Способ очистки парогазовой смеси от тетрахлорида кремния Советский патент 1993 года по МПК B01D53/14 B01D53/34 C01B33/08 

Предлагаемое изобретение относится к технике очистки парогазовых выбросов в атмосферу от гидролизуемых водой хлорсила- нов, в частности от тетрахлорида кремния, и может быть использовано в химической промышленности, в производствах полупроводников в резинотехнических изделиях.

В настоящее время парогазовые смеси тетрахлорида кремния (ТХК) обрабатываются в мокрых скрубберах или на термических установках с последующей очисткой водой в абсорберах. При таких методах газоочистки образуется устойчивый туман соляной кислоты, который плохо абсорбируется и загрязняет атмосферу.

Задачей пред/агаемого изобретения является разработка способа очистки смеси водорода и тетрахлорида кремния методом его гидролиза с исключением образования тумана соляной кислоты в продуктах гидролиза.

Известен способ извлечения четырех- хлористого кремния из абгазов в котором

четыреххлористый кремний абсорбируется керосином с последующей его десорбцией при температуре 68 - 90°С 1.

Недостатком известного способа извлечения четыреххлористого кремния из абгазов является низкая эффективность, он экономически дорог для низких концентраций хлорсиланов, характерных в выбросах в атмосферу. В основном такой способ приемлем для вторичного использования тетрахлорида кремния.

Известен так же способ выделения хлорсиланов из газовой смеси, содержащей водород и хлорводород 2. В данном известном способе хлорсиланы абсорбируются этиленбензолом в интервале температур от плюс 10°С до минус 30°С. Полученный абсорбент, содержащий 3 - 5% (масс.) хлорси- ланом, перегоняют в ректификационной колонне с отбором хлорсиланов для вторичного пользования. Недостатком известного способа выделения хлорсиланов из газовой смеси является неприемлемость для низких концентраций и сложность технологии.

ел

VJ

00 XI

ел о

Ј

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу очистки парогазовой смеси от хлорсиланов является способ газоочистки от хлорсиланов, где парогазовая смесь с целью извлечения хлорсиланов (тетрахло- рида кремния) подвергается обработке промывочной жидкостью, представляющей слабый раствор соляной кислоты. При контакте парогазовой смеси с поглотительным раствором Рфомсходит гидролиз хло рсила- нов с выделением хлористого водорода, ко- торый поглощается раствором и концентрирует его. В результате рецикла поглотительного раствора осуществляют его насыщение. Для снижения испарения и потерь промывочную жидкость (поглотительный раствор) перед контактом с газообразной смесью охлаждают в холодильнике.

Недостатком данного известного способа является образование и наличие в аб- газах тумана соляной кислоты, который плохо улавливается в промывочной колонне и мокрыми фильтрами.

Цель предлагаемого изобретения является повышение эффективности газоочистки за счет исключения образования тумана соляной кислоты промывкой большим количеством воды захоложенной парогазовой смеси до точки росы.

Поставленная цель достигается тем, что парогазовая смесь тетрахлорида кремния охлаждается в холодильнике до точки росы и направляется под слой воды, объем которой в несколько раз больше стехиомет- рического расчета. При данных условиях благодаря центров перенасыщения паров ТХК и избытка воды в зоне контакта, гидролиз ТКХ проходит практически без образования тумана соляной кислоты. Продукты гидролиза в виде хлористого водорода и геля кремневой кислоты извлекаются в абсорбере и отстойнике.

Новизной предлагаемого изобретения является проведение гидролиза ТХК в избытке воды при температуре парогазовой смеси в интервале точки росы. Такое ре- шение задачи значительно отличается от решений известных аналогов и прототипа.

Положительный эффект при использовании предлагаемого изобретения проявляется в высокой эффективности газоочистки-.

Существенным отличием предлагаемого способа очистки парогазовой смеси от ТХК в сравнении с аналогом и прототипом являются следующие отличительные признаки:

- предварительное охлаждение парогазовой смеси до точки росы извлекаемого компонента;

- контактирование захоложенной парогазовой смеси в объеме воды, превышающем стехиометрическое количество в 3 - 3,5 раза. Сочетание таких существенных отли- 5 чительных признаков способствует полноте гидролиза хлорсиланов и практически исключает образование тумана соляной кислоты.

