一种三氯氢硅的等离子体制备装置制造方法
【专利摘要】一种三氯氢硅的等离子体制备装置。包括水冷内电极，介质阻挡结构，及风冷外电极结构。等离子体放电结构包括内电极的水冷结构以及外电极的风冷结构，外电极采用网状电极，提高放电稳定性及均匀性，放电电源采用高压电源。本发明所述方法及其装置完成对四氯化硅的氢化，生成三氯氢硅，具有处理成本低、工作效率高、无环境污染等特点。
【专利说明】一种三氯氢硅的等离子体制备装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三氯氢硅的等离子体制备装置。
技术背景
[0002]多晶硅是电子工业和光伏产业所需的主要原料。随着全球能源危机的日益加剧，太阳能作为一种清洁、可持续再生的能源，在全球范围内越来越受到关注。太阳能级多晶硅(杂质质量分数为10_6~10_5 )作为生产太阳能电池的重要原料，需求量逐年上升。
[0003]然而，生产多晶硅对环境的危害相当大。目前国内多晶硅企业所采用的生产方法均为西门子法，副产大量的四氯化硅。每生产I t多晶硅同时产生18 t四氯化硅。四氯化硅是高毒性物质， 对人的眼睛、皮肤、呼吸道有强烈刺激；遇到潮湿空气立即分解，生成硅酸和氯化氢。若不经处理便排放或掩埋四氯化硅，将严重污染环境，并使排放地或掩埋地寸草不生。由于四氯化硅转化的核心技术被国外少数几家企业垄断，若建处理四氯化硅的装置，其技术引进费用几乎占全部投资的I / 3，国内多数企业没有此类装置。因此，妥善处理四氯化硅是提高国内多晶硅生产能力、实现光伏产业可持续发展而必须解决的一个十分迫切的问题。
[0004]尽管通过利用四氯化硅生产白炭黑、有机硅等产品的技术消耗到部分四氯化硅，但得不偿失，利润很低。因此将四氯化硅还原生产三氯氢硅技术一直是全球各大多晶硅生产企业十分关注的问题。该技术在处理副产物四氯化硅的同时，还可得到生产多晶硅的原料三氯氢硅，从而没有量的限制，而且在处理过程中产生的氯化氢可以回到三氯氢硅合成工序加以利用，避免四氯化硅污染和前述方法可能产生的次生污染，可谓是一举多得的好办法。
[0005]目前，正在研究的四氯化硅还原生产三氯氢硅的方法有:传统的硅粉与氢气还原法、热氢化技术、催化加氢工艺等。但均优于或者对设备要求太苛刻，或难以工业化放大以及转化率太低未得到应用。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种利用等离子体氢化还原三氯氢硅的装置，降低反应温度，提高转化率及降低能耗等。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种三氯氢硅的等离子体制备装置，包括等离子体氢化装置，所述等离子体氢化装置包括水冷内电极、介质阻挡层、放电电源以及风冷外电极，所述外电极采用提高放电稳定性及均匀性的网状电极，所述放电电源采用高压电源。
[0008]优选的，所述的等离子体氢化装置采用高频电源。
[0009]优选的，所述高频电源的频率为4(T200Khz。
[0010]优选的，所述等离子体氢化装置还设有外绝缘护套。
[0011]优选的，所述等离子体氢化装置的内电极为空心金属管，所述外电极采用金属网。[0012]优选的，所述等离子体氢化装置的内电极设有供冷却水流通的管路。
[0013]优选的，所述等离子体氢化装置的外电极与外绝缘护套之间的环状间 隙连通冷却气体发生装置。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下显著优点:
Cl)转化率大大提高，单程转化率达到60%以上。而传统方法的转化率不足20% ；
(2)成本低，传统化工方法，设备复杂，高温高热反应，对结构要求高，能耗高。而等离子体结构相对简单，反应温度低；
(3)效率高，等离子体反应效率高，原子及离子温度达到4000k，反应过程在瞬间完成，效率大大提闻；
(4)装置简单，由于反应温度低，过程快，对设备材料及辅助设备要求相对较低。
[0015]本发明所述装置用于四氯化硅的氢化，生产多晶硅产业的原理三氯氢硅，实现多晶硅产业的零排放目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明装置结构示意图。
