用于混合氯硅烷提纯的精馏系统的制作方法

1.本实用新型涉及混合氯硅烷提纯技术领域，尤其涉及一种用于混合氯硅烷提纯的精馏系统。


背景技术：

2.随着光伏发电市场的快速发展，多晶硅作为集成电路和光伏发电的关键原材料其需求量日益增加。但是，伴随多晶硅生产行业的盲目扩张同时也带来了生产成本增加、利润水平降低的问题。在这种形势下，节能降本成为各多晶硅生产厂家维持可持续发展的必要手段。
3.精馏系统为能耗较高的多晶硅生产工序之一，目前精馏系统耗能主要为蒸汽。多晶硅生产过程中副产的dcs利用反歧化反应在反应器中转化为tcs过程中，产生的未完全失活(催化效果欠佳)的树脂催化剂无法得到妥善的处理。目前常规处理办法是无害化处理，但其价格十分昂贵，同时该无害化处理方式也存在对未完全失活、催化效果欠佳的树脂催化剂利用不充分造成的浪费的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有多晶硅精馏系统无法对未完全失活、催化效果欠佳的树脂催化剂进行充分利用的问题，提供了一种用于混合氯硅烷提纯的精馏系统。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于混合氯硅烷提纯的精馏系统，所述系统包括第一精馏塔、反应器、第四精馏塔，反应器中有未完全失活的树脂催化剂；
6.第一精馏塔侧线进料口连接有输送混合氯硅烷的进料管路，第一精馏塔侧线出料口与反应器连接，反应器与第四精馏塔进料口连接。
7.作为一选项，所述系统还包括换热器，换热器与第一精馏塔侧线进料口连接，和/或换热器与第一精馏塔侧线出料口连接作为一选项，所述第一精馏塔的进料管路上设有过滤器。
8.作为一选项，系统还包括第二精馏塔，第二精馏塔与第一精馏塔塔顶的出料口连接。
9.作为一选项，所述第四精馏塔塔顶的出料口与第二精馏塔连接。
10.作为一选项，所述第一精馏塔、第二精馏塔为差压耦合精馏塔。
11.作为一选项，所述第二精馏塔塔顶的出料口连接有混合器，混合器与第四精馏塔塔釜的出料口连接，混合器的出料口与反应器连接。
12.作为一选项，所述第二精馏塔塔顶的出料口连接有再沸器，再沸器经冷凝器与混合器连接。
13.作为一选项，所述反应器包括第一反应器和第二反应器，第一反应器和第二反应器并联连接。
14.作为一选项，所述系统还包括第三精馏塔，第三精馏塔进料口与反应器连接，第三精馏塔塔顶的出料口与第二精馏塔的进料口连接，第三精馏塔塔釜的出料口与混合器连接。
15.需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
16.与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
17.(1)在一示例中，利用反应器中未完全失活的树脂催化剂对含有第一部分杂质的四氯化硅进行除杂处理，能够得到高纯四氯化硅，高纯四氯化硅可用作冷氢化或者光纤级四氯化硅原料，以此提高催化剂利用效率、降低成本同时提高了产品质量。
18.(2)在一示例中，本实用新型通过换热器对混合氯硅烷和/或含有第一部分杂质的四氯化硅进行换热处理，提升进料(混合氯硅烷)温度进而节约蒸汽使用，同时降低侧线采出物料(四氯化硅)进入反应器温度。
19.(3)在一示例中，第一精馏塔的进料管路上设有过滤器，用于混合氯硅烷中固体颗粒物的拦截过滤(如硅粉、催化剂)，避免带入精馏系统内部沉积进而造成管道堵塞。
20.(4)在一示例中，通过第二精馏塔对含二氯二氢硅的三氯氢硅进行除轻，以采出作为反歧化反应的原料之一的二氯二氢硅，提高了混合氯硅烷的利用率。