По каждому отличительному признаку

10 заявляемого способа очистки парогазовой смеси от хлорсиланов проведен поиск. В результате проведенного поиска аналогичных решений не выявлено. Таким образом, заявляемый объект отвечает критерию изо5 бретен ия существенные отличия.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется технологической схемой и примерами.

Схема установки для осуществления

0 .способа очистки парогазовой смеси от хлорсиланов, представленная на рисунке, включает холодильник 1,гидролизер 2,абсорбер 3 и отстойник 4.

Способ очистки осуществляется следу5 ющим образом.

Парогазовая смесь, подлежащая очистке, охлаждается в холодильнике 1 до точки росы по ТХК и направляется в таком состоянии в гидролизер 2 с постоянным уровнем

0 подкисленной воды, которая стекает из абсорбера 3. В результате контакта парогазовой смеси в объеме воды происходит энергетический гидролиз, теплота которого компенсируется холодом, выносимым паро5 газовой смесью. В результате гидролиза образуется хлористый водород, улавливаемый в абсорбере 3, и гель кремневой кислоты, извлекаемой в отстойнике 4. Кислый сток из абсорбера направляется в гидролизер, а из

0 гидролизера на нейтрализацию.

Принципиальные возможности предлагаемого способа очистки парогазовых смесей от хлорсиланов, в частности от тетрахлорсилана, поясняются рядом приме5 ров и результатами испытаний.

П р и м е р 1. Парогазовая смесь (ПГС), содержащая водород и пары тетрахлорсилана со средней концентрацией 150 г/м , что соответствует точке росы минус 32°С, по0 еле холодильника приобретает температуру минус 28°С и поступает в гидролизер со стехиометрическим содержанием воды. На выходе из гидролизера содержание аэрозоля соляной кислоты составило 106 мг/м3.

5 П р и м е р 2. Парогазовая смесь по условиям примера 1 после холодильника охлаждалась до температуры минус 32 - 33°С (соответствие точке росы) и направлялась в гидролизер. Содержание аэрозоля соляной кислоты снизилось до 29 мг/м .

П р и м е р 3. Парогазовая смесь по примерам 1, 2 поступает в гидролизер с двухкратным избытком воды относительно расчетному. Выход аэрозоля соляной кислоты при этом составил 16 мг/м3.

П р и м е р 4. Парогазовая смесь по условиям примеров 1, 2 контактирует в гид- ролизере с 3-х кратным избытком воды. Содержание аэрозоля соляной кислоты в продуктах гидролиза снизилось до 10 мг/м .

П р и м е р 5, Парогазовая смесь по примерам 1, 2 поступала на гидролиз с 3,5- кратным количеством воды. Достигнуто снижение концентрации аэрозоля соляной кислоты лишь до 6,8 мг/м3.

П р и м е р 6, Парогазовая смесь по условиям примера 1 захолаживалась в холодильнике до температуры минус 34 - 35°С, что привело к частичной конденсации тет- рахлорсилана и образованию пробок на входе в гидролизер.

Пример. Парогазовая смесь водорода и тетрахлорсилана с концентрацией 150 г/м очищалась гидролизом на увлажненном порошке полимера по условиям

прототипа. На выходе продуктов гидролиза образовался устойчивый аэрозоль соляной кислоты содержанием 350 - 600 мг/м , т.е. с ростом до времени.

Обобщенные результаты испытаний предлагаемого способа по 3 - 4 замерам представлены в таблице.

Из приведенной таблицы видно значительное влияние температуры и количества

воды на состав продуктов гидролиза по содержанию аэрозоля.

Формула изобретения Способ очистки парогазовой смеси от тетрахлорида кремния путем гидролиза и

поглощения продуктов гидролиза при контакте с водным раствором хлороводорода, отличающийся тем, что, с целью снижения образования аэрозоля хлороводородной кислоты и предотвращения обрэзования твердой фазы в зоне контакта, парогазовую смесь предварительно охлаждают до точки росы по тетрахлориду кремния, а водный раствор хлороводорода подают на стадию контактирования в количестве, в 3 - 4 раза превышающем стехио- метрическое для реакции гидролиза.

Использование: очистка отводящих газов в химической и полупроводниковой промышленности. Сущность изобретения Очищаемая парогазовая смесь проходит холодильник, где охлаждается до температур соответствующих точкам росы и поступает под слой воды в гидролизе. Газообразные продукты гидролиза тетрахлорида кремния улавливаются водой в насадочном абсорбере. 1 табл., 1 ил. S .