[发明专利]多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法

说明书

技术领域

本发明属于气体分离方法领域，特别涉及多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法。

背景技术

目前，多晶硅生产主要采用的是改良西门子法。在改良西门子法生产多晶硅的过程中，需要对还原尾气以及氢化尾气中的各组分，主要包括氢气、氯化氢、氯硅烷等，进行分离并回收利用。氯硅烷主要包括二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅。对多晶硅生产中产生的尾气，目前采取的主要方法是“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，通过低温变压吸收、脱吸与吸附等化工操作实现各组分的分离，即还原尾气或氢化尾气进入尾气回收系统后，首先用低温氯硅烷对尾气进行淋洗，或使用低温冷媒（如氟利昂）对尾气进行制冷，使尾气组分中的氯硅烷被冷凝成液态，从而将绝大部分氯硅烷从尾气中分离，然后气体压缩后再用低温氯硅烷贫液在填料塔内吸收气体中的氯化氢，使尾气组分中的绝大部分氯化氢分离，最后通过活性炭吸附尾气中的杂质。中国专利CN101372336B公开了一种多晶硅生产方法，其中，关于尾气的回收方法即为“干法回收”方法，具体为：先用液态的四氯化硅对尾气进行淋洗；在一定压力和温度下加压和冷却经淋洗后的尾气，使气态的氢气、氯化氢、二氯二氢硅与液态的三氯氢硅、四氯化硅分离；气态的氢气、氯化氢、二氯二氢硅通过液态吸收剂，从而将氢气与氯化氢、二氯二氢硅分离；利用活性炭吸附和滤除氢气中残余的气态氯化氢和氯硅烷，回收氢气。与前述“干法回收”方法相适应的多晶硅生产回收氢气的装置主要包括，喷淋装置、加压冷凝装置、吸收装置、吸附装置（如活性炭吸附塔）。

“干法回收”方法中，最终经活性炭吸附、分离后得到的气体主要组分为氢气，但仍含有少量的氯硅烷和氯化氢。回收得到的氢气中氯化氢和氯硅烷的含量超过一定的限度，会影响多晶硅产品的质量。目前，对于太阳能级多晶硅的生产，经传统“干法回收”的活性炭吸附柱吸附除杂后的氢气基本能满足要求（杂质总含量<1ppmv），但对于电子级多晶硅的生产，经活性炭吸附塔吸附除杂后的氢气则不能满足要求。因此，必须要优化现有技术的除杂方法和装置。

现有技术公开的脱氯剂主要是由活性成分与粘土，如高岭土、硅藻土等，制备而成，其杂质含量高，一般应用于废气的脱氯处理，对脱氯后的尾气纯度要求不高。而多晶硅生产所需的氢气是高纯度的，因此现有技术中的脱氯剂无法直接应用于多晶硅生产回收氢气。

发明内容

本发明的目的是针对上述传统“干法回收”方法存在的回收氢气仍含有一定量氯硅烷和氯化氢，从而影响多晶硅生产质量的问题，提供一种多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）氢气尾气经干法回收后，用脱氯剂脱氯，将氢气尾气中的氢气与氯化氢、氯硅烷分离，其中所述脱氯剂活性成分选自碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物或碱土金属碳氧化物的任一种或它们的任意混合物；

（2）经步骤（1）脱氯后的氢气尾气，用活性炭吸附氢气尾气中的杂质，得到除杂后的氢气。

经前述多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法得到的氢气，可直接回收用于多晶硅的生产。

作为本发明多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法的优选方案，所述脱氯剂活性成分选自Na₂O、CaO、NaOH、Ca(OH)₂或Na₂CO₃的任一种或它们的任意混合物。作为进一步优选方案，所述脱氯剂活性成分选自CaO和Ca(OH) ₂的任意混合物。经发明人研究，脱氯剂活性成分为Na₂O、CaO、NaOH、Ca(OH)₂或Na₂CO₃的任一种或它们的任意混合物，尤其是选自CaO和Ca(OH)₂的任意混合物时，能有效分离氢气尾气中的氯硅烷和氯化氢。

作为本发明多晶硅生产回收氢气的精脱氯方法的优选方案，所述脱氯剂的杂质总含量≤100ppmw，其中所述杂质为Fe、B、P等。对脱氯剂进行选择时，必须对脱氯剂的杂质含量进行控制，当所述杂质含量＞100ppmw时，回收得到的氢气杂质含量高，不能应用于电子级多晶硅的生产。