多晶硅尾气干法回收工艺简述

多晶硅尾气干法回收工艺简述

一、概述

“传统西门子法”还原尾气回收是“湿法回收”，即还原尾气中没有反应的三氯氢硅、氢气和反应过程中生成的氯化氢、四氯化硅、二氯二氢硅等气体，经过-80℃冷却装置，三氯氢硅、四氯化硅冷凝为液体后回收利用,不凝的氢气、氯化氢及少量的氯硅烷再经过水洗喷淋，氯化氢和少量的氯硅烷被水溶解带走，氢气再经过纯化干燥后重新利用。

“改良西门子法” 还原尾气回收过程中物料不接触水，相对于“传统西门子法”的“湿法回收”而言，称之为“干法回收”。干法回收主要是利用还原尾气中氢气、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等各组分物理化学性质的差异，通过溶解吸收，吸收—脱吸，吸附—脱附等化工操作实现各组分的分离，并重新利用。

由于“湿法回收”中采用水洗来除去氢气中氯化氢、氯硅烷，在损失氯化氢、氯硅烷同时，增加了废水的处理量，并且水分及水中、空气中的杂质进入到氢气中，污染了氢气，必须另外采用氢气纯化干燥装置将其纯化干燥后才能重新返回系统利用。湿法回收工艺消耗大、收率低，从而增加了整个多晶硅生产的成本。

采用干法回收工艺，还原尾气中的各组分几乎可以100%分离回收，由于整个系统是闭路循环，不引入新的污染源，故回收各组分品质稳定，可直接返回系统重新利用，从而提高了收率，减少了消耗。

二、干法回收工艺原理

还原尾气干法回收主要包括：鼓泡淋洗、加压冷凝、吸收脱吸、活性炭吸附四个主要工艺过程，每个过程的原理如下：

1. 鼓泡淋洗：

利用四氯化硅在一定温度下对还原尾气中个组分溶解度的不同，通过鼓泡淋洗塔对还原尾气淋洗，溶解度大的三氯氢硅、四氯化硅绝大部分被溶解吸收，溶解度小的氢气、氯化氢、二氯二氢硅便分离出来。

2. 加压冷凝：

从鼓泡淋洗塔出来的不溶性气体，里面含有少量的三氯氢硅、四氯化硅，在常压

下把其冷凝出来需要大量的冷量和很低的冷却温度，采取加压冷凝的办法，三氯氢硅、四氯化硅可在较高的温度下按照相平衡的规律几乎全部冷凝下来，同时大大减少冷媒的用量。

3. 吸收脱吸：

吸收脱吸是分离气体混合物的一种重要方法，吸收过程实际上是气相组分在液相中溶解的过程，各种气体在液体中都有一定的溶解度，当气体和液体接触时，气体溶解到液体中的浓度逐渐增加至饱和为止；被溶解的气体叫溶质，溶解气体的溶液叫溶剂或吸收剂。当溶质在气相中的分压大雨它在液相中饱和蒸汽压时，此压力差即为吸收过程的推动力，当压差等于零时，过程达到平衡，如果条件相反，溶质从液相转入气相，即为脱吸过程。

加压冷凝后的不凝气体主要是氢气、氯化氢、二氯二氢硅，采用四氯化硅作为吸收剂，其中大量的氯化氢、二氯二氢硅在加压低温条件下被四氯化硅溶解吸收，氢气分离出来。被四氯化硅溶解吸收氯化氢、二氯二氢硅在脱吸塔中控制一定温度和压力下，二氯二氢硅以液态、氯化氢以气态分别从四氯化硅中分离出来。4. 活性炭吸附：

吸附作用是一种发生在相间的表面现象，有物理吸附和化学吸附，或两者兼而有之。物理吸附又称范德华吸附，因为吸附剂是通过范德华力将吸附质吸引覆盖在表面上，而且可以形成多分子层，对不同的物质吸附能力不一样。吸附速度快，容易达到平衡，吸附热较小，与气体的液化热相近，且吸收质与吸收剂不发生化学反应。在一定条件下吸收质从吸附剂表面脱离返回气相或液相主体保持原来的分子结构，此为吸附的逆过程：脱附。

活性炭吸附为物理吸附，从吸收-脱吸系统中分离出来的氢气中含有微量的氯化氢、氯硅烷等，通过活性炭吸附器吸附，氯化氢、氯硅烷等大分子物质首先被吸附下来，从而净化了氢气。可以通过时间程序控制，吸附饱和后的活性炭进行脱附再生，控制一定的温度并通氢气吹赶，被活性炭吸附的氯化氢、氯硅烷等可以脱附出来，从而实现了活性炭吸附器重复利用。

三、干法回收工艺描述

来自还原车间的（H2、SiHCl3、SiCl4、HCl、SiH2Cl2），经过鼓泡气-气换热器冷却后，进入鼓泡淋洗塔，用氯硅烷循环屏蔽泵输送的低温氯硅烷鼓泡淋洗，还

原尾气中大部分三氯氢硅、四氯化硅绝大部分被溶解吸收后，返回氯硅烷贮罐供氯硅烷循环屏蔽泵循环使用，富余氯硅烷通过氯硅烷输送泵送往干法精馏工序。鼓泡淋洗塔中不被吸收的气体，经过还原尾气压缩机压缩，压力由常压升至0.6MPa，经过压缩气-吸收气换热器、压缩气过冷气冷却后，冷凝下来的氯硅烷返回氯硅烷贮罐，不凝的低温气体进入吸收塔，其中绝大部分SiHCl3、SiCl4、HCl、吸收塔内低温四氯化硅（贫液）吸收下来，吸收了氯硅烷、HCl的四氯化硅称为富液，进入富液贮罐。通过富液屏蔽泵输送，富液经过三级贫富液换热器、二级贫富液换热器、一级贫富液换热器与贫液换热升温后，进入脱吸塔，控制一定温度（塔釜144℃）和压力（塔顶0.8MPa），氯化氢以气态进入缓冲罐，返回三氯氢硅合成系统重新利用，SiH2Cl2以液态进入缓冲罐，然后进行处理和外卖。脱吸以后的四氯化硅称之为贫液，温度144℃，经过贫液水冷器、一级贫富液换热器、二级贫富液换热器、三级贫富液换热器、贫液过冷器降温到-50℃，进入吸收塔重新使用。

吸收塔内不被吸收的气体主要是氢气，其中含有微量的氯硅烷、氯化氢，为进一步净化氢气，采用活性碳吸附器吸附氢气中的杂质；三个活性炭吸附器通过时间程序控制，分别进行吸附、再生、降温。在吸附过程中，活性炭吸附下氢气中的量的氯硅烷、氯化氢杂质，通过带式过滤器过滤掉碳粉后，送到100方纯氢储罐，供还原等工序使用。再生过程为对吸附饱和的活性炭吸附器加热、通氢气吹赶，氯硅烷、氯化氢随氢气经滤器过滤掉碳粉后重新返回鼓泡淋洗塔鼓泡淋洗。降温过程是对再生后高温（190℃）活性炭吸附器通冷导热油降温。