21.(5)在一示例中，第一精馏塔、第二精馏塔为差压耦合精馏塔，利用差压耦合精馏技术，能够降低精馏系统能源消耗。
22.(6)在一示例中，将二氯二氢硅、四氯化硅送入反应器进行反歧化反应，以实现三氯氢硅的制备。
23.(7)在一示例中，第一反应器与第二反应器并联连接，以切换两个反应器之间的工作用途，即同一时间一个反应器用于反歧化反应，另一个用于除杂。
24.(8)在一示例中，通过第三精馏塔将反应生成的三氯氢硅与未反应的二氯二氢硅送入第二精馏塔除轻，对反歧化反应的原料之一二氯二氢硅进行补充，同时可从第三精馏塔塔釜产出四氯化硅，作为冷氢化或者光纤级四氯化硅原料。
附图说明
25.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
26.图1为本实用新型一示例中的系统示意图；
27.图2为本实用新型一示例中的系统示意图；
28.图3为本实用新型一示例中的两个反应器的连接示意图。
29.图中：原料储罐1、换热器2、第一精馏塔3、再沸器4、冷凝器5、第二精馏塔6、第四精馏塔7、混合器8、第一反应器9、第二反应器10、第三精馏塔11。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实
施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.如图1所示，在实施例1中，一种用于混合氯硅烷提纯的精馏系统，具体包括第一精馏塔3、反应器、第四精馏塔7；反应器中有未完全失活的树脂催化剂；第一精馏塔3侧线进料口连接有输送混合氯硅烷的进料管路，第一精馏塔3侧线出料口与反应器进料口连接，反应器出料口与第四精馏塔7进料口连接。其中，反应器底部和顶部设有用于催化剂固定的筛板，催化剂填充至顶部、底部筛板之间。具体地，第一精馏塔3用于将输入的混合氯硅烷进行初步分离，从第一精馏塔3侧线采出含有第一部分杂质的四氯化硅；反应器中未完全失活的树脂催化剂对含有第一部分杂质的四氯化硅进行除杂处理得到含有第二部分杂质的四氯化硅；第四精馏塔7用于将含有第二部分杂质的四氯化硅进行再分离，最后从第四精馏塔7塔釜产出高纯四氯化硅。
35.更为具体地，混合氯硅烷包括二氯二氢硅(dcs)、四氯化硅(stc)、三氯氢硅(tcs)、铁、硼、磷等。第一精馏塔3塔顶操作压力为0.1
‑
0.3mpag，塔釜操作压力为0.15
‑
0.35mpag，塔顶操作温度为60
‑
66℃，塔釜操作温度为100
‑
110℃。第一部分杂质具体三氯氢硅(tcs)、铁、硼、磷，通过反应器中未完全失活、催化效果欠佳的树脂催化剂吸附第一部分杂质中的铁、硼、磷，得到含少量三氯氢硅(tcs)即第二部分杂质的四氯化硅，即第二部分杂质中三氯氢硅(tcs)的含量相较于第一部分杂质中tcs含量更少，将含有更加少量tcs杂质的四氯化硅经物料管道送入第四精馏塔7进行再分离处理，进而得到高纯度的四氯化硅。第四精馏塔7塔顶操作压力为0.15
‑
0.25mpag，塔釜操作压力为0.23
‑
0.33mpag，塔顶操作温度为85
‑
90℃，塔釜操作温度为99
‑
105℃。本实施例中，利用反应器中未完全失活的树脂催化剂对含有第一部分杂质的四氯化硅进行除杂处理，能够得到高纯四氯化硅，高纯四氯化硅可用作冷氢化或者光纤级四氯化硅原料，以此提高催化剂利用效率、降低成本同时提高了产品质量。
