一种多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解系统的制作方法

本实用新型涉及多晶硅生产副产物的处理技术领域，具体而言，涉及一种多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解系统。

背景技术：

改良西门子法生产多晶硅过程中，sihcl3和h2气体按一定比例进入还原炉，炉内硅芯载体温度达到1050℃以上，sihcl3和h2的混合气体在载体表面发生还原反应sihcl3+h2＝si+3hcl和热分解反应4sihcl3＝si+3sicl4+2h2，生成的硅沉积在硅芯表面，形成多晶硅硅棒。在还原过程中，除了硅、sicl4、sih2cl2、h2和hcl等生成外，还有si2cl6、si2hcl5、si2h2cl4、cl6osi2和si3cl8等一些列的双硅和多硅原子化合物副产物产生，相对于三氯氢硅和四氯化硅，双硅和多硅原子化合物的沸点较高，即为氯硅烷高沸物。

上述硅之外的物质以还原尾气的方式排出，该还原尾气经过干法回收和精馏提纯后，sihcl3、sicl4、sih2cl2、h2和hcl等物料返回系统重复利用，而氯硅烷高沸物和部分四氯化硅从精馏塔釜排出后，大部分企业一般采用的方法是将氯硅烷高沸物进一步浓缩回收四氯化硅后直接水解处理，即在特制水解装置中使氯硅烷高沸物与水进行反应，水解产生的氯化氢气体经过淋洗吸收，再用碱液进行中和反应，调节ph直到中性后，大量金属化合物的沉淀产生，经过过滤、离心等手段使固液进一步分离，固态物经直接外运进行填埋或利用，该方法虽然简单，但十分粗暴，不仅造成大量的硅、氯等有价元素损失，还需要大量碱液以中和水解液，提高了生产成本，且污染环境严重。

现在也有少数多晶硅企业借鉴有机硅高沸物的裂解工艺，采用液态的三正丁胺、三正辛胺和n，n-二甲基苯胺等有机胺作为催化剂，使氯硅烷高沸物和hcl发生裂解反应，但该方法引入了新的有机基团，导致生成一些新的物质，且这类均相催化剂价格高，无法回收再利用，会随着污水排放，导致环境的污染，且绝大多数为间歇操作，处理能力有限。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解系统，以解决现有技术中的氯硅烷高沸物裂解催化剂成本高的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解系统，包括：过滤单元，用于对多晶硅生产副产氯硅烷高沸物进行过滤得到净化高沸物；裂解单元，裂解单元包括裂解反应器，裂解反应器具有依次连通的下部进料段、中部填料段和上部进料段，过滤单元与上部进料段相连用于向裂解反应器提供净化高沸物，中部填料段填充有固体碱负载催化剂，固体碱负载催化剂为大孔树脂负载有机胺催化剂；氯化氢供料单元，与下部进料段相连用于向裂解反应器提供氯化氢。

进一步地，上述过滤单元的过滤精度为1微米。

进一步地，上述上部进料段和中部填料段之间设置有液体分布器。

进一步地，上述下部进料段和中部填料段之间设置有气体分布器。

进一步地，上述裂解单元还包括预热器，设置在过滤单元和上部进料段之间的管线上。

进一步地，上述裂解反应器具有顶部气相出口，裂解系统还包括冷凝器，冷凝器包括：气相进料口，与顶部气相出口相连用于对裂解反应器的顶部气相进行冷凝处理得到气相氯化氢和液相氯硅烷；气相氯化氢出口，与下部进料段相连。

进一步地，上述气相氯化氢与下部进料段之间的连接管线上设置有压缩机。

进一步地，上述裂解反应器具有底部液相出口，裂解系统还包括精馏塔，精馏塔包括：液相进料口，与底部液相出口相连以对裂解反应器的底部液相进行精馏处理得到底部氯硅烷高沸物和顶部气相氯硅烷；氯硅烷高沸物出口，与上部进料段相连。

