[发明专利]多晶硅还原尾气回收方法及回收系统

说明书

本发明提供一种多晶硅还原尾气回收方法，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；对所述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；在氯化氢吸收塔中利用塔内自上而下的含有少量氯化氢的液相氯硅烷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富含氯化氢的液相氯硅烷进行解析处理；利用氯化氢吸收塔塔釜输出的富含氯化氢的液相氯硅烷的冷量对氯化氢解析塔塔釜输出的含有少量氯化氢的液相氯硅烷进行冷却处理。相应地，提供一种多晶硅还原尾气回收系统。本发明综合利用了内部流股的冷、热量，公用工程冷量消耗少，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅还原尾气回收方法，以及一种多晶硅还原尾气回收系统。

背景技术

多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料。目前，多晶硅的制备方法主要有改良西门子法(即三氯氢硅还原法)、硅烷法、流化床法等。

其中，硅烷法是一种利用硅烷热解来制备多晶硅的方法，一般采用硅镁合金法工艺(Komatsu硅化镁法)、氯硅烷歧化工艺(Union Carbide歧化法)、金属氢化物工艺(由MEMC公司发明的新硅烷法)，但硅烷法的制造成本高且易引起爆炸事故。流化床法是以SiCl₄、H₂、HCl和工业硅为原料，在高温高压流化床(沸腾床)内生成SiHCl₃，将SiHCl₃通过歧化加氢反应生成SiH₂Cl₂，从而生成硅烷气，再将制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品，由于在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，故该方法具有生产效率高、电耗低、成本低等优点，但是生产过程中安全性较差，危险性大，制得的产品纯度偏低。改良西门子法是将SiHCl₃和H₂通入到还原炉内，在1100℃的硅芯上发生还原反应沉积多晶硅，该方法具有节能降耗显著、成本低、产品质量好、污染小等优点，因此国内多晶硅生产系统中制备多晶硅的工艺主要采用改良西门子法。

对于改良西门子法而言，从还原炉输出的还原尾气主要包括H₂、HCl气体和气相氯硅烷等，其中气相氯硅烷包括SiHCl₃气体(也称为TCS)、SiCl₄气体(也称为STC)和SiH₂Cl₂气体(也称为DCS)的混合物，还原尾气需进入尾气回收系统进行回收处理。

目前，还原尾气的回收工艺主要包括以下三种：湿法回收、干法回收和膜分离回收。

由于湿法尾气回收工艺造成的物料损失较大，成本较高，膜分离尾气回收工艺存在高压及苛刻的分离膜使用条件等技术问题，而干法尾气回收工艺实现简单，还可将多晶硅尾气全部回收利用，使得整个多晶硅生产系统达到了闭路循环，不仅降低了原料和动力能源的消耗，还达到了减少污染保护环境的目的，故目前普遍采用干法尾气回收工艺对还原尾气进行回收处理。

干法尾气回收工艺首先要对进入的还原尾气进行四级冷却，即：循环水换热、气气换热、冷冻盐水换热、氟利昂换热，利用还原尾气中各组分沸点的不同将还原尾气中大部分的氯硅烷冷凝下来，从而使不凝气(即氢气、氯化氢和少量氯硅烷的混合气)与液相氯硅烷分离开来。再使不凝气进入吸收塔，用来自解析塔的贫液氯硅烷(即含有少量氯化氢的液相氯硅烷)吸收不凝气中的氯化氢杂质，从而完成氯化氢从还原尾气中的分离。从吸收塔塔顶输出的含有少量氯化氢的氢气再经过吸附柱纯化，得到纯净的氢气，并从吸收塔塔釜输出富液氯硅烷(即含有大量氯化氢的液相氯硅烷)。富液氯硅烷进入解析塔分离出轻组分(即氯化氢气体)，以形成贫液氯硅烷，再将贫液氯硅烷送入吸收塔以吸收不凝气中的氯化氢杂质，分离出来的氢气、氯化氢及氯硅烷分别送往上、下游工序回收利用，从而实现了还原尾气从敞开式生产发展到闭式循环生产。