[發(fā)明專利]一種新型三氯氫硅合成爐

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310603467.4
• 申請日: 2023-05-26
• 公開（公告）號: CN116621182A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭浩;樊東昊;王國林;王倩;彭孝天;翟鑫鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);江蘇福斯特石化裝備有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107
• 代理公司: 南京有岸知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32757
• 代理人: 王磊

本發(fā)明涉及硅產(chǎn)業(yè)化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新型三氯氫硅合成爐，包括爐體、供氣段、氣體分流模組、反應(yīng)機構(gòu)、換熱系統(tǒng)、硅粉噴射裝置、以及出料段，供氣段和氣體分流模組的連接處設(shè)有用來導(dǎo)引氣體向上流動的分流孔板，分流孔板板面上設(shè)有若干環(huán)形錯位分布的軸向通孔，每個通孔上裝配有對應(yīng)尺寸且將氣體吹向多個方向的氣體噴管組件，反應(yīng)機構(gòu)中部的壁面上斜向下設(shè)置有硅粉噴射裝置，出料段內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，其頂端設(shè)置有用來收集反應(yīng)得到三氯氫硅合成氣體的出氣口，未完全反應(yīng)的硅粉通過出料段側(cè)壁面的沉降口分離排出；本發(fā)明提高硅粉和氯化氫氣體的反應(yīng)效率，提高爐溫控制精度及響應(yīng)速度，保障產(chǎn)物合成效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅產(chǎn)業(yè)化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新型三氯氫硅合成爐。

背景技術(shù)

三氯氫硅是制備有機硅、生產(chǎn)硅晶太陽能電池和半導(dǎo)體器件的重要原料，廣泛應(yīng)用于國防、信息科技乃至民用日常等多個領(lǐng)域，也可用于外延硅片和硅烷的制備。目前三氯氫硅制備方法主要有硅氯氫化法、四氯化硅氫化和利用副產(chǎn)物的反歧化法，其中硅氯氫化法由于其工藝簡單、合成效率高而得到廣泛的市場應(yīng)用，該方法即將氯化氫氣體和硅粉放在合成爐中在280-325℃和0.20-0.40MPa的條件下反應(yīng)制得，必要時添加銅或銅鹽作為催化劑，反應(yīng)產(chǎn)物主要為三氯氫硅和四氯化硅。其中三氯氫硅產(chǎn)量主要受反應(yīng)溫度的影響，反應(yīng)溫度升高反應(yīng)速率增加，單位時間、單位體積的產(chǎn)量也隨之增加，但同時反應(yīng)產(chǎn)物中的四氯化硅含量同樣也隨之增加，而該合成反應(yīng)為強放熱反應(yīng)。因此，通常需采用內(nèi)置的換熱管束在反應(yīng)前提升爐內(nèi)溫度，從而達到反應(yīng)溫度，并在反應(yīng)開始后將反應(yīng)熱量及時移出反應(yīng)體系，維持爐內(nèi)溫度從而保證產(chǎn)品收率，提高生產(chǎn)效能，而換熱管的換熱效率對于反應(yīng)溫度的控制精度及響應(yīng)速度有根本性的影響，一般在工業(yè)生產(chǎn)中最佳的反應(yīng)溫度為300℃。

一般三氯氫硅合成爐的換熱管束主材料為碳鋼，在正常使用情況下，受到氯化氫氣體和硅粉的沖刷磨損，換熱管束管壁會逐漸減薄，一方面變薄的管壁對于爐內(nèi)和管內(nèi)壓力的承受程度變?nèi)酰瑖?yán)重時會產(chǎn)生泄漏甚至爆裂的風(fēng)險，造成人身和經(jīng)濟損失；另外，沖刷磨損下來的金屬粉末會帶入反應(yīng)系統(tǒng)，對系統(tǒng)管道、設(shè)備及產(chǎn)品的質(zhì)量都會產(chǎn)生較大的影響，降低了設(shè)備使用壽命和產(chǎn)品收率。一般情況下?lián)Q熱管束的使用壽命約為3個月左右，每次維修更換需要的極大的人力和物力，而恢復(fù)安裝周期較長，耽誤正常生產(chǎn)。

目前的三氯氫硅合成爐一般采用單側(cè)加料方式，即氯化氫和硅粉都是從合成爐的一側(cè)進入爐體，這種加料方法容易造成氯化氫氣體及硅粉在合成爐中分布不均，形成偏流，進而導(dǎo)致合成爐內(nèi)不同區(qū)域之間出現(xiàn)較大溫差，導(dǎo)致分流孔板表面總壓過高，造成壓力畸變。并且反應(yīng)溫度的失衡，會導(dǎo)致生成的四氯化硅和二氯二氫硅過多，影響企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效能，且反應(yīng)不充分，未完全反應(yīng)的氯化氫氣體會進入后續(xù)工段，影響產(chǎn)能利用。因此，為確保三氯氫硅的合成反應(yīng)高效穩(wěn)定，有必要對三氯氫硅合成爐進行優(yōu)化改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型三氯氫硅合成爐，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)解決上述問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種新型三氯氫硅合成爐，包括爐體、設(shè)在爐體底端的供氣段、設(shè)在供氣段上方的氣體分流模組、設(shè)在氣體分流模組上方的反應(yīng)機構(gòu)、設(shè)于反應(yīng)機構(gòu)內(nèi)部使得換熱工質(zhì)折返流動的換熱系統(tǒng)、設(shè)于反應(yīng)機構(gòu)側(cè)端用于將硅粉均勻噴射于反應(yīng)機構(gòu)內(nèi)部的硅粉噴射裝置、以及設(shè)在爐體頂端的出料段，供氣段一端的側(cè)壁上設(shè)有供氣口，氣體分流模組包括孔板組件和氣體噴管組件，孔板組件包括分流孔板和若干個通孔，供氣段和氣體分流模組的連接處設(shè)有用來導(dǎo)引氣體向上流動的分流孔板，分流孔板板面上設(shè)有若干環(huán)形錯位分布的軸向通孔，每個通孔上裝配有對應(yīng)尺寸且將氣體吹向多個方向的氣體噴管組件，反應(yīng)機構(gòu)中部的壁面上斜向下設(shè)置有硅粉噴射裝置，出料段內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，其頂端設(shè)置有用來收集反應(yīng)得到三氯氫硅合成氣體的出氣口，未完全反應(yīng)的硅粉通過出料段側(cè)壁面的沉降口分離排出。