CN101665254A

CN101665254A - 一种三氯氢硅合成的方法

Info

Publication number: CN101665254A
Application number: CN200910172331A
Authority: CN
Inventors: 杨海建; 张扬; 马麟; 李占青; 刘玉芹
Original assignee: Luoyang Century New Source Silica Technology Co Ltd
Current assignee: Luoyang Century New Source Silica Technology Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2010-03-10

Abstract

一种三氯氢硅合成的方法，将氯化氢汽化后与硅粉料进入到低压状态进入到三氯氢硅合成炉中；在温度为300~330℃，压力为0.1~0.35MPa进行不间断反应；把伴随反应生成的含三氯氢硅混合气体经进行处理，得到的三氯氢硅与三氯氢硅合成炉中反应后冷冻下来的三氯氢硅输送到精馏塔中进行精馏分离；分离后的三氯氢硅提纯达到含硼小于等于0.05ppb、磷小于等于0.1ppb的三氯氢硅，四氯化硅纯度达到99.99％以上再进入到淋洗塔中。本方法提高转化效率(达到85％)、减少氯化氢处理及排放、减少企业成本、增加企业效益。

Description

一种三氯氢硅合成的方法

技术领域

本发明涉及一种三氯氢硅合成的方法，尤其是一种三氯氢硅合成的方法。

背景技术

在经过多晶硅生产过程中产生大量的氯化氢气体(HCl)，如每生产一公斤多晶硅将产生0.2kg的氯化氢(HCl)且无法使用。如果把氢气体(HCl)进行水处理，这些氢气体(HCl)还要支付不少费用，它不仅大量消耗原料，又严重污染了周边环境。因此，要解决这一难题，当前比较现实的办法就是利用生产过程中的氢气体(HCl)生产三氯氢硅(SiHCl₃)。

本法的物料是氢气体(HCl)、硅粉(Si)，在三氯氢硅合成炉的流化床上进行反应生成三氯氢硅(SiHCl3)，反应生成的三氯氢硅(SiHCl3)气体中带有三氯氢硅(SiHCl3)、氢气(H2)、四氯化硅(SiCl4)、硅粉(Si)和极少量的氯化氢(HCl)气体，经过多级的除尘装置和沉淀装置除去硅粉(Si)，并使整个过程中不能形成烧结，实现连续的长时间的生产。

本法解决国内转化率不高的问题，使一次性转化率达到85％以上。

反应器出来的反应气体经过回收、沉淀、精馏、气体的纯化分离等工艺，把三氯氢硅(SiHCl3)、氢气(H2)、四氯化硅(SiCl4)、硅粉(Si)和极少量的氯化氢(HCl)气体分离纯化。

本法闭环原则为：三氯氢硅(SiHCl3)是产品，可以自己使用或作为产品出卖；氢气(H2)、四氯化硅(SiCl4)、硅粉(Si)、极少量的氯化氢(HCl)：作为原料重新回到三氯氢硅合成炉中；少量的四氯化硅(SiCl4)和硅的氯化物到三废处理工序。

发明内容

本发明为解决生产过程中产生的氯化氢问题，提供了一种三氯氢硅合成的方法。

为了实现本发明目的，包括实现的步骤：

①汽化：将氯化氢(HCl)汽化，能够进入到低压状态进入到三氯氢硅合成炉中。

②供料：硅粉(Si)料、氯化氢(HCl)进料进入到低压状态进入到三氯氢硅合成炉中。

③反应：流化床反应器中进行反应，生成三氯氢硅(SiHCl3)。

Si+3HCl＝SiHCl3+H2

④除尘：将伴随反应气体出来的硅粉(Si)在除尘设备中接受并进行再利用，使反应气体进行净化。

⑤吸收：在两级淋洗塔中用四氯化硅(SiCl4)吸收反应气体(主要是氯硅烷)；由于温度很高，必须用两级四氯化硅(SiCl4)淋洗塔。

⑥沉淀：将没有除净的硅粉吸收在氯硅烷溶液中，在沉淀槽中沉淀，排出进行无害化处理；大部分氯硅烷进入到精馏塔中进行精馏。

⑦精馏：把吸收后的氯硅烷与冷冻下来的氯硅烷进行精馏分离，把四氯化硅(SiCl4)、三氯氢硅(SiHCl3)提纯。使产品达到含硼(B)小于等于0.05ppb、磷(P)小于等于0.1ppb的三氯氢硅(SiHCl3)。四氯化硅纯度达到99.99％以上在进入到两级淋洗塔中。

⑧气体分离纯化：将没有被吸收的反应气体进行冷冻分离，然后用压缩机进行压缩冷冻分离后的气体，进入到氯化氢(HCl)分离塔中吸收氯化氢(HCl)气体，最后进行对氢气(H2)的吸附净化。

