一种反歧化法制备三氯氢硅的工艺的制作方法

本发明涉及一种三氯氢硅制备领域，尤其涉及利用反歧化法制三氯氢硅的工艺。

背景技术：

多晶硅的生产中，三氯氢硅和氢气在还原炉中进行还原反应生成多晶硅，反应过程中三氯氢硅未能完全参与反应，未参加反应的三氯氢硅、氢气与产生的副产物四氯化硅、二氯二氢硅一起进入尾气回收系统，其中氯硅烷液体与气态氢气进行分离，分离后的氯硅烷液体进入精馏提纯系统进行分离提纯，得到合格的原料三氯氢硅。

四氯化硅三氯氢硅（tcs）的还原过程中会产生二氯二氢硅（dcs），在现有工艺生产过程中，dcs是不能够回收利用的，它在精馏过程中随其它轻组分一起蒸出，而进入到废气洗涤系统，消耗大量的液碱大大增加了生产成本并对环境造成严重的污染。利用反歧化技术可将二氯二氢硅与四氯化硅反应从而制得多晶硅生产必须的原料三氯氢硅，从而大大节省了成本。

中国专利申请公布号cn102923716a，申请公布日为2013年2月13日的发明公开了一种二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅工艺，该发明的二氯二氢硅反歧化工艺采用液态二氯二氢硅和液态四氯化硅混合进料，反应采用的是装载催化剂的固定床反应器。

上述发明虽然利用反歧化法提高了多晶硅生产系统的原料利用率，但在该工艺流程中，二氯二氢硅与四氯化硅是液液混合，原料混合不够紧密，采用固定床反应器，原料从反应器顶部进入，反应时间短，转化率不高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种原料转化率高的反歧化法制三氯氢硅的工艺。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种反歧化法制备三氯氢硅的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）将经过精馏提纯后的二氯二氢硅和四氯化硅经静态混合器混合后进入混合罐，其中二氯二氢硅与四氯化硅质量比为1：5～1：7；

2）将步骤1）的混合料通过屏蔽泵送入汽化器中；

3）将汽化器中出来的二氯二氢硅和四氯化硅气液混合物送入流化床式反应器的底部进行催化反应；

4）经步骤3）反应后的产品和未反应的原料至反应器的顶部采出，采出产品送入精馏塔进行提纯，塔顶分离出来的二氯二氢硅与塔釜采出的四氯化硅继续回到流化床式反应器中进行反应，塔体中部分离出的三氯氢硅进储存罐储存。

所述步骤1）中的二氯二氢硅混合前采用0～10℃的脱盐水进行冷凝，四氯化硅混合前采用40～60℃的工艺循环水进行冷凝。

所述步骤2）中汽化器的内部压力为0.2～0.4mpa，汽化器的进口温度为20～30℃，汽化器的出口温度为60～80℃。

所述步骤3）中流化床式反应器的内部压力为0.3～0.7mpa，反应温度为50～70℃，反应时间为10～15s。（由于汽化器和流化床式反应器内部的压力小于标准大气压，位于其内部的四氯化硅的沸点将达到100℃左右）

所述步骤3）中流化床式反应器内填充的催化剂为表面活性型树脂催化剂，并且表面活性型树脂催化剂浸泡在四氯化硅中。表面活性型树脂催化剂为一种新型催化剂，树脂表面活性基物质可以将四氯中的硅氯键发生断裂，氯离子与活性物质结合可将二氯中的氢离子进行交换，从而达到生产三氯氢硅的目的。

所述二氯二氢硅和四氯化硅来自多晶硅生产系统。

stc和dcs在一定的温度、压力、催化剂的作用下反应生成tcs，其再生的分子组成如下：

sih2cl2+cat→sihcl2+cat-h

sicl4+cat→sicl3+cat-cl

sihcl2+cat-cl→sihcl3

sicl3+cat-h→sihcl3

注：分子式中的“cat”代表表面活性型树脂催化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明中二氯二氢硅和四氯化硅以气液混合形态在反应器中反应，气液混合原因是由于气态分子间隙大，液态分子间隙紧密，从而保证二氯二氢硅分子被四氯化硅分子所包围，保证二氯二氢硅与四氯化硅得到充分反应，从而提高了转化率。

