多晶硅还原尾气深度净化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种多晶硅还原尾气深度净化方法，包括：使还原尾气依次经过多级冷却处理，以输出气液混合物；对该气液混合物进行气液分离处理，并利用分离出的混合气的冷量对还原尾气进行冷却处理；在两级氯化氢吸收塔中利用塔内自上而下的氯硅烷贫液对冷量已被利用的混合气中的氯化氢进行吸收处理；在氯化氢解析塔中对氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液进行解析处理，并从塔釜输出氯硅烷贫液、塔顶输出轻组分；利用两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液的冷量对氯化氢解析塔塔釜输出的氯硅烷贫液进行冷却处理。相应地，提供一种深度净化系统。本发明专利技术使回收氢气的品质满足电子级多晶硅的相应要求的同时，减少额外的冷量消耗、减轻吸收塔的负荷。

Deep purification method and system for polysilicon reduction tail gas

The invention provides a method for deep purification of polycrystalline silicon reduction tail gas, which comprises: making the reduction tail gas pass through multi-stage cooling treatment in turn to output gas-liquid mixture; separating the gas-liquid mixture and cooling the reduction tail gas with the cooling capacity of the separated mixture; and cooling the reduction tail gas in a two-stage hydrogen chloride absorption tower; Chlorosilane lean liquid from top to bottom in the tower is used to absorb hydrogen chloride in the mixture gas which has been used for cooling capacity. Chlorosilane rich liquid from the hydrogen chloride absorption tower and kettle is analyzed in the hydrogen chloride analysis tower. Chlorosilane lean liquid is exported from the tower kettle and light components are exported from the top of the tower. The cooling capacity of chlorosilane rich liquid output from the tower reactor was used to cool the chlorosilane lean liquid output from the hydrogen chloride analysis tower reactor. Accordingly, a deep purification system is provided. The invention makes the quality of recovered hydrogen meet the corresponding requirements of the electronic grade polysilicon, and at the same time reduces the additional cooling consumption and reduces the load of the absorption tower.

【技术实现步骤摘要】
多晶硅还原尾气深度净化方法及系统
本专利技术涉及多晶硅生产
，具体涉及一种多晶硅还原尾气深度净化方法和一种多晶硅还原尾气深度净化系统。
技术介绍
