一种高沸物回收方法与流程

1.本发明涉及多晶硅技术领域，尤其是涉及一种高沸物回收方法。


背景技术：

2.多晶硅是光伏产业的基础原料，在其制备过程中会副产一部分沸点超过70℃的液态高沸点化合物（俗称“高沸物”），其质量占单体粗品的7.0％～8.0％。这些高沸物虽然99％为聚氯硅烷，但组分非常复杂，且各组分的沸点比较接近，通过常用的分离方法很难将各组分分离出来。
3.目前多晶硅行业多数还是采用将高沸物直接水解处理的方式，也即，将水与高沸物反应最终生成二氧化硅和氢气、氯化氢等以回收高沸物，但是因高沸物中氯元素被水解，所以需向系统补充氯元素，导致多晶硅工厂氯耗的升高、造成了大量的资源浪费和成本的升高。


技术实现要素：

4.针对上述情况，本发明提供一种高沸物回收方法，旨在解决目前多晶硅行业多数还是采用将高沸物直接水解处理的方式，也即，将水与高沸物反应最终生成二氧化硅和氢气、氯化氢等，但是因高沸物中氯元素被水解，所以需向系统补充氯元素，导致多晶硅工厂氯耗的升高、造成了大量的资源浪费，并因此带来成本的升高的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明提供一种高沸物回收方法，其主要可以包括如下步骤：
7.步骤s1、将高沸物雾化或汽化，得到雾化高沸物或汽化高沸物；
8.步骤s2、将雾化高沸物或汽化高沸物裂解成包括三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和低沸物的混合物；
9.步骤s3、将步骤s2得到的混合物进行冷凝；
10.步骤s4、将经过步骤s3冷凝后的混合物精馏，以分离、回收该混合物的各组分；
11.其中，在步骤s2中，裂解雾化高沸物或汽化高沸物时，将雾化高沸物或汽化高沸物送入等离子体反应器中，并向等离子体反应器中通入反应器载气；
12.反应器载气包括氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种。
13.在本发明的一些实施例中，在步骤s3前，使步骤s2中未完成裂解的雾化高沸物或汽化高沸物返回至步骤s1或步骤s2。
14.在本发明的一些实施例中，在步骤s3中，冷凝温度为20～100℃。
15.在本发明的一些实施例中，在步骤s2中，裂解雾化高沸物或汽化高沸物时，将雾化高沸物或汽化高沸物送入等离子体反应器中，并向等离子体反应器中通入反应器载气；
16.反应器载气包括氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种。
17.在本发明的一些实施例中，在步骤s2中，将雾化高沸物送入等离子体反应器中时，用雾化器载气将雾化高沸物送入等离子体反应器中；
18.雾化器载气包括氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种。
19.在本发明的一些实施例中，等离子体反应器产生的等离子体的温度为50～5000℃。
20.在本发明的一些实施例中，等离子体反应器的反应压力大于0mpa而小于或等于10mpa。
21.在本发明的一些实施例中，等离子体反应器内气体的总流量为0.1～10m
³
/min。
22.在本发明的一些实施例中，等离子体反应器包括：
23.等离子发生器，包括相互连接的等离子体火炬进气段和等离子体火炬，等离子体火炬进气段具有载气通道，等离子体火炬用于产生等离子体；
24.物料进口，用于向等离子体反应器通入雾化高沸物或汽化高沸物；
25.等离子体反应区域，位于物料进口和物料出口之间，载气通道用于向等离子体火炬通入反应器载气，通过反应器载气将等离子体送入等离子体反应区域中；及
26.物料出口，依次连接有冷凝器和精馏塔。
27.在本发明的一些实施例中，物料进口包括高沸通道和/或高沸喷嘴。
28.在本发明的一些实施例中，物料进口包括高沸通道；
29.等离子体火炬进气段呈夹层式结构，高沸通道和载气通道位于等离子体火炬进气段内且相对独立。
30.本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：
31.1、雾化高沸物或者汽化高沸物进入等离子体反应区域中后，通过高温的作用，打断其中不稳定的硅-硅键，在断链的分子上接枝形成三氯氢硅、四氯化硅等多晶硅生产所需的原料，将三氯氢硅、四氯化硅通过相应的管道送入相应工段使用，以便于有效利用高沸储罐中的高沸物。
32.2、高沸物回收装置不消耗高沸物中的氯元素，也就无需向系统补充氯元素，从而避免了资源的浪费和成本的升高。
33.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得明显，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为高沸物回收方法的流程示意图一；
36.图2为高沸物回收方法的流程示意图二；
37.图3为高沸物回收方法的流程示意图三；
38.图4为实施例1提供的等离子体反应器和雾化器的结构示意图；
39.图5为实施例2提供的加热器的结构示意图；
40.图6为等离子体火炬进气段和高沸喷嘴设置在等离子体反应器的底部，同时物料出口设置在等离子体反应器的顶部的结构示意图。
