硅烷法制多晶硅安全生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硅烷法制多晶硅的安全生產(chǎn)方法，該工藝去除了傳統(tǒng)工藝中的硅烷儲(chǔ)罐裝置，大大降低了該流程的危險(xiǎn)性。本工藝流程主要特點(diǎn)是采用氯硅烷歧化法，制備高純硅烷；而高純硅烷不經(jīng)過硅烷儲(chǔ)罐，直接進(jìn)入還原爐制備高純多晶硅，采用旁路調(diào)節(jié)硅烷進(jìn)料量，保證還原爐進(jìn)料穩(wěn)定；反應(yīng)后的硅烷和氫氣與四氯化硅利用反歧化技術(shù)重新生成三氯氫硅，在水冷下實(shí)現(xiàn)與氫氣的分離，氫氣和三氯氫硅重復(fù)利用。該工藝沒有設(shè)置硅烷儲(chǔ)罐，降低了整個(gè)流程的危險(xiǎn)性，同時(shí)，利用反歧化法制成三氯氫硅之后再與氫氣在水冷條件下分離，改變了傳統(tǒng)工藝氫氣與硅烷在液氮冷卻下分離的高投資環(huán)節(jié)，降低了工藝的總投資。
【專利說明】硅烷法制多晶硅安全生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硅烷法制多晶硅的安全生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是全球電子エ業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石，是制備太陽能發(fā)電設(shè)備的主要材料。其生產(chǎn)成本較高，約占太陽能發(fā)電總成本的50%，是制約太陽能發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。探索低成本、高質(zhì)量的多晶硅生產(chǎn)方法是促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的有效途徑之一。
[0003]多晶硅生產(chǎn)エ藝主要有改良西門子法、硅烷法、流態(tài)化床法、冶金法等。硅烷熱分解法制備多晶硅是以硅烷作為介質(zhì)的硅材料超提純技術(shù)，是多晶硅重要的生產(chǎn)方法之一。由于硅烷法生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了物料閉環(huán)生產(chǎn)，基本實(shí)現(xiàn)零排放，符合國家新能源產(chǎn)業(yè)政策，同時(shí)材料的利用率高，多晶硅的純度高，具有廣闊的發(fā)展前景。
[0004]硅烷是整個(gè)エ序中最重要的化學(xué)品，也是用于制造高純度多晶硅無法取代的重要特種氣體。硅烷是ー種無色、與空氣反應(yīng)并會(huì)引起窒息的氣體。該氣體通常與空氣接觸會(huì)引起燃燒并放出很濃的白色的無定型ニ氧化硅煙霧，它自燃的火焰會(huì)引起嚴(yán)重的熱灼傷，如果嚴(yán)重甚至?xí)旅虼嗽谄鋬?chǔ)存、運(yùn)輸及反應(yīng)過程中都存在爆炸危險(xiǎn)。
[0005]硅烷法制多晶硅エ藝中如何降低硅烷帶來的危險(xiǎn)，保證エ藝裝置的安全，成為該エ藝的ー個(gè)重要難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的提供一種新的高純多晶硅生產(chǎn)方法，降低傳統(tǒng)エ藝方法由于硅烷儲(chǔ)存所帶來的危險(xiǎn)性，降低エ藝的危險(xiǎn)系數(shù)，同時(shí)，合理利用反歧化法實(shí)現(xiàn)氫氣的低能耗分離，降低生產(chǎn)的成本。
[0007]本發(fā)明技術(shù)如下:
[0008]本發(fā)明中，硅烷法制多晶硅的安全生產(chǎn)エ藝主要技術(shù)特點(diǎn)有:去除了傳統(tǒng)エ藝的硅烷儲(chǔ)存裝置，利用反歧化法制三氯氫硅，氫氣與三氯氫硅水冷分離。
[0009]—種硅烷法制多晶娃的安全生產(chǎn)方法,是以娃和氫氣為原料,經(jīng)氫化反應(yīng)器和三氣氧娃歧化反應(yīng)制備聞純硅烷，聞純硅烷直接進(jìn)入熱分解爐制備聞純多晶娃；聞純硅烷米用旁路調(diào)節(jié)，保持進(jìn)入多晶硅熱分解爐的進(jìn)料穩(wěn)定；反應(yīng)后的硅烷與四氯化硅利用反歧化技術(shù)重新生成三氯氫硅，分離后氫氣和三氯氫硅重復(fù)利用。
