專利名稱：一種利用四氯化硅生產三氯氫硅的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多晶硅生產領域，具體涉及一種利用四氯化硅氫化生產三氯氫硅的 方法。
背景技術：
采用改良西門子法生產多晶硅的工藝中會產生大量副產物四氯化硅，四氯化硅 極易與水反應生成二氧化硅和氯化氫，直接排放將嚴重影響生態(tài)環(huán)境，需要對四氯化硅 進行妥善處理。利用四氯化硅可以制備白炭黑、有機硅，但這些產品的市場容量小，無 法消化數量較龐大的四氯化硅。隨著國內多晶硅產能的不斷擴大，循環(huán)利用是目前解決 多晶硅生產中產生大量四氯化硅問題的較好出路，循環(huán)利用就是通過特殊工藝技術，將 四氯化硅轉化為多晶硅的生產原料三氯氫硅，三氯氫硅再用于生產多晶硅，既避免環(huán)境 污染，又節(jié)約了資源。生產三氯氫硅可以使用氯氫化法，將四氯化硅、氫氣、氯化氫、硅粉通入三氯 氫硅合成爐生產三氯氫硅，但該工藝流程長、設備復雜、材質要求苛刻、操作壓力高、 條件難以控制，難以實現連續(xù)穩(wěn)定運行、安全性差，不能被廣泛應用。公開號為CN101445245的發(fā)明專利申請公開了另一種用四氯化硅生產三氯氫硅 的方法，是將四氯化硅和氫氣以一定比例通入高溫氫化裝置中，發(fā)生氫化反應后生成三 氯氫硅，但因為反應所需的溫度高，該方法能耗較高。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種生產能耗較小的利用四氯化硅生產三氯氫硅的 方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案為一種利用四氯化硅生產三氯氫硅的方法，包括a)對四氯化硅進行提純；b)對氫氣進行凈化；c)將四氯化硅和氫氣進行混合；d)將四氯化硅和氫氣的混合氣體用蒸汽和氫化反應的尾氣中的一種或兩種進行 預熱；e)將預熱后的四氯化硅和氫氣的混合氣體進行氫化反應。f)將氫化反應的尾氣進行回收，分餾出三氯氫硅。作為優(yōu)選，所述步驟a)對四氯化硅進行提純?yōu)樘峒冎良兌却笥诘扔?9.99%。作為優(yōu)選，所述步驟b)對氫氣進行凈化為凈化至純度大于等于99.999%。作為優(yōu)選，所述步驟c)中四氯化硅與氫氣的摩爾比為1 2 1 4。作為優(yōu)選，所述步驟d)具體為將四氯化硅利用蒸汽和氫化反應的尾氣中的一種 或兩種蒸發(fā)為氣相；再將蒸發(fā)后的混合氣體利用氫化反應的尾氣進一步加熱。
作為優(yōu)選，所述四氯化硅蒸發(fā)后，混合氣體的溫度達到100°C 200°C。作為優(yōu)選，所述混合氣體利用氫化反應的尾氣進一步加熱后，溫度達到200°C 400 °C。作為優(yōu)選，所述步驟e)中四氯化硅的進料量為2t/h 8t/h。作為優(yōu)選，所述步驟e)中氫化反應的條件為溫度1200°C 1300°C，壓力 0.3MPa 0.7MPa。本發(fā)明提供的方法在四氯化硅與氫氣發(fā)生氫化反應前，利用蒸汽和氫化反應的 尾氣對四氯化硅和氫氣的混合氣體進行預熱，進行氫化反應時耗費較少的電能就可以達 到需要的溫度，節(jié)省了能源，且氫化反應速度較快，反應時間較短，產能大，適合大規(guī) 模多晶硅的生產。在一種優(yōu)選的實施方式中，預熱過程分成兩個階段，使得四氯化硅能夠被蒸發(fā) 為氣相并且混合氣體的預熱更加充分，進入氫化爐前溫度能夠達到300°C以上，發(fā)生氫化 反應時能節(jié)約更多的電能。
圖1為本發(fā)明一種具體實施方式
所提供的利用四氯化硅生產三氯氫硅的方法的 流程示意圖。
具體實施例方式為了進一步了解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但 是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要 求的限制。請參考圖1，圖1為本發(fā)明一種具體實施方式
所提供的利用四氯化硅生產三氯氫 硅的方法的流程示意圖。本發(fā)明提供的利用四氯化硅氫化生產三氯氫硅的方法為a)使用本領域技術人員公知的方法對四氯化硅進行精餾提純，使得四氯化硅的 純度大于等于99.99%。b)使用本領域技術人員公知的方法對電解純水生成的氫氣進行凈化，使得氫氣 的純度大于等于99.999%。c)將提純后的四氯化硅和氫氣進行混合，二者的摩爾比為1 2 1 4。在反 應中四氯化硅和氫氣的摩爾比為1 1，增加氫氣的量，有利于反應向正反應方向進行， 并能提高反應速度。d)將四氯化硅和氫氣的混合氣體利用尾氣進行預熱，在反應最開始沒有進行氫 化反應時，還沒有產生尾氣，這時候利用蒸汽進行預熱，當氫化反應進行后開始有尾氣 生成時，可以利用尾氣進行預熱，根據實際生產中的需要進行調節(jié)，蒸汽的量可以減少 甚至不用蒸汽。作為優(yōu)選，為了使混合氣體能夠被預熱到300°C以上，將預熱分成兩個階段進 行。首先將混合氣體通入蒸發(fā)器中，在反應開始還沒有產生尾氣時，混合氣體在蒸發(fā)器 中受到蒸汽的預熱，原本氣液相混合的四氯化硅被蒸發(fā)為氣相，反應一段時間后有尾氣 產生，則在蒸發(fā)器中受到蒸汽和尾氣共同預熱，根據實際生產中的需要進行調節(jié)，蒸汽的量可以減少甚至不用蒸汽，在蒸發(fā)器中混合氣體預熱至100°c 200°C。然后從蒸發(fā)器 中出來后混合氣體進入氫化爐的尾氣換熱器中，利用尾氣進一步加熱，這里的尾氣剛從 氫化爐中排出溫度較高，可以將混合氣體加熱至200°C 400°C。