CN103449439A - 硅烷法制多晶硅安全生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅烷法制多晶硅的安全生产方法，该工艺去除了传统工艺中的硅烷储罐装置，大大降低了该流程的危险性。本工艺流程主要特点是采用氯硅烷歧化法，制备高纯硅烷；而高纯硅烷不经过硅烷储罐，直接进入还原炉制备高纯多晶硅，采用旁路调节硅烷进料量，保证还原炉进料稳定；反应后的硅烷和氢气与四氯化硅利用反歧化技术重新生成三氯氢硅，在水冷下实现与氢气的分离，氢气和三氯氢硅重复利用。该工艺没有设置硅烷储罐，降低了整个流程的危险性，同时，利用反歧化法制成三氯氢硅之后再与氢气在水冷条件下分离，改变了传统工艺氢气与硅烷在液氮冷却下分离的高投资环节，降低了工艺的总投资。

Description

硅烷法制多晶硅安全生产方法

技术领域

本发明涉及一种硅烷法制多晶硅的安全生产方法。

背景技术

多晶硅是全球电子工业及光伏产业的基石，是制备太阳能发电设备的主要材料。其生产成本较高，约占太阳能发电总成本的50%，是制约太阳能发电技术发展的主要因素之一。探索低成本、高质量的多晶硅生产方法是促进光伏产业快速发展的有效途径之一。

多晶硅生产工艺主要有改良西门子法、硅烷法、流态化床法、冶金法等。硅烷热分解法制备多晶硅是以硅烷作为介质的硅材料超提纯技术，是多晶硅重要的生产方法之一。由于硅烷法生产过程实现了物料闭环生产，基本实现零排放，符合国家新能源产业政策，同时材料的利用率高，多晶硅的纯度高，具有广阔的发展前景。

硅烷是整个工序中最重要的化学品，也是用于制造高纯度多晶硅无法取代的重要特种气体。硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。该气体通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色的无定型二氧化硅烟雾，它自燃的火焰会引起严重的热灼伤，如果严重甚至会致命，因此在其储存、运输及反应过程中都存在爆炸危险。

硅烷法制多晶硅工艺中如何降低硅烷带来的危险，保证工艺装置的安全，成为该工艺的一个重要难题。

发明内容

本发明的目的提供一种新的高纯多晶硅生产方法，降低传统工艺方法由于硅烷储存所带来的危险性，降低工艺的危险系数，同时，合理利用反歧化法实现氢气的低能耗分离，降低生产的成本。

本发明技术如下：

本发明中，硅烷法制多晶硅的安全生产工艺主要技术特点有：去除了传统工艺的硅烷储存装置，利用反歧化法制三氯氢硅，氢气与三氯氢硅水冷分离。

一种硅烷法制多晶硅的安全生产方法，是以硅和氢气为原料，经氢化反应器和三氯氢硅歧化反应制备高纯硅烷，高纯硅烷直接进入热分解炉制备高纯多晶硅；高纯硅烷采用旁路调节，保持进入多晶硅热分解炉的进料稳定；反应后的硅烷与四氯化硅利用反歧化技术重新生成三氯氢硅，分离后氢气和三氯氢硅重复利用。

歧化法制备的高纯硅烷的旁路调节，替代了传统工艺中的硅烷储罐，其调节分配比范围为0.01‐1，在还原炉临时故障时或临时停止时，硅烷可通过旁路全部与四氯化硅直接反应，生产三氯氢硅在装置内循环，在整个工艺装置内不存储硅烷。

在热分解炉内反应的尾气硅烷、氢气以及循环旁路的硅烷与四氯化硅利用反歧化催化精馏技术重新生成三氯氢硅。

反歧化生成的三氯氢硅与氢气分离采用水冷降至10‐40℃实现气液分离，分离后高纯氢气可返回氢化反应工段，也可作为西门子法制多晶硅工艺的氢源，分离后的三氯氢硅返回硅烷歧化工段作为进料循环使用。

该工艺各个装置反应条件与传统工艺相应的装置反应条件无变化。

本发明的优点在于该工艺没有设置硅烷储罐，降低了整个流程的危险性，同时，利用反歧化法制成三氯氢硅之后再与氢气在水冷条件下分离，改变了传统工艺氢气与硅烷在液氮冷却下分离的高投资环节，降低了工艺的总投资。

