废气的净化方法和净化设备技术

本发明专利技术涉及废气的净化方法和净化设备。更具体地，本发明专利技术涉及废气的净化方法和净化设备，其能够降低氯化氢的浓度以及从所述废气中分离高纯氢气，其中所述废气为进行通过化学气相沉积反应的多晶硅沉积过程之后所排出的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及废气的净化方法和净化设备。更具体地，本专利技术涉及废气的净化方法和净化设备，其能够降低氯化氢的含量以及从所述废气中分离高纯氢气，其中所述废气为进行通过化学气相沉积反应的多晶硅沉积过程之后所排出的。本申请要求享有向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0009101号(于2014年01月24日提交)、韩国专利申请第10-2014-0009102号(于2014年01月24日提交)以及韩国专利申请第10-2014-0051668号(于2014年04月29日提交)的优先权，其全部内容以整体引用的方式并入本文中。
技术介绍
生产太阳能电池用多晶硅的公知方法之一是基于在化学气相沉积(CVD)反应器中的多晶硅的层叠，这也被称为西门子法(Siemens process)。西门子法中常用的硅纤维在大于1000℃的高温下与载气携带的三氯硅烷接触。三氯硅烷气体在热的硅纤维相上分解并沉积硅，如以下反应式1所示使热的硅纤维生长。[反应式1]2HSiCl3→Si+2HCl+SiCl4在进行通过如上所述的化学气相沉积的多晶硅的沉积过程之后，释放出作为反应副产物的基于氯硅烷的化合物，如二氯硅烷、三氯硅烷或四氯化硅，或者氢气和氯化氢。包含这些基于氯硅烷的化合物、氢气和氯化氢的废气(OGR)通常通过以下四个阶段被再生和回收：1)冷凝和压缩的过程，2)氯化氢(HCl)的吸收和蒸馏，3)氢气(H2)的吸附过程，4)基于氯硅烷的化合物的分离过程。更具体地，从多晶硅沉积反应器中排出的废气被移送至冷凝和压缩过程，冷却并流入液气分离器(knock-out drum)。进行温度分离，将基于氯硅烷的化合物的冷凝相流束移送至氯化氢(HCl)蒸馏塔，并将非冷凝相流束移送至氯化氢吸收塔的底部。此时，所述非冷凝相流束中的氢气(H2)的组成为约90mol％以上。来自氯化氢蒸馏塔的已除去氯化氢组分的冷凝相流束在吸收塔的顶部处喷雾时混合，以及所述非冷凝相流束中基于氯硅烷的化合物组分和氯化氢被吸收和除去。使大部分的基于氯硅烷的化合物组分和氯化氢已被除去的气体流束流入填充活性碳的塔柱中。吸收残余的基于氯硅烷的化合物组分和氯化氢，从而回收高纯氢气。如上所述的氢气纯化方法是变压吸附(PSA)过程，其被用于多晶硅废气的分离纯化。图1图示了根据现有技术的废气的净化设备。参照图1，根据现有技术的废气的净化设备300包括液气分离器315、吸收塔325、第一蒸馏塔345、吸附塔355和第二蒸馏塔360。使排放自多晶硅沉积反应器305的废气301在第一冷却器310中冷却，流入液气分离器315中，并分离为包含过量氢气的非冷凝气相流束302和包含过量基于氯硅烷的化合物的冷凝液相流束303。此时，废气301中包含的大部分氯化氢分布于非冷凝相流束302中。排放自液气分离器315顶部的非冷凝气相流束302在第二冷凝器320中被追加冷凝并加压，然后被注入吸收塔325中。此时，通过基于氯硅烷的流束307在第一蒸馏塔345(将在下文中进行描述)中的喷雾而将非冷凝相流束302中包含的大部分氯化氢和氯硅烷组分除去。另一方面，在吸附塔355中将排放自吸收塔325的顶部的氢气流束304最终纯化并回收。通过泵350将排放自液气分离器315的底部的液相流束303与排放自吸收塔325的流束306混合，然后注入第一蒸馏塔345中。气态氯化氢被分离并从第一蒸馏塔345的顶部排出，而已除去氯化氢的基于氯硅烷的流束307则从底部排出。此时，第一蒸馏塔345的过程消耗掉了超过约40％的全部纯化过程的能量，并且以消耗掉大部分能量的高能量过程运行。通过泵335和冷却器330将大部分的基于氯硅烷的流束307再次移送至吸收塔325，用于吸收非冷凝相流束302中的氯化氢和氯硅烷。残余物被移送至第二蒸馏塔360中，分离为二/三氯硅烷和四氯化硅，然后循环。在如上所述的常规纯化方法中，为了除去非冷凝流束302中包含的氯化氢，将已自第一蒸馏塔345中除去氯化氢组分的冷凝相流束307喷雾并提供至吸收塔325。对于此过程而言，必须在吸收塔325中冷却并在第一蒸馏塔345中加热。因而存在能量利用效率低下的问题。另外，为了确保非冷凝相的纯度，来自吸收塔325顶部的冷凝相流束被过多地循环，因而主要的问题是用于废气纯化过程的能量消耗的增长。
技术实现思路
为解决上述现有技术的问题，本专利技术的一个目的在于提供废气的净化方法和净化设备，其能够高能效地从通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程期间产生的废气中有效除去氯化氢气体。为实现上述目的，本专利技术提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤：使所述废气经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器，以降低氯化氢的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述废气经过所述催化反应器，然后分离经过的废气中包含的氢气和基于氯硅烷的化合物。并且，本专利技术提供了一种废气的净化设备，其包括：催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂，并且凭借使所述废气经过而降低了氯化氢的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及分离装置，其从经过所述催化反应器的废气中分离氢气和基于氯硅烷的化合物。