專利名稱：一種三氯氫硅合成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三氯氫硅合成的方法，尤其是一種三氯氫硅合竭的方法。
背景技術(shù)：
在經(jīng)過多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的氯化氫氣體(HC1)，如每生產(chǎn)一公斤多 晶硅將產(chǎn)生0.2kg的氯化氫(HC1)且無法使用。如果把氫氣體(HC1)進(jìn)行水 處理，這些氫氣體(HC1)還要支付不少費(fèi)用，它不僅大量消耗原料，又嚴(yán)重污 染了周邊環(huán)境。因此，要解決這一難題，當(dāng)前比較現(xiàn)實(shí)的辦法就是利用生產(chǎn)過 程中的氫氣體(HC1)生產(chǎn)三氯氫硅(SiHCl3)。
本法的物料是氫氣體(HC1)、硅粉(Si)，在三氯氫硅合成爐的流化床上進(jìn) 行反應(yīng)生成三氯氫硅(SiHC13)，反應(yīng)生成的三氯氫硅(SiHC13)氣體中帶有三 氯氫硅(SiHC13)、氫氣(H2)、四氯化硅(SiC14)、硅粉(Si)和極少量的氯化 氫(HCD氣體，經(jīng)過多級(jí)的除塵裝置和沉淀裝置除去硅粉(Si)，并使整個(gè)過 程中不能形成燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)。
本法解決國內(nèi)轉(zhuǎn)化率不高的問題，使一次性轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%以上。
反應(yīng)器出來的反應(yīng)氣體經(jīng)過回收、沉淀、精餾、氣體的純化分離等工藝，把 三氯氫硅(SiHC13)、氫氣(H2)、四氯化硅(SiC14)、硅粉(Si)和極少量的氯 化氫(HC1)氣體分離純化。
本法閉環(huán)原則為三氯氫硅(SiHC13)是產(chǎn)品，可以自己使用或作為產(chǎn)品出 賣；氫氣(H2)、四氯化硅(SiC14)、硅粉(Si)、極少量的氯化氫(HC1):作
4為原料重新回到三氯氫硅合成爐中；少量的四氯化硅(SiCI4)和硅的氯化物到 三廢處理工序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化氫問題，提供了一種三氯氫硅合成的 方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，包括實(shí)現(xiàn)的步驟-
① 汽化將氯化氫(HC1)汽化，能夠進(jìn)入到低壓狀態(tài)進(jìn)入到三氯氫硅合成 爐中。
② 供料硅粉(Si)料、氯化氫(HC1)進(jìn)料進(jìn)入到低壓狀態(tài)進(jìn)入到三氯氫 硅合成爐中。
③ 反應(yīng)流化床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，生成三氯氫硅(SiHC13)。 Si+3 HC1= SiHC13+H2
④ 除塵將伴隨反應(yīng)氣體出來的硅粉(Si)在除塵設(shè)備中接受并進(jìn)行再利用， 使反應(yīng)氣體進(jìn)行凈化。
(D吸收在兩級(jí)淋洗塔中用四氯化硅(SiC14)吸收反應(yīng)氣體(主要是氯硅烷)；
由于溫度很高，必須用兩級(jí)四氯化硅(SiC14)淋洗塔。
⑥ 沉淀將沒有'除凈的硅粉吸收在氯硅烷溶液中，在沉淀槽中沉淀，排出進(jìn) 行無害化處理；大部分氯硅垸進(jìn)入到精餾塔中進(jìn)行精餾。
⑦ 精餾把吸收后的氯硅烷與冷凍下來的氯硅烷進(jìn)行精餾分離，把四氯化硅 (SiC14)、三氯氫硅(SiHC13),提純。使產(chǎn)品達(dá)到含硼(B)小于等于0.05ppb、
磷(P)小于等于O.lppb的三氯氫硅(SiHCB)。四氯化 純度達(dá)到99.99%以上 在進(jìn)入到兩級(jí)淋洗塔中。⑧ 氣體分離純化將沒有被吸收的反應(yīng)氣體進(jìn)行冷凍分離，然后用壓縮機(jī)進(jìn) 行壓縮冷凍分離后的氣體，進(jìn)入到氯化氫(HC1)分離塔中吸收氯化氫(HC1) 氣體，最后進(jìn)行對(duì)氫氣(H2)的吸附凈化。
⑨ 廢氣處理各個(gè)沒有吸收的、冷卻的、事故的氣體在尾氣吸收塔中進(jìn)行吸 收處理。
