一種反歧化法制備三氯氫硅的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三氯氫硅制備領域，尤其涉及利用反歧化法制三氯氫硅的工藝。
【背景技術】
[0002]多晶硅的生產中，三氯氫硅和氫氣在還原爐中進行還原反應生成多晶硅，反應過程中三氯氫娃未能完全參與反應，未參加反應的三氯氫娃、氫氣與產生的副產物四氯化娃、二氯二氫硅一起進入尾氣回收系統，其中氯硅烷液體與氣態氫氣進行分離，分離后的氯硅烷液體進入精餾提純系統進行分離提純，得到合格的原料三氯氫硅。
[0003]四氯化硅三氯氫硅(TCS)的還原過程中會產生二氯二氫硅(DCS)，在現有工藝生產過程中，DCS是不能夠回收利用的，它在精餾過程中隨其它輕組分一起蒸出，而進入到廢氣洗滌系統，消耗大量的液堿大大增加了生產成本并對環境造成嚴重的污染。利用反歧化技術可將二氯二氫硅與四氯化硅反應從而制得多晶硅生產必須的原料三氯氫硅，從而大大節省了成本。
[0004]中國專利申請公布號CN 102923716A，申請公布日為2013年2月13日的發明公開了一種二氯二氫硅反歧化生產三氯氫硅工藝，該發明的二氯二氫硅反歧化工藝采用液態二氯二氫硅和液態四氯化硅混合進料，反應采用的是裝載催化劑的固定床反應器。
[0005]上述發明雖然利用反歧化法提高了多晶硅生產系統的原料利用率，但在該工藝流程中，二氯二氫硅與四氯化硅是液液混合，原料混合不夠緊密，采用固定床反應器，原料從反應器頂部進入，反應時間短，轉化率不高。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術中存在的缺陷和不足，提供一種原料轉化率高的反歧化法制二氣氛娃的工藝。
[0007]為實現以上目的，本發明的技術解決方案是:
一種反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于，包括以下步驟:
1)將經過精餾提純后的二氯二氫硅和四氯化硅經靜態混合器混合后進入混合罐，其中二氯二氫硅與四氯化硅質量比為1:5?1:7 ;
2)將步驟I)的混合料通過屏蔽泵送入汽化器中；
3)將汽化器中出來的二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物送入流化床式反應器的底部進行催化反應；
4)經步驟3)反應后的產品和未反應的原料至反應器的頂部采出，采出產品送入精餾塔進行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續回到流化床式反應器中進行反應，塔體中部分離出的三氯氫硅進儲存罐儲存。
[0008]所述步驟I)中的二氯二氫硅混合前采用O?10°C的脫鹽水進行冷凝，四氯化硅混合前采用40?60°C的工藝循環水進行冷凝。
[0009]所述步驟2)中汽化器的內部壓力為0.2?0.4MPa，汽化器的進口溫度為20?30 °C，汽化器的出口溫度為60?80 °C。
[0010]所述步驟3)中流化床式反應器的內部壓力為0.3?0.7Mpa，反應溫度為50?70°C，反應時間為10?15s。(由于汽化器和流化床式反應器內部的壓力小于標準大氣壓，位于其內部的四氯化硅的沸點將達到100 °C左右)
所述步驟3)中流化床式反應器內填充的催化劑為表面活性型樹脂催化劑，并且表面活性型樹脂催化劑浸泡在四氯化硅中。表面活性型樹脂催化劑為一種新型催化劑，樹脂表面活性基物質可以將四氯中的硅氯鍵發生斷裂，氯離子與活性物質結合可將二氯中的氫離子進行交換，從而達到生產三氯氫硅的目的。
[0011 ] 所述二氯二氫硅和四氯化硅來自多晶硅生產系統。
[0012]STC和DCS在一定的溫度、壓力、催化劑的作用下反應生成TCS，其再生的分子組成如下:
SiH2Cl2 + CAT 一 SiHCl2+CAT-HSiCl4+ CAT — SiCl3+CAT-ClSiHCl2+CAT-Cl — SiHCl3SiCl3+CAT-H — SiHCl3
注:分子式中的“CAT”代表表面活性型樹脂催化劑。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
1、本發明中二氯二氫硅和四氯化硅以氣液混合形態在反應器中反應，氣液混合原因是由于氣態分子間隙大，液態分子間隙緊密，從而保證二氯二氫硅分子被四氯化硅分子所包圍，保證二氯二氫硅與四氯化硅得到充分反應，從而提高了轉化率。
[0014]2、本發明用流化床式反應器代替固定式反應器，二氯二氫硅與四氯化硅以氣液混合方式從反應器底部進料，此種方式相比頂部進料的區別在于，物料從底部向頂部運動時需克服樹脂阻力，相比頂部進料流動速率變慢，物料與樹脂催化劑反應更加充分，從而提高了轉化率。
[0015]3、本發明中的催化劑使用浸泡在四氯化硅中的表面活性型樹脂催化劑，催化效果好，反應更充分，轉化率更好，一次性轉化率最高可達到95%。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0017]本發明的工藝流程圖參見圖1。
[0018]實施例1
將多晶硅生產系統中的氣態的二氯二氫硅通過二氯二氫硅冷凝器O?5°C脫鹽水進行冷凝，四氯化硅液體通過40?50°C的四氯化硅冷卻器工藝循環水冷卻后，按照質量比I: 7送入混合器進行混合，混合好的氯硅烷液體進入混合罐內。
[0019]混合好的原料進料溫度為20?25°C，通過屏蔽泵送入內部壓力為0.2Mpa的汽化器中進行加熱，將物料加熱成60?70°C氣液混合態，加熱后的物料送至反應器中進行反應，所述反應器為流化床反應器，其內部裝填有被四氯化硅浸泡的表面活性型樹脂催化劑，控制反應器反應溫度為50?60°C，反應壓力為0.5?0.6MPa，二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物自下而上通過催化劑，一部分反應原料發生催化反應反歧化生成三氯氫硅，在此工藝條件下二氯二氫硅的轉化率約為95%，反應后的產品和未反應的原料至反應器的頂部采出，此時反應產品中主要組份為二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅，將反應器采出產品送入精餾塔進行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續回到流化床式反應器中進行反應，從而使二氯二氫硅的轉化率最終能達到100%。
