专利名称：一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅生产领域，具体涉及一种利用四氯化硅氢化生产三氯氢硅的 方法。
背景技术：
采用改良西门子法生产多晶硅的工艺中会产生大量副产物四氯化硅，四氯化硅 极易与水反应生成二氧化硅和氯化氢，直接排放将严重影响生态环境，需要对四氯化硅 进行妥善处理。利用四氯化硅可以制备白炭黑、有机硅，但这些产品的市场容量小，无 法消化数量较庞大的四氯化硅。随着国内多晶硅产能的不断扩大，循环利用是目前解决 多晶硅生产中产生大量四氯化硅问题的较好出路，循环利用就是通过特殊工艺技术，将 四氯化硅转化为多晶硅的生产原料三氯氢硅，三氯氢硅再用于生产多晶硅，既避免环境 污染，又节约了资源。生产三氯氢硅可以使用氯氢化法，将四氯化硅、氢气、氯化氢、硅粉通入三氯 氢硅合成炉生产三氯氢硅，但该工艺流程长、设备复杂、材质要求苛刻、操作压力高、 条件难以控制，难以实现连续稳定运行、安全性差，不能被广泛应用。公开号为CN101445245的发明专利申请公开了另一种用四氯化硅生产三氯氢硅 的方法，是将四氯化硅和氢气以一定比例通入高温氢化装置中，发生氢化反应后生成三 氯氢硅，但因为反应所需的温度高，该方法能耗较高。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种生产能耗较小的利用四氯化硅生产三氯氢硅的 方法。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的方法，包括a)对四氯化硅进行提纯；b)对氢气进行净化；c)将四氯化硅和氢气进行混合；d)将四氯化硅和氢气的混合气体用蒸汽和氢化反应的尾气中的一种或两种进行 预热；e)将预热后的四氯化硅和氢气的混合气体进行氢化反应。f)将氢化反应的尾气进行回收，分馏出三氯氢硅。作为优选，所述步骤a)对四氯化硅进行提纯为提纯至纯度大于等于99.99%。作为优选，所述步骤b)对氢气进行净化为净化至纯度大于等于99.999%。作为优选，所述步骤c)中四氯化硅与氢气的摩尔比为1 2 1 4。作为优选，所述步骤d)具体为将四氯化硅利用蒸汽和氢化反应的尾气中的一种 或两种蒸发为气相；再将蒸发后的混合气体利用氢化反应的尾气进一步加热。
作为优选，所述四氯化硅蒸发后，混合气体的温度达到100°C 200°C。作为优选，所述混合气体利用氢化反应的尾气进一步加热后，温度达到200°C 400 °C。作为优选，所述步骤e)中四氯化硅的进料量为2t/h 8t/h。作为优选，所述步骤e)中氢化反应的条件为温度1200°C 1300°C，压力 0.3MPa 0.7MPa。本发明提供的方法在四氯化硅与氢气发生氢化反应前，利用蒸汽和氢化反应的 尾气对四氯化硅和氢气的混合气体进行预热，进行氢化反应时耗费较少的电能就可以达 到需要的温度，节省了能源，且氢化反应速度较快，反应时间较短，产能大，适合大规 模多晶硅的生产。在一种优选的实施方式中，预热过程分成两个阶段，使得四氯化硅能够被蒸发 为气相并且混合气体的预热更加充分，进入氢化炉前温度能够达到300°C以上，发生氢化 反应时能节约更多的电能。
图1为本发明一种具体实施方式
所提供的利用四氯化硅生产三氯氢硅的方法的 流程示意图。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但 是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要 求的限制。请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式
所提供的利用四氯化硅生产三氯氢 硅的方法的流程示意图。本发明提供的利用四氯化硅氢化生产三氯氢硅的方法为a)使用本领域技术人员公知的方法对四氯化硅进行精馏提纯，使得四氯化硅的 纯度大于等于99.99%。b)使用本领域技术人员公知的方法对电解纯水生成的氢气进行净化，使得氢气 的纯度大于等于99.999%。c)将提纯后的四氯化硅和氢气进行混合，二者的摩尔比为1 2 1 4。在反 应中四氯化硅和氢气的摩尔比为1 1，增加氢气的量，有利于反应向正反应方向进行， 并能提高反应速度。d)将四氯化硅和氢气的混合气体利用尾气进行预热，在反应最开始没有进行氢 化反应时，还没有产生尾气，这时候利用蒸汽进行预热，当氢化反应进行后开始有尾气 生成时，可以利用尾气进行预热，根据实际生产中的需要进行调节，蒸汽的量可以减少 甚至不用蒸汽。作为优选，为了使混合气体能够被预热到300°C以上，将预热分成两个阶段进 行。首先将混合气体通入蒸发器中，在反应开始还没有产生尾气时，混合气体在蒸发器 中受到蒸汽的预热，原本气液相混合的四氯化硅被蒸发为气相，反应一段时间后有尾气 产生，则在蒸发器中受到蒸汽和尾气共同预热，根据实际生产中的需要进行调节，蒸汽的量可以减少甚至不用蒸汽，在蒸发器中混合气体预热至100°c 200°C。然后从蒸发器 中出来后混合气体进入氢化炉的尾气换热器中，利用尾气进一步加热，这里的尾气刚从 氢化炉中排出温度较高，可以将混合气体加热至200°C 400°C。分成两段进行预热，可 以避免混合气体预热不够充分，温度达不到300°C，使得混合气体在氢化炉中还需要消耗 较多的电能才能达到氢化需要的温度。