三氯氫硅合成爐中的反應(yīng)溫度為30O~33O°C，壓力為0.1~0.35MPa (G)，氯 化氫與硅粉的摩爾比為3.04: 1，混合氣體進(jìn)料量為100 30000kg/h。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實(shí)質(zhì)上是一種采用閉環(huán)系統(tǒng)處理生產(chǎn)多晶硅時(shí) 產(chǎn)生的氯化氫(HC1)合成轉(zhuǎn)化為三氯氫硅(SiHC13)的制備方法。能達(dá)到直接 用于生產(chǎn)電子級(jí)多晶硅的三氯氫硅(SiHC13)，整個(gè)過程中物料循環(huán)利用，無污 染，有利于環(huán)境保護(hù)，能提高轉(zhuǎn)化效率(達(dá)到85%)、減少四氯化硅處理及排放、 減少企業(yè)成本、增加企業(yè)效益。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用于限制本發(fā)明的范圍。 發(fā)明四氯化硅(SiC14)轉(zhuǎn)化為三氯氫硅(SiHC13)的流程描述為 外來的氯化氫進(jìn)入到外來氯化氫儲(chǔ)罐(VIOI)，經(jīng)過氯化氫屏蔽泵(P101) 把氯化氫氯化氫汽化器(E101)中，氯化氫汽化器(E101)的加熱介質(zhì)是高溫 水蒸汽，為汽化氯化氫提供熱源。混合氣體進(jìn)入到氯化氫氣體緩沖罐(V103) 中；氯化氫與硅粉進(jìn)入到預(yù)加熱器(E102)中，加熱后三氯氫硅合成爐(R201) 中；混合氣緩沖罐(V103)的壓力過高或出現(xiàn)其他的問題，則該氣體進(jìn)入到三 廢處理工序中，并用氮?dú)獗Ｗo(hù)，保持正壓。
裝滿的硅粉和的運(yùn)輸料斗(DIOI)，用行車運(yùn)輸?shù)街虚g料斗(D102)的上方，把硅粉和均勻的灑落在中間料斗(D102)中，向中間料斗(D102)中通入加熱 的氮?dú)?，尾氣進(jìn)入到三廢處理工序；中間料斗(D102)的硅粉在管道中補(bǔ)入到 補(bǔ)充料斗(D103)中，向補(bǔ)充料斗(D103)通入加熱的氮?dú)夂蜌錃?在開車之 前用氮?dú)饧訜?，在生產(chǎn)過程中用氫氣加熱)，出來的尾氣進(jìn)入到三廢處理工序； 補(bǔ)充料斗(D103)的硅粉和進(jìn)入到供給料斗(D104)中，并通入氫.氣加熱，出 來的尾氣進(jìn)入到三廢處理工序；供給料斗(D104)的硅粉和進(jìn)入到星型給料機(jī) (J101)向外輸出，并于混合氣緩沖罐(V103)的氣體混合一起進(jìn)入到三氯氫 硅合成爐中。
把硅粉和一次性加入到硅粉供給料斗(D105)中約2000kg，用氮?dú)饧訜幔?尾氣進(jìn)入到三廢車間中，硅粉和加入到三氯氫硅合成爐(R201)的流化床床面 上，帶有硅粉和的氫氣、四氯化硅混合氣體進(jìn)入到三氯氫硅合成爐(R201)中， 該反應(yīng)器分為5節(jié)，每一節(jié)上都有冷卻水冷卻。反應(yīng)氣體出來后進(jìn)入到旋風(fēng)除 塵裝置(D112)中。
反應(yīng)氣體進(jìn)入到旋風(fēng)除塵器(D112)中，經(jīng)除塵的硅粉和的顆粒送入到接 受料斗(D106)中，再到運(yùn)輸料斗(D109)中；然后分別進(jìn)入到二級(jí)除塵器(D113)、 三級(jí)布袋除塵器(D114)，其硅粉和的顆粒送入到二級(jí)接受料斗(D107)、 5級(jí) 接受料斗(D108)，再分別到二級(jí)運(yùn)輸料斗(DllO)、三級(jí)運(yùn)輸料斗(Dili)中， 運(yùn)輸料斗中的硅粉和輸送到運(yùn)輸料斗(D101)中，重新利用。
經(jīng)過除塵帶氣體進(jìn)入到淋洗塔(T201)中，用精餾后的四氯化硅用屏蔽泵 (P305)輸送到淋洗塔(T201)進(jìn)行淋洗吸收反應(yīng)氣體中的氯硅垸，由于溫度很 高再次進(jìn)入到二級(jí)淋洗塔(T202)中用四氯化硅吸收，吸收的液體進(jìn)入到吸收 液儲(chǔ)罐(V201)中。
