專利名稱：一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
三氯氫硅(SiCl3)是制備高純多晶硅的主要原料?，F(xiàn)在常用的三氯氫硅的生產(chǎn)方 法是將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為280 320攝氏度，其反應(yīng)式為Si+3HC1-----------------SiHCl3+H2這種方法通常由于氯化氫氣體中水含量過高，而使得三氯氫硅的收率極低。2010 年2月出版的2010年第二期《氯堿工業(yè)》雜志中，介紹了氯化氫中水含量與三氯氫硅收率 的關(guān)系當(dāng)氯化氫中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 05%時(shí)，三氯氫硅合成收率可以達(dá)到90%，但是，當(dāng) 氯化氫中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，三氯氫硅合成收率只有70%。同時(shí)，氯化氫氣體中的水 分，使得少量氯化氫以鹽酸形式進(jìn)入三氯氫硅沸騰爐，會(huì)腐蝕設(shè)備，縮短設(shè)備壽命，并使系 統(tǒng)中的三氯氫硅水解成二氧化硅，堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。這篇文獻(xiàn)中還公開了一種降 低氯化氫中水含量的方法，即在氯化氫氣體合成中，強(qiáng)化對(duì)氫氣進(jìn)行干燥，還有就是對(duì)氯化 氫氣體進(jìn)行脫酸處理。這種處理方法雖然可以確保進(jìn)入三氯氫硅沸騰爐的氯化氫含水質(zhì)量 分?jǐn)?shù)低于0. 1%，但是設(shè)備復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種提高轉(zhuǎn)化率，低成本的三氯氫硅的生產(chǎn) 方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的三氯氫硅的生產(chǎn)方法為一種三氯氫硅的生 產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅，在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之 前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅氣體，兩種種氣體的體積比為氯化氫四氯化 硅氣體=(8 9) 1，兩種種氣體在60 80°C下充分混合，四氯化硅氣體與混合氣中水 份反應(yīng)生成二氧化硅，經(jīng)過二氧化硅分離器除去二氧化硅后，氣體進(jìn)入沸騰爐與硅粉反應(yīng) 生成三氯S娃。本發(fā)明可以有效的除去三種氣體中的水分，四氯化硅與水發(fā)生如下反應(yīng)SiCl4+2H20-------Si02+4HC1通過這一反應(yīng)，可以有效除去氣體中的水分，使水在氣體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 50ppm,從而有效的提高轉(zhuǎn)化率。除了上述技術(shù)方案，本發(fā)明還可以按如下技術(shù)方案進(jìn)行在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰 爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，三種氣體的體積比為氯化氫四 氯化硅氣體氫氣=(8 9) 1 (0.5 1)，三種氣體在60 80°C下充分混合，四氯 化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，經(jīng)過二氧化硅分離器除去二氧化硅后，氣體 進(jìn)入沸騰爐與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。上述技術(shù)方案，不僅可以除去氯化氫氣體中的水分，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，還可以減少副產(chǎn)物的產(chǎn)量，提高三氯氫硅的純度。其原理如下在沸騰爐中，氯化氫和硅粉主要發(fā)生下列反應(yīng)Si+3HC1-------------SiHCl3+H2 (1)并伴隨著如下副反應(yīng)SiHCl3+HCl------------SiCL4+H2 (2)反應(yīng)(1)的反應(yīng)反應(yīng)溫度為280 320°C，反應(yīng)(2)的反應(yīng)溫度不低于320°C在合成反應(yīng)中，溫度、氯化氫量、硅粉粒度、氯化氫中氧和水份等，都對(duì)合成產(chǎn)物中 三氯氫硅含量有很大影響。因此，必須嚴(yán)格控制操作條件。由反應(yīng)式(1)可得Kpl = PH2XPSiHC13/P3HC1即PSiHC13= KplXP3HC1/PH2 (3)同理由反應(yīng)⑵可得 PSiCL4 = Kp2 X Psiacl3 X PHCi/PH2 ⑷由(3) (4)兩式相乘得PSiCL4 = KplXKp2XP4HC1/P2H2 (5)由于反應(yīng)(1)⑵在同一平衡體系中，有PSiHC13/PSiCL4 = PH2/ (Kp2 X Phc1) (6)式中Kpl, Kp2 是平衡常數(shù)；PH2, PSiHC13> Phc1、PSiCL4 分別是 H2, SiHCl3、HCI、SiCL4 的平 衡分壓。由此得出適當(dāng)加入氫氣，系統(tǒng)中氯化氫濃度相應(yīng)降低，pSiHa3/pSia4比值增大，其摩 爾比也相應(yīng)增大，則三氯氫硅含量增加。又由反應(yīng)式(2)可知此反應(yīng)是一平衡可逆反應(yīng)，在合成體系中，適當(dāng)加人四氯化 硅可使該平衡向左移動(dòng)，從而減少四氯化硅產(chǎn)出量，降低硅粉消耗，提高三氯氫硅產(chǎn)量。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本發(fā)明三氯氫硅的生產(chǎn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例中所述的含量均為質(zhì)量百分含量。實(shí)施例中的ppm表示混合氣體中 水蒸氣的質(zhì)量含量，單位為百萬分之一，如35ppm，即為百萬分之三十五，即質(zhì)量含量為 0. 0035%。實(shí)施例1一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅， 在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅，兩種種氣體的體 積比為氯化氫四氯化硅氣體=8 1，兩種種氣體在60 80°C下充分混合，四氯化硅氣 體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸騰爐與硅粉反應(yīng)生成三
氣氧娃。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為35ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為85.4%, SiCl4的含量為10. 2%.實(shí)施例2
一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅， 在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅，兩種種氣體的體 積比為氯化氫四氯化硅氣體=9 1，兩種種氣體在60 80°C下充分混合，四氯化硅氣 體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸騰爐與硅粉反應(yīng)生成三
氣氧娃。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為40ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為87.6%，SiCl4的含量為9.6%。實(shí)施例3一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅， 在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，使得三種 氣體的體積比為氯化氫四氯化硅氣體氫氣=8 1 0.5，三種氣體在60 80°C下充 分混合，四氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸騰 爐與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為38ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為92. 5%, SiCl4的含量為5. 2%。實(shí)施例4三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅，在氯 化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，使得三種氣體 的體積比為氯化氫四氯化硅氣體氫氣=9 1 1，三種氣體在60 80°C下充分混合， 四氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸騰爐與硅粉 反應(yīng)生成三氯氫硅。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為48ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為90.8%，SiCl4的含量為7. 1%。實(shí)施例5三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅，在氯 化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，使得三種氣體 的體積比為氯化氫四氯化硅氣體氫氣=8 1 1，三種氣體在60 80°C下充分混合， 四氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸騰爐與硅粉 反應(yīng)生成三氯氫硅。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為26ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為89. 4%, SiCl4的含量為8. 7%。實(shí)施例6一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅， 在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，使得三種 氣體的體積比為氯化氫四氯化硅氣體氫氣=9 1 0.5，三種氣體在60 80°C下充 分混合，四氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸騰 爐與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為34ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為94. 1%, SiCl4的含量為4. 8%。
實(shí)施例7一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅， 在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，使得三種 氣體的體積比為氯化氫四氯化硅氣體氫氣=8. 5 1 0.5，三種氣體在60 80°C下 充分混合，四氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，除去二氧化硅后氣體進(jìn)入沸 騰爐與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。上述三氯氫硅的生產(chǎn)方法中，從混合器出來的氣體中水分為32ppm，反應(yīng)完成后的 所得的體系中，SiHCl3的含量為94. 7%, SiCl4的含量為4. 2%。
權(quán)利要求
一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過將氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅，其特征在于在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅，兩種氣體的體積比為氯化氫∶四氯化硅氣體＝(8～9)∶1，兩種種氣體在60～80℃下充分混合，四氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，經(jīng)過二氧化硅分離器除去二氧化硅后，氣體進(jìn)入沸騰爐與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。
2.按照權(quán)利要求1所述的三氯氫硅的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的兩種種氣體的體 積比為氯化氫四氯化硅氣體=9 1。
3.按照權(quán)利要求1所述的三氯氫硅的生產(chǎn)方法，其特征在于在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰 爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，三種氣體的體積比為氯化氫四 氯化硅氣體氫氣=(8 9) 1 (0. 5 1)，三種氣體在在60 80°C下充分混合，四 氯化硅氣體與混合氣中水份反應(yīng)生成二氧化硅，經(jīng)過二氧化硅分離器除去二氧化硅后，氣 體進(jìn)入沸騰爐與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。
4.按照權(quán)利要求3所述的三氯氫硅的生產(chǎn)方法，其特征在于三種氣體的體積比為氯 化氫四氯化硅氣體氫氣=8. 5 1 0. 5。
全文摘要
一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，通過氯化氫與硅粉在沸騰爐中反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅，在氯化氫氣體進(jìn)入沸騰爐之前先進(jìn)入混合器，向混合器中加入四氯化硅和氫氣，三種氣體在60～80℃下充分混合，四氯化硅與混合氣里的水份反應(yīng)生成二氧化硅，經(jīng)過二氧化硅分離器除去二氧化硅后，混合氣再進(jìn)入沸騰爐與硅反應(yīng)生成三氯氫硅。
文檔編號(hào)C01B33/107GK101905888SQ20101025960
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者肖俊平 申請(qǐng)人:湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司