在当下化石能源日益短缺的时代，新型能源的崛起已成为必然趋势。多晶硅作为集成电路和光伏发电的关键原材料，是国家新能源开发的基础材料。然而，作为新型能源的基础材料，多晶硅的生产是一种高能耗的生产过程，而且，对多晶硅质量要求的标准也越来越高。随着多晶硅等级划分标准的制定，对多晶硅的质量要求提出了更大的挑战。目前，多晶硅主要采用改良西门子法(即三氯氢硅还原法)生产，指的是利用气相沉积法在还原炉中通过H2来还原SiHCl3从而制备多晶硅，具体反应方程式为：3SiHCl3+H2→2Si+5HCl+SiCl4由于还原炉中的温度等条件很难达到均一，导致实际的还原过程十分复杂，并伴随副反应发生，这样就使得还原尾气的成分较为复杂，包括氢气、氯化氢气体、气相氯硅烷和少量杂质等，其中气相氯硅烷为SiHCl3(也称为TCS)、SiCl4(也称为STC)和SiH2Cl2(也称为DCS)的混合气。目前，国内很多的企业都面临着多晶硅产品质量不高，产品质量不稳定的困境，使得提升和稳定多晶硅产品质量显得尤为重要。通过对影响多晶硅产品质量的因素进行分析可知，其中一个重要因素来自主要物料三氯氢硅的质量，另外一个重要因素来自从还原尾气中回收的氢气的品质。其中，还原尾气的回收主要采用改良西门子干法回收工艺。具体工序包括：还原尾气经过低压冷凝后，将气相氯硅烷液化从而与氢气、氯化氢气体分离，分离出的氢气和氯化氢的混合气经过压缩机进行压缩升压后，送至以液相氯硅烷为吸收液的吸收塔内，将所述混合气中的氯化氢气体吸收，并从塔釜输出含有氯化氢的氯硅烷富液，然后送入解析工序进行解析处理，以将液相氯硅烷和氯化氢气体分离，而所述混合气中未被吸收的氢气和少量杂质从塔顶输出，然后送至活性炭及分子筛吸附柱进行吸附处理，将混合在氢气中的杂质去除以得到纯净的氢气，吸附柱使用后应进行活化以重复使用，以上步骤循环往复从而形成连续循环的干法回收系统，且干法回收系统对氢气的净化成为保障多晶硅纯度的重要部分。然而，专利技术人发现：结合冷量的消耗程度及回收的氢气质量的影响因素进行分析可知，在低压冷凝的过程中通常采用氟利昂对还原尾气进行深度冷凝，需要消耗大量的冷量，而且直接进入吸收塔中的所述混合气中的氯化氢气体较多，从而增加了吸收塔的负荷；而且，由于吸收塔中需要低温高压的环境才能将所述混合气中的氯化氢气体大量去除，但是北方季度温度变化较大，使得吸收塔内的温度不稳定，导致塔顶输出的氢气品质的波动较大，进一步导致吸附柱延时时间增加；此外，塔顶输出的氢气经过活性炭吸附后得到的纯净氢气中会夹带碳分子，使用这种夹带碳分子的氢气生产多晶硅时会影响多晶硅的碳浓度，使得多晶硅的质量无法得到有效提升，导致生产的多晶硅无法满足电子级多晶硅的相应要求(氯化氢含量＜50ppm，碳含量＜3ppm)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种使回收氢气的品质满足电子级多晶硅的相应要求的同时，能够减少额外的冷量消耗、减轻吸收塔的负荷、减少吸附柱的延时时间的多晶硅还原尾气深度净化方法及系统。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种多晶硅还原尾气深度净化方法，所述还原尾气包括氢气、氯化氢、氯硅烷和少量杂质的混合气，其包括如下步骤：使所述还原尾气依次经过多级冷却设备的多级冷却处理，以形成并输出气液混合物，其包括氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气，以及已冷凝的液相氯硅烷；利用第一凝液储罐对多级冷却设备输出的气液混合物进行气液分离处理，以将该气液混合物中的氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气与已冷凝的液相氯硅烷分离，然后将所述已冷凝的液相氯硅烷送至下游精馏工序，并在多级冷却设备中利用来自第一凝液储罐的混合气的冷量对所述还原尾气进行冷却处理；在两级氯化氢吸收塔中利用塔内自上而下的氯硅烷贫液对来自第一凝液储罐的且冷量已被多级冷却设备利用的混合气中的氯化氢进行吸收处理，并从塔釜输出氯硅烷富液，从塔顶输出不凝气，再使所述不凝气依次经过活性炭吸附柱和硅胶吸附柱的吸附处理以形成纯净的氢气，然后将所述纯净的氢气送至上游多晶硅生产工序；在氯化氢解析塔中对两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液进行解析处理，并从塔釜输出氯硅烷贫液，从塔顶输出轻组分，然后将所述轻组分送至下游精馏工序；在液液换热器中利用两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液的冷量对氯化氢解析塔塔釜输出的氯硅烷贫液进行冷却处理，然后将冷却后氯硅烷贫液送入两级氯化氢吸收塔上部，以及将来自两级氯化氢吸收塔塔釜的冷量已被液液换热器利用的氯硅烷富液送入氯化氢解析塔。