41.图标：
42.1-高沸储罐，11-高沸储罐出口，12-高沸储罐回流口，13-输送泵，
43.2-雾化器，21-雾化器载气入口，22-雾化器高沸入口，23-雾化器高沸出口，24-雾化器大液滴出口，
44.3-等离子体反应器，31-等离子体火炬进气段，311-高沸通道，312-载气通道，32-高沸喷嘴，33-等离子体反应区域，331-反应罐区，332-衬套，34-物料出口，
45.4-精馏塔，41-低沸出口，
46.5-加热器，51-加热器高沸入口，52-加热器高沸出口。
具体实施方式
47.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。
48.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
49.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
50.实施例1
51.第一方面，请参照图1～图3，本实施例提供一种高沸物回收方法，其包括如下步骤：
52.步骤s1、将高沸物雾化或汽化，得到雾化高沸物或汽化高沸物；
53.在步骤s1中，将高沸储罐中的高沸物通过高压、抽吸、泵送等方式送入雾化器或者加热器中进行雾化或汽化，得到雾化高沸物或汽化高沸物。
54.步骤s2、裂解雾化高沸物或汽化高沸物；
55.在步骤s2中，裂解雾化高沸物或汽化高沸物时，将雾化高沸物或汽化高沸物送入等离子体反应器中，并向等离子体反应器中通入反应器载气，以将雾化高沸物或汽化高沸物裂解成包括三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和低沸物的混合物；低沸物与高沸物是相对而言的；
56.其中，反应器载气可以是氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种，反应器载气还可以包括氮气、氩气或氦气等气体中的一种或几种；
57.在步骤s2中，将雾化高沸物送入等离子体反应器中时，用雾化器载气将雾化高沸物送入等离子体反应器中，雾化器载气可以是氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种，雾化器载气还可以包括氮气、氩气或氦气等气体中的一种或几种；
58.等离子体反应器用于产生等离子体，该等离子体的温度为50～5000℃，等离子体反应器的反应压力大于0mpa而小于或等于10mpa，等离子体反应器内气体（即雾化器载气和反应器载气）的总流量为0.1～10m
³
/min。
59.步骤s3、将步骤s2得到的混合物进行冷凝；冷凝温度为20～100℃；
60.在步骤s3前，使步骤s2中未完成裂解的雾化高沸物或汽化高沸物返回至步骤s1或步骤s2；或者，在步骤s3过程中，使步骤s2中未完成裂解的高沸物返回至步骤s1或步骤s2。
61.步骤s4、将经过步骤s3冷凝后的混合物用精馏塔精馏，以将三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和低沸物分离、回收。
62.第二方面，请参照图4，本实施例提供一种高沸储罐1，高沸储罐1用于储存制备多晶硅产品过程中副产的高沸物；高沸储罐1具有高沸储罐出口11和高沸储罐回流口12。
63.第三方面，请参照图4，本实施例提供一种雾化器2，雾化器2为超声雾化器2、压缩雾化器2、网式雾化器2等的一种或几种；雾化器2具有雾化器载气入口21、雾化器高沸入口22、雾化器高沸出口23和雾化器大液滴出口24。
64.雾化器载气入口21用于将雾化器载气喷入雾化器2中，通过雾化器载气将雾化后的高沸物送入等离子体反应器中；雾化器载气可以是氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种；雾化器载气还可以包括氮气、氩气或氦气中的一种或几种，氮气、氩气和氦气容易形成等离子体。
65.雾化器高沸入口22与高沸储罐出口11通过输送泵13连接。雾化器大液滴出口24与高沸储罐回流口12通过管道连接。
66.第四方面，请参照图4，本实施例提供一种等离子体反应器，等离子体反应器为直流等离子体反应器、微波等离子体反应器和电感耦合等离子体反应器中的一种或任意组合；等离子体反应器3具有等离子发生器、高沸喷嘴32、等离子体反应区域33和物料出口34。
67.等离子发生器包括相互连接的等离子体火炬进气段31和等离子体火炬（图中未示出），等离子体火炬进气段31位于等离子体反应器3的顶部，等离子体火炬进气段31为夹层式结构，等离子体火炬进气段31具有相对独立的高沸通道311和反应器载气通道312；高沸通道311与雾化器高沸出口23连接；反应器载气通道312用于将反应器载气喷入等离子体反应器中；反应器载气可以是氢气、氯气和氯化氢气中的一种或几种；反应器载气还可以包括氮气、氩气或氦气等气体中的一种或几种；当等离子体反应器采用直流等离子体反应器时，等离子火炬有两个电极（图中未示出），两个电极之间放电后产生等离子体，通过反应器载气将等离子体吹至等离子体反应区域33中；为了通过反应器载气将等离子体吹至等离子体反应区域33中，反应器载气的用量较大。
