[发明专利]一种改进的低压合成工艺制备三氯氢硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的低压合成工艺制备三氯氢硅的方法，属于改良西门子法制备太阳能级多晶硅技术领域。

背景技术

当前改良西门子法制备太阳能级多晶硅工艺流程是最普及的一种工艺流程，全球多晶硅制备工厂超过90%使用的是这种工艺流程，而且这种工艺当前还在发展完善期，还将在未来相当长的时间内占据着主流工艺技术。

但是该工艺流程也经历了几代的开发和发展，最近特别地集中在TCS制备工艺上出现了几种不同的流程：硅粉（Si）和氯化氢（HCl）的低压合成法、四氯化硅（STC）氢化转化法（其中又有热氢化和冷氢化之分）和DCS反歧化法，这三种方法各有侧重点，可视具体不同流程来选择。

US-5118485[P]报道了一种冷氢化的方法：由STC在流化床反应器中还原成三氯氢硅，讨论了四氯化硅的转化率和STC与H2的比例关系。反应方程式为：

3SiCl₄+2H₂+Si→4SiHCl₃

CN201010514102.7[P]公开了一种Si和HCl的低压合成工艺，通过使Si与HCl在0.5-30atm的绝对压力，250-1100℃的温度下，流化床反应器、搅拌床反应器或固定床反应器中生产三氯氢硅的方法。 

日本延迟公开专利56-73617，公开了一种用铜粉作为催化剂生产TCS的方法。同时将硅粉、HCl、STC、H2在流化床中，在350-600 ℃下反应可以由Si和HCl生成TCS，同时STC也转化为TCS的方法。

日本延迟公开专利60-36318，公开了一种将STC转化成TCS的方法，它是STC和H2 通过硅离子，在500-700℃下反应，采用CuCl作为催化剂。

本发明的思路，基于Si和HCl的低压合成工艺，选择其主要设备流化床反应器作为反应场所，进行新的化学反应。本发明对低压合成法反应的各种工艺参数进行了持续地研究，对上述发明进行了改进：取消了铜粉、CuCl催化剂；降低了反应温度和压力。

发明内容

本发明的目的是基于硅粉和氯化氢的流化床反应器法工艺的改进，保留并改进了其主要设备流化床作为主要反应场所，提供了一种改进的低压合成工艺制备三氯氢硅的方法，使用二氯二氢硅DCS转化制备三氯氢硅TCS的方法。该方法既是一种新的TCS的制备方法，同时也解决了一个传统改良西门子法的弊端：DCS富集的问题。工艺简洁、易操作、安全、稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改进的低压合成工艺制备三氯氢硅的方法，包括硅粉（Si）和氯化氢

（HCl）的低压合成法制备三氯氢硅TCS的流程与设备，所述设备主要包括二氯二氢硅蒸发器和流化床反应器，把精馏工段的二氯二氢硅DCS在蒸发器中气化，然后将气态的二氯二氢硅DCS通入流化床反应器和过量的HCl反应来制备三氯氢硅；精馏工段一定时间内聚集的DCS反应结束后，转入硅粉（Si）和氯化氢（HCl）的低压合成法制备三氯氢硅TCS的流程。

所述的精馏工段的二氯二氢硅DCS在蒸发器中气化过程为：将来自精馏工段三氯氢硅TCS产品精馏塔的底部出料液态的四氯化硅STC，或者其他工段或设备的液态STC，输送到DCS蒸发器达到要求的液位：5～70%；然后将来自精馏工段脱轻组分塔的顶部产物：液态的低温低压的二氯二氢硅DCS输送到立式的DCS蒸发器的壳程段，通过热媒加热到一定温度，且通过输送气进入壳程段把压力提高到一定的压力范围内。

所述的改进的低压合成工艺制备三氯氢硅的方法，具体包括以下步骤：

（1）预先在流化床反应器中装进一定高度的金属级硅粉；

（2）将来自精馏工段三氯氢硅TCS产品精馏塔的底部出料液态的四氯化硅STC，或者其他工段或设备的液态STC，输送到DCS蒸发器达到要求的液位：5～70%；

（3）将来自精馏工段脱轻组分塔的顶部产物：液态的低温低压的二氯二氢硅DCS输送到立式的DCS蒸发器的壳程段，通过热媒加热到100～200℃，且通过输送气进入壳程段把压力提高到0.1～2.0MPa；

（4）一定量的压力为0.1～1.0 MPa 的HCl气体通过流化床底端的分布器吹向硅粉床层以形成一定高度的流化起来的硅粉反应床；

（5）将上述（3）的状态下的DCS通入流化床，要DCS和HCl保持1：1～5

的摩尔比的进料流量；