CN104326474B - 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法 - Google Patents
等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104326474B CN104326474B CN201410537520.6A CN201410537520A CN104326474B CN 104326474 B CN104326474 B CN 104326474B CN 201410537520 A CN201410537520 A CN 201410537520A CN 104326474 B CN104326474 B CN 104326474B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fluidized
- hydrogen
- bed
- plasma
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法，包括以下步骤：向流化床反应器加入硅颗粒；在流化床反应器内通入氢气建立一个硅颗粒流化床；预热硅颗粒流化床；向等离子热源体中通入氢气，将其等离子化成高温等离子气体，通入硅颗粒流化床一起预热；待硅颗粒温度达到200℃～1300℃时，停止预热；将液态四氯化硅汽化；将补充氢气和汽化后的液态四氯化硅混合；将氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器内，与硅颗粒反应生产三氯氢硅气体，与未完全反应的四氯化硅和氢气的混合气体等一起构成尾气；将尾气取出，进行分离，制备三氯氢硅。本发明改善流化床反应器内的温度梯度，使流化床反应器内得热场均匀，提供氢等离子体，显著提高四氯化硅转化率、降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法。属多晶硅制备技术领域。
背景技术
目前全球多晶硅企业，超过80%采用改良西门子法。改良西门子法生产多晶硅，不可避免地要产生大量四氯化硅。为了实现降本降耗，国内早期项目普遍采用热氢化工艺将四氯化硅转化为三氯氢硅，具体反应方程如下：
SiCl4+H2→SiHCl3+HCl
该反应的反应温度为1150℃～1250℃，反应压力0MPa（G）～0.6MPa（G）。
热氢化工艺主要采用钟罩式反应器，通过给电加热件通电发热达到表面温度1200℃～1300℃之间，由于电加热件表面积有限，导致钟罩式反应器内的温度梯度大、热场不均匀，四氯化硅和氢气在电加热件表面反应生成三氯氢硅，转化率低（20%以下），同时为了保持较高转化率，采用较小进料量，热量利用率低，能耗较高（2.0～3.0kW·h/kg-SiCl4）。
近年来，为了降低多晶硅生产成本，国内多晶硅企业已开始使用冷氢化工艺处理四氯化硅，通过氢气、硅粉歧化还原四氯化硅来制备三氯氢硅。具体反应方程如下：
3SiCl4+2H2+Si→4SiHCl3
该反应的反应温度为450℃～550℃，反应压力1.5MPa（G）～3.5MPa（G）。
氯化亚铜为催化剂。
冷氢化工艺主要采用内胆加热的流化床反应器，通过给内胆通电发热来维持流化床反应器内温度为450℃～550℃，转化率较高（20%～23%），处理量较大，热能利用率较高，能耗较低（0.5～1.5kW·h/kg-SiCl4）。但是由于是通过由外向内进行加热，依然存在流化床反应器内的温度梯度较大、热场不均匀、转化率较低、能耗较高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种使流化床反应器内的温度梯度较小、热场均匀、显著提高四氯化硅转化率、降低能耗的等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法，所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、向流化床反应器加入硅颗粒，用氮气进行气体置换；
步骤二、在流化床反应器内通入氢气建立一个硅颗粒流化床；
步骤三、给流化床反应器内的热电阻丝通电预热硅颗粒流化床；
步骤四、向等离子热源体中通入氢气，将其等离子化成高温等离子气体，形成氢等离子体，通入硅颗粒流化床一起预热；
步骤五、测控硅颗粒流化床温度，待硅颗粒温度达到200℃～1300℃时，停止给热电阻丝通电；
步骤六、将液态四氯化硅在汽化器中汽化；
步骤七、将补充氢气和汽化后的液态四氯化硅在氢气和四氯化硅气体混合器中混合，并调节补充氢气流量，以使氢气和四氯化硅的配比0.1:1～10:1之间，同时控制氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器前的温度处于200℃～1300℃，维持硅颗粒温度在200℃～1300℃，压力为0MPa（G）～3.5MPa（G）；
步骤八、将氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器内，与硅颗粒反应生产三氯氢硅气体，与未完全反应的四氯化硅和氢气的混合气体等一起构成尾气；
步骤九、将尾气取出，进行分离，制备三氯氢硅；未反应完全的四氯化硅和氢气回收循环利用。
以等离子体加热的流化床反应器制备三氯氢硅，可减少换热设备，降低设备故障，有效改善流化床反应器内的温度梯度，使流化床反应器内的热场更均匀，有效利用流化床反应内的空间，降低能量消耗，提高转化效率，更重要的是氢等离子体能强化反应，使转化效率显著提高。而且不必使用会污染产物的氯化铜催化剂。
