[发明专利]一种四氯化硅的回收利用方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于化工工艺及设备技术领域，涉及一种三氯氢硅生产过程中副产物四氯化硅的回收利用方法及其装置。

背景技术

多晶硅是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业最基础的功能性材料。近几年随着太阳能的大规模开发利用，多晶硅的用途越来越广泛，用量也越来越大，我国多晶硅产业呈现出几何级数发展态势。目前我国在建、已建多晶硅规模达9万吨/年，这些装置主要采用改良西门子法技术。其反应原理为：三氯氢硅与氢气在高温条件下发生氧化还原反应，生成多晶硅、四氯化硅、氯化氢。采用该技术每生产1吨多晶硅将产生10-20吨的副产物四氯化硅。未经处理回收的四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对安全和环境危害很大。如何安全处理数量庞大的副产物四氯化硅已成为有机硅工业健康可持续发展的一个关键问题。

目前四氯化硅的消化途径主要有三种：气相法、热氢化法和水解法。气相法是将气态的四氯化硅与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解，生成纳米级白炭黑。由于纳米白炭黑附加值高，因此是有效利用四氯化硅的较好方法，在国外较多采用。但是由于该方法操作温度太高，对设备要求很高，投资大，操作费用高；另外由于纳米白炭黑市场容量有限，单纯采用气相法无法消化数量庞大的四氯化硅。热氢化还原四氯化硅制备三氯氢硅的工艺技术，目前还存在着一次转化率低等缺点，限制了其应用和推广。水解法是将四氯化硅与水反应生成盐酸和二氧化硅胶体，如果与盐酸反应，可以直接得到氯化氢气体。中国专利CN101591018A提出的水解法处理四氯化硅工艺，将四氯化硅和稀盐酸及新鲜水在反应器中反应，生成氯化氢气体和二氧化硅胶体。该工艺与气相法和热氢化法相比，具有流程简单，四氯化硅处理量大的优点，但该工艺的新鲜水耗用量大，反应热不能有效地回收利用；且由于生成的二氧化硅胶体含水量很高，将其进行干燥需要大量的热能，因此能耗很高。

发明内容

本发明为解决现有技术中的问题，提供一种简便易行的四氯化硅回收利用方法。该方法的特点是生产的氯化氢气体可回收利用，且可直接得到二氧化硅粉体，并降低能耗。

本发明还提供一种四氯化硅回收利用的装置。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种四氯化硅回收利用的装置，所述四氯化硅回收利用的装置为气固流化床反应器，所述气固流化床反应器包括：

流化床筒体；

一个设置在流化床筒体底部的水蒸汽进气口；

一个设置在所述水蒸汽进气口上部的水蒸汽气体分布器；

一个设置在所述水蒸汽气体分布器上方100mm-500mm的四氯化硅气体分布器，所述四氯化硅气体分布器的进气管与流化床筒体的侧壁相连；

一个设置在流化床筒体下侧的四氯化硅气体进入口，所述四氯化硅气体进入口与四氯化硅气体分布器相连；

一个或一个以上设置在所述四氯化硅气体分布器上方50mm-300mm的管式换热管，所述管式换热管的进出口焊接在流化床筒体的侧壁上；

设置在流化床筒体侧面上的换热管进水口和换热管水蒸气出口，所述的换热管进水口和换热管水蒸气出口与管式换热管相连；

一个设置在流化床筒体上部的流化介质进料口，所述流化介质进料口与流化床筒体侧壁相连接；

一个设置在流化床筒体的内上部的旋风分离器，所述旋风分离器固定在流化床筒体上部的顶盖上；

一个设置在流化床筒体上部的气体出口，所述气体出口与旋风分离器相连；

一个设置在流化床筒体下部的二氧化硅粉体出料口，所述二氧化硅粉体出料口与流化床筒体的侧壁连接

所述水蒸汽气体分布器为多孔板式分布器或风帽式分布器；所述四氯化硅气体分布器为喷气口设置在下面的管式分布器。

一种使用上述装置回收利用四氯化硅的方法，它包括如下步骤：

a.选择粒径为40～350μm的二氧化硅粉体，由流化介质进料口加入气固流化床反应器中，作为初始的流化介质；

b.将来自锅炉的水蒸汽或本发明方法副产的水蒸汽，经减压、流量计控制后，由底部的水蒸汽进气口进入气固流化床反应器；

c.将来自四氯化硅储罐的液体四氯化硅，经泵加压、流量计控制和计量，再经换热器加热气化后，通过四氯化硅入口和气体分布器进入气固流化床反应器；

d.在气固流化床反应器内，气体四氯化硅和水蒸汽受到处于流化状态的二氧化硅粉体作用下，充分接触并发生水解反应，生成氯化氢气体和二氧化硅；

e.去离子水进入管式换热管的换热管，通过间接换热及时将水解反应所放出的热量移出；