本专利技术还提供一种多晶硅还原尾气深度净化系统，所述还原尾气包括氢气、氯化氢、氯硅烷和少量杂质的混合气，所述净化系统包括：多级冷却设备、第一凝液储罐、两级氯化氢吸收塔、活性炭吸附柱、硅胶吸附柱、氯化氢解析塔和液液换热器，所述多级冷却设备用于对所述还原尾气依次经过多级冷却设备的多级冷却处理，以形成并输出气液混合物，其包括氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气，以及已冷凝的液相氯硅烷；所述第一凝液储罐用于对多级冷却设备输出的气液混合物进行气液分离处理，以将该气液混合物中的氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气与已冷凝的液相氯硅烷分离，所述已冷凝的液相氯硅烷被送至下游精馏工序，所述多级冷却设备利用来自第一凝液储罐的混合气的冷量对所述还原尾气进行冷却处理；所述两级氯化氢吸收塔用于利用塔内自上而下的氯硅烷贫液对来自第一凝液储罐的且冷量已被多级冷却设备利用的混合气中的氯化氢进行吸收处理，并从塔釜输出氯硅烷富液，从塔顶输出不凝气；所述活性炭吸附柱和所述硅胶吸附柱依次用于对所述不凝气进行吸附处理并形成纯净的氢气，所述纯净的氢气被送至上游多晶硅生产工序；所述氯化氢解析塔用于对所述两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液进行解析处理，并从塔釜输出氯硅烷贫液，从塔顶输出轻组分，所述轻组分被送至下游精馏工序；所述液液换热器用于利用所述两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液的冷量对所述氯化氢解析塔塔釜输出的氯硅烷贫液进行冷却处理，然后将冷却后氯硅烷贫液送入所述两级氯化氢吸收塔上部，以及将来自所述两级氯化氢吸收塔塔釜的冷量已被所述液液换热器利用的氯硅烷富液送入所述氯化氢解析塔。有益效果：本专利技术所述多晶硅还原尾气深度净化方法及系统针对现有改良西门子法生产多晶硅时采用的还原尾气回收系统所存在不足进行了改进，能够对还原尾气进行深度净化、除杂，降低回收氢气中的杂质含量，提升回收氢气的品质，从而在使回收氢气的品质满足电子级多晶硅的相应要求的同时，还能够减少额外的冷量消耗、减轻吸收塔的负荷、减少吸附柱的延时时间，降低多晶硅生产的成本及能耗。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的多晶硅还原尾气深度净化方法的流程图；图2为本专利技术实施例2提供的多晶硅还原尾气深度净化方法的流程图；图3为本专利技术实施例3提供的一种多晶硅还原尾气深度净化系统的示意图；图4为本专利技术实施例3提供的另一种多晶硅还原尾气深度净化系统的示意图；图5为本专利技术实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多晶硅还原尾气深度净化方法，所述还原尾气包括氢气、氯化氢、氯硅烷和少量杂质的混合气，其特征在于，包括如下步骤：使所述还原尾气依次经过多级冷却设备的多级冷却处理，以形成并输出气液混合物，其包括氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气，以及已冷凝的液相氯硅烷；利用第一凝液储罐对多级冷却设备输出的气液混合物进行气液分离处理，以将该气液混合物中的氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气与已冷凝的液相氯硅烷分离，然后将所述已冷凝的液相氯硅烷送至下游精馏工序，并在多级冷却设备中利用来自第一凝液储罐的混合气的冷量对所述还原尾气进行冷却处理；在两级氯化氢吸收塔中利用塔内自上而下的氯硅烷贫液对来自第一凝液储罐的且冷量已被多级冷却设备利用的混合气中的氯化氢进行吸收处理，并从塔釜输出氯硅烷富液，从塔顶输出不凝气，再使所述不凝气依次经过活性炭吸附柱和硅胶吸附柱的吸附处理以形成纯净的氢气，然后将所述纯净的氢气送至上游多晶硅生产工序；在氯化氢解析塔中对两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液进行解析处理，并从塔釜输出氯硅烷贫液，从塔顶输出轻组分，然后将所述轻组分送至下游精馏工序；在液液换热器中利用两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液的冷量对氯化氢解析塔塔釜输出的氯硅烷贫液进行冷却处理，然后将冷却后氯硅烷贫液送入两级氯化氢吸收塔上部，以及将来自两级氯化氢吸收塔塔釜的冷量已被液液换热器利用的氯硅烷富液送入氯化氢解析塔。...