图2为本发明装置的内部结构示意图。
图1中:1，电源线；2，密封弹力垫；3，外层壳体；4，外电极；5反应腔体内壁；6，内电极；7，反应腔体外壁；9，原料气体出入口 ；1`0，水冷进出口 ；11，水冷通道；2，风冷进出口 ；13，固定拉杆。
【具体实施方式】
[0017]一种三氯氢硅的等离子体制备装置，如图1所示，包括等离子体氢化装置，所述等离子体氢化装置包括水冷内电极6、介质阻挡层、放电电源以及风冷外电极4，所述外电极采用提高放电稳定性及均匀性的网状电极，所述放电电源采用高压电源。其中，所述的等离子体氢化装置采用高频电源。所述高频电源的频率为4(T200Khz。所述等离子体氢化装置还设有外绝缘护套。所述等离子体氢化装置的内电极6为空心金属管，所述外电极4采用金属网。所述等离子体氢化装置的内电极6设有供冷却水流通的管路。所述等离子体氢化装置的外电极4与外绝缘护套之间的环状间隙连通冷却气体发生装置。
[0018]本装置工作原理如下，首先氢气与四氯化硅蒸汽按设定的1~4.5区间任一流量比混合，然后通过预热器将其预热到200°C，预热后的混合气体经过料气体出入口 9进入到等离子体氢化反应器。给等离子体氢化反应器的内外电极6、4上通过电源线I施加高频电场，产生等离子体。同时在内电极6管内通入冷却水11以冷却内电极温度，在反应腔体外壁7和外层壳体3通入冷却气体，以冷却外电极温度。在等离子体的作用下，部分四氯化硅化硅转化为三氯氢硅。之后产物被冷凝为液体，冷凝后的产物最后收集后通过分离系统分离。
[0019]通过气相色谱测定得到三氯氢硅的单程转化率为55%。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下显著优点:
Cl)转化率大大提高，单程转化率达到60%以上。而传统方法的转化率不足20% ；
(2)成本低，传统化工方法，设备复杂，高温高热反应，对结构要求高，能耗高。而等离子体结构相对简单，反应温度低；(3)效率高，等离子体反应效率高，原子及离子温度达到4000k，反应过程在瞬间完成，效率大大提闻；
(4)装置简单，由于反应温度低，过程快，对设备材料及辅助设备要求相对较低。
[0021]本发明所述方法及其装置用于四氯化硅的氢化，生产多晶硅产业的原理三氯氢硅，实现多晶硅产业的零排放目的。
【权利要求】
1.一种三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，包括等离子体氢化装置，所述等离子体氢化装置包括水冷内电极、介质阻挡层、放电电源以及风冷外电极，所述外电极采用提高放电稳定性及均匀性的网状电极，所述放电电源采用高压电源。
2.根据权利要求1所述的三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，所述的等离子体氢化装置采用高频电源。
3.根据权利要求2所述的三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，所述高频电源的频率为40~200Khz。
4.根据权利要求1所述的三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，所述等离子体氢化装置还设有外绝缘护套。
5.根据权利要求1所述的三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，所述等离子体氢化装置的内电极为空心金属管，所述外电极采用金属网。
6.根据权利要求1所述的三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，所述等离子体氢化装置的内电极设有供冷却水流通的管路。
7.根据权利要求4所述的三氯氢硅的等离子体制备装置，其特征在于，所述等离子体氢化装置的外电极与外绝缘护套之间的环状间隙连通冷却气体发生装置。
【文档编号】C01B33/107GK103787337SQ201210418382
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2012年10月29日
【发明者】王红卫 申请人:王红卫