本發(fā)明涉及光伏材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種六氯乙硅烷的回收裝置。
背景技術(shù)：
六氯乙硅烷(si2cl6)是一種高效的脫氧劑，用作無定形硅薄膜、光化學(xué)纖維原料以及硅氧烷等的優(yōu)良原料，在半導(dǎo)體、光電材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和實際價值。與傳統(tǒng)的二氯二氫硅、硅烷氣沉積法制氮硅薄膜相比，六氯乙硅烷的氣相沉積法的沉積溫度低、沉積壓力低、效率高，且得到薄膜的密度、絕緣性、抗腐蝕性、兼容性皆更優(yōu)。
六氯乙硅烷廣泛存在于多晶硅系統(tǒng)副產(chǎn)物中，其含量高達10～40％，具有很高的回收價值。傳統(tǒng)的多晶硅殘液處理方法是利用石灰水中和水解該部分殘液，該方法雖然能夠有效處理多晶硅系統(tǒng)殘液，但造成了回收價值很高的六氯乙硅烷浪費現(xiàn)象。如果能夠殘液中的六氯乙硅烷進行回收精制，不但有助于多晶硅企業(yè)產(chǎn)品多樣化，而且能夠增強其市場競爭力。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于提供一種六氯乙硅烷的回收裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅殘夜中的六氯乙硅烷不能被回收造成資源浪費的問題。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種六氯乙硅烷的回收裝置，包括：過濾單元，具有多晶硅殘液入口和濾液出口；第一精餾單元，與過濾單元的濾液出口相連對過濾單元得到的濾液進行精餾，具有第一塔頂精餾液出口；第二精餾單元，與第一精餾單元的塔頂精餾液出口相連對第一精餾單元的塔頂精餾液進行精餾，具有第二塔釜精餾液出口；以及第三精餾單元，與第二精餾單元的塔釜精餾液出口相連對第二精餾單元的第二塔釜精餾液進行精餾。
進一步地，上述第三精餾單元具有第三塔釜精餾液出口，回收裝置還包括第四精餾單元，第四精餾單元與第三精餾單元的第三塔釜精餾液出口相連對第三精餾單元的塔釜精餾液進行精餾。
進一步地，上述第四精餾單元具有第四塔頂精餾液出口，回收裝置還包括吸附單元，吸附單元與第四精餾單元的第四塔頂精餾液出口相連。
進一步地，上述過濾單元的過濾精度為0.5～1μm，優(yōu)選過濾單元為籃式過濾器或袋式過濾器。
進一步地，上述第四精餾單元包括精餾塔，精餾塔的塔徑在0.4m～1m，優(yōu)選精餾塔為填料塔，更優(yōu)選填料塔內(nèi)的填料為散裝填料。
進一步地，上述吸附單元的吸附劑為活性炭、5a分子篩或弱堿性樹脂。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，對多晶硅殘液進行過濾，能夠去除其中的固體顆粒和金屬聚合物雜質(zhì)；然后，對過濾得到的濾液進行第一次精餾，塔釜得到含無定形硅和金屬的雜質(zhì)，塔頂?shù)玫胶辛纫夜柰榈牡谝凰斁s液，所得到的含無定形硅和金屬高聚物的雜質(zhì)移出塔釜后可直接進行水解處理；接著對第一塔頂精餾液繼續(xù)進行第二次精餾處理，在塔頂?shù)玫胶葰涔韬退穆然璧牡头形?，塔釜得到含有六氯乙硅烷的第二塔釜精餾液，其中的含三氯氫硅和四氯化硅的低沸物可回收進入多晶硅系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，其中三氯氫硅最終送還原系統(tǒng)，四氯化硅最終送氫化系統(tǒng)；隨后對第二塔釜精餾液進行第三次精餾，在塔頂?shù)玫剿穆然韬土榷柩跬?，得到以六氯乙硅烷為主的第三塔釜精餾液。由此可見，利用上述回收裝置可以去除多晶硅殘液中的大部分雜質(zhì)，從而實現(xiàn)了對六氯乙硅烷的有效回收。
附圖說明
構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式提供的回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，上述附圖包括以下附圖標記：
10、過濾單元；20、第一精餾單元；30、第二精餾單元；40、第三精餾單元；50、第四精餾單元；60、吸附單元。
