101)塔頂分離出來的H2經(jīng)活性碳吸附罐(V-101)吸附氯硅烷后重新進入HCl合成裝置達到回收利用的目的。
2、 如權(quán)利要求1所述的三氯氫硅合成尾氣回收方法，其特征在于吸收壓 力為0.5Mpa 1.2Mpa，以滿足吸收要求。
3、 如權(quán)利要求1所述的三氯氫硅合成尾氣回收方法，其特征在于吸收液 溫度為-3(TC^^ — 50°C，以滿足吸收要求。
4、 如權(quán)利要求1所述的三氯氫硅合成尾氣回收方法，其特征在于吸收液 為來自冷凝系統(tǒng)的氯硅烷液體，以滿足HCI回收最大化要求。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三氯氫硅合成尾氣回收方法，來自冷凝系統(tǒng)的合成尾氣進入HCl吸收塔，來自HCl精餾塔塔釜的氯硅烷經(jīng)冷卻至低溫后作為吸收液進入HCl吸收塔，在這里HCl被低溫的液態(tài)氯硅烷流體吸收，塔釜氯硅烷和來自冷凝系統(tǒng)的氯硅烷液體混合后進入HCl精餾塔，在HCl精餾塔中HCl以氣態(tài)的形式從塔頂采出，進入三氯氫硅合成裝置回收利用，HCl精餾塔塔底采出的氯硅烷經(jīng)冷卻后一部分作為粗單體去精餾，剩余部分經(jīng)進一步冷卻后作為HCl吸收塔的吸收液循環(huán)使用，從HCl吸收塔塔頂分離出來的H₂經(jīng)活性碳吸附罐吸附氯硅烷后重新進入HCl合成裝置達到回收利用的目的。本發(fā)明實現(xiàn)了合成裝置的閉路循環(huán)，無廢氣排出，徹底解決了環(huán)境污染問題，降低了三氯氫硅合成生產(chǎn)中的三廢處理費用。
文檔編號C01B33/107GK101538043SQ200910021719
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者鄭開學(xué), 陳維平 申請人:華陸工程科技有限責(zé)任公司