36.更为具体地，第一精馏塔3、第四精馏塔7均为普通碳钢或不锈钢材质，塔内件均为不锈钢材质。第一精馏塔3的精馏段为填料，填料为抗腐蚀性能能较好的金属丝网规整填料，第一精馏塔3提馏段为筛板，能够避免未完全除净混合氯硅烷中颗粒物造成堵塞。第四精馏塔7为填料塔，填料为抗腐蚀性能能较好的金属丝网规整填料。
37.在一示例中，系统还包括换热器2，第一精馏塔3的侧线进料口、侧线出料口均与换热器2连接，换热器2为单管程列管式换热器，用于将输入的混合氯硅烷进行换热处理后送入至第一精馏塔3，并将含有第一部分杂质的四氯化硅进行换热处理后送入至反应器，通过换热器2对混合氯硅烷和/或含有第一部分杂质的四氯化硅进行换热处理，提升进料(混合氯硅烷)温度进而节约蒸汽使用，同时降低侧线采出物料(四氯化硅)进入反应器温度。
38.在一示例中，系统还包括用于储存待分离的混合氯硅烷的原料储罐1，原料储罐1与换热器2连接，换热器2与第一精馏塔3的侧线进料口、出料口连接。
39.在一示例中，第一精馏塔3的进料管路上设有过滤器，即原料储罐1与换热器2之间的进料管路上设有过滤器，或者换热器2与第一精馏塔3之间的进料管路上设有过滤器，以将混合氯硅烷中固体颗粒物的拦截过滤(如硅粉、催化剂)，避免带入精馏系统内部沉积进而造成管道堵塞。
40.在一示例中，第一精馏塔3塔顶的出料口连接有第二精馏塔6；第二精馏塔6用于对从第一精馏塔3塔顶采出的含二氯二氢硅的三氯氢硅进行除轻，进而从第二精馏塔6塔顶采出二氯二氢硅并作为反歧化反应的一种原料，提高了混合氯硅烷的利用率。更为具体地，第二精馏塔6为填料塔，填料为抗腐蚀性能能较好的金属丝网规整填料；第二精馏塔6为普通碳钢或不锈钢材质，塔内件为不锈钢材质。第二精馏塔6塔顶操作压力大于第一精馏塔3的操作压力，例如一精馏塔31塔顶操作压力为0.1mpag，第二精馏塔6塔顶操作压力为0.2mpag。
41.在一示例中，第四精馏塔7塔顶的出料口与第二精馏塔6连接，以使第二精馏塔6对第四精馏塔7塔顶采出的含二氯二氢硅的三氯氢硅进行除轻，以采出作为反歧化反应的原料之一的二氯二氢硅，进而制备三氯氢硅，实现混合硅烷的再利用。
42.在一示例中，第一精馏塔3、第二精馏塔6为差压耦合精馏塔，利用差压耦合精馏技术，能够降低精馏系统能源消耗。
43.在一示例中，第二精馏塔6塔顶的出料口连接有混合器8，混合器8与第四精馏塔7塔釜的出料口连接，混合器8的出料口与反应器连接。具体地，第二精馏塔6塔顶馏分为二氯二氢硅，第四精馏塔7塔釜馏分为高纯的四氯化硅，混合器8内部设有折流板，以增加二氯二氢硅、四氯化硅混合均匀度，混合均匀的二氯二氢硅、四氯化硅在反应器中进行反歧化反应，实现了三氯氢硅的制备。更为具体地，反应器中温度为60
‑
80℃，压力为0.3
‑
0.55mpag；混合器8为普通碳钢或者不锈钢材质。
44.在一示例中，第二精馏塔6塔顶的出料口连接有再沸器4，再沸器4经冷凝器5与混合器8连接，再沸器4用于将第二精馏塔6塔顶采出的二氯二氢硅进行换热处理，冷凝器5对二氯二氢硅进行冷凝处理。更为具体地，冷凝器5为普通碳钢或不锈钢材质、双管程列管式换热器。作为一优选，再沸器为第一精馏塔3塔釜中的再沸器，用于为第一精馏塔3提供热量的同时，对第二精馏塔6塔顶采出的二氯二氢硅进行换热处理。
45.在一示例中，反应器包括第一反应器9和第二反应器10，第一反应器9和第二反应器10并联连接，以切换两个反应器之间的工作用途，即同一时间一个反应器用于反歧化反应，另一个用于除杂。作为一选项，某一时间段内，第一精馏塔3侧线的出料口与第一反应器9连接，混合器8的出料口与第二反应器10连接，此时第一反应器9用于除杂，第二反应器10用于反应(反歧化反应)。运行一段时间后，将两个反应器与第一精馏塔3、混合器8的连接关
