[发明专利]含氯硅烷的氯化氢气体生产高纯度浓盐酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化工领域，具体涉及一种含氯硅烷的氯化氢气体的回收方法。

背景技术

西门子法多晶硅生产工艺主要有单元有：三氯氢硅制备单元；三氯氢硅精馏单元；尾气(HCl/H₂)回收单元；四氯化硅转化单元和多晶硅成品生产单元。

三氯氢硅制备中经冷凝后的一部分含氯硅烷的氯化氢尾气进入放空洗涤系统用碱液吸收，造成环保压力大。

多晶硅正常生产时，尾气回收单元、四氯化硅转化单元的氯化氢返回三氯氢硅制备单元与硅粉反应制取三氯氢硅，几乎无氯化氢排放。而当装置生产不正常时，尤其是三氯氢硅制备单元生产不正常或停产时，如果没有考虑氯化氢的回收，直接进入放空洗涤系统，则会导致放空洗涤系统地负荷增大甚至无法操作，最后会影响尾气回收单元和四氯化硅转化等单元正常生产甚至停产。

将含氯硅烷的氯化氢回收利用既节约了资源，又解决了环境污染问题。但是目前多晶硅的生产中含氯硅烷的氯化氢吸收均采用传统法水吸收，即三级水吸收，这样的氯化氢吸收法，造成吸收塔(常用为填料塔)与管道的堵塞，严重时造成吸收部分的停车，给清理带来困难，吸收产生的盐酸有大量的硅胶等杂质，不能用于解析回收。这是由于氯化氢气体中的氯硅烷与水反应产生的硅胶，吸收时易堵塞吸收器、循环泵和管道等，无法长期运行。同时反应是放热反应，大量的HCl又被热蒸发，给吸收带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种回收多晶硅生产中所产生的含氯硅烷的氯化氢气体的处理方法，处理后即生成高纯度的浓盐酸。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种含氯硅烷的氯化氢气体生产高纯度浓盐酸的方法，含氯硅烷的氯化氢气体先进入水解罐，与水解罐中浓盐酸中的水分进行水解反应，除去气体中的氯硅烷，气体再依次经过至少两个串联的降膜吸收器，在降膜吸收器中采用水循环吸收气体中的氯化氢，制成浓盐酸，氯化氢吸收后排放尾气。

其中含氯硅烷的氯化氢气体为西门子法多晶硅生产过程中产生的尾气，该尾气中含有HCl、H₂、SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂等多种气体。

含氯硅烷的HCl尾气通入水解罐中，利用氯硅烷与水反应的特点(放热反应)，在罐中与质量浓度31～35％的浓盐酸中的水分充分水解反应，彻底除去气体中的氯硅烷，液相中产生少量硅胶，并在气相产生很少量H₂和HCl与原有的HCl气体合并，水解罐内氯硅烷与浓盐酸中水相主要反应如下：

SiHCl₃+H₂O→SiO₂+HCl+H₂+Q1

SiCl₄+H₂O→H₄SiO₄+HCl+Q2

SiH₂Cl₂+H₂O→SiO₂+HCl+Q3

水解反应的温度为25～60℃，压力为0.1～0.5MPa。如上式各式所示，水解反应过程为放热反应，故需对水解罐进行冷却，一般会在水解罐外或夹套中通入循环水冷却，移去反应热。水解罐中产生的少量硅胶定期清理即可。

水解后的气相经过降膜吸收器中清洁水的逆流、冷却循环洗涤吸收，最终可得高纯度的浓盐酸，本发明中高纯度的概念是指在同等或类似工艺条件下(即进气为含氯硅烷的氯化氢气体，吸收液为洁净水)吸收产生的盐酸硅胶等杂质含量极低，盐酸纯度较高，该高纯度浓盐酸的浓度较高，约在31～35％的质量百分比浓度。此成品盐酸可外售，也可解析为HCl作为三氯硅烷制备单元原料，也可以返回水解罐中补充水解罐中所消耗的浓盐酸。本工艺的装置中还具有仪表控制系统及安全泄压系统等。

本发明中的降膜吸收器其数目可以为两个，也可以多于两个，各降膜吸收器之间相互串联。降膜吸收器优选两个，即将1#降膜吸收器和2#降膜吸收器串联在一起，如经过水解反应后的气体依次经过1#降膜吸收器和2#降膜吸收器。各降膜吸收器之间相互串联时，第一个降膜吸收器与最后一个降膜吸收器经由管路相通，形成一个水路循环，以便于清洁水的循环吸附。降膜吸收器的操作温度为25～60℃，操作压力为0.1～0.5MPa。