附图说明

附图：本发明工艺流程图

其中：1‐氢化反应器；2‐歧化反应工段；3‐多晶硅热分解炉；4‐反歧化反应工段；5‐水冷分离设备；

图中方框代表工艺的主要设备，实线代表主要流股，具体物料在实线上已表明。

具体实施方式

下面结合附图进行说明：

一种硅烷法制多晶硅的安全生产工艺，是以硅、四氯化硅和氢气为原料生产高纯多晶硅。硅、四氯化硅和氢气经氢化反应器（1）与歧化反应工段（2），制备高纯硅烷，高纯硅烷不经过硅烷储罐，直接进入热分解炉（3）制备高纯多晶硅；高纯硅烷利用旁路调节，保持进入多晶硅热分解炉（3）的进料稳定；反应后的硅烷和氢气与四氯化硅经反歧化工段（4）重新生成三氯氢硅，分离后氢气和三氯氢硅重复利用。

歧化法制备的高纯硅烷的旁路调节，替代了传统工艺中的硅烷储罐，调节分配比范围为0.01‐1，在热分解炉（3）临时故障时或临时停止时，硅烷可通过旁路调节全部与四氯化硅直接反应，生产三氯氢硅在装置内循环，在装置内不存储硅烷。

在热分解炉（3）里反应后的尾气硅烷、氢气以及循环旁路的硅烷与氯硅烷歧化工段（2）产生的四氯化硅在一定配比下经反歧化工段（4）重新生成三氯氢硅。

反歧化工段（4）生成的三氯氢硅与氢气分离采用水冷装置（5）实现气液分离，分离后氢气可返回氢化反应工段（1），也可作为西门子法制多晶硅工艺的氢源，分离后的三氯氢硅返回硅烷歧化工段（2）作为原料循环使用。

该工艺各个装置反应条件与传统工艺相应的装置反应条件无变化。

代表例：

以年产4000t，年生产时间8000h的多晶硅企业为例。

以硅、四氯化硅和氢气为原料生产高纯多晶硅，硅进料量为0.5t/h、四氯化硅和氢气适量补充，经氢化反应器（1）与歧化反应工段（2），采用氯硅烷歧化法，制备高纯硅烷，而高纯硅烷不经过硅烷储罐，直接进入热分解炉（3）制备高纯多晶硅；反应后的硅烷和氢气与四氯化硅经反歧化工段（4）重新生成三氯氢硅，分离后氢气和三氯氢硅重复利用。

歧化法制备的高纯硅烷利用旁路调节，保持进入多晶硅热分解炉的进料稳定，从而去除了硅烷储罐设备。

在热分解炉（3）临时故障时或临时停止时，硅烷可通过旁路调节全部与四氯化硅直接反应，生产三氯氢硅在装置内循环，在装置内不存储硅烷。

反应后的硅烷、氢气及循环旁路的硅烷与氯硅烷歧化工段（2）产生的四氯化硅在1:3的配比下经反歧化工段（4）重新生成三氯氢硅。

三氯氢硅与氢气分离采用水冷实现气液分离（5），将其冷却到10℃，气液分离后的三氯氢硅与氢气分别返回歧化工段（2）和氢化反应器（1）循环使用。若企业有西门子工艺制多晶硅设备，氢气也可作为其氢源。

与传统工艺相似，氢化反应器（1）与歧化反应工段（2）无明显区别，但采用该工艺高纯硅烷不经过储罐，相较传统工艺去除了约1立方米体积的储罐，从而降低了工艺的危险性，此外，通过水冷分离氢气和三氯化硅改变了传统工艺通过液氮冷却分离硅烷和氢气的高投资做法，节约投资约20%。

Claims (4)

1.一种硅烷法制多晶硅的安全生产方法，其特征是是以硅和氢气为原料，经氢化反应器和三氯氢硅歧化反应制备高纯硅烷，高纯硅烷直接进入热分解炉制备高纯多晶硅；高纯硅烷采用旁路调节，保持进入多晶硅热分解炉的进料稳定；反应后的硅烷与四氯化硅利用反歧化技术重新生成三氯氢硅，分离后氢气和三氯氢硅重复利用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的旁路调节，是替代了传统工艺中的硅烷储罐，调节分配比范围为0.01‐1，在还原炉临时故障时或临时停止时，硅烷能够通过旁路全部与四氯化硅直接反应，生产三氯氢硅在装置内循环，在整个装置内不存储硅烷。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是在热分解炉内反应的尾气硅烷、氢气以及循环旁路的硅烷与四氯化硅利用反歧化催化精馏技术重新生成三氯氢硅。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是反歧化生成的三氯氢硅与氢气分离采用水冷降至10‐40℃实现气液分离，分离后高纯氢气返回氢化反应工段，或作为西门子法制多晶硅工艺的氢源，分离后的三氯氢硅返回硅烷歧化工段作为进料循环使用。

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