專利名稱：四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅技術(shù)。
在SiHCl3于約1100℃的氣氛條件下還原、分解生成高純多晶硅產(chǎn)品過(guò)程中，每噸產(chǎn)品副產(chǎn)SiCl4近6噸。所以一般采用西門子工藝的多晶硅廠每噸多晶硅產(chǎn)品其副產(chǎn)SiCl4近10噸，必須進(jìn)行回收處理，否則根本無(wú)法實(shí)施多晶硅產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)。
國(guó)外多晶硅廠用氫化法處理SiCl4的工藝，一般是在以氯化氫、氯化亞銅為觸媒，或以硅藻土、活性炭、Al2O3為載體的粒狀鎳鹽、銅鹽觸媒存在的條件下，控制一定的溫度、壓力，使H2與SiCl4混合氣體與硅粉在反應(yīng)器內(nèi)以沸騰狀態(tài)接觸進(jìn)行氫化，部分SiCl4轉(zhuǎn)化成SiHCl3，其產(chǎn)物中的SiCl4經(jīng)分離后使其反復(fù)循環(huán)轉(zhuǎn)化進(jìn)行回收。其反應(yīng)式為為了強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程，有的采用一種多層隔板的反應(yīng)器，每層都分別放入硅粉和粒狀觸媒，使H2、SiCl4、HCl的混合氣體通過(guò)這種多層反應(yīng)器以提高SiCl4的轉(zhuǎn)化率。
上述工藝的缺點(diǎn)是1、采用HCl或CuCl、鎳鹽、銅鹽等觸媒與硅粉配比一般為5％，一次轉(zhuǎn)化率較低，一般為15-18％，所以原材料消耗較高、生產(chǎn)效率低。
2、HCl、CuCl以及粒狀鎳鹽、銅鹽觸媒活性小、要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化條件高，壓力為2.1-3.5MPa，溫度500℃，所以過(guò)程的能耗高，反應(yīng)器的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)要求高且復(fù)雜。
因此，國(guó)外多晶硅廠的副產(chǎn)SiCl4是依靠協(xié)作工廠進(jìn)行處理，或?qū)ｉT開(kāi)發(fā)新的回收利用技術(shù)、開(kāi)辟新的產(chǎn)品出路。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其主要工藝如下a)將鎳觸媒與硅粉以質(zhì)量比1-10％的比例均勻混合后置于活化器中，活化條件為H2流速≥0.05-0.3m/s，經(jīng)不同時(shí)間階段由25℃至終溫420℃的升溫條件下完成活化過(guò)程；b)四氯化硅(SiCl4)液相溫度在貯罐中保持60-119℃，氣相總壓為1.5MPa，出口的H2與SiCl4混合氣的摩爾比為1-10；c)氫化反應(yīng)器內(nèi)，H2與SiCl4的混合氣通過(guò)觸媒與硅粉混合料層，保持溫度400-500℃、壓力1.2-1.5Mpa，接觸反應(yīng)時(shí)間為10-100秒；d)氫化反應(yīng)器的出口混合氣體經(jīng)收塵器進(jìn)行除塵、過(guò)濾后，在冷凝器中氯硅烷呈液態(tài)被分離出來(lái)，不凝的H2氣返回貯罐中循環(huán)利用；e)液態(tài)氯硅烷經(jīng)分餾塔分餾后，重組份SiCl4返回貯罐重復(fù)利用。
步驟(a)所述鎳觸媒為粉末狀加氫鎳觸媒。
步驟(c)所述氫化反應(yīng)器內(nèi)的氫化反應(yīng)為連續(xù)進(jìn)行，混合料隨反應(yīng)消耗連續(xù)補(bǔ)充。
步驟(d)所述冷凝器為二級(jí)或三級(jí)冷凝器。
所述氫化反應(yīng)器為內(nèi)膽電感發(fā)熱體的粉料沸騰床結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易調(diào)控。物料全部回收利用，閉路循環(huán)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
2、反應(yīng)溫度、壓力低，系統(tǒng)、設(shè)備易處理，運(yùn)行能耗低。
3、一次轉(zhuǎn)化率高、裝置小、效率高、單位消耗低。
4、氫化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、操作方便。
實(shí)施例、本實(shí)施例的具體條件如下氫化反應(yīng)器為內(nèi)膽電感發(fā)熱體的粉料沸騰床，其直徑DN350mm、總高3.5m、料層高1.2m。
活化器中進(jìn)行活化的粉末狀加氫鎳觸媒硅粉為5％(質(zhì)量比)，活化條件為H2流速＝0.1m/s，經(jīng)不同時(shí)間段由25℃至終溫420℃進(jìn)行活化。
SiCl4液相溫度在貯罐2中保持80℃、氣相總壓為1.5MPa(表)。
H2與SiCl4的混合氣通過(guò)觸媒與硅粉混合料層，接觸反應(yīng)時(shí)間為10-100秒。
冷凝器為二級(jí)冷凝器。
貯罐出口的H2與SiCl4混合氣的摩爾比、氫化反應(yīng)器中反應(yīng)條件以及SiCl4一次轉(zhuǎn)化率見(jiàn)表1。
表1

權(quán)利要求
1.一種四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其主要流程如下a)將鎳觸媒與硅粉以質(zhì)量比1-10％的比例均勻混合后置于活化器中，活化條件為H2流速≥0.05-0.3m/s，經(jīng)不同時(shí)間階段由25℃至終溫420℃的升溫條件下完成活化過(guò)程；b)四氯化硅(SiCl4)液相溫度在貯罐中保持60-119℃，氣相總壓為1.5MPa，出口的H2與SiCl4混合氣的摩爾比為1-10；c)氫化反應(yīng)器內(nèi)，H2與SiCl4的混合氣通過(guò)觸媒與硅粉混合料層，保持溫度400-500℃、壓力1.2-1.5Mpa；d)氫化反應(yīng)器的出口混合氣體經(jīng)收塵器進(jìn)行除塵、過(guò)濾后，在冷凝器中氯硅烷呈液態(tài)被分離出來(lái)，不凝的H2氣返回貯罐中循環(huán)利用；e)液態(tài)氯硅烷經(jīng)分餾塔分餾后，重組份SiCl4返回貯罐重復(fù)利用。
2.如權(quán)利要求1所述的四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其特征在于，所述鎳觸媒為粉末狀加氫鎳觸媒。
3.如權(quán)利要求1所述的四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其特征在于，步驟(c)所述氫化反應(yīng)器內(nèi)的氫化反應(yīng)為連續(xù)進(jìn)行，混合料隨反應(yīng)消耗連續(xù)補(bǔ)充。
4.如權(quán)利要求1所述的四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其特征在于，步驟(c)所述H2與SiCl4混合氣與粉狀料層的接觸反應(yīng)時(shí)間為10-100秒。
5.如權(quán)利要求1所述的四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其特征在于，步驟(d)中所述冷凝器為二級(jí)或三級(jí)冷凝器。
6.如權(quán)利要求1所述的四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，其特征在于，所述氫化反應(yīng)器為內(nèi)膽電感發(fā)熱體的粉料沸騰床結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，將粉末鎳觸媒與硅粉按一定比例均勻混合后，在H
文檔編號(hào)C01B33/08GK1436725SQ0210452
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者沈祖祥, 毋克力, 嚴(yán)大洲, 劉建軍, 湯傳斌 申請(qǐng)人:中國(guó)有色工程設(shè)計(jì)研究總院