68.高沸通道311和反应器载气通道312相对独立，这一方面便于稳定进入等离子体反应区域33内等离子体的量，另一方面可使雾化高沸物与等离子体在等离子体反应区域33内的充分混合、增加反应效率，具体原由是：在等离子体火炬进气段31中，对反应器载气的需求量很大，当反应器载气量小时容易对等离子发生器产生不可逆的伤害，通过使高沸通道311和反应器载气通道312在等离子体火炬进气段31中相对独立，方便分别控制反应器载气的量和雾化高沸物的进料量，从而便于稳定进入等离子体反应区域33内等离子体的量，避免对等离子发生器产生不可逆的伤害；同时，在等离子体火炬进气段31处进料（反应器载气和雾化高沸物），还能够使雾化高沸物和等离子体均以湍流状态进入等离子体反应区域33中，使雾化高沸物和等离子体在等离子体反应区域33中充分混合，从而增加反应效率。
69.高沸喷嘴32与雾化器高沸出口23连接，高沸喷嘴32位于等离子体反应器3的上部，多个高沸喷嘴32水平或斜向下设置、用于将雾化高沸物吹入等离子体反应区域33，以完成反应；雾化器高沸入口22和高沸储罐出口11之间连接有过滤器（图中未示出），过滤器用于
除去高沸物中的沉淀杂质，以减小高沸喷嘴32的压力。
70.等离子体反应区域33位于等离子体火炬进气段31和物料出口34之间；等离子体反应区域33内具有反应罐区331，反应罐区331内设置有衬套332；衬套332采用石墨、不锈钢或聚四氟乙烯等耐高温、耐腐蚀的金属或非金属材质。
71.物料出口34位于等离子体反应器3的底部。
72.在本实施例中，高沸喷嘴32和高沸通道311共同构成等离子体反应器3的物料进口。
73.上述等离子体反应器的工作原理是：
74.高沸储罐1中的高沸物进入雾化器2中后，雾化形成微小液体状的雾化高沸物，由雾化器载气入口21导入的雾化载气将雾化高沸物通过高沸喷嘴32和高沸通道311送入等离子体反应区域33中，因雾化不彻底而形成的大液滴在自重的作用下与微小液体分离，并返回至高沸储罐1中；雾化高沸物进入等离子体反应区域33中后，通过高温的作用，打断其中不稳定的硅-硅键，在断链的分子上接枝形成三氯氢硅、四氯化硅等多晶硅生产所需的原料，将三氯氢硅、四氯化硅通过相应的管道送入相应工段使用，以便于有效利用高沸储罐1中的高沸物。
75.第五方面，请参照图4，本实施例提供一种精馏塔4，精馏塔4的下部与物料出口34连接、上部具有低沸出口41，低沸出口41用于导出经过精馏后分离得到的低沸物。
76.与将高沸物直接水解处理的方式相比，本实施例提供的高沸物回收方法不消耗高沸物中的氯元素，也就无需向系统补充氯元素，从而避免了资源的浪费和成本的升高，同时，高沸物是硅、氯和氢元素的化合物，若直接水解则浪费了这部分元素，而上述高沸物回收方法却能够直接在断链的分子上接枝形成三氯氢硅、四氯化硅等多晶硅生产所需的原料，也即，上述高沸物回收方法保留了高沸物中的硅、氯和氢元素，不需要额外进行合成三氯氢硅、四氯化硅的过程，从而降低了能耗。
77.此外，本实施例至少还有以下有益效果：
78.1、由于等离子温度高、反应活性高，因而极大的提高了高沸物裂解效率，可实现高沸物一次转化率大于90%；
79.2、等离子体反应器体积小、占地面积小，可作为小型装置附加在现有生产装置上，以实现在线处理；
80.3、高沸物回收方法生产消耗小、成本低廉，无需增加额外的催化剂，高沸物回收方法使用的所有原材料均在生产现场有大量的使用。
81.实施例2
82.请参照图4和图5，本实施例与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，用加热器5代替实施例1的雾化器2。
83.加热器5具有加热器高沸入口51和加热器高沸出口52；高沸储罐1中的高沸物可通过高压、抽吸、泵送等方式送入加热器5中将高沸物汽化形成汽化高沸物，例如，加热器高沸入口51与高沸储罐出口11通过输送泵13连接。
84.高沸喷嘴32和高沸通道311均与加热器高沸出口52连接，高沸储罐1中的高沸物进入加热器5中后，汽化形成汽化高沸物，汽化高沸物通过高沸喷嘴32和高沸通道311送入等离子体反应区域33中；汽化高沸物进入等离子体反应区域33中后，通过高温的作用，打断其
中不稳定的硅-硅键，在断链的分子上接枝形成三氯氢硅、四氯化硅等多晶硅生产所需的原料，将三氯氢硅、四氯化硅通过相应的管道送入相应工段使用，以便于有效利用高沸储罐1中的高沸物。
85.实施例3
86.本实施例与实施例1或2的不同之处在于，在本实施例中，用于向等离子体反应区域33输送雾化高沸物或者汽化高沸物的高沸喷嘴32和高沸通道311，任选其一，二者不同时使用；也即，等离子体反应器3的物料进口包括高沸喷嘴32或高沸通道311。
87.实施例4
88.请参照图6，本实施例与实施例1或2或3的不同之处在于，在本实施例中，等离子体火炬进气段31和高沸喷嘴32设置在等离子体反应器3的底部，同时物料出口34设置在等离子体反应器3的顶部；也即，物料进口和载气通道312设置在等离子体反应器3的底部，同时物料出口34设置在等离子体反应器3的顶部。
89.最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。