[0010] 歧化法制備的高純硅烷的旁路調(diào)節(jié)，替代了傳統(tǒng)エ藝中的硅烷儲(chǔ)罐，其調(diào)節(jié)分配比范圍為0.01 - 1，在還原爐臨時(shí)故障時(shí)或臨時(shí)停止時(shí)，硅烷可通過旁路全部與四氯化硅直接反應(yīng)，生產(chǎn)三氯氫硅在裝置內(nèi)循環(huán)，在整個(gè)エ藝裝置內(nèi)不存儲(chǔ)硅烷。
[0011]在熱分解爐內(nèi)反應(yīng)的尾氣硅烷、氫氣以及循環(huán)旁路的硅烷與四氯化硅利用反歧化催化精餾技術(shù)重新生成三氯氫硅。
[0012]反歧化生成的三氯氫硅與氫氣分離采用水冷降至10 - 40°C實(shí)現(xiàn)氣液分離，分離后高純氫氣可返回氫化反應(yīng)エ段，也可作為西門子法制多晶硅エ藝的氫源，分離后的三氯氫硅返回硅烷歧化工段作為進(jìn)料循環(huán)使用。
[0013]該エ藝各個(gè)裝置反應(yīng)條件與傳統(tǒng)エ藝相應(yīng)的裝置反應(yīng)條件無變化。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該エ藝沒有設(shè)置硅烷儲(chǔ)罐，降低了整個(gè)流程的危險(xiǎn)性，同時(shí)，利用反歧化法制成三氯氫娃之后再與氫氣在水冷條件下分離，改變了傳統(tǒng)エ藝氫氣與硅烷在液氮冷卻下分離的高投資環(huán)節(jié)，降低了エ藝的總投資。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖:本發(fā)明エ藝流程圖
[0016]其中:1 -氫化反應(yīng)器；2 -歧化反應(yīng)エ段；3 -多晶硅熱分解爐；4 -反歧化反應(yīng)エ段；5 -水冷分離設(shè)備；
[0017]圖中方框代表エ藝的主要設(shè)備，實(shí)線代表主要流股，具體物料在實(shí)線上已表明。【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖進(jìn)行說明:
[0019]—種硅烷法制多晶娃的安全生產(chǎn)エ藝,是以娃、四氯化娃和氫氣為原料生產(chǎn)高純多晶硅。硅、四氯化硅和氫氣經(jīng)氫化反應(yīng)器(I)與歧化反應(yīng)エ段(2)，制備高純硅烷，高純硅燒不經(jīng)過硅烷儲(chǔ)Si!，直接進(jìn)入熱分解爐(3)制備聞純多晶娃；聞純硅烷利用芳路調(diào)節(jié)，保持進(jìn)入多晶硅熱分解爐(3)的進(jìn)料穩(wěn)定；反應(yīng)后的硅烷和氫氣與四氯化硅經(jīng)反歧化工段(4)重新生成三氯氫硅，分離后氫氣和三氯氫硅重復(fù)利用。
[0020]歧化法制備的高純硅烷的旁路調(diào)節(jié)，替代了傳統(tǒng)エ藝中的硅烷儲(chǔ)罐，調(diào)節(jié)分配比范圍為0.01 - 1，在熱分解爐(3)臨時(shí)故障時(shí)或臨時(shí)停止時(shí)，硅烷可通過旁路調(diào)節(jié)全部與四氯化硅直接反應(yīng)，生產(chǎn)三氯氫硅在`裝置內(nèi)循環(huán)，在裝置內(nèi)不存儲(chǔ)硅烷。
[0021]在熱分解爐(3)里反應(yīng)后的尾氣硅烷、氫氣以及循環(huán)旁路的硅烷與氯硅烷歧化工段(2)產(chǎn)生的四氯化硅在一定配比下經(jīng)反歧化工段(4)重新生成三氯氫硅。
[0022]反歧化工段(4)生成的三氯氫硅與氫氣分離采用水冷裝置(5)實(shí)現(xiàn)氣液分離，分離后氫氣可返回氫化反應(yīng)エ段(1)，也可作為西門子法制多晶硅エ藝的氫源，分離后的三氯氫硅返回硅烷歧化工段(2)作為原料循環(huán)使用。
[0023]該エ藝各個(gè)裝置反應(yīng)條件與傳統(tǒng)エ藝相應(yīng)的裝置反應(yīng)條件無變化。
[0024]代表例:
[0025]以年產(chǎn)4000t，年生產(chǎn)時(shí)間8000h的多晶硅企業(yè)為例。
[0026]以硅、四氯化硅和氫氣為原料生產(chǎn)高純多晶硅，硅進(jìn)料量為0.5t/h、四氯化硅和氫氣適量補(bǔ)充，經(jīng)氫化反應(yīng)器(I)與歧化反應(yīng)エ段(2)，采用氯硅烷歧化法，制備高純硅烷，而聞純硅烷不經(jīng)過硅烷儲(chǔ)Si!，直接進(jìn)入熱分解爐(3)制備聞純多晶娃；反應(yīng)后的硅烷和氧氣與四氯化硅經(jīng)反歧化工段(4)重新生成三氯氫硅，分離后氫氣和三氯氫硅重復(fù)利用。
[0027]歧化法制備的高純硅烷利用旁路調(diào)節(jié)，保持進(jìn)入多晶硅熱分解爐的進(jìn)料穩(wěn)定，從而去除了硅烷儲(chǔ)罐設(shè)備。
[0028]在熱分解爐(3)臨時(shí)故障時(shí)或臨時(shí)停止時(shí)，硅烷可通過旁路調(diào)節(jié)全部與四氯化硅直接反應(yīng)，生產(chǎn)三氯氫硅在裝置內(nèi)循環(huán)，在裝置內(nèi)不存儲(chǔ)硅烷。
[0029]反應(yīng)后的硅烷、氫氣及循環(huán)旁路的硅烷與氯硅烷歧化工段(2)產(chǎn)生的四氯化硅在1:3的配比下經(jīng)反歧化工段(4)重新生成三氯氫硅。
[0030]三氯氫硅與氫氣分離采用水冷實(shí)現(xiàn)氣液分離(5)，將其冷卻到10°C，氣液分離后的三氯氫硅與氫氣分別返回歧化工段(2)和氫化反應(yīng)器(I)循環(huán)使用。若企業(yè)有西門子エ藝制多晶娃設(shè)備，氫氣也可作為其氫源。
[0031]與傳統(tǒng)エ藝相似，氫化反應(yīng)器(I)與歧化反應(yīng)エ段(2)無明顯區(qū)別，但采用該エ藝高純硅烷不經(jīng)過儲(chǔ)罐，相較傳統(tǒng)エ藝去除了約I立方米體積的儲(chǔ)罐，從而降低了エ藝的危險(xiǎn)性，此外，通過水冷分離氫氣和三氯化硅改變了傳統(tǒng)エ藝通過液氮冷卻分離硅烷和氫氣的高投資做法，節(jié)約投資 約20%。
【權(quán)利要求】
1.一種硅烷法制多晶硅的安全生產(chǎn)方法，其特征是是以硅和氫氣為原料，經(jīng)氫化反應(yīng)器和ニ氣氫!娃歧化反應(yīng)制備聞純硅烷，聞純硅烷直接進(jìn)入熱分解爐制備聞純多晶娃；聞純硅烷采用旁路調(diào)節(jié)，保持進(jìn)入多晶硅熱分解爐的進(jìn)料穩(wěn)定；反應(yīng)后的硅烷與四氯化硅利用反歧化技術(shù)重新生成三氯氫硅，分離后氫氣和三氯氫硅重復(fù)利用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的旁路調(diào)節(jié)，是替代了傳統(tǒng)エ藝中的硅烷儲(chǔ)罐，調(diào)節(jié)分配比范圍為0.01 - 1，在還原爐臨時(shí)故障時(shí)或臨時(shí)停止時(shí)，硅烷能夠通過旁路全部與四氯化硅直接反應(yīng)，生產(chǎn)三氯氫硅在裝置內(nèi)循環(huán)，在整個(gè)裝置內(nèi)不存儲(chǔ)硅烷。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在熱分解爐內(nèi)反應(yīng)的尾氣硅烷、氫氣以及循環(huán)旁路的硅烷與四氯化硅利用反歧化催化精餾技術(shù)重新生成三氯氫硅。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是反歧化生成的三氯氫硅與氫氣分離采用水冷降至10 - 40°C實(shí)現(xiàn)氣液分離， 分離后高純氫氣返回氫化反應(yīng)エ段，或作為西門子法制多晶硅エ藝的氫源，分離后的三氯氫硅返回硅烷歧化工段作為進(jìn)料循環(huán)使用。
【文檔編號(hào)】C01B33/03GK103449439SQ201310373590
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】劉春江, 全曉宇, 黃哲慶, 項(xiàng)文雨 申請人:天津大學(xué)