[其他]四氯化硅氢化新工艺

说明书

本发明属于四氯化硅氢化工艺。

目前，国内外多晶硅厂均采用硅粉与氯化氢合成制取SiHCl₃。在合成产物中，SiHCl₃约占80%，SiO₄约占20%。该合成产物与多晶硅反应器的尾气冷凝物通过粗馏、精馏后，SiCl₄以杂质被分离出去，SiHCl₃则用于生产多晶硅。

国内各硅厂，对于分馏出的SiCl₄，因尚无合理的回收工艺，而将其售与化工部门或作为废料处理，因而SiHCl₃产出率低，造成了原材料的浪费。

国外硅厂，对生产中所产出的SiCl₄，一般是在以氯化氢、氯化亚铜为触媒，或以硅藻土、活性炭、Al₂O₃为载体的粒状镍盐、铜盐触媒存在的条件下，控制一定的温度、压力、使H₂、SiCl₄混合气体与硅粉在反应器内以沸腾状态接触进行氢化，使部分SiCl₄转化成SiHCl₃，其产物中的SiCl₄经分离后使其反复循环、加氢转化进行回收。其反应式为：

上述SiCl₄加氢转化工艺的主要特点，是在氢化过程中以固定的配比连续将HCl或CuCl与反应物混合而进行的。为了强化反应过程，有的采用一种多层隔板的反应器，每层都分别放入硅粉和粒状触媒，使H₂、SiCl₄、HCl的混合气体通过这种多层反应器以提高SiCl₄的转化率。

上述工艺的缺点是：

1.由于在工艺过程中需要连续将HCl或CuCl以固定配比（一般为5%）与反应物混合，以及SiCl₄一次转化率较低（一般为15%～18%），所以原材料消耗较高、设备效率低。

2.HCl、CuCl以及粒状镍盐、铜盐触媒活性较小，故要求的反应条件较高，压力需21～35kg/cm²、温度在500℃以上，所以过程的能能耗高、对反应器的要求也高。

本发明的任务就是寻求一个较好的SiCl₄氢化工艺，以克服上述工艺所存在的缺点。其特点是采用国产NC-9-2型粉末状镍触媒与硅粉按比例混合，一次装入单层气体分佈板反应器中，在氢气氛下加热至430℃活化后，即可连续进行SiCl₄的加氢转化反应。其工艺过程结合附图叙述如下：

将NC-9-2型粉末状镍触媒与硅粉按2～4%的比例混合后装入反应器Ⅲ中，然后通入经预热器Ⅱ加热至430℃的氢气，使触媒在此温度下进行4小时的活化处理。粗、精馏产出的液体SiCl₄在挥发器Ⅰ中加热至90～129℃而气化，氢气按克分子比H₂∶SiCl₄＝1～4∶1进入挥发器，与被气化了的SiCl₄混合后进入预热器Ⅱ，混合气体被加热至300～400℃后连续进入反应器Ⅲ中，氢化反应温度为400～500℃、压力10～20kg/cm²。氢化反应产出的SiHCl₃与SiCl₄等混合气体经过滤器Ⅳ、预冷器Ⅴ，并在冷凝器Ⅵ中被冷凝成液体而进入冷凝液贮槽Ⅶ中。

本发明的优点是：

1.触媒一次加入后，在其寿命有效期内不必添加。所以正常生产过程中只是补充反应掉的硅粉即可，故触媒用量少。

2.触媒活性好，氢化反应要求的条件较低，反应压力一般为15kg/cm²，温度一般在500℃。

3.SiCl₄一次转化率高，可达15～30%。

4.反应器内只有单层气体分佈板，所以结构简单，易于操作。

实施例：

反应器：直径Dg    70mm、高2m、料层高度0.8m。

工艺条件：气体空速0.072m/S、反应温度500℃、压力15kg/cm²。

结果：SiCl₄一次转化率26.74%。