[0020]實施案例2
將多晶硅生產系統中的氣態的二氯二氫硅通過二氯二氫硅冷凝器5?10°C脫鹽水進行冷凝，四氯化硅液體通過50?60°C的四氯化硅冷卻器工藝循環水冷卻后，按照質量比I: 6送入混合器進行混合，混合好的氯硅烷液體進入混合罐內。
[0021]混合好的原料進料溫度為20?30°C，通過屏蔽泵送入汽化器中進行加熱，將物料加熱成70?80°C氣液混合態，加熱后的物料送至反應器中進行反應，所述反應器為流化床反應器，其內部裝填有被四氯化硅浸泡的表面活性型樹脂催化劑，控制反應器反應溫度為60?70°C，反應壓力為0.5?0.7MPa，二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物自下而上通過催化劑，一部分反應原料發生催化反應反歧化生成三氯氫硅，在此工藝條件下二氯二氫硅的轉化率約為90%，反應后的產品和未反應的原料至反應器的頂部采出，此時反應產品中主要組份為二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅，將反應器采出產品送入精餾塔進行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續回到流化床式反應器中進行反應，最終二氯二氫硅的轉化率達到100%。
[0022]實施案例3
將多晶硅生產系統中的氣態的二氯二氫硅通過二氯二氫硅冷凝器O?10°C脫鹽水進行冷凝，四氯化硅液體通過60?80°C的四氯化硅冷卻器工藝循環水冷卻后，按照質量比I: 5送入混合器進行混合，混合好的氯硅烷液體進入混合罐內。
[0023]混合好的原料進料溫度為20?30°C，通過屏蔽泵送入汽化器中進行加熱，將物料加熱成60?80°C氣液混合態，加熱后的物料送至反應器中進行反應，所述反應器為流化床反應器，其內部裝填有被四氯化硅浸泡的表面活性型樹脂催化劑，控制反應器反應溫度為50?70°C，反應壓力為0.3?0.7MPa，二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物自下而上通過催化劑，一部分反應原料發生催化反應反歧化生成三氯氫硅，在此工藝條件下二氯二氫硅的轉化率約為60%，反應后的產品和未反應的原料至反應器的頂部采出，此時反應產品中主要組份為二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅，將反應器采出產品送入精餾塔進行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續回到流化床式反應器中進行反應。經過多次循環反應后，產品采出三氯氫硅中仍含有部分二氯二氫硅，最終轉化率未達到100%。
【主權項】
1.一種反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于，包括以下步驟: 1)將經過精餾提純后的二氯二氫硅和四氯化硅經靜態混合器混合后進入混合罐，其中二氯二氫硅與四氯化硅質量比為1:5?1:7 ; 2)將步驟I)的混合料通過屏蔽泵送入汽化器中； 3)將汽化器中出來的二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物送入流化床式反應器的底部進行催化反應； 4)經步驟3)反應后的產品和未反應的原料至反應器的頂部采出，采出產品送入精餾塔進行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續回到流化床式反應器中進行反應，塔體中部分離出的三氯氫硅進儲存罐儲存。
2.根據權利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟I)中的二氯二氫硅混合前采用0-10°C的脫鹽水進行冷凝，四氯化硅混合前采用40?60°C的工藝循環水進行冷凝。
3.根據權利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟2)中汽化器的內部壓力為0.2?0.4MPa，汽化器的進口溫度為20?30°C，汽化器的出口溫度為60 ?80。。。
4.根據權利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟3)中流化床式反應器的內部壓力為0.3?0.7Mpa，反應溫度為50?70°C，反應時間為10?15s。
5.根據權利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟3)中流化床式反應器內填充的催化劑為表面活性型樹脂催化劑，并且表面活性型樹脂催化劑浸泡在四氯化硅中。
6.根據權利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述二氯二氫硅和四氯化硅來自多晶硅生產系統。
【專利摘要】本發明公開了一種反歧化法制三氯氫硅的工藝，本工藝利用經過處理后的二氯二氫硅和四氯化硅的氣液混合方式進料，反應器采用流化床式反應器，二氯二氫硅和四氯化硅的氣液混合物從反應器的底部進料。本發明工藝簡單、原料轉化率高，大大提高了多晶硅生產系統的原料利用率。
【IPC分類】C01B33-107
【公開號】CN104760959
【申請號】CN201510160431
【發明人】汪應軍, 張小玲, 黃娣
【申請人】湖北晶星科技股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月8日