⑨废气处理：各个没有吸收的、冷却的、事故的气体在尾气吸收塔中进行吸收处理。

三氯氢硅合成炉中的反应温度为300～330℃，压力为0.1～0.35MPa(G)，氯化氢与硅粉的摩尔比为3.04∶1，混合气体进料量为100～30000kg/h。

本发明的有益效果是：本发明实质上是一种采用闭环系统处理生产多晶硅时产生的氯化氢(HCl)合成转化为三氯氢硅(SiHCl3)的制备方法。能达到直接用于生产电子级多晶硅的三氯氢硅(SiHCl3)，整个过程中物料循环利用，无污染，有利于环境保护，能提高转化效率(达到85％)、减少四氯化硅处理及排放、减少企业成本、增加企业效益。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。

发明四氯化硅(SiCl4)转化为三氯氢硅(SiHCl3)的流程描述为：

外来的氯化氢进入到外来氯化氢储罐(V101)，经过氯化氢屏蔽泵(P101)把氯化氢氯化氢汽化器(E101)中，氯化氢汽化器(E101)的加热介质是高温水蒸汽，为汽化氯化氢提供热源。混合气体进入到氯化氢气体缓冲罐(V103)中；氯化氢与硅粉进入到预加热器(E102)中，加热后三氯氢硅合成炉(R201)中；混合气缓冲罐(V103)的压力过高或出现其他的问题，则该气体进入到三废处理工序中，并用氮气保护，保持正压。

装满的硅粉和的运输料斗(D101)，用行车运输到中间料斗(D102)的上方，把硅粉和均匀的洒落在中间料斗(D102)中，向中间料斗(D102)中通入加热的氮气，尾气进入到三废处理工序；中间料斗(D102)的硅粉在管道中补入到补充料斗(D103)中，向补充料斗(D103)通入加热的氮气和氢气(在开车之前用氮气加热，在生产过程中用氢气加热)，出来的尾气进入到三废处理工序；补充料斗(D103)的硅粉和进入到供给料斗(D104)中，并通入氢气加热，出来的尾气进入到三废处理工序；供给料斗(D104)的硅粉和进入到星型给料机(J101)向外输出，并于混合气缓冲罐(V103)的气体混合一起进入到三氯氢硅合成炉中。

把硅粉和一次性加入到硅粉供给料斗(D105)中约2000kg，用氮气加热，尾气进入到三废车间中，硅粉和加入到三氯氢硅合成炉(R201)的流化床床面上，带有硅粉和的氢气、四氯化硅混合气体进入到三氯氢硅合成炉(R201)中，该反应器分为5节，每一节上都有冷却水冷却。反应气体出来后进入到旋风除尘装置(D112)中。

反应气体进入到旋风除尘器(D112)中，经除尘的硅粉和的颗粒送入到接受料斗(D106)中，再到运输料斗(D109)中；然后分别进入到二级除尘器(D113)、三级布袋除尘器(D114)，其硅粉和的颗粒送入到二级接受料斗(D107)、三级接受料斗(D108)，再分别到二级运输料斗(D110)、三级运输料斗(D111)中，运输料斗中的硅粉和输送到运输料斗(D101)中，重新利用。

经过除尘带气体进入到淋洗塔(T201)中，用精馏后的四氯化硅用屏蔽泵(P305)输送到淋洗塔(T201)进行淋洗吸收反应气体中的氯硅烷，由于温度很高再次进入到二级淋洗塔(T202)中用四氯化硅吸收，吸收的液体进入到吸收液储罐(V201)中。

从一级淋洗塔(T201)和二级淋洗塔(T202)吸收的液体进入到吸收液储罐(V201)中后，轻组分介质溢流到溢流罐(V202)中，重组份介质沉淀到沉淀液接受罐(V203)中，沉淀液接受槽(V203)的轻组分介质溢流到溢流罐(V204)中，重组份介质沉淀到沉淀液罐(V205)中。吸收液储罐(V201)中的气体进入到回收系统的一级冷冻器(E401)中，溢流罐(V202)用屏蔽泵(P201)把氯硅烷液体输送到精馏工序的一级精馏储罐(V301)中，溢流罐(V204)中的液体用屏蔽泵(P202)输送到吸收液罐(V201)中，沉淀液罐(V205)的液体进入到三废车间。

一级精馏储罐(V301)中的液体用屏蔽泵(P302)输送经氯硅烷预热器(E301)到一级精馏塔(T301)中，精馏塔再沸器(E302)将塔塔体液体汽化进入到塔顶冷凝器(E303)，大部分液体回流到一级精馏塔(T301)中，很少一部分液体为精馏出的产品到一级塔冷凝液罐(V303)中，塔釜液进入到塔釜液储罐(V304)中，用屏蔽泵(P303)输送到外来料储罐(V308)，一级精馏储罐(V301)中的重组份液体进入到沉淀液接受罐(V302)中，再用屏蔽泵(P301)输送到沉淀液接受罐(V203)中。再沸器(E302)用水蒸汽进行加热；塔顶冷凝器(E303)用常温循环水进行冷却，尾气到三废车间的尾气冷却器(E501)中。