具體實施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
如本申請背景技術(shù)所分析的，傳統(tǒng)的多晶硅殘液處理方法是利用石灰水中和水解該部分殘液，造成了回收價值很高的六氯乙硅烷浪費現(xiàn)象。為了解決上述問題，在本申請一種典型的實施方式中，提供了一種六氯乙硅烷的回收裝置，如圖1所示，該回收裝置包括過濾單元10、第一精餾單元20、第二精餾單元30和第三精餾單元40，過濾單元10具有多晶硅殘液入口和濾液出口；第一精餾單元20與過濾單元10的濾液出口相連對過濾單元10得到的濾液進行精餾，具有第一塔頂精餾液出口；第二精餾單元30與第一精餾單元20的塔頂精餾液出口相連對第一精餾單元20的塔頂精餾液進行精餾，具有第二塔釜精餾液出口；以及第三精餾單元40與第二精餾單元30的塔釜精餾液出口相連對第二精餾單元30的第二塔釜精餾液進行精餾。
本申請采用上述的回收裝置，對多晶硅殘液進行過濾，能夠去除其中的固體顆粒和金屬聚合物雜質(zhì)；然后，對過濾得到的濾液進行第一次精餾，塔釜得到含無定形硅和金屬的雜質(zhì)，塔頂?shù)玫胶辛纫夜柰榈牡谝凰斁s液，所得到的含無定形硅和金屬高聚物的雜質(zhì)移出塔釜后可直接進行水解處理；接著對第一塔頂精餾液繼續(xù)進行第二次精餾處理，在塔頂?shù)玫胶葰涔韬退穆然璧牡头形?，塔釜得到含有六氯乙硅烷的第二塔釜精餾液，其中的含三氯氫硅和四氯化硅的低沸物可回收進入多晶硅系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，其中三氯氫硅最終送還原系統(tǒng)，四氯化硅最終送氫化系統(tǒng)；隨后對第二塔釜精餾液進行第三次精餾，在塔頂?shù)玫剿穆然韬土榷柩跬?，得到以六氯乙硅烷為主的第三塔釜精餾液。由此可見，利用上述回收裝置可以去除多晶硅殘液中的大部分雜質(zhì)，從而實現(xiàn)了對六氯乙硅烷的有效回收。
為了進一步提高所得到的六氯乙硅烷的純度，優(yōu)選上述第三精餾單元40具有第三塔釜精餾液出口，如圖1所示，上述回收裝置還包括第四精餾單元50，第四精餾單元50與第三精餾單元40的第三塔釜精餾液出口相連對第三精餾單元40的第二塔釜精餾液進行精餾。利用上述第四精餾單元50對第三精餾單元40得到的第三塔釜精餾液進行進一步的精餾，在第四精餾單元50的塔釜排放金屬雜質(zhì)，在第四精餾單元50的塔頂?shù)玫降牧纫夜柰楫a(chǎn)品純度可達99.9％以上。
為了再一步提高所得到的六氯乙硅烷的純度，優(yōu)選第四精餾單元50具有第四塔頂精餾液出口，如圖1所示，上述回收裝置還包括吸附單元60，吸附單元60與第四精餾單元50的第四塔頂精餾液出口相連。
利用吸附單元60除去第四精餾單元50得到的第四塔頂精餾液中微量的al、fe、ti、ni等金屬雜質(zhì)，經(jīng)過吸附處理后各項金屬雜質(zhì)含量均低于1ppb，所得到的六氯乙硅烷產(chǎn)品可滿足生產(chǎn)氮硅薄膜的質(zhì)量需求。
在本申請一種優(yōu)選的實施例中，優(yōu)選上述過濾單元10的過濾精度為0.5～1μm。通過控制過濾單元10的過濾精度控制此步驟中雜質(zhì)的去除程度，當將過濾精度控制在上述范圍內(nèi)可以最大程度低去除含無定形硅和金屬的雜質(zhì)。另外可根據(jù)所處理的多晶硅殘液的量選擇過濾單元10的具體實施方式，本申請根據(jù)目前工廠的普遍產(chǎn)能，優(yōu)選過濾單元10為籃式過濾器或袋式過濾器。目前多晶硅殘液中六氯乙硅烷的含量一般為10～40％，采用上述方式控制處理量在0.5～5m3/h之間。殘液中因含有一定量的無定形硅及高聚物，顏色可呈現(xiàn)灰色，利用過濾單元10過濾后的多晶硅系統(tǒng)殘液為無色透明液體。
在本申請另一種優(yōu)選的實施例中，上述第四精餾單元50包括精餾塔，精餾塔的塔徑在0.4m～1m，優(yōu)選精餾塔為填料塔，更優(yōu)選填料塔內(nèi)的填料為散裝填料。該塔徑適用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)六氯二硅烷，散裝填料不僅分離效率高，而且易于裝填。且在此塔徑下，填料塔壓降較小，結(jié)構(gòu)簡單，方便施工，分離效率高。