此外，本专利技术提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤：将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述冷凝相流束经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度。此外，本专利技术提供了一种废气的净化设备，包括：分离装置，其将所述废气分为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂且降低了所述冷凝相流束的氯化氢浓度。此外，本专利技术提供了一种废气的净化方法，其包括以下步骤：将所述废气分为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述非冷凝相流束经过第一催化反应器以降低氯化氢的浓度；以及依据沸点分离所述冷凝相流束的基于氯硅烷的化合物。根据本专利技术的废气的净化方法和净化设备，通过利用催化反应器将氯化氢转化为基于氯硅烷的化合物而将其除去，而不是进行冷凝和压缩过程以及进行依据沸点差异的分离，以从排放自多晶硅沉积反应器的废气中除去氯化氢。因此，可减少可由氯化氢导致的一些问题，例如，腐蚀、氯硅烷的泄露、分离膜的劣化、活性碳中包含的杂质的洗脱现象等，并且可制备和回收除去氯化氢的高纯氢气。另外，本专利技术的废气的净化方法和净化设备相对简单，且可利用低能耗装置实现，因而降低了设备和工艺的运行损耗。还有，根据本专利技术的废气的净化方法，不需要用于除去氯化氢的吸收塔，因而此运行可通过使压缩第一冷凝和分离步骤之后排出的非冷凝相的步骤的压力低于常压范围来进行，因此进一步改善了降低能耗的效果。附图说明图1图示了根据现有技术的废气的净化设备。图2图示了根据本专利技术的一个实施方式的废气的净化设备。图3图示了根据本专利技术的一个实施方式的废气的净化设备。图4图示了根据本专利技术的一个实施方式的废气的净化设备。图5图示了根据本专利技术的一个实施方式的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废气的净化方法，其包括以下步骤：使所述废气经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述废气经过所述催化反应器，然后分离经过的废气中包含的氢气和基于氯硅烷的化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.24 KR 10-2014-0009101;2014.01.24 KR 10-2011.一种废气的净化方法，其包括以下步骤：使所述废气经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述废气经过所述催化反应器，然后分离经过的废气中包含的氢气和基于氯硅烷的化合物。2.根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。3.根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，所述废气包含氯化氢(HCl)、氢气(H2)和基于氯硅烷的化合物。4.根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，经过所述催化反应器的废气中占据的氯化氢的含量相对于经过所述催化反应器之前的含量被降低至约80mol％以上。5.根据权利要求1所述的废气的净化方法，其中，所述废气通过经过所述催化反应器而被转化为三氯硅烷和四氯化硅。6.一种废气的净化设备，其包括：催化反应器，其包含离子交换树脂催化剂，并且凭借使所述废气经过而降低了氯化氢的浓度，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及分离装置，其从经过所述催化反应器的废气中分离氢气和基于氯硅烷的化合物。7.根据权利要求6所述的废气的净化设备，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。8.根据权利要求6所述的废气的净化设备，其中，所述分离装置包括选自液气分离器、蒸馏装置、分离膜装置和气液分离装置中的一种以上。9.一种废气的净化方法，其包括以下步骤：将所述废气分离为非冷凝相流束和冷凝相流束，其中所述废气为进行通过化学气相沉积(CVD)反应的多晶硅沉积过程之后所排出的；以及使所述冷凝相流束经过包含离子交换树脂催化剂的催化反应器以降低氯化氢的浓度。10.根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述离子交换树脂催化剂包括环状胺化合物、含胺基的基于苯乙烯的聚合物、含胺基的基于苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物、含胺基的丙烯酸聚合物或它们的混合物。11.根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述废气包含氯化氢(HCl)、氢气(H2)和基于氯硅烷的化合物。12.根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，经过所述催化反应器的冷凝相流束中占据的氯化氢的含量相对于经过所述催化反应器之前的含量被降低至约80mol％以上。13.根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述冷凝相流束通过经过所述催化反应器而被转化为三氯硅烷和四氯化硅。14.根据权利要求9所述的废气的净化方法，其中，所述净化方法进一步包括：在使所述冷凝相流束经过所述催化反应器之后，分离经过的冷凝相流束中包含的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴济城，金常鹅，李元翼，金吉浩，金宝经，安贵龙，
申请(专利权)人：韩华化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR