CN107162003A - 一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺。一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，包括：(1)将三氯氢硅气体和氢气进入微通道混合加热器加热并混合，得加热后的混合气体；(2)将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热并在催化剂的存在下反应，得反应后的混合物；(3)将反应后的混合物降温至后，进行固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；将冷却后的混合气体中各个组分分离并回收利用。本发明还公布了一种四氯化硅氢化工艺。本发明所述的一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺，与传统工艺相比，四氯化硅和三氯氢硅的转化率可以达到50％以上；该工艺与微化工工艺结合，从而可以提高转化率、生产工艺的安全性，降低能耗。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺。
背景技术
随着光伏产业的快速发展，太阳能电池的原料多晶硅出现了严重供不应求，这极大激发了我国多晶硅产业发展热潮，国内多晶硅生产厂家持续增加，规模不断扩大。目前国内绝大部分多晶硅厂家采用的工艺方法是西门子改良法生产多晶硅，但是生产一吨多晶硅将生成副产物四氯化硅12-16吨，四氯化硅是无色透明有毒的液体，具有难闻的窒息性气味，极易与水反应生成二氧化硅和氯化氢。5000t/a规模的多晶硅厂要产生6万-8万吨的四氯化硅，如此多的四氯化硅如果得不到有效地利用，不仅增加生产成本，影响企业效益，甚至会污染环境，更不利于整个多晶硅行业的洁净发展。对四氯化硅的处理根本出路在于氢化，使其转化成三氯氢硅，重新返回***循环利用。由于国外三菱、Wacker等公司对高端氢化技术的封锁，现在国内大多数企业还没有成熟的氢化方法，如何连续、稳定地将四氯化硅转化为三氯氢硅返回多晶硅生产***，成为制约我国多晶硅产业发展的重要瓶颈。目前国内四氯化硅的还原方法主要有热氢化和冷氢化两种，这两种传统四氯化硅氢化工艺，氢化过程中的四氯化硅并不是全部百分百的转化为三氯氢硅，真正参与反应的四氯化硅只占小部分，最高只有25％的四氯化硅被氢化。因此，从氢化炉内出来的尾气还含有大量的氢气和四氯化硅，三氯氢硅和氯化氢，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，氢气返回氢化反应中，氯化氢送去参与三氯氢硅合成，氯硅烷(其中四氯化硅占大部分，其余是三氯氢硅)送到精馏分离提纯后，四氯化硅返回氢化，三氯氢硅送到氢还原制取多晶硅。
冷氢化方法采用的是如下的反应原理：3SiCl4+Si+2H2＝4SiHCl3。这种方法是利用四氯化硅、硅粉和氢气在较高温度、压力的沸腾炉中反应，生成三氯氢硅(实际是三氯氢硅、四氯化硅、氢气等的混合气，需要冷凝后送精馏分离提纯)。据国外报道，其转化率最高为25％左右。这种氢化方法由于采用了工业硅粉，因此得到的产品纯度不高，需要进行进一步的精馏提纯，才能得到最终可供氢还原使用的二氯氢硅，这就加大了能耗；并且由于该反应温度较高，反应压力也较高(十多个大气压)，对设备的要求也很高。此外，硅粉在反应过程中呈沸腾状，由于硅粉的硬度很大，对沸腾炉的内壁造成严重的摩擦，使内壁变薄，缩短沸腾炉的寿命。
近几年来国内外逐渐发展了另一种四氯化硅氢化的方法，即“热氢化”，其反应原理如下：3SiCl4+3H2＝3SiHCl3+3HCl(高温+催化剂)；将一定配比的四氯化硅和氢气的混合气体送入反应炉，在高温下进行反应，得到三氯氢硅，同时生成氯化氢。整个过程与氢化还原反应生成多晶硅很相似，需要制备汽气混合物的蒸发器，氢化反应炉与还原炉也很相似，只不过得到的是三氯氢硅而不是多晶硅。热氢化的流程为：四氯化硅和氢气进入蒸发器，形成混合气，混合气进入氢化炉反应，得到三氯氢硅和氯化氢等气体，进入尾气回收装置进行分离回收。
混合气的制备和氢还原的蒸汽混合物制备过程相同，四氯化硅进入一个类似于换热器的容器中，在其中被加热蒸发，与通入容器中的氢气混合，形成混合气体。为了得到要求配比(摩尔比)的混合气，必须对四氯化硅的蒸发温度和容器的压力进行控制，使其在规定的值范围内，只是两者的控制参数不同。所制得的四氯化硅和氢气的混合气进入氢化炉中，在氢化炉内炽热的发热体表面发生反应，生成三氯氢硅和氯化氢。这个过程的四氯化硅并不是全部百分百的转化为三氯氢硅，真正参与反应的四氯化硅只占小部分。因此，从氢化炉内出来的尾气还含有大量的氢气和四氯化硅，已及三氯氢硅和氯化氢，这些尾气被送到回收装置中，并将各个组分分离出来，氢气返回氢化反应中，氯化氢送去参与三氯氢硅合成，氯硅烷(其中四氯化硅占大部分，其余是三氯氢硅)送到精馏分离提纯后，四氯化硅返回氢化，三氯氢硅送到氢还原制取多晶硅。
与冷氢化方法相比，四氯化硅热氢化反应温度高，四氯化硅转化率只有18％，冷氢化方法有25％，低于冷氢化方法。但是，无论是热氢化方法还是冷氢化方法，都存在一定的问题，热氢化方法反应温度高、工艺方法流程复杂、装置操作难度大，转化率低、能耗高；而部分厂家的冷氢化技术靠引进国外的方法，缺少自主研发能力，处理四氯化硅能力差，运行问题比较多。
三氯氢硅制成多晶硅的反应原理为：SiHCl3+H2＝Si+3HCl；其过程与四氯化硅热氢化过程很相似，但是在反应的条件、设备及其他一些方面还是有较大的差别，就热氢化过程而言。