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅还原尾气深度净化方法，所述还原尾气包括氢气、氯化氢、氯硅烷和少量杂质的混合气，其特征在于，包括如下步骤：使所述还原尾气依次经过多级冷却设备的多级冷却处理，以形成并输出气液混合物，其包括氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气，以及已冷凝的液相氯硅烷；利用第一凝液储罐对多级冷却设备输出的气液混合物进行气液分离处理，以将该气液混合物中的氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气与已冷凝的液相氯硅烷分离，然后将所述已冷凝的液相氯硅烷送至下游精馏工序，并在多级冷却设备中利用来自第一凝液储罐的混合气的冷量对所述还原尾气进行冷却处理；在两级氯化氢吸收塔中利用塔内自上而下的氯硅烷贫液对来自第一凝液储罐的且冷量已被多级冷却设备利用的混合气中的氯化氢进行吸收处理，并从塔釜输出氯硅烷富液，从塔顶输出不凝气，再使所述不凝气依次经过活性炭吸附柱和硅胶吸附柱的吸附处理以形成纯净的氢气，然后将所述纯净的氢气送至上游多晶硅生产工序；在氯化氢解析塔中对两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液进行解析处理，并从塔釜输出氯硅烷贫液，从塔顶输出轻组分，然后将所述轻组分送至下游精馏工序；在液液换热器中利用两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液的冷量对氯化氢解析塔塔釜输出的氯硅烷贫液进行冷却处理，然后将冷却后氯硅烷贫液送入两级氯化氢吸收塔上部，以及将来自两级氯化氢吸收塔塔釜的冷量已被液液换热器利用的氯硅烷富液送入氯化氢解析塔。2.根据权利要求1所述的净化方法，其特征在于，所述使所述还原尾气依次经过多级冷却设备的多级冷却处理，以形成并输出气液混合物的步骤具体为：利用第一水冷器对所述还原尾气进行冷却处理；在气气换热器中利用第一凝液储罐分离出的混合气的冷量对第一水冷器冷却后的还原尾气再次进行冷却处理，从而使所述还原尾气依次经过第一水冷器、气气换热器的冷却处理以形成气液混合物。3.根据权利要求2所述的净化方法，其特征在于，所述净化方法还包括：利用盐水冷凝器对第一凝液储罐分离出的混合气进行冷却处理，以形成并输出气液混合物，其包括氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气，以及已冷凝的液相氯硅烷；利用第二凝液储罐对盐水冷凝器输出的气液混合物进行气液分离处理，以将该气液混合物中的氢气、氯化氢、未被冷凝的气相氯硅烷和少量杂质的混合气与已冷凝的液相氯硅烷分离，并在气气换热器中利用第二凝液储罐分离出的混合气的冷量对第一水冷器冷却后的还原尾气进行冷却处理，以及将第二凝液储罐分离出的液相氯硅烷与两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液混合后形成氯硅烷混合液；在两级氯化氢吸收塔中利用塔内自上而下的氯硅烷贫液对第二凝液储罐分离出的且冷量已被气气换热器利用的混合气中的氯化氢进行吸收处理，并从塔釜输出氯硅烷富液，从塔顶输出不凝气；在氯化氢解析塔中对所述氯硅烷混合液进行解析处理，并从塔釜输出氯硅烷贫液，从塔顶输出轻组分；在液液换热器中利用所述氯硅烷混合液的冷量对氯化氢解析塔塔釜输出的氯硅烷贫液进行冷却处理，然后将冷却后氯硅烷贫液送入两级氯化氢吸收塔上部，以及将来自两级氯化氢吸收塔塔釜的冷量已被液液换热器利用的氯硅烷富液送入氯化氢解析塔。4.根据权利要求3所述的净化方法，其特征在于，所述净化方法还包括：利用第一氟利昂冷凝器对盐水冷凝器输出的气液混合物进行冷却处理，以形成并输出气液混合物，其包括氢气、氯化氢和少量杂质的混合气，以及已冷凝的液相氯硅烷；利用第二凝液储罐对第一氟利昂冷凝器输出的气液混合物进行冷却处理，以将该气液混合物中的氢气、氯化氢和少量杂质的混合气与已冷凝的液相氯硅烷分离，并在气气换热器中利用第二凝液储罐分离出的混合气的冷量对第一水冷器冷却后的还原尾气进行冷却处理，以及将第二凝液储罐分离出的液相氯硅烷与两级氯化氢吸收塔塔釜输出的氯硅烷富液混合后形成氯硅烷混合液。5.根据权利要求1-4中任一项所述的净化方法，其特征在于，在待输入至两级氯化氢吸收塔的混合气符合预设条件时，使两级氯化氢吸收塔并联连接；在待输入至两级氯化氢吸收塔的混合气不符合预设条件时，使两级氯化氢吸收塔串联连接。6.根据权利要求5所述的净化方法，其特征在于，所述预设条件为：进入两级氯化氢吸收塔的混合气中氯化氢气体的含量在50ppm以内，磷、硼和铁杂质的总含量在1ppm以内。7.一种多晶硅还原尾气深度净化系统，所述还原尾气包括氢气、氯化氢、氯硅烷和少量杂质的混合气，其特征在于，包括：多级冷却设备、第一凝液储罐、两级...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鹏，陈国辉，陈喜清，杜新，王玉丽，颉刚刚，刘想林，马金杉，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65