[發明專利]一種生產三氯甲硅烷的方法

有效

• 申請號: 201710411063.X
• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN106986345B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 吳聯凱
• 申請（專利權）人: 吳聯凱
• 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

本發明公開了一種將四氯化硅連續反應生成三氯甲硅烷的方法，其方法包括：將四氯化硅、金屬硅粉以及催化劑經混合進料器混合后通入噴動床反應器，并使四氯化硅與金屬硅粉形成床層，氫氣經由噴動床反應器底部的氣體分布盤通入，形成噴動床進行反應，生成三氯甲硅烷與氫氣不斷排出反應器。其裝置系統包括噴動床反應器和混合進料器，同時配有金屬硅粉烘干器、硅粉進料器、四氯化硅加熱器、過濾器、氫氣罐、氫氣進料器、精餾系統以及渣漿回收器等。本發明方法反應溫度較低，轉化速率較高，系統內無固體顆粒，能夠顯著降低多晶硅的生產成本及設備維護成本。

技術領域

本發明涉及一種利用四氯化硅生產三氯甲硅烷的方法，更具體來說涉及一種在高壓條件下將液態四氯化硅與金屬硅粉連續氫化轉化為三氯甲硅烷的方法。本案是2015104455138(一種生產三氯甲硅烷的方法及裝置)的分案申請。

背景技術

目前，絕大多數的多晶硅生產方法是改良西門子工藝。這種工藝存在的一個主要缺點為：采用三氯甲硅烷為原料進行多晶硅沉積，反應過程中，生成大量副產物四氯化硅，若不加以循環利用，將危害環境并造成極大的原料浪費，嚴重影響生產成本。目前已大規模工業化的四氯化硅循環利用技術主要為冷氫化和熱氫化，均為將四氯化硅重新轉化為原料三氯甲硅烷的途徑。熱氫化技術是在熱氫化爐內以石墨或碳復合材料作為電加熱件，壓力為0.4～0.8MPa的，溫度為1200～1300℃的條件下使氫氣與四氯化硅反應生成三氯甲硅烷的過程。熱氫化的工藝流程及設備均較為簡單，投資規模較小，但熱氫化能耗高，平均生產一千克三氯甲硅烷的耗電量一般不低于3kWh，使多晶硅生產總成本難以控制，并且在熱氫化爐中的電加熱件上極易沉積硅，導致加熱效果降低，更嚴重時出現火花放電損壞設備，降低了設備使用率并增加了維護成本。冷氫化技術是在流化床反應器內以冶金級硅粉作為床層原料，通入氫氣和四氯化硅，在壓力為2～4MPa，溫度為500～550℃的條件下進行反應生成三氯甲硅烷。冷氫化生產三氯甲硅烷單位電耗僅為0.6～0.8kWh/kg，且單臺設備處理規模較大，四氯化硅單程轉化率可超過25％。但冷氫化工藝流程復雜，設備投資規模較大，并且系統內涉及高溫高壓下的固體硅粉氣力輸送，由于硅粉硬度極高，在氣固流態化體系中極易磨蝕設備，生產線維護費用較高切難以保證長周期連續運行。

現有技術無論是熱氫化或冷氫化，主要均為氣相中四氯化硅的氫化反應。熱氫化及冷氫化的反應均為可逆反應，反應平衡常數不高，而在氣相反應中，反應物與產物不分離，生成的產物將影響反應物的進一步反應，并且氣相中氣體分子密度較低，反應速率難以提高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種適合將液態四氯化硅和金屬硅粉連續與氫氣反應生產三氯甲硅烷的方法，該方法通過在高壓及溫度介于四氯化硅和三氯甲硅烷臨界溫度之間的條件下將氫氣通入液態四氯化硅，形成噴動床進行反應生成氣態三氯甲硅烷。該方法使用的裝置主要包含噴動床反應器與混合進料器，同時配有金屬硅粉烘干器、硅粉進料器、四氯化硅加熱器、過濾器、氫氣罐、氫氣進料器、精餾系統以及渣漿回收器等。液態四氯化硅、金屬硅粉和/或催化劑在混合進料器內混合后通入噴動床反應器，氫氣從反應器底部通入經氫氣分布盤分布后與床層進行反應生成氣態三氯甲硅烷。

本發明采用技術方案如下：

一種將液態四氯化硅與氫氣和硅粉連續反應生產三氯甲硅烷的方法，其特征在于在高壓條件下，將四氯化硅、金屬硅粉和/或催化劑經混合進料器混合，通入噴動床反應器，氫氣經由噴動床反應器底部的氣體分布盤通入，形成噴動床進行反應，生成三氯甲硅烷與氫氣不斷排出反應器。

其中，所述的將噴動床反應溫度控制在高于三氯甲硅烷臨界溫度且低于四氯化硅臨界溫度的區間內，反應壓力控制在使四氯化硅為液態，使液態四氯化硅與固體硅粉形成液固相的床層。

其中，所述噴動床反應器內壓力為2～4MPa，優選地為3.5～3.8MPa。

其中，所述噴動床反應器優選地為圓柱形結構，液態四氯化硅裝填液面不超過二分之一高度。