從一級(jí)淋洗塔(T201)和二級(jí)淋洗塔(T202)吸收的液體進(jìn)入到吸收液儲(chǔ)罐(V201)中后，輕組分介質(zhì)溢流到溢流罐(V202)中，重組份介質(zhì)沉淀到沉 淀液接受罐(V203)中，沉淀液接受槽(V203)的輕組分介質(zhì)溢流到溢流罐(V204) 中，重組份介質(zhì)沉淀到沉淀液罐(V205)中。吸收液儲(chǔ)罐(V201)中的氣體進(jìn) 入到回收系統(tǒng)的」級(jí)冷凍器(E401)中，溢流罐(V202)用屏蔽泵(P201)把 氯硅烷液體輸送到精餾工序的一級(jí)精餾儲(chǔ)罐(V301)中，溢流罐(-V204)中的 液體用屏蔽泵(P202)輸送到吸收液罐(V201)中，沉淀液罐(V205)的液體 進(jìn)入到三廢車間。 '
一級(jí)精餾儲(chǔ)罐(V301)中的液體用屏蔽泵(P302)輸送經(jīng)氯硅垸預(yù)熱器(E301) 到一級(jí)精餾塔(T301)中，精餾塔再沸器(E302)將塔塔體液體汽化進(jìn)入到塔 頂冷凝器(E303)，大部分液體回流到一級(jí)精餾塔(T301)中，很少一部分液體 為精餾出的產(chǎn)品到一級(jí)塔冷凝液罐(V303)中，塔釜液進(jìn)入到塔釜液儲(chǔ)罐(V304) 中，用屏蔽泵(P303)輸送到外來料儲(chǔ)罐(V308)， 一級(jí)精餾儲(chǔ)罐(V301)中的 重組份液體進(jìn)入到沉淀液接受罐(V302)中，再^屏—蔽泵(P301)輸送到沉淀 液接受罐(V203)中。再沸器(E302)用水蒸汽進(jìn)行加熱；塔頂冷凝器(E303) 用常溫循環(huán)水進(jìn)行冷卻，尾氣到三廢車間的尾氣冷卻器(E501)中。
一級(jí)塔冷凝液罐(V303)中的液體輸送經(jīng)氯硅烷預(yù)熱器(E304)到二級(jí)精 餾塔(T302)中，精餾塔再沸器(E305)將塔塔體液體汽化進(jìn)入到塔頂冷凝器 (E306)，大部分液體回流到二級(jí)精餾塔(T302)中，很少一部分液體為精餾出 的產(chǎn)品到二級(jí)塔冷凝液罐(V305)中，到產(chǎn)品儲(chǔ)罐(V307)用屏蔽泵(P305) 外賣或到改良西門子法系統(tǒng)中，塔釜液進(jìn)入到塔釜液儲(chǔ)罐(V306)中，用屏蔽 泵(P304)輸送到一級(jí)精餾儲(chǔ)轉(zhuǎn)(V301)。再沸器(E302)用水蒸汽進(jìn)行加熱； 塔頂冷凝器(E303 )用常溫循環(huán)水進(jìn)行冷卻尾氣到三廢車間的尾氣冷卻器(E501) 中。外來料儲(chǔ)罐(V308)中的液體用高位壓力輸送到精餾塔再沸器(E307)將 塔塔體液體汽化進(jìn)入到塔頂冷凝器(E303)，大部分液體回流到四氯化硅精餾塔 (T303)中，很少一部分液體為精餾出的產(chǎn)品到四氯化硅塔冷凝液罐(V303) 中，用屏蔽泵(P306)輸送到淋洗塔(T201)和二級(jí)淋洗塔(T202)中作為吸 收液；塔釜液進(jìn)入到塔釜液儲(chǔ)罐(V309)中，用屏蔽泵(P307)輸送到三廢處 理車間。再沸器(E302)用水蒸汽進(jìn)行加熱；塔頂冷凝器(E303)用常溫循環(huán) 水進(jìn)行冷卻，尾氣到三廢車間的尾氣冷卻器(E501)中。
二級(jí)淋洗塔(T202)出來的反應(yīng)氣體進(jìn)入到一級(jí)冷卻器(E401)和二級(jí)冷 卻器(E402),冷凍下來的液體進(jìn)入到氣液分離器(V401)，氣體經(jīng)冷凍器緩沖 罐(V402)進(jìn)入到壓縮機(jī)(Y401)中，壓縮后的氣體進(jìn)入到氫氣緩沖罐(V102); 如果氫氣緩沖罐(V102)的壓力過高則進(jìn)入到冷凍氣緩沖罐(V402)中；氣液 分離罐(V401)的液體進(jìn)入到一級(jí)精餾儲(chǔ)罐(V301)中。
所有的尾氣都集中到尾氣冷卻器(E501)進(jìn)行冷卻，，冷凍的液體進(jìn)入到氣 液分離器(V502)，當(dāng)達(dá)到一定的液位時(shí)，打開屏蔽泵(P501)輸送到一級(jí)精餾 儲(chǔ)罐(V301)中；廢氣經(jīng)尾氣儲(chǔ)罐(V501)進(jìn)入到廢氣處理塔(T501)中，用 堿液凈化氣體，凈化的氣體經(jīng)阻火器(J501)排空，被吸收的液體進(jìn)入到廢液 處理池中；尾氣儲(chǔ)罐(V501)用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