(1)四氯化硅原料的来源：在多晶硅工厂中，四氯化硅是最主要的副产物，产量很大，比如在三氯氢硅合成中，生成三氯氢硅的同时，大约要生成20％的四氯化硅，另外还有氢化还原生成多晶硅的同时也要产生大量的四氯化硅，以及热氢化反应未转化的四氯化硅。这些四氯化硅混同其他氯硅烷经过尾气回收装置冷凝回收后，都在精馏工段分离提纯，得到纯净的四氯化硅作为热氢化的原料。
(2)蒸汽混合物的制备：蒸汽混合物进入氢化反应炉中，在1000℃以上的高温下反应。因为四氯化硅与氢气反应也可以生成多晶硅，但在这里需要避免这种情况出现，否则在氢化炉的发热体上将沉积一次多晶硅，对发热体及氢化炉体的使用带来影响，并且使四氯化硅对三氯氢硅的转化率降低。根据研究，当四氯化硅与氢气的配比在一定范围内时，并控制所需的反应温度压力，即可避免多晶硅的生成，而使反应向着生成三氯氢硅的方向进行。因此前面的蒸发器的操作尤为重要，运行要稳定且参数要合理，以确保得到的所需配比的汽气混合物进入氢化炉。
(3)热氢化炉与还原炉很相似，有着类似的炉体结构。但也存在许多不同之处。①发热体。还原炉的发热体是硅芯，多晶硅就沉积在硅芯上，硅芯逐渐***成为最终产品多晶硅棒。氢化炉的发热体由一种特殊材料制成，它提供反应所需的温度，并且反应也在其表面进行，但是并没有固体物质沉积在上面。②还原炉属于间歇式生产，当炉内的硅棒生长到所需直径后便会停止反应，将硅棒取出后，再装入硅芯，进行新一炉的生长。氢化炉是连续性生产，一旦混合气通入炉内，便不再停止，因为它的产品并不需要将炉子打开才能得到，产品(三氯氢硅)连同四氯化硅及氢气、HCl源源不断地从出气管道中排出。除非设备进行检修，否则不会停炉。③由于氢化炉中的发热体本身就是电的良导体，而不像硅芯一样冷电阻高不易导电，因此氢化炉的启动不需要专门的如高压启动或预热启动装置。④氢化炉的炉筒冷却水温度低于还原炉的炉筒冷却水温。⑤氢化炉的进气是从顶部进气，从底部出气。
同样的，氢还原制备多晶硅工艺存在转化率低、能耗高等缺点。
有鉴于此，有必要提出一种转化率高、能耗少的四氯硅烷氢化工艺，以及三氯氢硅制备硅的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四氯化硅氢化工艺，该工艺的转化率高、能耗少，并且更加安全、环保。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种四氯化硅氢化工艺，包括以下步骤：
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.2-0.5：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100—700℃，得加热后的混合气体；将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热并在催化剂的催化下反应，加热温度为700—1300℃，得反应后的混合气体；将反应后的混合气体降温至250-350℃，得冷却后的混合气体；所述催化剂为氧化铝；
或将四氯化硅气体和氢气按0.1-0.3：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100—800℃，得加热后的混合气体；将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热并在催化剂的催化下反应，加热温度为700—1400℃，得到反应后的混合物；将反应后的混合物降温至250-350℃后，通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；所述催化剂为氧化铝；
(2)冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)，氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)。
进一步的，所述步骤(1)中，四氯化硅气体和氢气的摩尔比为1：3，加热后的混合气体温度为600℃；反应后的混合气体温度为1200—1300℃；
或所述步骤(1)中，四氯化硅气体和氢气的摩尔比为1：6，加热后的混合气体温度为600℃；反应后的混合物温度为1360—1400℃。
进一步的，所述微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道混合加热器包括微通道混合器单元和加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道混合器单元包括不少于1片的微通道混合器基片；所述微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米；
所述微通道反应器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道反应器包括微通道反应器单元和加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道反应器单元包括不少于1片的微通道反应器基片；所述微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米。
再进一步的，所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括10-100片的微通道混合器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种；
所述微通道反应器中，所述微通道反应器单元包括10-100片的微通道反应器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道反应器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种。
再进一步的，所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石；
所述微通道反应器单元包括20片的微通道反应器基片；所述微通道反应器的材质为蓝宝石。
本发明的另一个目的是，提供一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，该工艺的转化率高、能耗少，并且更加安全、环保。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将三氯氢硅气体和氢气进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100—800℃，得加热后的混合气体；所述三氯氢硅气体和氢气的摩尔比为0.2-0.5：1；
(2)将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热至1000—1300℃，并在催化剂的存在下反应，得反应后的混合物；所述催化剂为氧化铝；
(3)将反应后的混合物降温至250-350℃后，通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅返回到步骤(1)。
进一步的，所述步骤(1)中，三氯氢硅气体和氢气的摩尔比为1:3-4，加热温度为600℃；
所述步骤(2)中，加热温度为1250-1300℃。
进一步的，所述微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道混合加热器包括微通道混合器单元和加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道混合器单元包括不少于1片的微通道混合器基片；所述微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米；
所述微通道反应器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道反应器包括微通道反应器单元和加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道反应器单元包括不少于1片的微通道反应器基片；所述微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米。
再进一步的，所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括10-100片的微通道混合器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种；
所述微通道反应器中，所述微通道反应器单元包括10-100片的微通道反应器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道反应器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种。
再进一步的，所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石；
所述微通道反应器单元包括20片的微通道反应器基片；所述微通道反应器的材质为蓝宝石。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、本发明所述的一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺，与微化工工艺结合，微化工工艺具有：迅速混合(反应)、反应温度均一化、高效率温度控制、缓和反应温度、反应精密控制、抑制副反应的优点，可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还具有节省资源、节能、环保等优点，这些优点都是现有四氯化硅氢化工艺不可比拟的。
2、本发明所述的一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，而从可以解决传统工艺反应不彻底、反应效率低的技术难题。
附图说明
图1为微通道中微通道混合器单元和加热器件的布置示意图，图中，①为保温层，②为加热器件，③为微通道混合器单元；
图2为微通道中微通道反应器单元和加热器件的布置示意图，图中，①为保温层，②为加热器件，④为微通道反应器单元；
图3为微通道示意图，图中，⑤为微通道，⑥为凸点；
图4为实施例1-4所述的一种四氯化硅氢化工艺的工艺流程图；
图5为实施例5-8所述的一种四氯化硅氢化工艺的工艺流程图；
图6为实施例9-12所述的一种三氯氢硅制备高纯硅工艺的工艺流程图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
在详细阐述本发明一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺之前，有必要对本发明中提及的相关工艺和材料等做进一步说明，以达到更好的效果。
微化工技术是上世纪90年代初兴起的前沿技术。该技术能促进过程强化和化工***小型化，提高能源、资源利用效率，达到节能降耗的目的，改善过程的安全性。该技术被认为是21世纪化工产业的革命性技术，微化工技术的成功开发与应用将对化学化工领域产生重大影响。
与传统的间歇式反应釜生产工艺完全不同，微化工技术是在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应。由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，而从可以解决传统工艺反应不彻底及易爆等技术难题。
微化工工艺特征：迅速混合(反应)、反应温度均一化、新产品开发、高效率温度控制、缓和反应温度、改善现有工艺、反应精密控制、抑制副反应、提高反应速度、提高产成率、提高选择性、提高生产工艺的安全性、粒子直径控制、节省资源、节能、环保。
微化工技术的核心是微通道反应器。与传统化工工艺相比，微化工技术最重要的是研究开发适合于微反应***的反应器和快速反应工艺条件。目前，微化工技术的研究工作主要集中在以下三方面：一是传统化工技术的更新换代，主要集中在石油化工、医药、农药、染料、火(炸)药等领域，主要包括磺化、硝化、直接氟化、氧化、过氧化、酰胺化、重氮化等各类强放热和易燃易爆的气—液和液—液反应过程。二是国家安全领域的研究工作，主要涉及化学激光器微型化、核燃料高效处理、特种材料的安全生产等。三是纳米材料合成等领域，特别是可以将精细化工、医药化工等间歇式、效率较低的合成工艺，将其变为像石油化工那样的可控连续工艺，让反应从几小时缩短到几十秒。
没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。2015年5月18日，国务院正式发布了《中国制造2025》规划，是我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领。德国工业4.0是全球第4次工业革命的产物，其核心也是精益制造、智能工厂，对提高生产的效率和安全性、产品的质量及其稳定性具有重要意义。问世仅20余年的微化工技术，以它独有的魅力让我们对未来的化工生产充满遐想。利用可直接放大、安全性高效、反应过程易控的技术，改变化学工业某些环节、某种反应污染重、能耗高和安全性差的形象，让化工生产过程的强化、微型化和绿色化，大幅提高化工生产的资源和能源利用效率，是完全可能实现的。我国是定制化学品的研发、生产大国。微化工技术的光明前景已引起我国大专院校、研究机构和相关企业的高度重视，但从点燃星星之火到燎原，还需科技界和企业界不断努力。“十三五”期间，我们需加强力量攻克微反应技术难点，首先要加强微反应***的结构优化设计和先进制造技术、***智能控制技术以及微反应器防腐防堵塞技术等。其次，要加强传统化工技术的更新换代(包括传统反应设备难以实现的新的反应过程开发)，关注磺化、硝化、氯化、氧化、过氧化、酰胺化、重排反应，重点针对典型强放热和易燃易爆的气—液、液—液反应过程，以及纳米材料可控制备等开展工业化研究。再次，要重点针对精细化工、医药领域开展应用示范研究，以期在精细化工、橡胶助剂和纳米材料以及基于微反应技术的新过程等领域获得进一步突破。要完成上述任务，必须加强微化学工程与技术的基础与应用基础研究，解决微化学工程与技术领域的关键共性科学问题，这样才能为我国化工制造业的大力提升作出重要贡献！
高纯硅经冶炼可以得到高纯度结晶硅。高纯硅是半导体、集成电路、光伏电池的制作材料。
氧化铝，别称有三氧化二铝、刚玉、矾土、铝氧，化学式为Al2O3，是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，是在高温下可电离的离子晶体，用作分析试剂、有机溶剂的脱水、吸附剂、有机反应催化剂、研磨剂、抛光剂、冶炼铝的原料、耐火材料。
蓝宝石(Al2O3)又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。其结构中的氧原子以接近HCP(hexagonal closed packed)的方式排列，其中氧原子间的八面体配位约有2/3的空隙是由铝原子所填充，由此使它具有强度、硬度高(莫氏硬度9)，耐高温(熔点达2050℃)、耐磨擦、耐腐蚀能力强，化学性质稳定，一般不溶于水，不受酸腐蚀，只有在高温下(3000℃以上)才能为氢氟酸(HF)、磷酸(H2PO4)以及熔化的苛性钾(KOH)所侵蚀；且具有同氮化镓等半导体材料结合匹配性好、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性。
碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。碳化硅晶片的主要应用领域有LED固体照明和高频率器件。该材料具有高出传统硅数倍的禁带、漂移速度、击穿电压、热导率、耐高温等优良特性，在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。
耐腐蚀合金，金属抗腐蚀材料，相对非金属耐腐蚀材料而言，金属抗腐蚀材料主要有铁基合金(耐腐蚀不锈钢)、镍基合金(Ni-Cr合金，Ni-Cr-Mo合金，Ni-Cu合金等)、活性金属。
在了解了上述相关原料之后，下面将结合具体的实施例，对本发明一种四氯化硅氢化工艺和三氯氢硅制备高纯硅工艺做进一步的详细介绍：
一种四氯化硅氢化工艺，其反应原理为：3SiCl4+3H2＝3SiHCl3+3HCl(高温+催化剂)，结合图4所示的工艺流程图和实施例1-4，对本发明一种四氯化硅氢化工艺做进一步的详细介绍。
实施例1.