分成兩段進行預熱，可 以避免混合氣體預熱不夠充分，溫度達不到300°C，使得混合氣體在氫化爐中還需要消耗 較多的電能才能達到氫化需要的溫度。而經過兩級預熱后的四氯化硅由液相變?yōu)闅庀啵?進入氫化爐前混合氣體就能夠達到300°C以上，使得氫化反應時無需再耗費大量的電能進 行加熱。e)將預熱后的四氯化硅和氫氣的混合氣體進行氫化反應，本發(fā)明是將混合氣體 通入氫化爐中進行反應，按照四氯化硅的進料量為2t/h 8t/h進料，氫化反應的溫度優(yōu) 選為1200°C 1300°C，壓力為0.3MPa 0.7MPa?；旌蠚怏w在爐內通電的熾熱電極表面 附近，發(fā)生四氯化硅的氫化反應，生成三氯氫硅，生產過程中主要反應為SiCl4+H2 = SiHCl3+HCl。f)氫化反應產生的尾氣中含有氣相的氫氣、氯化氫，和液相的二氯二氫硅、三 氯氫硅、四氯化硅，生成的尾氣經過換熱降溫后送入分離設備進行分離，分離后的氣體 可以分別回收進行循環(huán)利用，大大提高原材料的利用率和減少廢物排放量。其中氫氣經 凈化后用于再次參與氫化反應；氯化氫可用于進行三氯氫硅的合成，反應式為Si+3HC1 =SiHCl3+H2 ；液相二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯化硅經分餾進行分離，分離出來的三氯 氫硅經提純后進入還原爐生產多晶硅，SiHCl3+H2 = Si+3HC1，四氯化硅提純后再次與氫 氣進行氫化反應。在本發(fā)明提供的生產三氯氫硅的方法中由于氫化反應后的尾氣溫度較高，因此 在步驟d)中利用尾氣的余熱和蒸汽先對混合氣體進行預熱，這樣混合氣體在進入氫化爐 進行氫化反應時溫度較高，消耗較少的電能就可以達到氫化反應的溫度，節(jié)省了能源； 且由于進行反應的混合氣體經過預熱，具有一定溫度，因此在進行氫化反應時，反應速 度較快，反應時間較短，從而提高了進料量，避免混合氣體還未充分反應就被后續(xù)的進 料推出氫化爐。優(yōu)選分成兩階段預熱，使得四氯化硅被蒸發(fā)為氣相，且混合氣體的預熱 更加充分，進入氫化爐前溫度達到300°C以上，進入氫化爐發(fā)生反應時能節(jié)約更多的電 能。
分別將各實施例中的混合氣體經過兩級預熱后，再通入氫化爐中進行氫化反應 制取三氯氫硅，實驗結果見表1 :表1本發(fā)明的方法生產三氯氫硅的實驗結果
權利要求
1.一種利用四氯化硅生產三氯氫硅的方法，其特征在于，包括a)對四氯化硅進行提純；b)對氫氣進行凈化；c)將四氯化硅和氫氣進行混合；d)將四氯化硅和氫氣的混合氣體用蒸汽和氫化反應的尾氣中的一種或兩種進行預執(zhí). e)將預熱后的四氯化硅和氫氣的混合氣體進行氫化反應；f)將氫化反應的尾氣進行回收，分餾出三氯氫硅。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a)對四氯化硅進行提純?yōu)樘?純至純度大于等于99.99%。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)對氫氣進行凈化為凈化至 純度大于等于99.999%。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C)中四氯化硅與氫氣的摩爾 比為1 2 1 4。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟d)具體為將四氯化硅利用蒸 汽和氫化反應的尾氣中的一種或兩種蒸發(fā)為氣相；再將蒸發(fā)后的混合氣體利用氫化反應 的尾氣進一步加熱。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述四氯化硅蒸發(fā)后，混合氣體的溫度 達到 100°C 200"C。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合氣體利用氫化反應的尾氣進一 步加熱后，溫度達到200°C 400°C。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟e)中四氯化硅的進料量為2t/ h 8t/h。
9.根據權利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述步驟e)中氫化反應的條件為 溫度 1200°C 1300°C，壓力 0.3MPa 0.7MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用四氯化硅生產三氯氫硅的方法，包括a)對四氯化硅進行提純；b)對氫氣進行凈化；c)將四氯化硅和氫氣進行混合；d)將四氯化硅和氫氣的混合氣體用蒸汽和氫化反應的尾氣中的一種或兩種進行預熱；e)將預熱后的四氯化硅和氫氣的混合氣體進行氫化反應；f)將氫化反應的尾氣進行回收，分餾出三氯氫硅。本發(fā)明提供的方法在四氯化硅與氫氣發(fā)生氫化反應前，利用蒸汽和氫化反應的尾氣對四氯化硅和氫氣的混合氣體進行預熱，進行氫化反應時耗費較少的電能就可以達到需要的溫度，節(jié)省了能源，且氫化反應速度較快，反應時間較短，產能大，適合大規(guī)模多晶硅的生產。
文檔編號C01B33/107GK102020282SQ200910169130
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權日2009年9月9日
發(fā)明者劉興國, 夏進京, 朱國平, 潘和平 申請人:重慶大全新能源有限公司