三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種三氯氫硅合成料中的輕組分回收利用的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一種非常重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)中最基礎(chǔ)的原材料。改良西門子法生產(chǎn)多晶硅是目前最為成熟、應(yīng)用最廣泛、擴展速度最快的技術(shù)。改良西門子法是利用氯氣和氫氣合成氯化氫(或外購氯化氫)、氯化氫和工業(yè)硅粉(粗硅)在高溫下合成三氯氫硅，得到三氯氫硅合成料，然后對三氯氫硅合成料進行化學(xué)精制提純、再經(jīng)多級精餾，使其純度達到9個9以上，其中金屬雜質(zhì)總含量應(yīng)降到0.1 X 10_9以下，提純精餾后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進行CVD (化學(xué)氣相沉淀法)反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。
[0003]在上述的改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的過程中，三氯氫硅合成料進行精制提純、及多級精餾后，分離出純度超過99.99%的三氯氫硅(TCS)產(chǎn)品；其中，三氯氫硅合成料中的輕組分雜質(zhì)(主要包括二氯二氫硅(DCS)、三氯化硼、還含有少量的三氯氫硅)從精餾塔的塔頂分離出，隨后通過水解、堿液中和的處理方法將輕組分處理掉。
[0004]在執(zhí)行上述方法時，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題:采用水解及堿液處理三氯氫硅合成料中的輕組分，不僅浪費能夠作為多晶硅生產(chǎn)原料的二氯二氫硅、三氯氫硅，使的原料成本增加，而且水解產(chǎn)生的二氧化硅等固體廢物、及氯化氫等酸性氣體通過酸堿中和產(chǎn)生的工業(yè)廢水對環(huán)境造成較大的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法和裝置，主要目的是使三氯氫硅合成料經(jīng)分餾得到的輕組分雜質(zhì)充分回收利用，以提高三氯氫娃的產(chǎn)量，降低對環(huán)境的危害。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案:
[0007]一方面，本發(fā)明實施例提供了一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，包括如下步驟:
[0008]I)對三氯氫硅合成料進行精餾處理，得到側(cè)線組分、輕組分及重組分；
[0009]2)將輕組分與四氯化硅混合，并使所述輕組分中的二氯二氫硅與所述四氯化硅發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物；
[0010]3)將所述第一產(chǎn)物混合物中的硼化合物除去，得到第二產(chǎn)物混合物；
[0011]4)對所述第二產(chǎn)物混合物進行分餾處理，得到第一組分和第二組分；其中，所述第一組分中二氯二氫娃的含量為75-85% ;第二組分包括三氯氫娃和四氯化娃。
[0012]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，該方法還包括:將所述第二組分與步驟I)中的所述三氯氫硅合成料混合后進行精餾處理，得到側(cè)線組分、輕組分及重組分的步驟。
[0013]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，該方法還包括:將所述第一組分與步驟2)中的所述輕組分、四氯化硅混合，并使所述輕組分及第一組分中的二氯二氫硅與所述四氯化硅發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物的步驟。
[0014]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，所述輕組分中二氯二氫硅的含量為 65-80% ；
[0015]所述側(cè)線組分為純度>99%的三氯氫硅；
[0016]所述重組分的主成分為四氯化硅。
[0017]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，將輕組分與四氯化硅混合，并使所述輕組分中的二氯二氫硅與所述四氯化硅發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物的步驟，包括:
[0018]將輕組分與四氯化硅混合，得到第一混合物；
[0019]將所述第一混合物加熱至60_80°C后，使所述輕組分中二氯二氫硅與所述四氯化硅發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物。
[0020]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，采用樹脂吸附劑將所述第一產(chǎn)物混合物中的硼化合物除去。
[0021]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，將所述第一產(chǎn)物混合物中的硼化合物除去的步驟在樹脂吸附塔中進行。
[0022]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，以重量百分含量計，所述三氯氫娃合成料中包括如下組分:
[0023]0.009-0.012% 的氯化氫，1.8-2.2% 的二氯二氫硅，80-90% 的三氯氫硅，8-12%的四氣化娃，余星為雜質(zhì)。
[0024]另一方面，本發(fā)明實施例還提供一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用裝置，該裝置包括:
[0025]精餾塔，用于對三氯氫硅合成料混合物進行精餾處理；其中，所述精餾塔上開設(shè)有進料口 ；所述精餾塔的塔頂上開設(shè)有輕組分出料口 ；所述精餾塔的塔底開設(shè)有重組分出料口 ；所述精餾塔的中部設(shè)置有側(cè)線采出口 ；
[0026]反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置的進口與所述精餾塔的輕組分出口通過管道連通；
[0027]四氯化硅輸送管，所述四氯化硅輸送管與所述反應(yīng)裝置的進口連通；
[0028]樹脂吸附塔，所述樹脂吸附塔的進料口與所述反應(yīng)器的出料口連通；