權(quán)利要求
1、一種三氯氫硅合成的方法，其特征在于①汽化將氯化氫按氯化氫汽化成汽氣體；②供料硅粉料、氯化氫的混和氣進(jìn)料進(jìn)入到低壓狀態(tài)進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中；③反應(yīng)三氯氫硅合成爐中，在溫度為300~330℃，壓力為0.1~0.35MPa進(jìn)行不間斷反應(yīng)；④除塵將伴隨反應(yīng)氣體出來的硅粉(Si)在除塵設(shè)備中接受并進(jìn)行再利用，使反應(yīng)氣體進(jìn)行凈化；⑤吸收在兩級(jí)淋洗塔中用四氯化硅(SiCl4)吸收反應(yīng)氣體(主要是氯硅烷)；由于溫度很高，必須用兩級(jí)四氯化硅(SiCl4)淋洗塔；⑥沉淀將沒有除凈的硅粉吸收在氯硅烷溶液中，在沉淀槽中沉淀，排出進(jìn)行無害化處理；大部分氯硅烷進(jìn)入到精餾塔中進(jìn)行精餾；⑦精餾把伴隨反應(yīng)生成的含三氯氫硅混合氣體經(jīng)過處理得到的三氯氫硅與三氯氫硅合成爐中反應(yīng)后冷凍下來的三氯氫硅輸送到精餾塔中進(jìn)行精餾分離；⑧氣體分離純化將沒有被吸收的反應(yīng)氣體進(jìn)行冷凍分離，然后用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮冷凍分離后的氣體，進(jìn)入到氯化氫(HCl)分離塔中吸收氯化氫(HCl)氣體，最后進(jìn)行對(duì)氫氣(H2)的吸附凈化；⑨廢氣處理各個(gè)沒有吸收的、冷卻的、事故的氣體在尾氣吸收塔中進(jìn)行吸收處理。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯氫硅合成的方法，其特征在于伴隨反應(yīng)生成的含三氯氫硅混合氣體含有的硅粉在除塵設(shè)備中經(jīng)過除塵后進(jìn)行再利用，使氣體凈化，除塵后經(jīng)過兩級(jí)淋洗塔中用四氯化硅吸收反應(yīng)氣體，將沒有除凈的硅粉吸收在氯硅垸溶液中，在沉淀槽中沉淀，排出進(jìn)行無害化處理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三氯氫硅合成的方法，其特征在于伴隨反應(yīng)生成的含三氯氫硅混合氣體經(jīng)過去硅粉處理后進(jìn)行冷凍分離，然后用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮冷凍分離后的氣體，進(jìn)入到氯化氫分離塔中吸收氯化氫氣體，最后進(jìn)行對(duì)氫氣的吸附凈化。'
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種三氯氫硅合成的方法，其特征在于三氯氫硅合成爐中的反應(yīng)為連續(xù)反應(yīng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯氫硅合成的方法，其特征在于混合氣體進(jìn)料量為100 30000kg/h。
全文摘要
一種三氯氫硅合成的方法，將氯化氫汽化后與硅粉料進(jìn)入到低壓狀態(tài)進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中；在溫度為300~330℃，壓力為0.1~0.35MPa進(jìn)行不間斷反應(yīng)；把伴隨反應(yīng)生成的含三氯氫硅混合氣體經(jīng)進(jìn)行處理，得到的三氯氫硅與三氯氫硅合成爐中反應(yīng)后冷凍下來的三氯氫硅輸送到精餾塔中進(jìn)行精餾分離；分離后的三氯氫硅提純達(dá)到含硼小于等于0.05ppb、磷小于等于0.1ppb的三氯氫硅，四氯化硅純度達(dá)到99.99％以上再進(jìn)入到淋洗塔中。本方法提高轉(zhuǎn)化效率(達(dá)到85％)、減少氯化氫處理及排放、減少企業(yè)成本、增加企業(yè)效益。
文檔編號(hào)C01B33/107GK101665254SQ20091017233
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者劉玉芹, 揚(yáng) 張, 李占青, 楊海建, 麟 馬 申請(qǐng)人:洛陽世紀(jì)新源硅業(yè)科技有限公司