一種反歧化法制備三氯氫硅的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三氯氫硅制備領(lǐng)域，尤其涉及利用反歧化法制三氯氫硅的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅的生產(chǎn)中，三氯氫硅和氫氣在還原爐中進(jìn)行還原反應(yīng)生成多晶硅，反應(yīng)過程中三氯氫娃未能完全參與反應(yīng)，未參加反應(yīng)的三氯氫娃、氫氣與產(chǎn)生的副產(chǎn)物四氯化娃、二氯二氫硅一起進(jìn)入尾氣回收系統(tǒng)，其中氯硅烷液體與氣態(tài)氫氣進(jìn)行分離，分離后的氯硅烷液體進(jìn)入精餾提純系統(tǒng)進(jìn)行分離提純，得到合格的原料三氯氫硅。
[0003]四氯化硅三氯氫硅(TCS)的還原過程中會(huì)產(chǎn)生二氯二氫硅(DCS)，在現(xiàn)有工藝生產(chǎn)過程中，DCS是不能夠回收利用的，它在精餾過程中隨其它輕組分一起蒸出，而進(jìn)入到廢氣洗滌系統(tǒng)，消耗大量的液堿大大增加了生產(chǎn)成本并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。利用反歧化技術(shù)可將二氯二氫硅與四氯化硅反應(yīng)從而制得多晶硅生產(chǎn)必須的原料三氯氫硅，從而大大節(jié)省了成本。
[0004]中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN 102923716A，申請(qǐng)公布日為2013年2月13日的發(fā)明公開了一種二氯二氫硅反歧化生產(chǎn)三氯氫硅工藝，該發(fā)明的二氯二氫硅反歧化工藝采用液態(tài)二氯二氫硅和液態(tài)四氯化硅混合進(jìn)料，反應(yīng)采用的是裝載催化劑的固定床反應(yīng)器。
[0005]上述發(fā)明雖然利用反歧化法提高了多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)的原料利用率，但在該工藝流程中，二氯二氫硅與四氯化硅是液液混合，原料混合不夠緊密，采用固定床反應(yīng)器，原料從反應(yīng)器頂部進(jìn)入，反應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)化率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供一種原料轉(zhuǎn)化率高的反歧化法制二氣氛娃的工藝。
[0007]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于，包括以下步驟:
1)將經(jīng)過精餾提純后的二氯二氫硅和四氯化硅經(jīng)靜態(tài)混合器混合后進(jìn)入混合罐，其中二氯二氫硅與四氯化硅質(zhì)量比為1:5?1:7 ;
2)將步驟I)的混合料通過屏蔽泵送入汽化器中；
3)將汽化器中出來的二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物送入流化床式反應(yīng)器的底部進(jìn)行催化反應(yīng)；
4)經(jīng)步驟3)反應(yīng)后的產(chǎn)品和未反應(yīng)的原料至反應(yīng)器的頂部采出，采出產(chǎn)品送入精餾塔進(jìn)行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續(xù)回到流化床式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，塔體中部分離出的三氯氫硅進(jìn)儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存。
[0008]所述步驟I)中的二氯二氫硅混合前采用O?10°C的脫鹽水進(jìn)行冷凝，四氯化硅混合前采用40?60°C的工藝循環(huán)水進(jìn)行冷凝。
[0009]所述步驟2)中汽化器的內(nèi)部壓力為0.2?0.4MPa，汽化器的進(jìn)口溫度為20?30 °C，汽化器的出口溫度為60?80 °C。
[0010]所述步驟3)中流化床式反應(yīng)器的內(nèi)部壓力為0.3?0.7Mpa，反應(yīng)溫度為50?70°C，反應(yīng)時(shí)間為10?15s。(由于汽化器和流化床式反應(yīng)器內(nèi)部的壓力小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，位于其內(nèi)部的四氯化硅的沸點(diǎn)將達(dá)到100 °C左右)
所述步驟3)中流化床式反應(yīng)器內(nèi)填充的催化劑為表面活性型樹脂催化劑，并且表面活性型樹脂催化劑浸泡在四氯化硅中。表面活性型樹脂催化劑為一種新型催化劑，樹脂表面活性基物質(zhì)可以將四氯中的硅氯鍵發(fā)生斷裂，氯離子與活性物質(zhì)結(jié)合可將二氯中的氫離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到生產(chǎn)三氯氫硅的目的。
[0011 ] 所述二氯二氫硅和四氯化硅來自多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0012]STC和DCS在一定的溫度、壓力、催化劑的作用下反應(yīng)生成TCS，其再生的分子組成如下:
SiH2Cl2 + CAT 一 SiHCl2+CAT-HSiCl4+ CAT — SiCl3+CAT-ClSiHCl2+CAT-Cl — SiHCl3SiCl3+CAT-H — SiHCl3
注:分子式中的“CAT”代表表面活性型樹脂催化劑。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明中二氯二氫硅和四氯化硅以氣液混合形態(tài)在反應(yīng)器中反應(yīng)，氣液混合原因是由于氣態(tài)分子間隙大，液態(tài)分子間隙緊密，從而保證二氯二氫硅分子被四氯化硅分子所包圍，保證二氯二氫硅與四氯化硅得到充分反應(yīng)，從而提高了轉(zhuǎn)化率。
[0014]2、本發(fā)明用流化床式反應(yīng)器代替固定式反應(yīng)器，二氯二氫硅與四氯化硅以氣液混合方式從反應(yīng)器底部進(jìn)料，此種方式相比頂部進(jìn)料的區(qū)別在于，物料從底部向頂部運(yùn)動(dòng)時(shí)需克服樹脂阻力，相比頂部進(jìn)料流動(dòng)速率變慢，物料與樹脂催化劑反應(yīng)更加充分，從而提高了轉(zhuǎn)化率。
[0015]3、本發(fā)明中的催化劑使用浸泡在四氯化硅中的表面活性型樹脂催化劑，催化效果好，反應(yīng)更充分，轉(zhuǎn)化率更好，一次性轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)到95%。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的工藝流程圖參見圖1。
[0018]實(shí)施例1
將多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中的氣態(tài)的二氯二氫硅通過二氯二氫硅冷凝器O?5°C脫鹽水進(jìn)行冷凝，四氯化硅液體通過40?50°C的四氯化硅冷卻器工藝循環(huán)水冷卻后，按照質(zhì)量比I: 7送入混合器進(jìn)行混合，混合好的氯硅烷液體進(jìn)入混合罐內(nèi)。
[0019]混合好的原料進(jìn)料溫度為20?25°C，通過屏蔽泵送入內(nèi)部壓力為0.2Mpa的汽化器中進(jìn)行加熱，將物料加熱成60?70°C氣液混合態(tài)，加熱后的物料送至反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，所述反應(yīng)器為流化床反應(yīng)器，其內(nèi)部裝填有被四氯化硅浸泡的表面活性型樹脂催化劑，控制反應(yīng)器反應(yīng)溫度為50?60°C，反應(yīng)壓力為0.5?0.6MPa，二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物自下而上通過催化劑，一部分反應(yīng)原料發(fā)生催化反應(yīng)反歧化生成三氯氫硅，在此工藝條件下二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率約為95%，反應(yīng)后的產(chǎn)品和未反應(yīng)的原料至反應(yīng)器的頂部采出，此時(shí)反應(yīng)產(chǎn)品中主要組份為二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅，將反應(yīng)器采出產(chǎn)品送入精餾塔進(jìn)行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續(xù)回到流化床式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，從而使二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率最終能達(dá)到100%。
[0020]實(shí)施案例2
將多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中的氣態(tài)的二氯二氫硅通過二氯二氫硅冷凝器5?10°C脫鹽水進(jìn)行冷凝，四氯化硅液體通過50?60°C的四氯化硅冷卻器工藝循環(huán)水冷卻后，按照質(zhì)量比I: 6送入混合器進(jìn)行混合，混合好的氯硅烷液體進(jìn)入混合罐內(nèi)。
[0021]混合好的原料進(jìn)料溫度為20?30°C，通過屏蔽泵送入汽化器中進(jìn)行加熱，將物料加熱成70?80°C氣液混合態(tài)，加熱后的物料送至反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，所述反應(yīng)器為流化床反應(yīng)器，其內(nèi)部裝填有被四氯化硅浸泡的表面活性型樹脂催化劑，控制反應(yīng)器反應(yīng)溫度為60?70°C，反應(yīng)壓力為0.5?0.7MPa，二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物自下而上通過催化劑，一部分反應(yīng)原料發(fā)生催化反應(yīng)反歧化生成三氯氫硅，在此工藝條件下二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率約為90%，反應(yīng)后的產(chǎn)品和未反應(yīng)的原料至反應(yīng)器的頂部采出，此時(shí)反應(yīng)產(chǎn)品中主要組份為二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅，將反應(yīng)器采出產(chǎn)品送入精餾塔進(jìn)行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續(xù)回到流化床式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，最終二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%。
