專利名稱：合成多晶硅原料三氯氫硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工產(chǎn)品的合成方法，特別是一種高效節(jié)能合成多晶硅原料三氯氫硅的 方法。
背景技術(shù)：
三氯氫硅(HSiCl3)是多晶硅主要原材料，目前隨著國(guó)內(nèi)外多晶硅市場(chǎng)需求的高速增長(zhǎng)， 國(guó)內(nèi)多晶硅生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)對(duì)三氯氫硅的需求增長(zhǎng)迅速。但目前國(guó)內(nèi)的工藝僅限于 小規(guī)模生產(chǎn)， 一般單套規(guī)模為2 3千噸級(jí)，合成爐直徑在800mm以內(nèi)，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(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高效節(jié)能的、規(guī)?；暮铣啥嗑Ч柙先葰涔?的方法。
解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)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(guò)管道用氣體輸送至硅粉倉(cāng)，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(yīng)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(nèi)，合成爐中同時(shí)加入適量氫氣和四氯化硅，氧氣和通入的反應(yīng)氯化氫的摩爾比1: 10 15，四氯化硅與通入的反應(yīng)氯化氫的摩爾比1: 8 10;
C) 合成爐中溫度控制在280 310°C，硅粉和氯化氫發(fā)生反應(yīng)，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(jīng)沉降、分離、過(guò)濾后除去粉塵及高氯硅垸的混合氣體，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(jīng)水冷和隔膜壓縮機(jī)加壓后，再用-4(TC冷媒將三氯氫硅 和四氯化硅冷凝為液體。
反應(yīng)方程式如下
Si + 3HC1 =SiHCl3 + H2 (1) Si + 4HC1 =SiCl4 + 2H2 (2)<formula>formula see original document page 4</formula>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、 HC1的不凝氣體利用
變壓吸附工藝分離出H2， H2經(jīng)尾氣洗滌塔洗滌后放空;HC1氣體再通過(guò)回收壓縮機(jī)，回收后 的氯化氫再與硅粉重新用于合成反應(yīng)。
其中，所述氯化氫優(yōu)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(jī)元素含量，保證三氯氫硅產(chǎn)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(yīng)氯化氫的摩爾比1: 8 10，氫氣和通入的反應(yīng)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(shí)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(chǎn)品的單耗和能耗，同時(shí)帶走系統(tǒng)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(jīng)沉降器、旋風(fēng)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(jīng)水冷和隔膜壓縮機(jī)加
壓后，再用-4(TC冷媒將三氯氫硅和四氯化硅冷凝為液體。含有H2、 HC1等的不凝氣體利用變 壓吸附工藝分離出H2, H2經(jīng)尾氣洗滌塔洗滌后放空，HC1等氣體再通過(guò)回收壓縮機(jī),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(yīng)。
反應(yīng)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(jī)元 素含量，保證三氯氫硅產(chǎn)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(jīng)過(guò) 千燥后返回合成系統(tǒng)，形成循環(huán)，節(jié)約資源，既提高了三氯氫硅的收率，又降低了能源消耗。
本發(fā)明在合成爐中同時(shí)加入SiCU和氫氣，SiCU的加入抑制了反應(yīng)式(2)的進(jìn)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(yīng)(3)的進(jìn)行，提高三氯氫硅 的收率。此外硅粉和氯化氫的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，要及時(shí)移走熱量，保證反應(yīng)溫度介于280 310。C之間，否則會(huì)導(dǎo)致有各種氯硅烷的產(chǎn)生，包括四氯化硅、二氯二氫硅等物質(zhì)，該技術(shù)同 時(shí)通入四氯化硅和氫氣，可帶走系統(tǒng)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。


圖1是本發(fā)明合成多晶硅原料三氯氫硅的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
參見(jiàn)工藝流程圖1。
原料硅粉以罐車(chē)運(yùn)入，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下通過(guò)管道將其輸送到硅粉原料倉(cāng)。通過(guò)星型加料 器把原料倉(cāng)中的硅粉加入到倉(cāng)式氣力輸送泵中，由倉(cāng)式氣力輸送泵將硅粉按1200公斤/小時(shí) (約4.29萬(wàn)摩爾/小時(shí))的速率連續(xù)送入單體合成裝置的烘粉爐，且在硅粉烘粉爐內(nèi)進(jìn)行干燥。
在烘粉爐經(jīng)熱氮?dú)夂娓珊蟮暮细窆璺塾?60標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(約3.39萬(wàn)摩爾/小時(shí)，氯 化氫與硅粉的摩爾比約為0.78) IO(TC的干燥的氯化氫氣體輸送加料到合成反應(yīng)器。
反應(yīng)氯化氫采用液化后的氯氣為原料與氫氣合成。2300標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(約10.27萬(wàn)摩 爾/小時(shí))氯化氫從三氯氫硅合成爐底部輸入合成爐內(nèi)，反應(yīng)氯化氫與硅粉的摩爾比約為2.38. 合成爐中同時(shí)加入氫氣和四氯化硅。四氯化硅在10(TC下汽化后，按摩爾比n四氯化硅/n反應(yīng) 氯化氫=1/9的混合比例與反應(yīng)氯化氫充分混合，然后連續(xù)穩(wěn)定輸送到合成爐底部輸入合成 爐內(nèi)。干燥后的氫氣按摩爾比n氫氣/n反應(yīng)氯化氫二l/12比例從直接合成爐底部通入。
合成爐內(nèi)，溫度控制在29(TC左右，硅粉和氯化氫發(fā)生反應(yīng)，生成三氯氫硅和四氯化硅 等混合氣體，三氯氫硅與四氯化硅的摩爾比7 7.5: 1。生成的混合氣體,經(jīng)沉降器、旋風(fēng)分 離器等分離后除去粉塵及高氯硅垸，其中得到的未反應(yīng)硅粉再利用干燥的氯化氫氣體輸送到
合成爐。除去粉塵及高氯硅垸的混合氣體，經(jīng)水冷和隔膜壓縮機(jī)加壓后，再用-40。C冷媒將三 氯氫硅和四氯化硅冷凝為液體，其中，主要含有H2、 HC1等的不凝氣體則利用變壓吸附工藝 分離出H2， H2經(jīng)尾氣洗滌塔洗漆后放空，HC1等氣體再通過(guò)回收壓縮機(jī)，回收后的氯化氫再 與硅粉重新用于合成反應(yīng)。制得的三氯氫硅收率88%。
實(shí)施例2
硅粉按1200公斤/小時(shí)的速率連續(xù)送入單體合成裝置的烘粉爐；輸送用的氯化氫氣體溫
度為10(TC，用量為900標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，干燥的氯化氫與輸入的硅粉摩爾比約為0.94: 1;
反應(yīng)用的氯化氫為2100標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，反應(yīng)氯化氫與硅粉的摩爾比約為2.18;四氯化硅 和反應(yīng)用的氯化氫的混合比例為n四氯化硅/n氯化氫二l/8.5;干燥后的氫氣按摩爾比n氫氣 /n氯化氫^l/ll比例從直接合成爐底部通入。其它參數(shù)和制備步驟不變，最后制得的三氯氫 硅收率88%。
實(shí)施例3
硅粉按1200公斤/小時(shí)的速率連續(xù)送入單體合成裝置的烘粉爐；輸送用的氯化氫氣體溫度為10(TC，用量為550標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，輸入的硅粉與干燥的氯化氫摩爾比約為0.56: 1; 反應(yīng)用的氯化氫為2400標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，反應(yīng)氯化氫與硅粉的摩爾比約為2.48;四氯化硅 和反應(yīng)用的氯化氫的混合比例為n四氯化硅/n氯化氫^ 1/9.8;干燥后的氫氣按摩爾比n氫氣 Ai氯化氫-1/14.5比例從直接合成爐底部通入。其它參數(shù)和制備步驟不變，最后制得的三氯 氫硅收率87%。
權(quán)利要求
1. 一種合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，其特征是，主要包括以下步驟A)硅粉通過(guò)管道用氣體輸送至硅粉倉(cāng)，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(yīng)氯化氫從三氯氫硅合成爐底部輸入合成爐內(nèi)，所述輸入的反應(yīng)氯化氫與步驟A)中所述的硅粉的摩爾比2～2.5∶1；合成爐中還加入氫氣和四氯化硅，氫氣與輸入的反應(yīng)氯化氫的摩爾比1∶10～15，四氯化硅與輸入的反應(yīng)氯化氫的摩爾比1∶8～10；C)溫度控制在280～310℃，硅粉和氯化氫發(fā)生反應(yīng)，生成主要包括有三氯氫硅和四氯化硅的混合氣體；該混合氣體經(jīng)分離過(guò)濾后除去粉塵及高氯硅烷，其中，未反應(yīng)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(jīng)水冷和隔膜壓縮機(jī)加壓后，再用-40℃冷媒將三氯氫硅和四氯化硅冷凝為液體，其中，分離出包含H2、HCl的不凝氣體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，其特征是，還包括以下步驟包含 H2、 HC1的不凝氣體利用變壓吸附工藝分離出H2， H2經(jīng)尾氣洗滌塔洗滌后放空;HC1氣體再通 過(guò)回收壓縮機(jī)，回收后的氯化氫再與硅粉重新用于合成反應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，其特征是，步驟A)中千燥的氯化氫與硅粉的摩爾比0.5 1: 1。
4..根據(jù)權(quán)利要求1所述合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，其特征是，步驟B)中所述四氯化硅 以氣態(tài)形式通入，四氯化硅氣體與氯化氫混合后通入，氫氣從直接合成爐底部通入。
5.根據(jù)權(quán)利要求l一4任一項(xiàng)所述合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，其特征是，所述氯化氫 是采用液化后的氯氣為原料與氫氣合成的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種合成多晶硅原料三氯氫硅的方法，該方法包括以下步驟A)硅粉用干燥的氯化氫氣體輸送到三氯氫硅合成爐；B)反應(yīng)的氯化氫按比例從三氯氫硅合成爐底部輸入合成爐內(nèi)，合成爐中同時(shí)加入適量氫氣和四氯化硅；C)溫度控制在280～310℃，硅粉和氯化氫發(fā)生反應(yīng)，生成包括有三氯氫硅和四氯化硅的混合氣體；D)除去粉塵及高氯硅烷的混合氣體，經(jīng)水冷和隔膜壓縮機(jī)加壓后，再用-40℃冷媒將三氯氫硅和四氯化硅冷凝為液體，其中，分離出包含H₂、HCl的不凝氣體。該方法可將三氯氫硅收率從82％提高88％以上。
文檔編號(hào)C01B33/107GK101279734SQ20081002842
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者莉 劉, 王躍林, 龍成坤 申請(qǐng)人:廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司