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.2：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为700℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括10片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为500微米，深度为300微米，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。所述微通道混合加热器的材质为陶瓷。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为1300℃，反应结束后，得反应后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括10片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为500微米，深度为300微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为碳化硅。
(3)将反应后的混合气体快速降温至320℃，便于抑制副反应，再进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅氢还原用于还原制取多晶硅。
实施例(1)中四氯化硅的转化率为52％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的三氯氢硅和氯化氢，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，并进行回收利用。该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例2.
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.5：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括100片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为10微米，深度为10微米，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。所述微通道混合加热器的材质为碳化硅。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为700℃，反应结束后，得反应后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括100片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括1000个的微通道；微通道的宽度为10微米，深度为10微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。
微通道反应器的材质为陶瓷。
(3)将反应后的混合气体快速降温至350℃，便于抑制副反应，再进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅氢还原用于还原制取多晶硅。
实施例(2)中四氯化硅的转化率为61％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的三氯氢硅和氯化氢，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，并进行回收利用。该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例3.
(1)将四氯化硅气体和氢气按1：3的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为600℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为200微米，深度为100微米，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为1200℃，反应结束后，得反应后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括20片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为200微米，深度为100微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。
微通道反应器的材质为蓝宝石。
(3)将反应后的混合气体快速降温至300℃，便于抑制副反应，再进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅氢还原用于还原制取多晶硅。
实施例(3)中四氯化硅的转化率为82％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到80％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的三氯氢硅和氯化氢，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，并进行回收利用。该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例4.
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.4：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为500℃，反应结束后，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括40片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为400微米，深度为150微米，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。所述微通道混合加热器的材质为耐腐蚀合金。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为1250℃，得反应后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括30片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为250微米，深度为180微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为耐腐蚀合金。
(3)将反应后的混合气体快速降温至250℃，便于抑制副反应，再进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅氢还原用于还原制取多晶硅。
实施例(4)中四氯化硅的转化率为72％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的三氯氢硅和氯化氢，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，并进行回收利用。该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
一种四氯化硅氢化工艺，其反应原理为：SiCl4+2H2＝Si+4HCl(高温+催化剂)，结合图5所示的工艺流程图和实施例5-8，对本发明一种四氯化硅氢化工艺做进一步的详细介绍。
实施例5.
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.1：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为800℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括100片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为10微米，深度为10微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为陶瓷。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为1400℃，反应结束后，得到反应后的混合物；将反应后的混合物降温至250℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括100片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为10微米，深度为10微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为陶瓷。
(3)冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅用于氢还原制取多晶硅。
实施例(5)中四氯化硅的转化率为65％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺直接氢化生产高纯硅，转化率高，综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例6.
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.3：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括10片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为500微米，深度为300微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为碳化硅。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为700℃，反应结束后，得到反应后的混合物；将反应后的混合物降温至350℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括10片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为500微米，深度为300微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为碳化硅。
(3)冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢、氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅用于氢还原制取多晶硅。
实施例(6)中四氯化硅的转化率为51％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺直接氢化生产高纯硅，转化率高，综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例7.
(1)将四氯化硅气体和氢气按1：6的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为600℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为200微米，深度为100微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为蓝宝石。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为1360℃，反应结束后，得到反应后的混合物；将反应后的混合物降温至300℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括20片片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为200微米，深度为100微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为蓝宝石。
(3)冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢、氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅用于氢还原制取多晶硅。
实施例(7)中四氯化硅的转化率为83％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到80％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺直接氢化生产高纯硅，转化率高，综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例8.
