[發明專利]合成多晶硅原料三氯氫硅的方法

有效

• 申請號: 200810028426.2
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101279734A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 王躍林;劉莉;龍成坤
• 申請（專利權）人: 廣州吉必盛科技實業有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 秦雪梅;萬志香

技術領域

本發明涉及一種化工產品的合成方法，特別是一種高效節能合成多晶硅原料三氯氫硅的方法。

背景技術

三氯氫硅(HSiCl₃)是多晶硅主要原材料，目前隨著國內外多晶硅市場需求的高速增長，國內多晶硅生產規模迅速擴大，國內對三氯氫硅的需求增長迅速。但目前國內的工藝僅限于小規模生產，一般單套規模為2～3千噸級，合成爐直徑在800mm以內，傳熱效率不高，三氯氫硅收率低于82％，四氯化硅等高沸物收率高，尾氣水洗方式排空，造成資源浪費。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種高效節能的、規模化的合成多晶硅原料三氯氫硅的方法。

解決上述技術問題的技術方案如下：

一種合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，包括以下步驟：

A)硅粉通過管道用氣體輸送至硅粉倉，再加入硅粉烘粉爐，用干燥的氯化氫輸送到三氯氫硅合成爐；

B)反應的氯化氫按比例(氯化氫與硅粉的摩爾比：2～2.5∶1)從三氯氫硅合成爐底部輸入合成爐內，合成爐中同時加入適量氫氣和四氯化硅，氫氣和通入的反應氯化氫的摩爾比：1∶10～15，四氯化硅與通入的反應氯化氫的摩爾比：1∶8～10；

C)合成爐中溫度控制在280～310℃，硅粉和氯化氫發生反應，生成包括有三氯氫硅和四氯化硅的混合氣體；該混合氣體經沉降、分離、過濾后除去粉塵及高氯硅烷的混合氣體，其中，得到的硅粉再利用干燥的氯化氫氣體輸送到合成爐；

D)除去粉塵及高氯硅烷的混合氣體，經水冷和隔膜壓縮機加壓后，再用-40℃冷媒將三氯氫硅和四氯化硅冷凝為液體。

反應方程式如下：

Si+3HCl＝SiHCl₃+H₂????(1)

Si+4HCl＝SiCl₄+2H₂????(2)

Si+2H₂+3SiCl₄＝4SiHCl₃????(3)

所述合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，還包括以下步驟：包含H₂、HCl的不凝氣體利用變壓吸附工藝分離出H₂，H₂經尾氣洗滌塔洗滌后放空；HCl氣體再通過回收壓縮機，回收后的氯化氫再與硅粉重新用于合成反應。

其中，所述氯化氫優選是采用液化后的氯氣為原料與氫氣合成的，可以大大降低了碳、磷等有機元素含量，保證三氯氫硅產品的純度，特別適合用于多晶硅的制備。

汽化后四氯化硅與氯化氫混合后通入，干燥的氫氣從直接合成爐底部通入。其中，四氯化硅與通入的反應氯化氫的摩爾比：1∶8～10，氫氣和通入的反應氯化氫的摩爾比：1∶10～15，所述合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，合成爐中同時加入適量氫氣和四氯化硅，有利于提高三氯氫硅的收率，降低產品的單耗和能耗，同時帶走系統生成的部分熱量，起到冷卻效果。

生成的三氯氫硅和四氯化硅等混合氣體經沉降器、旋風分離器分離后，利用干燥的氯化氫氣體將回收的硅粉輸送到合成爐。除去粉塵及高氯硅烷的混合氣體，經水冷和隔膜壓縮機加壓后，再用-40℃冷媒將三氯氫硅和四氯化硅冷凝為液體。含有H₂、HCl等的不凝氣體利用變壓吸附工藝分離出H₂，H₂經尾氣洗滌塔洗滌后放空，HCl等氣體再通過回收壓縮機，壓縮冷凝后的凝液為三氯氫硅及四氯化硅，不凝液為氯化氫，回收后的氯化氫再與硅粉重新用于合成反應。

反應用的氯化氫采用液化后的氯氣為原料與氫氣合成，可以大大降低了碳、磷等有機元素含量，保證三氯氫硅產品的純度，特別適合用于多晶硅的制備。從尾氣回收的氯化氫經過干燥后返回合成系統，形成循環，節約資源，既提高了三氯氫硅的收率，又降低了能源消耗。

本發明在合成爐中同時加入SiCl₄和氫氣，SiCl₄的加入抑制了反應式(2)的進行，降低四氯化硅的收率，保證三氯氫硅的含量。氫氣的加入有利于反應(3)的進行，提高三氯氫硅的收率。此外硅粉和氯化氫的反應是放熱反應，要及時移走熱量，保證反應溫度介于280～310℃之間，否則會導致有各種氯硅烷的產生，包括四氯化硅、二氯二氫硅等物質，該技術同時通入四氯化硅和氫氣，可帶走系統生成的部分熱量，起到冷卻效果，將三氯氫硅收率從82％提高87％以上。

附圖說明

圖1是本發明合成多晶硅原料三氯氫硅的方法的流程圖。

具體實施方式

實施例1：