[发明专利]一种四氯化硅转化为三氯氢硅的装置和方法

说明书

本发明公开了一种四氯化硅转化为三氯氢硅的装置和方法，该装置包括：第一流化床反应器，用于通入四氯化硅、氢气、硅发生冷氢化反应生成三氯氢硅；第二流化床反应器，与第一流化床反应器连接，第一流化床反应器内的物料流入到第二流化床反应器中，与第一流化床反应器内物料流动方向垂直的第一流化床反应器的截面为第一截面，与第二流化床反应器内物料流动方向垂直的第二流化床反应器的截面为第二截面，第二截面比第一截面大，第一流化床反应器出口与第二流化床反应器入口之间的管道上设置有第一开口。本发明的装置可以使得第二流化床反应器维持与第一流化床反应器近似或相同的流化态，增加了整个装置单位时间的四氯化硅的处理量和三氯化硅产量。

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种四氯化硅转化为三氯氢硅的装置和方法。

背景技术

多晶硅生产不管采用三氯氢硅还原法还是采用硅烷分解法，均会有大量的四氯化硅生成。作为多晶硅生产的副产物或中间产物，四氯化硅的回收与利用不仅可以减少环境污染，还可以使多晶硅生产形成闭环回路，大幅降低生产成本。目前对四氯化硅的处理基本采用脱氯加氢的方法使之形成三氯氢硅。在多种脱氯加氢技术中，四氯化硅与氢气和硅粉一起发生冷氢化反应从而生成三氯氢硅的方法具有能耗低、转化率相对较高等优点，是四氯化硅回收与利用的一种优选技术。冷氢化的化学反应如下：冷氢化反应后的尾气中包含有三氯氢硅、未反应的四氯化硅和氢气以及副产物氯化氢和少量二氯二氢硅。

在实验室固定床中，冷氢化反应中四氯化硅的单程转化率较接近于其理论转化率，可达到35％～40％。而在实际生产的流化床中，四氯化硅的单程转化率往往在25％以下，生产中的实际转化率与理论值偏差较大，在很大程度上提高了四氯化硅的氢化成本。造成实际生产中流化床法冷氢化反应中四氯化硅转化率偏低的根本原因，是流化床中反应停留时间不足、硅粉颗粒不能做到理想流化。受设备制造的限制，冷氢化反应器不能进行无限的放大，因此已有的改进方向主要集中于设计先进的反应器内构件以优化流化状态、设计串联反应器以增加反应停留时间。这些反应器具有改善硅粉流化状态的作用，但使用时一方面停车检修困难，不利于废硅粉的排出，另一方面未能从根本上解决反应停留时间不足的问题。在冷氢化反应器价格昂贵、简单增加冷氢化反应器四氯化硅转化率变化不大的情况下，多冷氢化反应器串联并不能取得很好的经济效益。专利CN201720046提供了一种具有多层多孔流化板的反应器、专利CN201801385提供了一种带筛板的流化床反应器、专利CN102001668提供了一种引入微循环分布结构的流化床反应器，这些反应器具有改善硅粉流化状态的作用，但使用时一方面停车检修困难，不利于废硅粉的排出，另一方面未能从根本上解决反应停留时间不足的问题。专利CN103101913提供了一种多反应器串联的方法，该方法增加了反应停留时间，但仍存在以下的不足：1)在上级反应器和下级反应器之间的管道内，三氯氢硅在高温条件下易发生冷氢化反应的逆反应而重新变为四氯化硅；2)冷氢化反应中四氯化硅转化率随反应停留时间的变化呈对数形式的变化，即以反应停留时间为横坐标、四氯化硅转化率为纵坐标时，反应停留时间数值小时，随着反应停留时间数值的增加四氯化硅转化率增加较快；反应停留时间数值大时，随着反应停留时间数值的再增加四氯化硅转化率增速变慢，并逐步接近一平衡数值，在冷氢化反应器价格昂贵、简单增加反应器四氯化硅转化率变化幅度较小的情况下，多反应器串联并不能取得很好的经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种四氯化硅转化为三氯氢硅的装置和方法，增加了第二流化床反应器的四氯化硅的单位时间的处理量，从而整体上提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的装置的单位时间的四氯化硅的处理量和三氯氢硅的产量。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种四氯化硅转化为三氯氢硅的装置，包括：

第一流化床反应器，用于通入四氯化硅、氢气、硅发生冷氢化反应生成三氯氢硅；