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.2：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为500℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括30片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为440微米，深度为250微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为耐腐蚀合金。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热并在氧化铝的催化下反应，加热温度为1380℃，反应结束后，得到反应后的混合物；将反应后的混合物降温至280℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括35片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为250微米，深度为150微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为耐腐蚀合金。
(3)冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢、氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)，三氯氢硅用于氢还原制取多晶硅。
实施例(8)中四氯化硅的转化率为74％。
本发明实施例所述的一种四氯化硅氢化工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的四氯化硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和四氯化硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺直接氢化生产高纯硅，转化率高，综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，其反应原理为：SiHCl3+H2＝Si+3HCl(催化剂+高温)，结合图6所示的工艺流程图和实施例9-12，对本发明一种三氯氢硅制备高纯硅工艺做进一步的详细介绍。
实施例9.
(1)将三氯氢硅气体和氢气按0.2：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为800℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括10片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为500微米，深度为300微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。所述微通道混合加热器的材质为耐腐蚀合金。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热至1300℃，并在氧化铝的催化下反应，反应结束后，得反应后的混合物。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括100片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为10微米，深度为10微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为耐腐蚀合金。
(3)将反应后的混合物降温至250℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅返回到步骤(1)。
实施例(9)中三氯氢硅的转化率为56％。
本发明实施例所述的一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的三氯氢硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和三氯氢硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例10.
(1)将三氯氢硅气体和氢气按0.5：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括100片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为10微米，深度为10微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为陶瓷。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热至1000℃，并在氧化铝的催化下反应，反应结束后，得反应后的混合物。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括10片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为500微米，深度为300微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为陶瓷。
(3)将反应后的混合物降温至350℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅返回到步骤(1)。
实施例(10)中三氯氢硅的转化率为66％。
本发明实施例所述的一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的三氯氢硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和三氯氢硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例11.
(1)将三氯氢硅气体和氢气按1：3的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为600℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为200微米，深度为100微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为蓝宝石。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热至1250℃，并在氧化铝的催化下反应，反应结束后，得反应后的混合物。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括20片片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为200微米，深度为100微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为蓝宝石。
(3)将反应后的混合物降温至300℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅返回到步骤(1)。
实施例(11)中三氯氢硅的转化率为81％。
本发明实施例所述的一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的三氯氢硅转化率可以达到80％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和三氯氢硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
实施例12.
(1)将三氯氢硅气体和氢气按1：4的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为500℃，得加热后的混合气体。微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道混合加热器包括数个微通道混合器单元和数个加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置，如图1所示；微通道混合器单元包括25片的微通道混合器基片，以便保证热量快速传递；微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为400微米，深度为130微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道混合加热器的材质为碳化硅。