此外，為了更好地去除最后殘留的金屬雜質(zhì)，優(yōu)選上述吸附單元60的吸附劑為活性炭、5a分子篩或弱堿性樹脂。其中的弱堿性樹脂可以采用d380、d301、d311。
在本申請另一種典型的實施方式中，提供了一種六氯乙硅烷的回收方法，該回收方法包括：步驟s1，對多晶硅殘液進行過濾，得到濾液和含固體顆粒和金屬聚合物雜質(zhì)的濾渣；步驟s2，對濾液進行第一次精餾，去除含無定形硅和金屬高聚物的雜質(zhì)，得到第一塔頂精餾液；步驟s3，對第一塔頂精餾液進行第二次精餾，去除含三氯氫硅和四氯化硅的低沸物，得到第二塔釜精餾液；步驟s4，對第二塔釜精餾液進行第三次精餾，去除四氯化硅和六氯二硅氧烷，得到以六氯乙硅烷為主的第二塔釜精餾液。
通過上述回收方法可以去除多晶硅殘液中的大部分雜質(zhì)，從而實現(xiàn)了對六氯乙硅烷的有效回收。
在本申請一種優(yōu)選的實施例中，上述第一次精餾采用第一精餾塔實施，其中第一精餾塔的塔頂壓力為40～100kpa、塔頂溫度為90～110℃、操作壓差為10～50kpa、塔釜溫度為150～180℃。塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱形成上述條件，可以在第一精餾塔的塔頂高效連續(xù)地排出含無定形硅和金屬高聚物的高沸物，顯著提高第一精餾塔的處理效率。
為了進一步提高第一精餾塔的處理能力，優(yōu)選在進行步驟s2之前，上述回收方法還包括將濾液加熱至泡點溫度5～10℃以下。
在本申請另一種優(yōu)選的實施例中，上述第二次精餾采用第二精餾塔實施，其中第二精餾塔的塔頂壓力為40～100kpa、塔頂溫度為90～110℃、操作壓差為10～50kpa、塔釜溫度為150～180℃。塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，利用上述過程，第二精餾塔的塔頂排含三氯氫硅、四氯化硅等的低沸物。所排出的氯硅烷可回收進入多晶硅系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，其中三氯氫硅最終送還原系統(tǒng)，四氯化硅最終送氫化系統(tǒng)，此方法能夠?qū)崿F(xiàn)多晶硅殘液中氯硅烷的回收利用，避免了物料浪費，降低多晶硅企業(yè)的生產(chǎn)成本。
在本申請再一種優(yōu)選的實施例中，上述第三次精餾采用第三精餾塔實施，其中第三精餾塔的塔頂壓力為40～100kpa、塔頂溫度為160～190℃、操作壓差為10～50kpa。其中塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，第三精餾塔的塔頂排四氯化鈦、六氯二硅氧烷等低沸物，四氯化鈦、六氯二硅氧烷和六氯乙硅烷的沸點相差不是很大，因此當?shù)谌尉s的條件控制在上述范圍內(nèi)時，能夠很大程度上提高分離效率。
通過控制過濾精度控制過濾步驟中雜質(zhì)的去除程度，優(yōu)選上述步驟s1的過濾精度為0.5～1μm。當將過濾精度控制在上述范圍內(nèi)可以最大程度低去除含無定形硅和金屬的雜質(zhì)。
進一步地，優(yōu)選上述回收方法還包括：步驟s5，對第三塔釜精餾液進行第四次精餾，去除微量級的金屬雜質(zhì)，得到以六氯乙硅烷為主的第四塔頂精餾液。通過該步驟，進一步提高六氯乙硅烷的純度。
優(yōu)選上述第四次精餾采用第四精餾塔實施，其中第四精餾塔的塔頂壓力為30～100kpa、塔頂溫度為150～190℃、操作壓差為10～50kpa、塔釜溫度為170～210℃。上述過程中塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，根據(jù)沸點不同，分離微量級的金屬雜質(zhì)。
此外，進一步優(yōu)選上述第四精餾塔的塔徑在0.4m～1m之間，優(yōu)選第四精餾塔為填料塔，更優(yōu)選第四精餾塔的回流比為10～50。在上述塔徑范圍內(nèi)，結(jié)合上述回流比既可以保證分離效果，又不影響精餾塔的生產(chǎn)能力?；亓鞅冗^小，氣液傳質(zhì)不佳，六氯乙硅烷純度提升不明顯；回流比過大，提純塔生產(chǎn)能力降低，進而增大能耗。