进一步地，上述氯硅烷高沸物出口和上部进料段之间的管线与过滤单元相连通。

进一步地，上述冷凝器还包括液相氯硅烷出口，液相氯硅烷出口与液相进料口相连。

应用本实用新型的技术方案，本申请上述裂解系统中所填充的固体碱负载催化剂中作为载体的大孔树脂的骨架与氯硅烷高沸物相容性高，可以充分溶胀，从而提供球体表面和内部微孔表面作为反应界面，骨架上负载的有机胺在微孔内富集，使树脂内外表面反应更彻底，可提高转化率。同时该催化剂可循环使用，有效地减少了传统的液体有机胺对环境的污染，并节约了催化剂成本。另外多晶硅生产副产氯硅烷高沸物通常含有一定量的无定形硅，这些无定形硅粒度一般为1～10微米，极易堵塞树脂层中的孔隙，也会覆盖在树脂表面，降低树脂的转化效率，因此通过设置过滤单元对多晶硅生产副产氯硅烷高沸物进行过滤去除其中无定形硅，避免无定形硅对催化剂的影响。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种优选实施例示出的裂解系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、过滤单元；

20、氯化氢供料单元；

31、下部进料段；33、中部填料段；32、气体分布器；34、液体分布器；35、上部进料段；36、预热器；

40、冷凝器；

50、压缩机；

60、精馏塔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如本申请背景技术所分析的，现有技术的多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解采用的催化剂无法回收利用，导致裂解成本较高。为了解决该问题，本申请提供了一种多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解系统，如图1所示，该裂解系统包括过滤单元10、裂解单元和氯化氢供料单元20，过滤单元10用于对多晶硅生产副产氯硅烷高沸物进行过滤得到净化高沸物；裂解单元包括裂解反应器，裂解反应器具有依次连通的下部进料段31、中部填料段33和上部进料段35，过滤单元10与上部进料段35相连用于向裂解反应器提供净化高沸物，中部填料段33填充有固体碱负载催化剂，固体碱负载催化剂为大孔树脂负载有机胺催化剂；氯化氢供料单元20与下部进料段31相连用于向裂解反应器提供氯化氢。

本申请的多晶硅生产副产氯硅烷高沸物是指si2cl6、si2hcl5、si2h2cl4、cl6osi2和si3cl8等一些列的双硅和多硅原子化合物副产物。

本申请上述裂解系统中所填充的固体碱负载催化剂中作为载体的大孔树脂的骨架与氯硅烷高沸物相容性高，可以充分溶胀，从而提供球体表面和内部微孔表面作为反应界面，骨架上负载的有机胺在微孔内富集，使树脂内外表面反应更彻底，可提高转化率。同时该催化剂可循环使用，有效地减少了传统的液体有机胺对环境的污染，并节约了催化剂成本。另外多晶硅生产副产氯硅烷高沸物通常含有一定量的无定形硅，这些无定形硅粒度一般为1～10微米，极易堵塞树脂层中的孔隙，也会覆盖在树脂表面，降低树脂的转化效率，因此通过设置过滤单元10对多晶硅生产副产氯硅烷高沸物进行过滤去除其中无定形硅，避免无定形硅对催化剂的影响。

用于本申请的过滤单元可以为本领域常用的过滤器，在过滤过程中多晶硅生产副产氯硅烷高沸物沿径向渗入每支滤芯内腔，并沿轴向汇入净液腔，最后由出口排出。悬浮在多晶硅生产副产氯硅烷高沸物中的无定形硅被拦截在滤芯外壁，从而实现无定形硅的分离。

在上述裂解反应器中，净化高沸物和氯化氢逆向流动，通过控制二者的流速使二者在催化剂填充位置充分接触，具体地净化高沸物以很薄的膜状沿催化剂颗粒自上而下流动，氯化氢作为裂解气体，在催化剂作用下发生裂解后应，反应后的气体主要为多余的hcl气体、夹带少量的sihcl3和sicl4气体，从设备顶部排出，而反应后的液体为生成的sihcl3、sicl4和未反应氯硅烷高沸，从裂解反应器底部排出。

为了实现对无定形硅的高去除率，优选上述过滤单元10的过滤精度为1微米。

此外，为了进一步提高净化高沸物和氯化氢的接触均匀性，优选如图1所示，上述上部进料段35和中部填料段33之间设置有液体分布器34。进一步优选如图1所示，下部进料段31和中部填料段33之间设置有气体分布器32。在设置了上述液体分布器34和气体分布器32后，净化高沸物在进入裂解反应器上部空间后经液体分布器34均匀流出，而hcl气体从裂解反应器底部经气体分布器32进入，其中具体的液体分布器34形式和气体分布器32形式及二者的设置方式均可参照现有技术，在此不再赘述。

在一种实施例中，如图1所示，上述裂解单元还包括预热器36，设置在过滤单元10和上部进料段35之间的管线上。通过设置预热器36对进入裂解反应器的净化高沸物进行加热，加热后的净化高沸物在进入裂解反应器后快速进行裂解反应，进而提高了裂解效率。

