一种四氯化硅氢化方法技术

本发明专利技术提供一种四氯化硅氢化方法，其包括：1)将外来氢气和外来四氯化硅气体加热至第一预设温度；2)将外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体通入第一反应器，并发生冷氢化反应；3)将第一反应器的出口尾气冷却至第二预设温度；4)将外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气通入第二反应器，并发生三氯氢硅合成反应；5)对第二反应器的出口尾气进行分离处理，对分离出的氢气和四氯化硅气体进行加热处理以使其加热至第一预设温度后返回至步骤2)，以及将分离出的三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体送至下游工序。本发明专利技术所述四氯化硅氢化方法既不需要设计复杂的反应器，又能提高现有三氯氢硅产率和现有四氯化硅单程转化率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多晶硅生产
，具体涉及一种四氯化硅氢化方法。
技术介绍
在多晶硅生产过程中，不管采用改良西门子法还是采用硅烷法，均会有大量的四氯化硅生成，为了避免四氯化硅对环境造成污染，需要对其进行回收与利用，例如可使四氯化硅转化为生产多晶硅的原料三氯氢硅，从而使多晶硅的生产过程形成闭环回路。四氯化硅的回收与利用不仅可以减少环境污染，还可以大幅降低生产成本。目前，对四氯化硅的回收处理基本采用脱氯加氢的方法使之形成三氯氢硅。在现有的多种脱氯加氢技术中，四氯化硅与氢气和硅粉一起发生冷氢化反应从而生成三氯氢硅的方法因具有能耗低、转化率相对较高等优点，而成为四氯化硅回收处理的一种优选技术。所述冷氢化反应的化学反应方程式如下：在具体反应器中，上述冷氢化反应分成两步进行，其中，第一步反应的化学反应方程式为：第二步反应(又称为三氯氢硅的合成反应)的化学反应方程式为：上述冷氢化反应产生的尾气包含反应生成的三氯氢硅(SiHCl3)、未反应的四氯化硅(SiCl4)和氢气(H2)、副产物氯化氢(HCl)和少量的二氯二氢硅(SiH2Cl2)。此外，由于冷氢化反应采用流化床反应的方式，故冷氢化反应产生的尾气中只带有细微硅粉，可忽略不计。在实验室中，四氯化硅的单程转化率较接近于其理论转化率，可达到35％～40％，然而在实际生产中，四氯化硅的单程转化率往往在25％以下。由于四氯化硅在实际生产中的单程转化率与理论转化率的偏差较大，因此在很大程度上提高了四氯化硅的氢化成本。为解决上述问题，现有技术提出如下解决方案：1)将冷氢化反应器设计为两部分，在第一部分冷氢化反应器中进行冷氢化的第一步反应，在第二部分冷氢化反应器中进行冷氢化的第二步反应，并且需要控制每一步反应的进度从而实现较高的四氯化硅转化率，但该方案需要设计较为复杂的反应器，成本较高，不利于推广应用。2)在冷氢化反应的原料气(即四氯化硅、氢气和硅粉的气固混合物)中加入氯化氢，从而将冷氢化反应变成硅粉、氢气、四氯化硅和氯化氢为反应物的氯氢化反应。虽然加入氯化氢可以促进冷氢化的第二步反应向右进行，提高三氯氢硅的产量，但加入氯化氢会抑制冷氢化的第一步反应，从而降低四氯化硅的单程转化率，不利于四氯化硅的转化和回收利用。可见，本领域亟需一种既不需要设计复杂的反应器，又能提高三氯氢硅产率和四氯化硅单程转化率的四氯化硅回收处理方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种既不需要设计复杂的反应器，又能提高现有三氯氢硅产率和现有四氯化硅单程转化率的四氯化硅氢化方法。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种四氯化硅氢化方法，所述方法包括如下步骤：1)对外来氢气和外来四氯化硅气体进行加热处理，以使其加热至第一预设温度；2)将外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体通入第一反应器，使所述外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体在所述第一反应器中发生冷氢化反应；3)对所述第一反应器的出口尾气进行急冷处理，以使其冷却至第二预设温度；4)将外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气通入第二反应器，使所述外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气中的氯化氢气体在所述第二反应器中发生三氯氢硅合成反应；5)对所述第二反应器的出口尾气进行分离处理，以分离成氢气和四氯化硅气体，以及三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体，对分离出的所述氢气和四氯化硅气体进行加热处理以使其加热至第一预设温度后作为内部循环气返回至所述步骤2)，以及将分离出的所述三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体送至下游工序。优选地，在所述步骤3)中，所述急冷处理采用换热的方式实现，或者采用冷源注入的方式实现。优选地，在所述步骤3)中，使所述第一反应器的出口尾气与加热处理前的所述外来氢气和外来四氯化硅气体，以及加热处理前的所述分离出的氢气和四氯化硅气体的混合气进行换热，以使所述第一反应器的出口尾气冷却至第二预设温度。优选地，在所述步骤3)中，在所述换热前，对所述外来氢气和外来四氯化硅气体，以及所述分离出的氢气和四氯化硅气体进行预加热处理，以使其加热至第三预设温度。优选地，所述第三预设温度为150℃～350℃。优选地，在所述步骤3)中，使外来常温四氯化硅气体，或者含有少量氯硅烷的外来常温四氯化硅气体作为冷源与所述第一反应器的出口尾气混合，以使所述第一反应器的出口尾气冷却至第二预设温度。优选地，在所述步骤3)中，使所述第一反应器的出口尾气从离开第一反应器开始到冷却至所述第二预设温度的时间小于5min。优选地，在所述步骤1)中所述第一预设温度为400℃～700℃；在所述步骤3)中，所述第二预设温度低于400℃。优选地，在所述步骤2)中，所述外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体在所述第一反应器中发生冷氢化反应的操作条件包括：温度为400℃～700℃，压力为1.0MPa～4.0MPa；在所述步骤4)中，所述外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气中的氯化氢气体在所述第二反应器中发生三氯氢硅合成反应的操作条件包括：温度为250℃～400℃，压力为0.2MPa～4.0MPa。