[发明专利]一种氯硅烷残液生产HCl气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氯硅烷残液生产HCl气体的方法，属于多晶硅行业氯硅烷残液资源化领域。

背景技术

近年来，石油、煤炭、电力等不可再生能源的供应紧张局面及光伏产业的迅猛发展，极大的推动了多晶硅产业的发展。目前国内多晶硅产业多采用改良西门子法，即闭环式三氯氢硅氢还原法，但是由于美、日、德等发达国家的联合技术封锁，国内并未完全掌握改良西门子法，无法实现闭环生产，因此大量的物料变成氯硅烷残液和废气。

氯硅烷残液主要来源：三氯氢硅的合成工序，三氯氢硅的精馏提纯工序，三氯氢硅的还原工序。

氯硅烷残液的主要成分：SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂、HCl、少量的硅粉和金属氯化物；

目前国内多晶硅厂残液处理大部分采用碱液中和工艺，主要是因为其投资较少，工艺流程简单，能实现氯硅烷残液的无害化处置。工艺大致为：多晶硅生产中产生的氯硅烷残液直接进入碱液(NaOH或Ca(OH)₂溶液)淋洗塔，生成NaC1、CaCl₂、SiO₂、Na₂SiO₃、CaSiO₃等，尾气(含H₂，其他惰性气体)排空，液相则送至后续的废水处理单元，进行过滤和蒸发方式脱盐和固体废物处理，形成的固废进行堆存或填埋处理，废水进行深度处理后排放。

碱液处理工艺只实现了氯硅烷残液的无害化处置，而生成的硅酸钠（钙）、二氧化硅、氯化钠（钙）等有用物质未进行回收利用，造成了资源浪费。其次，以碱液作为吸收剂，由于碱液及硅酸盐的黏性，导致管道堵塞严重，以及在吸收液收集池和循环池中会有大量的沉淀物产生，池底结块，不易清理。

氯硅烷残液与单纯的四氯化硅不同，氯硅烷残液水解会产生大量的H₂，所以与四氯化硅的处理方法不同，不能在敞开体系中进行，需考虑氢气的燃爆性，需在密闭的系统中进行，并将氯硅烷水解产生的大量H₂及时安全排走。

一种氯硅烷残液生产HCl气体的方法，采用搅拌反应釜和吸收塔连用的方式，系统采用常压装置，搅拌反应釜水解反应产生H₂，HCl气体和未反应完全的SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂挥发性气体，进入吸收塔被工业水和循环稀盐酸再次充分水解和吸收后，经尾气碱洗工序吸收后达标排放；该方法除补充水以外，没有引入其他元素，使氯硅烷残液中的氯元素完全转化为HCl，并且氯硅烷水解反应是在酸性条件下进行，有效减少硅酸根生成，使得后续过程的盐酸和氯化氢的分离提纯更容易，获得的HCl气体更为纯净；本发明实现了氯硅烷残液中的氯以氯化氢的形式进行回收，获得的浓盐酸解析产生的HCl气体可以回到三氯氢硅的合成工序，实现了氯元素的资源循环利用，而解析后的稀盐酸回到氯硅烷残液水解系统中作为吸收剂，减少进入后续污水处理装置的氯离子的量，降低后续废水处理成本。

发明内容

氯硅烷残液中主要成分为SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂和HCl，可见残液中含有大量的氯元素，传统的残液处理方法，不仅消耗大量的碱，形成的氯化钠（钙）、硅酸钠（钙）和二氧化硅混合物，分离困难，造成了氯资源浪费，产生了大量的氯化钠（钙）、硅酸钠（钙）溶液，使得后续污水处理困难、成本高。

本发明的目的在于提供一种氯硅烷残液生产HCl气体的方法，实现氯硅烷残液中氯元素以HCl气体的形式回收，并经深度净化回到三氯氢硅的合成工序中去，实现氯元素的资源化循环利用，还减轻后续污水处理压力，降低工厂环保成本，具体包括以下步骤：

（1）将经过沉淀过滤去除大部分硅粉和金属氯化物的氯硅烷残液输送到残液储罐1，用N₂将氯硅烷残液从残液储罐1压到搅拌反应釜2与吸收塔3下来的吸收液发生水解反应，反应停留时间为5~10分钟。

（2）用稀盐酸在吸收塔3中吸收搅拌反应釜2产生的挥发气体，吸收液则进入搅拌反应釜2，尾气经尾气碱洗工序吸收后达标排放。

（3）将搅拌反应釜2反应液送入过滤机4过滤掉二氧化硅固体，过滤后所得滤液为浓盐酸，进入浓盐酸储槽5。