本发明的有益效果：
本发明降低设备故障主要是减少了汽化的四氯化硅过热器和氢气加热器，减少了四氯化硅过热器出现故障，节省能量主要是由于等离子气体直接与颗粒硅相互作用，并将它们加热至反应温度，而这中间没有反应器壁阻隔，降低能耗；提高转化率主要是一方面流化床反应器内的热场更均匀，有效利用流化床反应内的空间，提高转化效率，更重要的是氢等离子体能强化反应，使转化效率显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法所采用的装置的总体结构示意图。
图中附图标记：
等离子电源工作气体入口1
等离子热源体2
等离子体枪3
氢气入口4
四氯化硅入口5
氢气和四氯化硅气体混合器6
保温层7
热电阻丝8
压力计9
流化床反应器10
硅粉加料口11
温度测控12
尾气出口13
汽化器14
热媒入口15
热媒出口16。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方式进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了通过等离子体加热在流化床反应器中通过氢气与硅粉歧化还原四氯化硅来制备三氯氢硅，其同步加热经汽化的四氯化硅和补充氢气混合气体，减少换热设备，降低设备故障；改善流化床反应器内的温度梯度，使流化床反应器内的热场均匀；提供氢等离子体，显著提高四氯化硅转化率、降低能耗。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供通过等离子体加热在流化床反应器中通过氢气与硅粉歧化还原四氯化硅来制备三氯氢硅，其包括以下工艺步骤：
步骤一、向流化床反应器10加入硅颗粒，用惰性气体如氮气进行气体置换；
步骤二、在流化床反应器10内通入氢气建立一个硅颗粒流化床；
步骤三、给热电阻丝8通电预热硅颗粒流化床；
步骤四、向等离子热源体2中通入等离子电源工作气体如氢气，将其等离子化成高温等离子气体，形成氢等离子体，将高温等离子气体直接导入流化床反应器底部，通入硅颗粒流化床一起预热；
步骤五、通过温度测控12测控硅颗粒流化床温度，待硅颗粒温度达到200℃～1300℃时，停止给热电阻丝8通电；
步骤六、将液态四氯化硅在汽化器14中汽化；
步骤七、将补充氢气和汽化后的液态四氯化硅在氢气和四氯化硅气体混合器6中混合，并调节补充氢气流量，以使氢气和四氯化硅的配比0.1:1～10:1之间，同时控制氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器10前的温度处于200℃～1300℃；维持硅颗粒温度于200℃～1300℃之间，压力为0MPa（G）～3.5MPa（G）；
步骤八、氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器10内，与硅颗粒反应生产三氯氢硅气体，与未完全反应的四氯化硅和氢气的混合气体等一起构成尾气；
步骤九、将尾气取出，进行分离，制备三氯氢硅；未反应完全的四氯化硅和氢气回收循环利用。
本发明提供了通过等离子体加热在流化床反应器中通过氢气与硅粉歧化还原四氯化硅来制备三氯氢硅，其同步加热经汽化的四氯化硅和补充氢气混合气体，减少换热设备，降低设备故障；改善流化床反应器内的温度梯度，使流化床反应器内的热场均匀；提供氢等离子体，显著提高四氯化硅转化率、降低能耗。
对所公开的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些上述说明的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的上述说明，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法，其特征在于所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、向流化床反应器加入硅颗粒，用氮气进行气体置换；
步骤二、在流化床反应器内通入氢气建立一个硅颗粒流化床；
步骤三、给流化床反应器内的热电阻丝通电预热硅颗粒流化床；
步骤四、向等离子热源体中通入氢气，将其等离子化成高温等离子气体，形成氢等离子体，通入硅颗粒流化床一起预热；
步骤五、测控硅颗粒流化床温度，待硅颗粒温度达到200℃～1300℃时，停止给热电阻丝通电；
步骤六、将液态四氯化硅在汽化器中汽化；
步骤七、将补充氢气和汽化后的液态四氯化硅在氢气和四氯化硅气体混合器中混合，并调节补充氢气流量，以使氢气和四氯化硅的配比0.1:1～10:1之间，同时控制氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器前的温度处于200℃～1300℃，维持硅颗粒温度在200℃～1300℃，压力为0MPa（G）～3.5MPa（G）；
步骤八、将氢等离子体、补充氢气和四氯化硅混合气体进入流化床反应器内，与硅颗粒反应生产三氯氢硅气体，与未完全反应的四氯化硅和氢气的混合气体一起构成尾气；
步骤九、将尾气取出，进行分离，制备三氯氢硅；未反应完全的四氯化硅和氢气回收循环利用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410537520.6A CN104326474B (zh) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410537520.6A CN104326474B (zh) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104326474A CN104326474A (zh) | 2015-02-04 |