一级塔冷凝液罐(V303)中的液体输送经氯硅烷预热器(E304)到二级精馏塔(T302)中，精馏塔再沸器(E305)将塔塔体液体汽化进入到塔顶冷凝器(E306)，大部分液体回流到二级精馏塔(T302)中，很少一部分液体为精馏出的产品到二级塔冷凝液罐(V305)中，到产品储罐(V307)用屏蔽泵(P305)外卖或到改良西门子法系统中，塔釜液进入到塔釜液储罐(V306)中，用屏蔽泵(P304)输送到一级精馏储罐(V301)。再沸(E302)用水蒸汽进行加热；塔顶冷凝(E303)用常温循环水进行冷却尾气到三废车间的尾气冷却器(E501)中。

外来料储罐(V308)中的液体用高位压力输送到精馏塔再沸器(E307)将塔塔体液体汽化进入到塔顶冷凝器(E303)，大部分液体回流到四氯化硅精馏塔(T303)中，很少一部分液体为精馏出的产品到四氯化硅塔冷凝液罐(V303)中，用屏蔽泵(P306)输送到淋洗塔(T201)和二级淋洗塔(T202)中作为吸收液；塔釜液进入到塔釜液储罐(V309)中，用屏蔽泵(P307)输送到三废处理车间。再沸器(E302)用水蒸汽进行加热；塔顶冷凝器(E303)用常温循环水进行冷却，尾气到三废车间的尾气冷却器(E501)中。

二级淋洗塔(T202)出来的反应气体进入到一级冷却器(E401)和二级冷却器(E402)，冷冻下来的液体进入到气液分离器(V401)，气体经冷冻器缓冲罐(V402)进入到压缩机(Y401)中，压缩后的气体进入到氢气缓冲罐(V102)；如果氢气缓冲罐(V102)的压力过高则进入到冷冻气缓冲罐(V402)中；气液分离罐(V401)的液体进入到一级精馏储罐(V301)中。

所有的尾气都集中到尾气冷却器(E501)进行冷却，冷冻的液体进入到气液分离器(V502)，当达到一定的液位时，打开屏蔽泵(P501)输送到一级精馏储罐(V301)中；废气经尾气储罐(V501)进入到废气处理塔(T501)中，用碱液净化气体，净化的气体经阻火器(J501)排空，被吸收的液体进入到废液处理池中；尾气储罐(V501)用氮气保护。

Claims

1、一种三氯氢硅合成的方法，其特征在于：

①汽化：将氯化氢按氯化氢汽化成汽气体；

②供料：硅粉料、氯化氢的混和气进料进入到低压状态进入到三氯氢硅合成炉中；

③反应：三氯氢硅合成炉中，在温度为300~330℃，压力为0.1~0.35MPa进行不间断反应；

④除尘：将伴随反应气体出来的硅粉(Si)在除尘设备中接受并进行再利用，使反应气体进行净化；

⑤吸收：在两级淋洗塔中用四氯化硅(SiCl4)吸收反应气体(主要是氯硅烷)；由于温度很高，必须用两级四氯化硅(SiCl4)淋洗塔；

⑥沉淀：将没有除净的硅粉吸收在氯硅烷溶液中，在沉淀槽中沉淀，排出进行无害化处理；大部分氯硅烷进入到精馏塔中进行精馏；

⑦精馏：把伴随反应生成的含三氯氢硅混合气体经过处理得到的三氯氢硅与三氯氢硅合成炉中反应后冷冻下来的三氯氢硅输送到精馏塔中进行精馏分离；

⑧气体分离纯化：将没有被吸收的反应气体进行冷冻分离，然后用压缩机进行压缩冷冻分离后的气体，进入到氯化氢(HCl)分离塔中吸收氯化氢(HCl)气体，最后进行对氢气(H2)的吸附净化；

2、根据权利要求1所述的一种三氯氢硅合成的方法，其特征在于：伴随反应生成的含三氯氢硅混合气体含有的硅粉在除尘设备中经过除尘后进行再利用，使气体净化，除尘后经过两级淋洗塔中用四氯化硅吸收反应气体，将没有除净的硅粉吸收在氯硅烷溶液中，在沉淀槽中沉淀，排出进行无害化处理。

3、根据权利要求1所述的一种三氯氢硅合成的方法，其特征在于：伴随反应生成的含三氯氢硅混合气体经过去硅粉处理后进行冷冻分离，然后用压缩机进行压缩冷冻分离后的气体，进入到氯化氢分离塔中吸收氯化氢气体，最后进行对氢气的吸附净化。

4、根据权利要求1所述的一种三氯氢硅合成的方法，其特征在于：三氯氢硅合成炉中的反应为连续反应。

5、根据权利要求1所述的一种三氯氢硅合成的方法，其特征在于：混合气体进料量为100～30000kg/h。