進一步地，優(yōu)選上述回收方法還包括：步驟s6，對第四塔頂精餾液進行吸附處理，得到六氯乙硅烷產(chǎn)品，優(yōu)選吸附處理采用的吸附劑為活性炭、5a分子篩或弱堿性樹脂。利用吸附處理除去微量的金屬雜質(zhì)。尤其是其中的5a分子篩對al、fe、ti、ni等金屬雜質(zhì)的吸附效果很突出。
通過上述分析可知，本申請的回收裝置和回收方法具有產(chǎn)出的六氯乙硅烷純度高且能耗低、設(shè)備投資小等優(yōu)點。
以下將結(jié)合實施例和對比例，進一步說明本申請的有益效果。
實施例1
多晶硅殘液中六氯乙硅烷的含量為30％，處理量3m3/h；利用過濾精度為0.8μm的籃式過濾器對該多晶硅殘夜進行過濾，得到無色透明的濾液。
將濾液加熱至100℃，然后通入第一精餾塔，控制塔頂壓力為70kpa，塔頂溫度為100℃，操作壓差為30kpa，塔釜溫度為160℃，且塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔頂?shù)玫降谝凰斁s液。
將第一塔頂精餾液通入第二精餾塔，控制塔頂壓力為70kpa，塔頂溫度為100℃，操作壓差為30kpa，塔釜溫度為160℃，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第二塔釜精餾液。
將第二塔釜精餾液通入第三精餾塔，控制塔頂壓力80kpa，塔頂溫度180℃，操作壓差為30kpa，塔釜溫度為185℃，其中塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第三塔釜精餾液。
將第三塔釜精餾液通入塔徑為0.8m第四精餾塔，第四精餾塔為填料塔，其中的填料為散裝填料，控制塔頂壓力70kpa，塔頂溫度170℃，操作壓差為30kpa，使其回流比為30，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，得到第四塔頂精餾液。
將第四塔頂精餾液送至吸附裝置進行吸附精制，除去微量的金屬雜質(zhì)，吸附裝置的吸附劑為瀝青質(zhì)球形活性炭(購自北化集團山西新華化工有限責(zé)任公司)，得到六氯乙硅烷終產(chǎn)品。
實施例2
與實施例1的不同之處在于，將第三塔釜精餾液通入塔徑為0.4m第四精餾塔，第四精餾塔為填料塔，其中的填料為散裝填料，控制塔頂壓力100kpa，塔頂溫度190℃，操作壓差為50kpa，使其回流比為50，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，得到第四塔頂精餾液。
實施例3
與實施例1的不同之處在于，將第三塔釜精餾液通入塔徑為1m第四精餾塔，第四精餾塔為填料塔，其中的填料為散裝填料，控制塔頂壓力30kpa，塔頂溫度150℃，操作壓差為10kpa，使其回流比為10，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，得到第四塔頂精餾液。
實施例4
與實施例1的不同之處在于，將第三塔釜精餾液通入塔徑為0.8m第四精餾塔，第四精餾塔為填料塔，其中的填料為散裝填料，控制塔頂壓力110kpa，塔頂溫度192℃，操作壓差為20kpa，使其回流比為60，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，得到第四塔頂精餾液。
實施例5
與實施例1的不同之處在于，將濾液加熱至100℃，然后通入第一精餾塔，控制塔頂壓力為100kpa，塔頂溫度為110℃，操作壓差為50kpa，塔釜溫度為180℃，且塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔頂?shù)玫降谝凰斁s液。
實施例6
與實施例1的不同之處在于，將濾液加熱至100℃，然后通入第一精餾塔，控制塔頂壓力為40kpa，塔頂溫度為90℃，操作壓差為10kpa，塔釜溫度為150℃，且塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔頂?shù)玫降谝凰斁s液。
實施例7
