[发明专利]一种二氯二氢硅歧化制备硅烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅烷制备及提纯技术领域，尤其涉及一种二氯二氢硅歧化制备硅烷的方法。

背景技术

晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料，目前，我国大多数企业的多晶硅生产工艺均为改良西门子法，此工艺以三氯氢硅为原料，生产过程中产生部分二氯二氢硅及大量四氯化硅副产物。对于四氯化硅，已有冷氢化等方法对其处理，使其重新转化为三氯氢硅重复利用；对于二氯二氢硅，国内现阶段还没有成熟技术对其进行有效利用，即使仅以尾气处理为目的的淋洗工艺也有很大的物耗，且二氯二氢硅的沸点较低，易燃易爆，与空气混合后在很宽的范围均可以发生爆炸，具有极大地危险性。二氯二氢硅的富集及其处理问题已经逐渐成为困扰国内多晶硅生产企业的难题。

公开号CN101955187A，公开日 2011-01-26的中国发明专利提供了一种利用反歧化反应通过反应精馏制备三氯氢硅方法及设备。二氯二氢硅与四氯化硅在反应精馏塔中上部反应,反应精馏塔塔顶得到未完全反应的二氯二氢硅,于塔顶和塔中部回流,塔底得到二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅的混合物,进入脱轻塔脱除轻组分,脱轻塔塔顶得到二氯二氢硅回流至反应精馏塔循环利用,塔底得到三氯氢硅和四氯化硅的混合物,进入脱重塔将二者分离,脱重塔塔顶三氯氢硅为产品,塔下部侧线采出四氯化硅进入反应精馏塔循环利用,塔底得到过量四氯化硅。该方法工艺比较复杂，工业应用时困难较大，因此需要对其进行改进和创新。

发明内容

本发明针对现有技术中二氯二氢硅制备硅烷的转化率较低的缺陷，提供一种高转化率二氯二氢硅歧化制备硅烷的方法，该方法将多晶硅生产中产生的副产物二氯二氢硅(DCS)转化为可以利用的硅烷和三氯氢硅(TCS)，增加原材料利用率，减少三废排放，提高多晶硅生产经济效益和社会效益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种二氯二氢硅歧化制备硅烷的方法，其特征在于：将主要成分为二氯二氢硅的混合氯硅烷从反应釜底部进入反应釜内进行多段催化反应，反应温度为30-100℃，反应釜内间隔设有用于多段催化反应进行的催化反应段，催化剂为含有阴离子交换树脂和/或有机胺催化剂，反应釜内压力为2.5-3.5MPa，产生的气体从反应釜顶进入精馏塔下部，从反应釜上层催化反应段流出的混合液进入精馏塔中部；精馏塔的操作压力0.5-3MPa，塔顶温度范围-40至10℃，塔底温度范围100至150℃，精馏塔塔顶分离出产品硅烷气体。

首先将混合液（混合氯硅烷）加热至30-100℃，这是反应塔的进料温度，这样有利于使反应的转化效率更优异。然后，二氯二氢硅气体从反应塔底部通过数个催化反应段，催化反应段的温度保持在30-70℃。二氯二氢硅通过歧化反应塔催化反应段时，会与催化反应段中的有机胺催化剂以及负载固态胺基大孔树脂发生作用，它们可以促进二氯二氢硅气体转化为硅烷和三氯氢硅，主要反应式如下：

2SiH₂Cl₂ → SiH₃Cl+SiHCl₃，

2SiH₃Cl →SiH₂Cl₂+SiH₄。

优选控制混合氯硅烷原料进料量为9.6t/h。

作为优选，所述的阴离子交换树脂有机胺复合催化剂是阴离子交换树脂和有机胺以2-4:1(摩尔比)混合的复合催化剂。

作为优选，所述的阴离子交换树脂为凝胶型聚苯乙烯季胺基阴离子交换树脂，有机胺为正丁胺，催化剂的使用量占原料重量的3%-10%。阴离子交换树脂的型号优选为罗门哈斯IRA402。复合催化剂比单一成分的催化剂效果显著，降低反应活化能，从而加速二氯二氢硅歧化反应。负载固态胺基大孔树脂的平均粒径为0.5-0.8mm。

作为优选，所述的反应釜内设有4段催化反应段，每段间距500-1000mm，这样可以使反应更充分，增加原料液在催化反应段的停留时间，催化反应段之间的间隔也可以对反应后的气液进行预分离，在第一个催化反应段没有反应的混合液，可以在后续催化反应段继续反应，每段催化反应段的催化层高度为800-1500mm。

作为优选，精馏塔底流出的釜残液通过精馏塔塔底的再沸器部分汽化，部分液相产品返回原生产工艺中的二氯二氢硅精馏塔进行分离提纯。

作为优选，混合氯硅烷为一氯氢硅、二氯二氢硅和三氯氢硅混合液，主要成分为二氯二氢硅。