系通过单向阀进行切换，以将用于反应的反应器中催化效果不佳的树脂催化剂用于除杂，即运行一段时间后，使第一精馏塔3侧线的出料口与第二反应器10连接，混合器8的出料口与第一反应器9连接。
46.作为一优选实施例，如图3所示，第一反应器9与混合器8连接的进料管道上设有单向阀a，第一反应器9与第一精馏塔3连接的进料管道上设有单向阀c；第一反应器9出料管道上设有单向阀e，第四精馏塔7进料管道上设有单向阀i，第一反应器9出料管道与第四精馏塔7连通之前的管道上设有单向阀j，且第一反应器9出料管道依次设有单向阀e、单向阀j(以物料流向为参考方向)，即单向阀j位于单向阀e与单向阀i之间。第二反应器10与混合器8连接的进料管道上设有单向阀b，第二反应器10与第一精馏塔3连接的进料管道上设有单向阀d；第二反应器10出料管道上设有单向阀f，第二反应器10出料管道与第四精馏塔7连通之前的管道上设有单向阀h，即单向阀h位于单向阀f与单向阀i之间。第二反应器10出料管道与第三精馏塔11进料口之间设有单向阀g，即第二反应器的出料管道上依次设有单向阀f、单向阀g，单向阀g与第三精馏塔11进料口之间连接有一回流管道，回流管道另一端连接至单向阀e、单向阀j之间。此时，当作反应用的第一反应器9内催化剂催化效果不佳时，关闭单向阀a、d、h、k四个阀门，打开单向阀c、e、i、j，第一反应器9即可用于除杂；打开b、f、g三个阀门，第二反应器10即可用于反应。当作催化用的第二反应器10内催化剂催化效果不佳，关闭单向阀b、c、j、g，打开单向阀d、f、h、i，第二反应器10即可用于除杂；打开单向阀a、e、k三个阀门，第一反应器9即可用于反应，以此实现反应器的工作状态(作反歧化反应用还是吸附杂质用)的切换，进而保证整个系统的高效工作。
47.在一示例中，反应器出料口连接有第三精馏塔11，且在同一时间只有与混合器8的出料口连接的反应器与第三精馏塔11的进料口连通；第三精馏塔11塔顶的出料口与第二精馏塔6的进料口连接，第三精馏塔11塔釜的出料口与混合器8连接。具体地，第三精馏塔11塔顶馏分为反应生成tcs和未反应的dcs，第三精馏塔11塔釜馏分为stc，第三精馏塔11塔顶的出料口的物料管线可直接与第一精馏塔3塔顶的物料管线连接。第三精馏塔11塔顶操作压力为0.15
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0.25mpag，塔釜操作压力为0.18
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0.30mpag，塔顶操作温度为45
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60℃，塔釜操作温度为75
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90℃。通过第三精馏塔11将反应生成的三氯氢硅与未反应的二氯二氢硅送入第二精馏塔6除轻，对反歧化反应的原料之一二氯二氢硅进行补充，同时可将第三精馏塔11塔釜的出料口连接至混合器8，为反歧化反应补充预料，实现整个系统的提纯循环。当然，也可从第三精馏塔11塔釜产出四氯化硅，作为冷氢化或者光纤级四氯化硅原料。
48.更为具体地，第三精馏塔11为填料塔，填料为抗腐蚀性能能较好的金属丝网规整填料；第三精馏塔11为普通碳钢或不锈钢材质，塔内件为不锈钢材质。
49.以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。