與實施例1的不同之處在于，將濾液加熱至100℃，然后通入第一精餾塔，控制塔頂壓力為110kpa，塔頂溫度為130℃，操作壓差為30kpa，塔釜溫度為170℃，且塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔頂?shù)玫降谝凰斁s液。
實施例8
與實施例1不同之處在于，將第一塔頂精餾液通入第二精餾塔，控制塔頂壓力為40kpa，塔頂溫度為90℃，操作壓差為10kpa，塔釜溫度為150℃，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第二塔釜精餾液。
實施例9
與實施例1不同之處在于，將第一塔頂精餾液通入第二精餾塔，控制塔頂壓力為100kpa，塔頂溫度為110℃，操作壓差為50kpa，塔釜溫度為170℃，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第二塔釜精餾液。
實施例10
與實施例1不同之處在于，將第一塔頂精餾液通入第二精餾塔，控制塔頂壓力為110kpa，塔頂溫度為130℃，操作壓差為40kpa，塔釜溫度為170℃，其中，塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第二塔釜精餾液。
實施例11
與實施例1不同之處在于，將第二塔釜精餾液通入第三精餾塔，控制塔頂壓力100kpa，塔頂溫度190℃，操作壓差為50kpa，塔釜溫度為210℃，其中塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第三塔釜精餾液。
實施例12
與實施例1不同之處在于，將第二塔釜精餾液通入第三精餾塔，控制塔頂壓力40kpa，塔頂溫度160℃，操作壓差為10kpa，塔釜溫度為170℃，其中塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第三塔釜精餾液。
實施例13
與實施例1不同之處在于，將第二塔釜精餾液通入第三精餾塔，控制塔頂壓力110kpa，塔頂溫度200℃，操作壓差為50kpa，塔釜溫度為220℃，其中塔頂采用循環(huán)水進行冷卻，塔釜采用導(dǎo)熱油進行加熱，在塔釜得到第三塔釜精餾液。
實施例14
與實施例1不同之處在于，吸附處理時的吸附劑為5a分子篩。
實施例15
與實施例1不同之處在于，吸附處理時的吸附劑為弱堿性樹脂d380。
實施例16
多晶硅殘液中六氯乙硅烷的含量為10％，處理量5m3/h。
實施例17
多晶硅殘液中六氯乙硅烷的含量為40％，處理量5m3/h。
采用安捷倫7890a氣相色譜儀檢測各步驟完成后所得含有六氯乙硅烷的濾液或精餾液以及終產(chǎn)品中的六氯乙硅烷(cl6si2)的重量含量，列于下表1。
表1
由表格中的數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，當繼續(xù)采用進行第四次精餾處理以及吸附處理時，會進一步提高六氯乙硅烷的純度，且對每一步的操作條件的控制均會影響相對應(yīng)產(chǎn)品中六氯乙硅烷的濃度，但是，每一步的提純效果均較為明顯。
從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：
本申請采用上述的回收裝置，對多晶硅殘液進行過濾，能夠去除其中的固體顆粒和金屬聚合物雜質(zhì)；然后，對過濾得到的濾液進行第一次精餾，塔釜得到含無定形硅和金屬的雜質(zhì)，塔頂?shù)玫胶辛纫夜柰榈牡谝凰斁s液，所得到的含無定形硅和金屬高聚物的雜質(zhì)移出塔釜后可直接進行水解處理；接著對第一塔頂精餾液繼續(xù)進行第二次精餾處理，在塔頂?shù)玫胶葰涔韬退穆然璧牡头形?，塔釜得到含有六氯乙硅烷的第二塔釜精餾液，其中的含三氯氫硅和四氯化硅的低沸物可回收進入多晶硅系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，其中三氯氫硅最終送還原系統(tǒng)，四氯化硅最終送氫化系統(tǒng)；隨后對第二塔釜精餾液進行進行第三次精餾，在塔頂?shù)玫剿穆然韬土榷柩跬?，得到以六氯乙硅烷為主的第三塔釜精餾液。
利用上述回收裝置可以去除多晶硅殘液中的大部分雜質(zhì)，從而實現(xiàn)了對六氯乙硅烷的有效回收。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。