[发明专利]一种四氯化硅加氢制备三氯氢硅催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种四氯化硅加氢制备三氯氢硅催化剂及其制备方法，将含有氧化硅的硅源酸性溶液进行酸化处理，加入活性组分和助剂的可溶性盐，再加入拟薄水铝石和流化床四氯化硅催化氢化过程中产生的废弃微细的粉末，再加入固化剂配成浆液；将浆液采用喷雾干燥方式进行固化成型，再经水洗、干燥、焙烧制成催化剂。采用本发明制备的三氯氢硅催化剂粒度圆整，粒径分布集中，且具有较大的比表面积和较高的活性金属分散性；本发明方法将流化床四氯化硅催化氢化过程中硅粉与反应器摩擦、硅粉与硅粉摩擦及硅粉与催化剂摩擦产生的废弃微细的粉末制成催化剂载体，使得废弃微细的粉末重新得到利用，在提高废弃微细的粉末附加值的同时，减少了二次污染。

技术领域

本发明涉及一种四氯化硅加氢制备三氯氢硅催化剂及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭以及环境污染问题的日益加剧,探寻一种无污染的可再生能源成为当务之急。太阳能作为最丰富的可再生能源,与其他能源相比具有清洁性、安全性、广泛性、资源的充足性和潜在的经济性等优点。充分利用太阳能,对在低碳模式下实现可持续发展具有重要的经济和战略意义。

近年来,我国多晶硅产量急剧增加,多晶硅的主要生产工艺有改良西门子法、硅烷法和流化床法，其中改良西门子法是当今生产多晶硅的主流技术，是生产多晶硅最成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，所生产的多晶硅是世界生产总量的70％～80％。目前，国内外西门子工艺的多晶硅厂均采用硅粉和氯化氢的合成制取三氯氢硅。在合成产物中，三氯氢硅占80％，四氯化硅占20％。在三氯氢硅于1100℃的气氛下还原，分解生成高纯多晶硅产品的过程中，每吨产品副产四氯化硅近6t。所以，一般采用西门子工艺的多晶硅厂每吨多晶硅产品副产四氯化硅近10t。

四氯化硅是一种有毒有害气体,如果不加处理而任意排放,四氯化硅将会与大气中的水汽结合,产生氯化氢气体,对环境造成严重污染,此外,也造成了资源的极大浪费,加大了企业的生产成本。如何安全处理四氯化硅已成为制约多晶硅发展的瓶颈,寻找有效处理四氯化硅的途径是当前亟待解决的问题。合理回收利用四氯化硅,在减少环境污染的同时,也降低了企业的生产成本,有利于多晶硅生产企业的可持续发展。

四氯化硅回收利用主要有两个方向，一是以四氯化硅作为原材料生产其他化工产品，包括气相法白炭黑、有机硅产品和生产光纤等；二是在多晶硅生产过程将四氯化硅氢化转化为三氯氢硅进行循环利用。前者需求有限，不能大量消耗副产四氯化硅，研究重点集中于四氯化硅循环利用。四氯化硅氢化技术主要为热氢化法、冷氢化法、等离子氢化法以及催化氢化法。热氢化是将四氯化硅在1250℃氢化生成三氯氢硅，产物易于分离，但反应温度高，能耗大；冷氢化是将四氯化硅、硅粉和氢气在流化床反应器中400℃条件下反应生产三氯氢硅，反应温度相对较低，但产物难于分离、转化率低且反应器磨损严重；等离子氢化在常压和3000℃条件下进行，四氯化硅最高转化率可达74％，但能耗非常高，难以工业化；而催化氢化是在热氢化过程基础上通过加入催化剂，即以硅粉、氢气、四氯化硅为原料，在催化剂存在条件下，在反应温度500～550℃，反应压力2.0～3.0MPa下，生成三氯氢硅、二氯二氢硅等的混合物，产物易于分离并保持高转化率，已经成为回收四氯化硅的理想途径。氢气、四氯化硅混合气体与硅粉主要发生如下反应:

3SiCl₄+Si+2H₂→4SHiCl₃

目前，四氯化硅催化氢化多采用流化床工艺，反应过程中存在硅粉与反应器的摩擦、硅粉与硅粉摩擦及硅粉与催化剂的摩擦，因此，将有大量硅粉的微细粉末或催化剂微细粉末随同产物带出反应物，为防止这些粉末的氧化或自燃，只能将其囤积在水中，因此也造成了二次污染。四氯化硅催化氢化过程中催化剂的选择及制备尤为重要，而废弃微细粉末的处理同样重要。