[发明专利]一种多晶硅生产过程中副产物的再利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅生产工艺，特别是一种多晶硅生产过程中副产物的再利用方法。

背景技术

多晶硅是电子信息产业、太阳能光伏产业和半导体功率器件最重要的基础功能材料。随着全球化石能源的日益紧缺，以太阳能为主的新能源产业获得了良好的发展机遇，2005、2006、2007与2008年分别增长50%、41%、36%与99%。2010年，由于受金融危机的影响，光伏产业的增长将减缓，预计仍将保持30%的增长。

全球80%以上的多晶硅都是用改良西门子法生产的，我国已建和在建的多晶硅项目都是采用改良西门子工艺。西门子工艺生产多晶硅过程中将会产生大量的副产物---四氯化硅，每生产1公斤多晶硅就要产生10—15公斤四氯化硅。据统计，2010年我国多晶硅需求量为44800吨，国内多晶硅产量估计会超过30000吨，将产生300000—450000吨的四氯化硅，四氯化硅是一种有毒有害具有强腐蚀性的液体，若不加以综合回收利用，对环境和人体安全危害极大，四氯化硅的综合利用已经成为制约我国多晶硅可持续发展的技术瓶颈。

目前，多晶硅副产物的处理方法有三：一是将高纯的四氯化硅通过热氢化或冷氢化将其转化为三氯氢硅加以循环利用，该工艺可以回收绝大部分四氯化硅；二是富含杂质的氯硅烷必须排放，每生产1公斤多晶硅大约要排放2-3公斤这样的四氯化硅，目前，国内的多晶硅厂家都是采用淋洗的方法，该方法会产生大量的废渣，不仅处理成本高，而且污染环境。三是用四氯化硅生产其他化工产品，如白炭黑、硅酸乙酯和有机硅产品等，但由于市场和成本问题，也无法消化如此巨量的四氯化硅。

因此，寻求一种低能耗、低成本及市场前景广阔的四氯化硅综合利用技术势在必行。相变储能技术作为一种新的节能减排方式，已成为科学界和产业界关注的焦点。相变储能材料利用物质在相变过程中吸收能量和释放能量的特点，实现能量的存储和利用，解决能量在时间和空间上的供需矛盾。在能源和环境问题日益严重的社会中，相变储能材料在建筑节能、太阳能利用、余热回收和电力移锋填谷等领域具有重要价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶硅生产过程中副产物的再利用方法，其特征在于：以多晶硅生产的副产物为原料，采用不同的储能物质制备不同温度的系列相变储能材料的方法和装置，具有投资省、能耗低、工艺流程短、设备简单、易于工业化连续生产的特点。 

本发明的技术方案如下：

一种多晶硅生产过程中副产物的再利用方法，其特征在于：将多晶硅生产过程中产生的副产物和相变储能材料水溶液或水乳液通过喷嘴直接进入旋风分离反应器，在旋风分离反应器中充分混合，并发生水解和溶胶-凝胶反应，生成三维网络结构的包覆有相变储能物质的二氧化硅凝胶和氯化氢气体；

包覆有相变储能物质的二氧化硅凝胶在离心力和重力作用下，从旋风分离反应器底部排出，排出后经干燥脱水和脱氯化氢制得定形性相变储能材料产品；

氯化氢气体在旋风分离反应器倒圆锥状内壁的反射作用下，螺旋向上，从旋风分离反应器的顶部排出，实现分离，分离出的氯化氢气体经盐酸溶液氯化钙提浓解析塔和四氯化硅淋洗塔除水后，直接作为生产三氯氢硅的原料进入多晶硅的生产体系，实现多晶硅生产过程的物料全闭路循环和清洁生产。

所述多晶硅生产中产生的副产物，其主要成分包括四氯化硅、三氯氢硅和二氯二氢硅。

所述相变储能材料是指聚乙二醇600-20000中的一种或者其中两种的混合物。

所述相变储能材料水溶液或水乳液是指将聚乙二醇与水按0.5-1：1的重量比搅拌混合制得的聚乙二醇水溶液。 

该方法所使用的旋风分离反应器是由圆柱状上筒体、倒圆锥状下筒体、上排气管、下排料管、进风管组成；进风管于圆柱状上筒体上水平切向设置，喷嘴安装在进风管上。

该方法中使用的喷嘴是由内套管和外套管组成，副产物进气管与内套管连通，相变储能材料水溶液或水乳液进料管与外套管连通。

分离出的氯化氢气体可以先进入盐酸溶液氯化钙提浓解析装置以制得氯化氢气体，经过提浓解析得到的氯化氢气体再进入四氯化硅淋洗塔进行除水处理。