[0029]分餾塔，所述分餾塔的進料口與所述樹脂吸附塔的出料口連通；其中，所述分餾塔的塔頂設(shè)置有第一組出料口，所述分餾塔的塔底設(shè)置有第二組出料口。
[0030]前述的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用裝置，所述第二組分出料口與所述精餾塔的進料口連通；所述第一組分出料口與所述反應(yīng)裝置的進口連通。
[0031]本發(fā)明實施例提出的一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法和裝置至少具有以下優(yōu)點:
[0032]本發(fā)明的實施例通過將三氯氫硅合成料中的輕組分(主要成分為二氯二氫硅DCS的輕組分雜質(zhì))與四氯化硅TET混合，使輕組分中的DCS與TET發(fā)生反歧化反應(yīng)生成三氯氫硅，得到第一產(chǎn)物混合物；隨后通過樹脂吸附的方式將第一產(chǎn)物混合物中所含有的三氯化硼或其他形式的硼化合物的雜質(zhì)除去，得到第二產(chǎn)物混合物物；最后對第二產(chǎn)物混合物進行分餾處理，得到主要成分為DCS的第一組分(DSC含量75-85% )及主要成分為TET和TCS的第二組分。進一步地，將第二組分返回至三氯氫硅合成料的精餾步驟中，使第二組分與三氯氫硅合成料混合后，進行精餾處理，再次分離出的輕組分，輕組分的處理重復(fù)上述步驟；進一步地，將第一組分與輕組分、四氯化硅TET混合后，使輕組分及第一組份中的DCS與TET發(fā)生反歧化反應(yīng)生成三氯氫硅，得到第一產(chǎn)物混合物，第一產(chǎn)物混合物的處理重復(fù)上述步驟。所以本發(fā)明實施例提供的三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法形成閉路循環(huán)，即經(jīng)循環(huán)往復(fù)的反應(yīng)、吸附、分離，實現(xiàn)將三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用的目的，解決了現(xiàn)有工藝生產(chǎn)中通過水解、堿液中和所產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物和工業(yè)廢水的問題、浪費二氯二氫硅、四氯化硅原料的問題。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法和裝置其【具體實施方式】、特征及其功效，詳細說明如下。
[0035]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅過程中，三氯氫硅合成料進行精制提純及多級精餾后，分離出純度超過99.99%的三氯氫硅(TCS)產(chǎn)品、輕組分(又稱為輕組分雜質(zhì)，含有70%的DCS)及重組分(主要成分為四氯化硅TET)。而現(xiàn)有技術(shù)水解和堿液中和處理的方法將輕組分處理掉，而這種處理方法不僅浪費能夠作為多晶硅生產(chǎn)原料的二氯二氫硅、三氯氫硅，使的原料成本增加，而且水解產(chǎn)生的二氧化硅等固體廢物、及氯化氫等酸性氣體通過酸堿中和產(chǎn)生的工業(yè)廢水對環(huán)境造成較大的污染。
[0036]基于此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法和裝置，以充分回收利用輕組分中的二氯二氫硅DCS轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，從而提高三氯氫硅的產(chǎn)率、降低多晶硅生產(chǎn)原料的生產(chǎn)成本，且避免了現(xiàn)有的輕組分對環(huán)境造成的危害。
[0037]—方面，本發(fā)明的實施例提供一種三氯氫硅合成料中輕組分的回收利用方法，包括如下步驟:
[0038]1、將三氯氫硅合成料進行精餾處理，得到側(cè)線組分、輕組分及重組分。
[0039]該步驟中的三氯氫硅合成料為在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅過程中合成的三氯氫硅合成料。以重量百分含量計，所述三氯氫硅合成料中包括如下組分:0.009-0.012%的氯化氫，1.8-2.2 %的二氯二氫硅，80-90 %的三氯氫硅，8-12 %的四氯化硅，余量為雜質(zhì)。較佳地，HCl的含量為0.01%，DCS的含量為2%，TCS的含量為88%，TET的含量為10%，余量為硼、磷等雜質(zhì)。
[0040]該步驟中的側(cè)線組分包括純度> 99%的三氯氫硅；輕組分主要包括含量為65-80%的二氯二氫硅DCS ;重組分的主要成分為四氯化硅TET。
[0041]較佳地，該步驟主要在精餾塔中進行多級精餾，且優(yōu)選采用三元物系精餾塔。
[0042]2、將輕組分與四氯化硅TET混合，并使輕組分中的二氯二氫硅DCS與四氯化硅TET發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物。
[0043]該步驟中，四氯化硅的純度為99%。
[0044]該步驟中，輕組分中的二氯二氫硅DCS與四氯化硅TET發(fā)生反歧化反應(yīng)，使輕組分混合物中的二氯二氫硅DCS轉(zhuǎn)化為三氯氫硅TCS，轉(zhuǎn)化率的大小根據(jù)二氯二氫硅DCS與四氯化硅的相對量及實際反應(yīng)條件而定。所以，第一產(chǎn)物混合物中含有大量的三氯氫硅TCS、部分四氯化硅、部分二氯二氫硅DCS以及硼等雜質(zhì)。
[0045]較佳地，該步驟中的輕組分中的二氯二氫硅DCS與四氯化硅TET的摩爾比為0.5:1-1.5:1ο
[0046]較佳地，該步驟具體為:將輕組分與四氯化硅TET混合，得到第一混合物；將第一混合物加熱至60-80°C后，使輕組分中二氯二氫硅DCS與所述四氯化硅TET發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物。
[0047]較佳地，該步驟具體為:將輕組分與四氯化硅TET混合，得到第一混合物；采用加熱器將所述第一混合物加熱至60-80°C ;將加熱至60-80°C的第一混合物轉(zhuǎn)移至反歧化反應(yīng)器中，使輕組分中二氯二氫硅DCS與四氯化硅TET在反歧化反應(yīng)器中發(fā)生反歧化反應(yīng)，得到第一產(chǎn)物混合物。
[0048]3、將第一產(chǎn)物混合物中的硼化合物除去，得到第二產(chǎn)物混合物；
[0049]第一產(chǎn)物混合物中的三氯化硼或其他形式的硼化合物雜質(zhì)會給多晶硅生產(chǎn)帶來一定的危害。所以本步驟主要除去第一產(chǎn)物混合物中的硼化合物。
[0050]該步驟中主