为了实现对裂解产物的进一步处理，以提高裂解产物的利用率，优选如图1所示，上述裂解反应器具有顶部气相出口，上述裂解系统还包括冷凝器40，冷凝器40包括气相进料口和气相氯化氢出口，气相进料口与顶部气相出口相连用于对裂解反应器的顶部气相进行冷凝处理得到气相氯化氢和液相氯硅烷；气相氯化氢出口与下部进料段31相连。利用冷凝器40对顶部气相进行冷凝处理后，得到的气相氯化氢返回下部进料段31以进行回用降低了氯化氢成本。

为了提高气相氯化氢的利用效率，优选如图1所示，上述气相氯化氢与下部进料段31之间的连接管线上设置有压缩机50。

在本申请另一种实施例中，上述裂解反应器具有底部液相出口，上述裂解系统还包括精馏塔60，精馏塔60包括液相进料口和氯硅烷高沸物出口，液相进料口与底部液相出口相连以对裂解反应器的底部液相进行精馏处理得到底部氯硅烷高沸物和顶部气相氯硅烷；氯硅烷高沸物出口与上部进料段35相连。

通过精馏塔60对底部液相进行精馏处理后，得到的底部氯硅烷高沸物返回裂解反应器的上部进料段35以进行再次裂解，提高了多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的硅回收率。

该部分的底部氯硅烷高沸物可以直接进入裂解器进行再次裂解，也可以和多晶硅生产副产氯硅烷高沸物混合后经过过滤再进行裂解。比如如图1所示，使氯硅烷高沸物出口和上部进料段35之间的管线与过滤单元10相连通。

另外，所得到的顶部气相氯硅烷可以直接回收返回多晶硅生产物料中再次利用。

在一种实施例中，上述如图1所示，冷凝器40还包括液相氯硅烷出口，该液相氯硅烷出口与液相进料口相连。利用上述连接方式将冷凝器40得到的液相氯硅烷送入精馏塔60进行精馏处理，对该液相氯硅烷进行进一步提纯。

用于本申请的有机胺可以选自三正丁胺、三正辛胺和n、n-二甲基苯胺、双十八烷基仲胺和全氟三乙胺中的任意一种或多种。上述所列举的有机胺均可以用于高沸物的催化裂解，为了针对本申请的多晶硅生产副产氯硅烷高沸物，优选上述有机胺为三正丁胺、三正辛胺和n、n-二甲基苯胺以1：(0.3～0.5)：(0.5～0.8)的重量比组成的组合物。

如前所述，大孔树脂是作为支撑有机胺的载体使用，原则上现有技术中所有的大孔树脂均可考虑应用于本申请中，为了更好地适应多晶硅生产副产氯硅烷高沸物的裂解，优选上述大孔树脂为大孔聚苯乙烯树脂(比如大孔弱碱性聚苯乙烯系阴离子交换树脂)，大孔树脂的粒度为0.5～0.7mm、孔径为50～150nm、比表面积为30～40m²/g。

在本申请一种实施例中，为了尽可能提高催化效率，优选上述有机胺在大孔树脂上的负载量为0.8～1.2％。本申请的大孔树脂负载有机胺的催化剂可以采用现有技术中常规的固体碱催化剂的制备方法制备，在此不再赘述。

在采用了上述催化剂后，可以适当降低裂解温度，优选上述裂解的温度为65～75℃，，优选为65～75℃，压力为1～3bar，以降低对裂解设备的耐温和耐压要求。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请上述裂解系统中所填充的固体碱负载催化剂中作为载体的大孔树脂的骨架与氯硅烷高沸物相容性高，可以充分溶胀，从而提供球体表面和内部微孔表面作为反应界面，骨架上负载的有机胺在微孔内富集，使树脂内外表面反应更彻底，可提高转化率。同时该催化剂可循环使用，有效地减少了传统的液体有机胺对环境的污染，并节约了催化剂成本。另外多晶硅生产副产氯硅烷高沸物通常含有一定量的无定形硅，这些无定形硅粒度一般为1～10微米，极易堵塞树脂层中的孔隙，也会覆盖在树脂表面，降低树脂的转化效率，因此通过设置过滤单元对多晶硅生产副产氯硅烷高沸物进行过滤去除其中无定形硅，避免无定形硅对催化剂的影响。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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