[0022]實(shí)施案例3
將多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中的氣態(tài)的二氯二氫硅通過二氯二氫硅冷凝器O?10°C脫鹽水進(jìn)行冷凝，四氯化硅液體通過60?80°C的四氯化硅冷卻器工藝循環(huán)水冷卻后，按照質(zhì)量比I: 5送入混合器進(jìn)行混合，混合好的氯硅烷液體進(jìn)入混合罐內(nèi)。
[0023]混合好的原料進(jìn)料溫度為20?30°C，通過屏蔽泵送入汽化器中進(jìn)行加熱，將物料加熱成60?80°C氣液混合態(tài)，加熱后的物料送至反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，所述反應(yīng)器為流化床反應(yīng)器，其內(nèi)部裝填有被四氯化硅浸泡的表面活性型樹脂催化劑，控制反應(yīng)器反應(yīng)溫度為50?70°C，反應(yīng)壓力為0.3?0.7MPa，二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物自下而上通過催化劑，一部分反應(yīng)原料發(fā)生催化反應(yīng)反歧化生成三氯氫硅，在此工藝條件下二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率約為60%，反應(yīng)后的產(chǎn)品和未反應(yīng)的原料至反應(yīng)器的頂部采出，此時(shí)反應(yīng)產(chǎn)品中主要組份為二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯化硅，將反應(yīng)器采出產(chǎn)品送入精餾塔進(jìn)行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續(xù)回到流化床式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。經(jīng)過多次循環(huán)反應(yīng)后，產(chǎn)品采出三氯氫硅中仍含有部分二氯二氫硅，最終轉(zhuǎn)化率未達(dá)到100%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于，包括以下步驟: 1)將經(jīng)過精餾提純后的二氯二氫硅和四氯化硅經(jīng)靜態(tài)混合器混合后進(jìn)入混合罐，其中二氯二氫硅與四氯化硅質(zhì)量比為1:5?1:7 ; 2)將步驟I)的混合料通過屏蔽泵送入汽化器中； 3)將汽化器中出來的二氯二氫硅和四氯化硅氣液混合物送入流化床式反應(yīng)器的底部進(jìn)行催化反應(yīng)； 4)經(jīng)步驟3)反應(yīng)后的產(chǎn)品和未反應(yīng)的原料至反應(yīng)器的頂部采出，采出產(chǎn)品送入精餾塔進(jìn)行提純，塔頂分離出來的二氯二氫硅與塔釜采出的四氯化硅繼續(xù)回到流化床式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，塔體中部分離出的三氯氫硅進(jìn)儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟I)中的二氯二氫硅混合前采用0-10°C的脫鹽水進(jìn)行冷凝，四氯化硅混合前采用40?60°C的工藝循環(huán)水進(jìn)行冷凝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟2)中汽化器的內(nèi)部壓力為0.2?0.4MPa，汽化器的進(jìn)口溫度為20?30°C，汽化器的出口溫度為60 ?80。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟3)中流化床式反應(yīng)器的內(nèi)部壓力為0.3?0.7Mpa，反應(yīng)溫度為50?70°C，反應(yīng)時(shí)間為10?15s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述步驟3)中流化床式反應(yīng)器內(nèi)填充的催化劑為表面活性型樹脂催化劑，并且表面活性型樹脂催化劑浸泡在四氯化硅中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反歧化法制備三氯氫硅的工藝，其特征在于:所述二氯二氫硅和四氯化硅來自多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種反歧化法制三氯氫硅的工藝，本工藝?yán)媒?jīng)過處理后的二氯二氫硅和四氯化硅的氣液混合方式進(jìn)料，反應(yīng)器采用流化床式反應(yīng)器，二氯二氫硅和四氯化硅的氣液混合物從反應(yīng)器的底部進(jìn)料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、原料轉(zhuǎn)化率高，大大提高了多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)的原料利用率。
【IPC分類】C01B33-107
【公開號(hào)】CN104760959
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510160431
【發(fā)明人】汪應(yīng)軍, 張小玲, 黃娣
【申請(qǐng)人】湖北晶星科技股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日