(2)将加热后的混合气体由保温、耐腐蚀的管道送入微通道反应器，加热至1280℃，并在氧化铝的催化下反应，反应结束后，得反应后的混合物。微通道反应器置于电加热的加热装置中；其中，加热装置设置保温设施和自动控温设施。微通道反应器包括数个微通道反应器单元和数个加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置，如图2所示；微通道反应器单元包括35片的微通道反应器基片，以便保证热量快速传递；微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；微通道的宽度为280微米，深度为160微米(微通道的宽度不小于深度)，微通道上部和下部优选做的如图3所示，可以增加表面积以便提高混合效率、热传导效率。微通道反应器的材质为碳化硅。
(3)将反应后的混合物降温至310℃，便于抑制副反应，再通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；高纯硅产品出售，氢气返回到步骤(1)，氯化氢送去合成三氯氢硅；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅返回到步骤(1)。
实施例(12)中三氯氢硅的转化率为74％。
本发明实施例所述的一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，与传统工艺相比，氢化过程中的三氯氢硅转化率可以达到50％以上，出来的尾气只含有少量的氢气和三氯氢硅，大量的氯化氢和高纯硅，这些尾气被送到回收装置中，将各个组分分离出来，进行回收利用；并且该工艺综合能耗低，生产过程不受二次污染。还有该工艺与微化工工艺结合，利用微化工微通道混合器、微通道反应器的特点，在微米级的通道式反应器内进行撞击流化学反应；由于反应器空间非常微小，物料通过碰撞混合非常均匀，接触反应完全，从而可以提高反应速度、产成率、选择性、生产工艺的安全性，还可以节省资源、降低能耗、环保。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种四氯化硅氢化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将四氯化硅气体和氢气按0.2-0.5：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100—700℃，得加热后的混合气体；将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热并在催化剂的催化下反应，加热温度为700—1300℃，得反应后的混合气体；将反应后的混合气体降温至250-350℃，得冷却后的混合气体；所述催化剂为氧化铝；
或将四氯化硅气体和氢气按0.1-0.3：1的摩尔比进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100—800℃，得加热后的混合气体；将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热并在催化剂的催化下反应，加热温度为700—1400℃，得到反应后的混合物；将反应后的混合物降温至250-350℃后，通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；所述催化剂为氧化铝；
(2)冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)，氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到四氯化硅和三氯氢硅，四氯化硅返回到步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的氢化工艺，其特征在于，其中，
所述步骤(1)中，四氯化硅气体和氢气的摩尔比为1：3，加热后的混合气体温度为600℃；反应后的混合气体温度为1200—1300℃；
或所述步骤(1)中，四氯化硅气体和氢气的摩尔比为1：6，加热后的混合气体温度为600℃；反应后的混合物温度为1360—1400℃。
3.根据权利要求1所述的氢化工艺，其特征在于，其中，
所述微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道混合加热器包括微通道混合器单元和加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道混合器单元包括不少于1片的微通道混合器基片；所述微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米；
所述微通道反应器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道反应器包括微通道反应器单元和加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道反应器单元包括不少于1片的微通道反应器基片；所述微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米。
4.根据权利要求3所述的氢化工艺，其特征在于，其中，
所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括10-100片的微通道混合器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种；
所述微通道反应器中，所述微通道反应器单元包括10-100片的微通道反应器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道反应器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种。
5.根据权利要求4所述的氢化工艺，其特征在于，其中，
所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石；
所述微通道反应器单元包括20片的微通道反应器基片；所述微通道反应器的材质为蓝宝石。
6.一种三氯氢硅制备高纯硅工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将三氯氢硅气体和氢气进入微通道混合加热器加热并混合，加热温度为100—800℃，得加热后的混合气体；所述三氯氢硅气体和氢气的摩尔比为0.2-0.5：1；
(2)将加热后的混合气体送入微通道反应器，加热至1000—1300℃，并在催化剂的存在下反应，得反应后的混合物；所述催化剂为氧化铝；
(3)将反应后的混合物降温至250-350℃后，通过固气分离，得高纯硅和冷却后的混合气体；冷却后的混合气体进入回收分离装置，将各个组分分离，得到氢气、氯化氢和氯硅烷气体；氢气返回到步骤(1)；氯硅烷送到精馏分离提纯后，得到三氯氢硅和四氯化硅，三氯氢硅返回到步骤(1)。
7.根据权利要求6所述的三氯氢硅制备高纯硅工艺，其特征在于，其中，
所述步骤(1)中，三氯氢硅气体和氢气的摩尔比为1:3-4，加热温度为600℃；
所述步骤(2)中，加热温度为1250-1300℃。
8.根据权利要求6所述的三氯氢硅制备高纯硅工艺，其特征在于，其中，
所述微通道混合加热器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道混合加热器包括微通道混合器单元和加热器件，微通道混合器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道混合器单元包括不少于1片的微通道混合器基片；所述微通道混合器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米；
所述微通道反应器置于电加热的加热装置中；
其中，所述加热装置设置保温设施和自动控温设施；
所述微通道反应器包括微通道反应器单元和加热器件，微通道反应器单元和加热器件呈间隔布置；所述微通道反应器单元包括不少于1片的微通道反应器基片；所述微通道反应器基片包括不少于1个的微通道；所述微通道的宽度为10-500微米，深度为10-300微米。
9.根据权利要求8所述的三氯氢硅制备高纯硅工艺，其特征在于，其中，
所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括10-100片的微通道混合器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种；
所述微通道反应器中，所述微通道反应器单元包括10-100片的微通道反应器基片；所述微通道的宽度为200微米，深度为100微米；所述微通道反应器的材质为蓝宝石、碳化硅、陶瓷和耐腐蚀合金中的一种。
10.根据权利要求9所述的三氯氢硅制备高纯硅工艺，其特征在于，其中，
所述微通道混合加热器中，所述微通道混合器单元包括20片的微通道混合器基片；所述微通道混合加热器的材质为蓝宝石；
所述微通道反应器单元包括20片的微通道反应器基片；所述微通道反应器的材质为蓝宝石。
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