2、本发明用流化床式反应器代替固定式反应器，二氯二氢硅与四氯化硅以气液混合方式从反应器底部进料，此种方式相比顶部进料的区别在于，物料从底部向顶部运动时需克服树脂阻力，相比顶部进料流动速率变慢，物料与树脂催化剂反应更加充分，从而提高了转化率。

3、本发明中的催化剂使用浸泡在四氯化硅中的表面活性型树脂催化剂，催化效果好，反应更充分，转化率更好，一次性转化率最高可达到95%。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的工艺流程图参见图1。

实施例1

将多晶硅生产系统中的气态的二氯二氢硅通过二氯二氢硅冷凝器0～5℃脱盐水进行冷凝，四氯化硅液体通过40～50℃的四氯化硅冷却器工艺循环水冷却后，按照质量比1:7送入混合器进行混合，混合好的氯硅烷液体进入混合罐内。

混合好的原料进料温度为20～25℃，通过屏蔽泵送入内部压力为0.2mpa的汽化器中进行加热，将物料加热成60～70℃气液混合态，加热后的物料送至反应器中进行反应，所述反应器为流化床反应器，其内部装填有被四氯化硅浸泡的表面活性型树脂催化剂，控制反应器反应温度为50～60℃，反应压力为0.5～0.6mpa，二氯二氢硅和四氯化硅气液混合物自下而上通过催化剂，一部分反应原料发生催化反应反歧化生成三氯氢硅，在此工艺条件下二氯二氢硅的转化率约为95%，反应后的产品和未反应的原料至反应器的顶部采出，此时反应产品中主要组份为二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，将反应器采出产品送入精馏塔进行提纯，塔顶分离出来的二氯二氢硅与塔釜采出的四氯化硅继续回到流化床式反应器中进行反应，从而使二氯二氢硅的转化率最终能达到100%。

实施案例2

将多晶硅生产系统中的气态的二氯二氢硅通过二氯二氢硅冷凝器5～10℃脱盐水进行冷凝，四氯化硅液体通过50～60℃的四氯化硅冷却器工艺循环水冷却后，按照质量比1:6送入混合器进行混合，混合好的氯硅烷液体进入混合罐内。

混合好的原料进料温度为20～30℃，通过屏蔽泵送入汽化器中进行加热，将物料加热成70～80℃气液混合态，加热后的物料送至反应器中进行反应，所述反应器为流化床反应器，其内部装填有被四氯化硅浸泡的表面活性型树脂催化剂，控制反应器反应温度为60～70℃，反应压力为0.5～0.7mpa，二氯二氢硅和四氯化硅气液混合物自下而上通过催化剂，一部分反应原料发生催化反应反歧化生成三氯氢硅，在此工艺条件下二氯二氢硅的转化率约为90%，反应后的产品和未反应的原料至反应器的顶部采出，此时反应产品中主要组份为二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，将反应器采出产品送入精馏塔进行提纯，塔顶分离出来的二氯二氢硅与塔釜采出的四氯化硅继续回到流化床式反应器中进行反应，最终二氯二氢硅的转化率达到100%。

实施案例3

将多晶硅生产系统中的气态的二氯二氢硅通过二氯二氢硅冷凝器0～10℃脱盐水进行冷凝，四氯化硅液体通过60～80℃的四氯化硅冷却器工艺循环水冷却后，按照质量比1:5送入混合器进行混合，混合好的氯硅烷液体进入混合罐内。

混合好的原料进料温度为20～30℃，通过屏蔽泵送入汽化器中进行加热，将物料加热成60～80℃气液混合态，加热后的物料送至反应器中进行反应，所述反应器为流化床反应器，其内部装填有被四氯化硅浸泡的表面活性型树脂催化剂，控制反应器反应温度为50～70℃，反应压力为0.3～0.7mpa，二氯二氢硅和四氯化硅气液混合物自下而上通过催化剂，一部分反应原料发生催化反应反歧化生成三氯氢硅，在此工艺条件下二氯二氢硅的转化率约为60%，反应后的产品和未反应的原料至反应器的顶部采出，此时反应产品中主要组份为二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，将反应器采出产品送入精馏塔进行提纯，塔顶分离出来的二氯二氢硅与塔釜采出的四氯化硅继续回到流化床式反应器中进行反应。经过多次循环反应后，产品采出三氯氢硅中仍含有部分二氯二氢硅，最终转化率未达到100%。