[發明專利]一種改進的低壓合成工藝制備三氯氫硅的方法

有效

• 申請號: 201210275343.X
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102795628A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 陳學記
• 申請（專利權）人: 東華工程科技股份有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及一種改進的低壓合成工藝制備三氯氫硅的方法，屬于改良西門子法制備太陽能級多晶硅技術領域。

背景技術

當前改良西門子法制備太陽能級多晶硅工藝流程是最普及的一種工藝流程，全球多晶硅制備工廠超過90%使用的是這種工藝流程，而且這種工藝當前還在發展完善期，還將在未來相當長的時間內占據著主流工藝技術。

但是該工藝流程也經歷了幾代的開發和發展，最近特別地集中在TCS制備工藝上出現了幾種不同的流程：硅粉（Si）和氯化氫（HCl）的低壓合成法、四氯化硅（STC）氫化轉化法（其中又有熱氫化和冷氫化之分）和DCS反歧化法，這三種方法各有側重點，可視具體不同流程來選擇。

US-5118485[P]報道了一種冷氫化的方法：由STC在流化床反應器中還原成三氯氫硅，討論了四氯化硅的轉化率和STC與H2的比例關系。反應方程式為：

3SiCl₄+2H₂+Si→4SiHCl₃

CN201010514102.7[P]公開了一種Si和HCl的低壓合成工藝，通過使Si與HCl在0.5-30atm的絕對壓力，250-1100℃的溫度下，流化床反應器、攪拌床反應器或固定床反應器中生產三氯氫硅的方法。?

日本延遲公開專利56-73617，公開了一種用銅粉作為催化劑生產TCS的方法。同時將硅粉、HCl、STC、H2在流化床中，在350-600?℃下反應可以由Si和HCl生成TCS，同時STC也轉化為TCS的方法。

日本延遲公開專利60-36318，公開了一種將STC轉化成TCS的方法，它是STC和H2?通過硅離子，在500-700℃下反應，采用CuCl作為催化劑。

本發明的思路，基于Si和HCl的低壓合成工藝，選擇其主要設備流化床反應器作為反應場所，進行新的化學反應。本發明對低壓合成法反應的各種工藝參數進行了持續地研究，對上述發明進行了改進：取消了銅粉、CuCl催化劑；降低了反應溫度和壓力。

發明內容

本發明的目的是基于硅粉和氯化氫的流化床反應器法工藝的改進，保留并改進了其主要設備流化床作為主要反應場所，提供了一種改進的低壓合成工藝制備三氯氫硅的方法，使用二氯二氫硅DCS轉化制備三氯氫硅TCS的方法。該方法既是一種新的TCS的制備方法，同時也解決了一個傳統改良西門子法的弊端：DCS富集的問題。工藝簡潔、易操作、安全、穩定。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種改進的低壓合成工藝制備三氯氫硅的方法，包括硅粉（Si）和氯化氫

（HCl）的低壓合成法制備三氯氫硅TCS的流程與設備，所述設備主要包括二氯二氫硅蒸發器和流化床反應器，把精餾工段的二氯二氫硅DCS在蒸發器中氣化，然后將氣態的二氯二氫硅DCS通入流化床反應器和過量的HCl反應來制備三氯氫硅；精餾工段一定時間內聚集的DCS反應結束后，轉入硅粉（Si）和氯化氫（HCl）的低壓合成法制備三氯氫硅TCS的流程。

所述的精餾工段的二氯二氫硅DCS在蒸發器中氣化過程為：將來自精餾工段三氯氫硅TCS產品精餾塔的底部出料液態的四氯化硅STC，或者其他工段或設備的液態STC，輸送到DCS蒸發器達到要求的液位：5～70%；然后將來自精餾工段脫輕組分塔的頂部產物：液態的低溫低壓的二氯二氫硅DCS輸送到立式的DCS蒸發器的殼程段，通過熱媒加熱到一定溫度，且通過輸送氣進入殼程段把壓力提高到一定的壓力范圍內。

所述的改進的低壓合成工藝制備三氯氫硅的方法，具體包括以下步驟：

（1）預先在流化床反應器中裝進一定高度的金屬級硅粉；

（2）將來自精餾工段三氯氫硅TCS產品精餾塔的底部出料液態的四氯化硅STC，或者其他工段或設備的液態STC，輸送到DCS蒸發器達到要求的液位：5～70%；

（3）將來自精餾工段脫輕組分塔的頂部產物：液態的低溫低壓的二氯二氫硅DCS輸送到立式的DCS蒸發器的殼程段，通過熱媒加熱到100～200℃，且通過輸送氣進入殼程段把壓力提高到0.1～2.0MPa；

（4）一定量的壓力為0.1～1.0?MPa?的HCl氣體通過流化床底端的分布器吹向硅粉床層以形成一定高度的流化起來的硅粉反應床；

（5）將上述（3）的狀態下的DCS通入流化床，要DCS和HCl保持1：1～5

的摩爾比的進料流量；