[发明专利]一种二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅工艺，尤其是一种多晶硅生产系统中的二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅工艺，属于硅化工技术领域。 

背景技术

改良西门子法多晶硅生产过程中，三氯氢硅和氢气在还原炉中进行还原反应生成多晶硅，由于三氯氢硅在炉内的转化率较低，大量未反应的原料三氯氢硅和氢气作为反应尾气排出，为了提高原料的利用率，降低产生成本，这些尾气（主要成分为三氯氢硅气体、四氯化硅气体和氢气）被送入尾气干法回收系统，将其中的氯硅烷冷凝成液体后和气态的氢气分离，氯硅烷液体再送入精馏车间进行分离提纯，分别得到高纯的液态三氯氢硅和四氯化硅。

但由于还原炉内反应复杂，会产生另一种轻组分的副产物二氯二氢硅，二氯二氢硅随尾气依次进入尾气干法回收系统和精馏车间，最终在精馏塔塔顶以排放低沸尾气的方式，将二氯二氢硅排放到废气处理工序进行洗涤处理。大型多晶硅生产系统中，二氯二氢硅的排放量大，二氯二氢硅尾气在洗涤塔内采用工厂生活水进行洗涤，使二氯二氢硅气体遇水发生水解生成二氧化硅和稀盐酸，产生的二氧化硅粉末在水池中通过打捞收集的方式进行处理，稀盐酸通过碱液中和，处理打捞收集的二氧化硅粉末需要消耗大量的人力和物力，不利于环保；中和稀盐酸需要消耗大量的碱液，很不经济；同时轻组分二氯二氢硅气体中的硅元素流失，需要补充硅粉来合成多晶硅的原料三氯氢硅。

二氯二氢硅和四氯化硅在一定的条件下可以反歧化生成三氯氢硅，其反应式如下：

SiH₂Cl₂ + SiCl₄ = 2SiHCl₃

在以上反应中，不仅能够利用二氯二氢硅，还能消耗生产系统中一部分四氯化硅。 

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅工艺，在本工艺中能够利用二氯二氢硅和四氯化硅反歧化生产三氯氢硅，提高多晶硅系统中原料的利用率，降低二氯二氢硅的处理费用。 

本发明采用的技术方案如下：

一种二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅工艺，包括以下步骤：（1）将气态二氯二氢硅冷凝成液体，再将所得的二氯二氢硅液体和经冷却后的四氯化硅液体按一定比例进行混合；（2）将上述二氯二氢硅和四氯化硅混合液送入固定床反应器中进行催化反应；（3）将反应器反应采出的气液混合物进行气液分离，将气态产品冷凝成液态后，与气液分离采出的液态产品一起送入储罐储存。

所述步骤（1）中，二氯二氢硅液体与四氯化硅液体按照质量比1:3-1:4进行混合。

所述步骤（2）中，二氯二氢硅和四氯化硅混合液的进料温度为-10℃-10℃。

所述步骤（2）中，反应器的反应温度为30℃-50℃，反应压力为0.2MPa-0.3MP，二氯二氢硅和四氯化硅混合液在反应器中的反应停留时间为5s-8s。

所述步骤（2）中，固定床反应器装填的为阴离子交换树脂催化剂。

二氯二氢硅液体与四氯化硅液体按照质量比1:4进行混合，混合液的进料温度为5℃，反应器的反应温度为50℃，反应压力为0.25MP，二氯二氢硅和四氯化硅混合液在反应器中的反应停留时间为8s。

进一步将所述步骤（3）储罐中的液态产品送入两级精馏塔中进行分离，一级精馏塔塔顶回收原料二氯二氢，塔底的四氯化硅和三氯氢硅混合液经二级精馏塔进一步分离，得到原料四氯化硅和产品三氯氢硅。

所述步骤（1）中气态二氯二氢硅采用-20℃冷冻盐水进行冷凝，步骤（1）中液体四氯化硅和所述步骤（3）中的气液分离得到的气态产品，均采用工艺循环水进行冷却。

还包括所述固定床反应器在装填催化剂后对催化剂进行脱水处理。

所述二氯二氢硅和四氯化硅来自于多晶硅生产系统。

本发明的二氯二氢硅反歧化生产三氯氢硅的工艺，进行液相进料，液态的原料在固定床反应器中进行催化反应单程转化率能达到70%以上，反应后储罐中的产品可以直接投入多晶硅分离系统中进行分离和提纯。在本工艺中控制反应器中较低的反应温度，一方面可以保证转化率，另一方面能够有效防止催化剂受热分解，还可以节省反应成本；本反应催化剂在装填到反应器以后，还要对催化剂进行脱水预处理，以防止氯硅烷进入后遇水生成固体二氧化硅附着在催化剂表面，降低催化剂活性，可以采用通入加热的氮气进行置换的方法进行脱水预处理。本发明中，还包括产品分离和原料回收工艺，将未反应的原料进行进一步的回收以提高利用率。