优选地，在所述步骤4)中，将外来氯化氢气体通入所述第二反应器，使所述外来氯化氢气体与所述外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气中的氯化氢气体一起在所述第二反应器中发生三氯氢硅合成反应。优选地，在所述步骤2)中，所述外来硅粉包括质量分数为0.2％～10％的催化剂，所述催化剂为镍基催化剂或铜基催化剂，或者镍基催化剂与铜基催化剂的混合物，或者合金类催化剂；在所述步骤4)中，所述外来硅粉包括质量分数为0.2％～5％的催化剂，所述催化剂为镁基催化剂、铁基催化剂和铜基催化剂中的任意一种或任意多种的混合物，或者合金类催化剂。优选地，所述第一反应器为固定床反应器、流化床反应器、搅拌釜反应器或流化搅拌反应器；所述第二反应器为固定床反应器、流化床反应器、搅拌釜反应器或流化搅拌反应器。有益效果：本专利技术所述四氯化硅氢化方法与现有技术相比具有如下优点：1)通过对第一反应器的出口尾气进行急冷处理，可以抑制冷氢化反应生成物三氯氢硅的分解，维持第一反应器中冷氢化反应的反应进度，提高四氯化硅的单程转化率。2)第一反应器的出口尾气经过急冷处理后在第二反应器中进行三氯氢硅合成反应，可以有效地回收利用冷氢化反应的副产物氯化氢，提高三氯氢硅的产率。3)当采用外来常温四氯化硅气体，或者含有少量氯硅烷的外来常温四氯化硅气体作为冷源直接与第一反应器的出口尾气混合时，可提高第一反应器出口尾气中四氯化硅的摩尔比例，进一步地抑制三氯氢硅的分解。4)本专利技术所述四氯化硅氢化方法将四氯化硅的脱氯加氢反应和三氯氢硅合成反应串联在一起，在提升三氯氢硅产率的同时还可以提升整个工艺的经济性。5)本专利技术所述四氯化硅氢化方法通过现有设备即可实现，无需重新设计复杂的反应器。附图说明图1为本专利技术实施例提供的四氯化硅氢化方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种四氯化硅氢化方法的工艺流程图；以及图3为本专利技术实施例提供的另一种四氯化硅氢化方法的工艺流程图。图中：1、7－加热器；2－第一反应器；3－换热器；4－喷淋塔；41－喷头；5－第二反应器；6－分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四氯化硅氢化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)对外来氢气和外来四氯化硅气体进行加热处理，以使其加热至第一预设温度；2)将外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体通入第一反应器，使所述外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体在所述第一反应器中发生冷氢化反应；3)对所述第一反应器的出口尾气进行急冷处理，以使其冷却至第二预设温度；4)将外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气通入第二反应器，使所述外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气中的氯化氢气体在所述第二反应器中发生三氯氢硅合成反应；5)对所述第二反应器的出口尾气进行分离处理，以分离成氢气和四氯化硅气体，以及三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体，对分离出的所述氢气和四氯化硅气体进行加热处理以使其加热至第一预设温度后作为内部循环气返回至所述步骤2)，以及将分离出的所述三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体送至下游工序。

【技术特征摘要】
1.一种四氯化硅氢化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)对外来氢气和外来四氯化硅气体进行加热处理，以使其加热至第一预设温度；2)将外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体通入第一反应器，使所述外来硅粉及加热至第一预设温度的氢气和四氯化硅气体在所述第一反应器中发生冷氢化反应；3)对所述第一反应器的出口尾气进行急冷处理，以使其冷却至第二预设温度；4)将外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气通入第二反应器，使所述外来硅粉和冷却至第二预设温度的出口尾气中的氯化氢气体在所述第二反应器中发生三氯氢硅合成反应；5)对所述第二反应器的出口尾气进行分离处理，以分离成氢气和四氯化硅气体，以及三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体，对分离出的所述氢气和四氯化硅气体进行加热处理以使其加热至第一预设温度后作为内部循环气返回至所述步骤2)，以及将分离出的所述三氯氢硅气体和少量的二氯二氢硅气体送至下游工序。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述急冷处理采用换热的方式实现，或者采用冷源注入的方式实现。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，使所述第一反应器的出口尾气与加热处理前的所述外来氢气和外来四氯化硅气体，以及加热处理前的所述分离出的氢气和四氯化硅气体的混合气进行换热，以使所述第一反应器的出口尾气冷却至第二预设温度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，在所述换热前，对所述外来氢气和外来四氯化硅气体，以及所述分离出的氢气和四氯化硅气体进行预加热处理，以使其加热至第三预设温度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三预设温度为150℃～350℃。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，使外来常温四氯化硅气体，或者含有少量氯硅烷的外来常温四氯化硅气体作为冷源与所述第一反应器的出口尾气混...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏高强，刘建海，刘兴平，郑宝刚，周迎春，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65