[發(fā)明專利]多晶硅副產(chǎn)品四氯化硅的回收利用方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910300002.1
• 申請日: 2009-01-04
• 公開（公告）號: CN101481114A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李紹通
• 申請（專利權(quán)）人: 李紹通
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及到多晶硅副產(chǎn)品四氯化硅(SiCl₄)的回收利用方法。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)外大量三氯氫硅企業(yè)和采用西門子工藝的多晶硅廠均采用硅粉(Si)與氯化氫(HCl)合成制取三氯氫硅(SiHCl₃)，SiHCl₃則用于生產(chǎn)多晶硅，SiCl₄為副產(chǎn)品。在合成產(chǎn)物中，SiHCl₃約占80％，SiCl₄約占20％。

Si+3HCl＝SiHCl₃+H₂

Si+4HCl＝SiCl₄+2H₂

2SiHCl₃+H₂＝Si+2HCl+SiCl₄+H₂

采用西門子工藝的多晶硅廠每生產(chǎn)一噸高純多晶硅產(chǎn)品，將產(chǎn)生副產(chǎn)品四氯化硅10～20噸、氯化氫1～5噸。

四氯化硅必須進(jìn)行回收處理，否則難以實(shí)現(xiàn)多晶硅產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)。

SiCl₄+H₂＝SiHCl₃+HCl

國外多晶硅廠用氫化法處理SiCl₄的工藝，一般是在以氯化亞銅為觸媒，以硅藻土或活性炭、氧化鋁為載體的粒狀鎳鹽、銅鹽觸媒存在的條件下，控制一定的溫度、壓力，使H₂與SiCl₄混合氣體與硅粉在反應(yīng)器內(nèi)以沸騰狀態(tài)接觸進(jìn)行氫化，部分SiCl₄轉(zhuǎn)化成SiHCl₃，其產(chǎn)物中的SiCl₄經(jīng)分離后使其反復(fù)循環(huán)轉(zhuǎn)化進(jìn)行回收。

3SiCl₄+Si+2H₂＝4SiHCl₃

為強(qiáng)化反應(yīng)過程，反應(yīng)器采用一種多層隔板，每層都分別放入硅粉和粒狀觸媒，使H₂、SiCl₄、HCl的混合氣體通過多層隔板反應(yīng)器來提高SiCl₄的轉(zhuǎn)化率。

上述工藝缺點(diǎn)是鎳鹽、銅鹽等觸媒與硅粉配比一般為5％，一次轉(zhuǎn)化率較低，一般為15—18％，該工藝原材料消耗較高、生產(chǎn)效率低。粒狀鎳鹽、銅鹽觸媒活性小、要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化條件高，壓力為2.1—3.5MPa，溫度500℃，反應(yīng)器材質(zhì)要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗大成本高。

CN?1183034公開了一種四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯氫硅的方法，用四氯化硅、氫氣、冶金硅在內(nèi)膽電感發(fā)熱體的沸騰床反應(yīng)器中進(jìn)行氣固催化氫化反應(yīng)。該工藝雖對西門子工藝的副產(chǎn)物四氯化硅進(jìn)行了循環(huán)回收處理，但是內(nèi)膽電感發(fā)熱體占用了反應(yīng)器的大量反應(yīng)空間，使得反應(yīng)效率和轉(zhuǎn)化率很低，而且內(nèi)膽電感發(fā)熱體能耗高、易被磨損，難以放大和規(guī)模化實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)，提供多晶硅副產(chǎn)品四氯化硅的回收利用的新方法。本發(fā)明將四氯化硅、氫氣、氯化氫的混合氣體按一定配比，通過一級或多級加氫專用雷尼鎳催化劑和硅粉的混合料層的氫化反應(yīng)器，在一定反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和微波共同作用下，進(jìn)行催化氫化反應(yīng)合成三氯氫硅。

本發(fā)明的理論反應(yīng)式如下：

本發(fā)明的多晶硅副產(chǎn)品四氯化硅的回收利用新方法四氯化硅轉(zhuǎn)化率高、生產(chǎn)能力大，能耗低、系統(tǒng)設(shè)備簡單，為綜合利用提供了更為先進(jìn)工藝。

加氫專用雷尼鎳催化劑先置于氫化反應(yīng)器中活化?；罨瘲l件用高溫氫氣，在一定流速由常溫升至溫度400℃～450℃完成活化過程。然后將硅粉加入氫化反應(yīng)器中，與加氫專用雷尼鎳催化劑均勻混合，雷尼鎳催化劑與硅粉的質(zhì)量比為0.3～3。

氫氣、氯化氫溫度為450℃～500℃，壓力為1.0MPa。

四氯化硅液相溫度在貯罐中保持小于50℃，經(jīng)換熱后變?yōu)闅庀啵瑝毫?.5MPa。四氯化硅與氫氣、氯化氫混合氣的摩爾比為1：2～20：0.2～5。

氫化反應(yīng)器內(nèi)，四氯化硅與氫氣、氯化氫混合氣通過加氫專用雷尼鎳催化劑與硅粉混合料層的氫化反應(yīng)器發(fā)生催化氫化反應(yīng)合成三氯氫硅。反應(yīng)溫度為350～450℃、壓力1.0～1.5Mpa，單位停留時(shí)間內(nèi)四氯化硅與硅粉的摩爾比為2～5，并依據(jù)這個(gè)比例補(bǔ)充消耗的硅粉。