而经过两级预热后的四氯化硅由液相变为气相， 进入氢化炉前混合气体就能够达到300°C以上，使得氢化反应时无需再耗费大量的电能进 行加热。e)将预热后的四氯化硅和氢气的混合气体进行氢化反应，本发明是将混合气体 通入氢化炉中进行反应，按照四氯化硅的进料量为2t/h 8t/h进料，氢化反应的温度优 选为1200°C 1300°C，压力为0.3MPa 0.7MPa。混合气体在炉内通电的炽热电极表面 附近，发生四氯化硅的氢化反应，生成三氯氢硅，生产过程中主要反应为SiCl4+H2 = SiHCl3+HCl。f)氢化反应产生的尾气中含有气相的氢气、氯化氢，和液相的二氯二氢硅、三 氯氢硅、四氯化硅，生成的尾气经过换热降温后送入分离设备进行分离，分离后的气体 可以分别回收进行循环利用，大大提高原材料的利用率和减少废物排放量。其中氢气经 净化后用于再次参与氢化反应；氯化氢可用于进行三氯氢硅的合成，反应式为Si+3HC1 =SiHCl3+H2 ；液相二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅经分馏进行分离，分离出来的三氯 氢硅经提纯后进入还原炉生产多晶硅，SiHCl3+H2 = Si+3HC1，四氯化硅提纯后再次与氢 气进行氢化反应。在本发明提供的生产三氯氢硅的方法中由于氢化反应后的尾气温度较高，因此 在步骤d)中利用尾气的余热和蒸汽先对混合气体进行预热，这样混合气体在进入氢化炉 进行氢化反应时温度较高，消耗较少的电能就可以达到氢化反应的温度，节省了能源； 且由于进行反应的混合气体经过预热，具有一定温度，因此在进行氢化反应时，反应速 度较快，反应时间较短，从而提高了进料量，避免混合气体还未充分反应就被后续的进 料推出氢化炉。优选分成两阶段预热，使得四氯化硅被蒸发为气相，且混合气体的预热 更加充分，进入氢化炉前温度达到300°C以上，进入氢化炉发生反应时能节约更多的电 能。
分别将各实施例中的混合气体经过两级预热后，再通入氢化炉中进行氢化反应 制取三氯氢硅，实验结果见表1 :表1本发明的方法生产三氯氢硅的实验结果
权利要求
1.一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的方法，其特征在于，包括a)对四氯化硅进行提纯；b)对氢气进行净化；c)将四氯化硅和氢气进行混合；d)将四氯化硅和氢气的混合气体用蒸汽和氢化反应的尾气中的一种或两种进行预执. e)将预热后的四氯化硅和氢气的混合气体进行氢化反应；f)将氢化反应的尾气进行回收，分馏出三氯氢硅。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)对四氯化硅进行提纯为提 纯至纯度大于等于99.99%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)对氢气进行净化为净化至 纯度大于等于99.999%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C)中四氯化硅与氢气的摩尔 比为1 2 1 4。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d)具体为将四氯化硅利用蒸 汽和氢化反应的尾气中的一种或两种蒸发为气相；再将蒸发后的混合气体利用氢化反应 的尾气进一步加热。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述四氯化硅蒸发后，混合气体的温度 达到 100°C 200"C。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合气体利用氢化反应的尾气进一 步加热后，温度达到200°C 400°C。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e)中四氯化硅的进料量为2t/ h 8t/h。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述步骤e)中氢化反应的条件为 温度 1200°C 1300°C，压力 0.3MPa 0.7MPa。
全文摘要
本发明提供了一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的方法，包括a)对四氯化硅进行提纯；b)对氢气进行净化；c)将四氯化硅和氢气进行混合；d)将四氯化硅和氢气的混合气体用蒸汽和氢化反应的尾气中的一种或两种进行预热；e)将预热后的四氯化硅和氢气的混合气体进行氢化反应；f)将氢化反应的尾气进行回收，分馏出三氯氢硅。本发明提供的方法在四氯化硅与氢气发生氢化反应前，利用蒸汽和氢化反应的尾气对四氯化硅和氢气的混合气体进行预热，进行氢化反应时耗费较少的电能就可以达到需要的温度，节省了能源，且氢化反应速度较快，反应时间较短，产能大，适合大规模多晶硅的生产。
文档编号C01B33/107GK102020282SQ200910169130
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者刘兴国, 夏进京, 朱国平, 潘和平 申请人:重庆大全新能源有限公司