| CN104326474B true CN104326474B (zh) | 2016-03-23 |
Family
ID=52401303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410537520.6A Active CN104326474B (zh) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104326474B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1153138A (zh) * | 1995-09-21 | 1997-07-02 | 瓦克化学有限公司 | 制备三氯硅烷的方法 |
| CN102149457A (zh) * | 2008-09-10 | 2011-08-10 | 赢创德固赛有限责任公司 | 能量自给自足的氯硅烷加氢用的硫化床反应器、其应用及方法 |
| CN203173828U (zh) * | 2012-12-24 | 2013-09-04 | 重庆大学 | 一种由四氯化硅制备三氯氢硅的装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8298490B2 (en) * | 2009-11-06 | 2012-10-30 | Gtat Corporation | Systems and methods of producing trichlorosilane |
-
2014
- 2014-10-14 CN CN201410537520.6A patent/CN104326474B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1153138A (zh) * | 1995-09-21 | 1997-07-02 | 瓦克化学有限公司 | 制备三氯硅烷的方法 |
| CN102149457A (zh) * | 2008-09-10 | 2011-08-10 | 赢创德固赛有限责任公司 | 能量自给自足的氯硅烷加氢用的硫化床反应器、其应用及方法 |
| CN203173828U (zh) * | 2012-12-24 | 2013-09-04 | 重庆大学 | 一种由四氯化硅制备三氯氢硅的装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104326474A (zh) | 2015-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103058195B (zh) | 一种用于多晶硅生产提高还原沉积反应效率的方法 | |
| CN102951646A (zh) | 硅烷的生产方法 | |
| CN106395832B (zh) | 一种四氯化硅氢化方法 | |
| CN102674368A (zh) | 三氯氢硅生产方法和系统 | |
| CN204138354U (zh) | 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的装置 | |
| CN104326474B (zh) | 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的方法 | |
| CN202808380U (zh) | 一种四氯化硅氢化装置 | |
| CN202594789U (zh) | Cvd反应炉产高位能蒸汽系统 | |
| CN107074561B (zh) | 使用高效混合式水平反应器的多晶硅制造装置和方法 | |
| CN202880902U (zh) | 一种多晶硅还原生产装置 | |
| CN201214631Y (zh) | 多晶硅还原炉 | |
| CN107512719B (zh) | 多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 | |
| CN101700886B (zh) | 由四氯化硅制取三氯氢硅的方法 | |
| CN201981013U (zh) | 三氯氢硅生产系统 | |
| CN203173828U (zh) | 一种由四氯化硅制备三氯氢硅的装置 | |
| CN102674361B (zh) | 一种节能型多晶硅还原炉的内胆顶部结构及其实施方法 | |
| CN102674360B (zh) | 带有多晶硅片的节能型多晶硅还原炉的保温内胆及实施方法 | |
| CN103172072B (zh) | 实现氯硅烷合成的反应器及方法 | |
| CN104803388A (zh) | 一种多晶硅还原装置 | |
| CN205187879U (zh) | 一种纯化反应四氯化硅装置 | |
| CN104709909B (zh) | 一种低能耗多晶硅生产方法 | |
| CN206069385U (zh) | 一种四氯化硅氢化反应器 | |
| CN204830914U (zh) | 还原炉余热回收利用的换热系统 | |
| CN105080434B (zh) | 一种催化反应器、系统、四氯化硅催化氢化反应的方法 | |
| CN103880009B (zh) | 一种尾气出口连接内伸管的多晶硅还原炉及连接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |