CN202785675U

CN202785675U - 一种四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***

Info

Publication number: CN202785675U
Application number: CN2012203981458U
Authority: CN
Inventors: 万烨; 严大洲; 毋克力; 肖荣晖; 汤传斌
Original assignee: China ENFI Engineering Corp
Current assignee: China ENFI Engineering Corp
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-08-10

Abstract

本实用新型公开了一种四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，所述***包括氢化反应器和尾气处理设备，所述氢化反应器使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，所述尾气处理设备将来自所述氢化反应器的合成尾气进行处理，所述尾气处理设备包括依次连接的气体过滤装置、冷凝装置以及分离塔，其中，所述气体过滤装置内设有陶瓷滤芯。根据本实用新型示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，通过氢化反应器使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，通过尾气处理设备将来自氢化反应器的合成尾气进行处理，由于采用设置有陶瓷滤芯的气体过滤装置，而陶瓷滤芯具有耐高温，耐腐蚀的优良特性，而且材质稳定，因此不会对多晶硅产品质量造成影响。

Description

一种四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***

技术领域

本实用新型涉及多晶硅制备技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***。

背景技术

我国现阶段多晶硅项目工艺技术85％以上都属于西门子工艺技术，该工艺技术中，一个很重要的环节是四氯化硅冷氢化生产三氯氢硅。

在改良西门子法生产多晶硅的过程中，每生产1吨多晶硅有将近20t的四氯化硅副产物产生，一个2000吨多晶硅工厂每年则产生40000多吨四氯化硅。常温下四氯化硅为液态，不宜储运。同时四氯化硅的市场容量有限，这都造成了四氯化硅处理困难的局面。随着多晶硅产业化规模的扩大，四氯化硅副产物的处理难题已经成为了限制国内多晶硅大规模产业化的瓶颈。金融危机之后，多晶硅价格大幅下滑，降低生产成本成了多晶硅发展的生命线。而通过氢化技术的运用，将副产物四氯化硅转化为原料三氯氢硅，能够实现多晶硅生产的物料闭路循环，实现多晶硅的清洁生产，同时能从最大程度上降低生产成本，为多晶硅的大规模产业化解决根本性问题。但是国内的多晶硅生产技术由于起步较晚，与国外先进技术相比存在一定的距离，其中最明显的就是四氯化硅氢化技术差距较大，在技术还不成熟的情况下，随着中国多晶硅产业规模的扩大，四氯化硅的问题会日益明显。

目前国内有两种四氯化硅氢化技术，一种为热氢化技术，在高温的氢化炉内，将四氯化硅与氢气反应生产三氯氢硅。该技术存在几个较大的问题：

1、备品备件费用昂贵，维护费用高。

2、尾气处理***复杂，***庞大。

3、转化率不高，一般都在20％左右，且电耗高。

4、加热件为炭材，对多晶硅最终产品质量有较大影响。

另外一种氢化技术为冷氢化技术，也是目前国内大多数厂家采用的技术。该技术是以镍盐或者粒状镍为触媒，首先将触媒与硅粉混合进行活化，然后下料至反应器。控制一定的温度、压力，使得H₂与SiCl₄混合气体与硅粉在反应器内以沸腾状态接触进行氢化，部分四氯化硅转化为三氯氢硅，其产物种经过除尘后，提纯分离，分离出的三氯氢硅为产品，而四氯化硅经分离后使其反复循环转化进行回收。其反应方程式为：

3SiCl₄＋Si＋2H₂＝4SiHCl₃

该技术存在的缺陷如下：

1、所用触媒为镍盐或粒状镍，价格昂贵，造成生产成本高。

2、触媒与硅粉混合后，需要高温活化，能耗高，造成生产成本高。

3、四氯化硅与氢气混合气加热装置不合理，温度较低，导致转化效率低。

4、除尘采用布袋过滤器，不耐高温，易损坏，更换频次高，检修难度大。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种能耗低、转化率高的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***。

根据本实用新型示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，所述***包括氢化反应器和尾气处理设备，所述氢化反应器使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，所述尾气处理设备将来自所述氢化反应器的合成尾气进行处理，所述尾气处理设备包括依次连接的气体过滤装置、冷凝装置以及分离塔，其中，所述气体过滤装置内设有陶瓷滤芯，所述气体过滤装置用于将来自所述氢化反应器的合成尾气进行过滤后输送给所述冷凝装置，所述冷凝装置用于将过滤后的合成尾气分离为液态的氯硅烷与气态的氢气，所述分离塔将液态的氯硅烷进行分离提纯，得到三氯氢硅和富含四氯化硅的高沸物。

根据本实用新型示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，通过氢化反应器使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，通过尾气处理设备将来自氢化反应器的合成尾气进行处理，由于采用设置有陶瓷滤芯的气体过滤装置，而陶瓷滤芯具有耐高温，耐腐蚀的优良特性，而且材质稳定，因此不会对多晶硅产品质量造成影响。

另外，根据本实用新型上述示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，还可以具有如下附加的技术特征：

所述***还包括：加压装置、混合器、预热炉，所述加压装置与所述冷凝装置的出气口连接以将所述冷凝装置中排出的气态氢气进行加压处理，混合器的进气口分别与所述加压装置的出气口和所述分离塔的排液口连接以将来自所述分离塔的富含四氯化硅的高沸物与来自所述加压装置的经过加压处理的气态氢气混合，得到混合气体并提供给所述预热炉，所述预热炉分别与所述混合器的排气口和所述氢化反应器的进气口相连以将所述混合气体进行预热并提供给所述氢化反应器。

所述***还包括干燥炉，所述干燥炉与所述氢化反应器的进料口相连以将所述反应物料进行混合并干燥。

所述冷凝装置包括依次连接的一级冷凝器，二级冷凝器和三级冷凝器。

所述气体过滤装置包括从上至下依次连接的上封头、直筒部和下封头，其中，所述气体过滤装置的上部设有用于排出过滤后的气体的出气口且下部设有用于排出废渣的排渣口，所述直筒部的下部设有用于向所述直筒内导入待过滤气体的进气口，且所述进气口的上方设有过滤部，所述过滤部包括设有通孔的花盘以及设在所述通孔中的陶瓷滤芯，所述气体过滤装置还包括：换热夹套，所述换热夹套设在所述直筒部的外部，所述换热夹套的下部设有换热介质进口且上部设有换热介质出口。

所述通孔为多个，所述多个通孔沿所述花盘的径向和轴向均匀分布，每个所述通孔内均设有所述陶瓷滤芯。

所述通孔和所述陶瓷滤芯的个数被设置成能够将所述气体的流速控制在0.01～0.2m/s。

所述陶瓷滤芯通过紧固件固定在所述花盘上，所述紧固件包括固定环和压盖，所述固定环焊接在所述花盘上且所述固定环的内孔与所述通孔相对应，所述压盖扣接在所述陶瓷滤芯的顶端且与所述固定环相连接以将所述陶瓷滤芯固定在所述通孔内。

所述陶瓷滤芯为氧化铝滤芯。

所述氧化铝滤芯的过滤精度为800～1500目。

所述直筒部内还设有进气环管和折流板，所述进气环管与所述进气口相连接，所述折流板位于所述陶瓷滤芯与所述进气环管之间。

所述进气环管上均匀地间隔设有多个出口，且所述折流板有多个，所述多个折流板沿所述直筒部的内壁螺旋上升且在所述直筒部的圆周方向上均匀分布。

所述直筒部上设有检修口，所述检修口位于所述过滤部的上方。

所述出气口设在所述上封头的顶端且所述排渣口设在所述下封头的底端。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对示例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型的一个示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***示意图；

图2是根据本实用新型的一个示例中所用气体过滤装置结构示意图；

图3是根据本实用新型的一个示例中所用气体过滤装置陶瓷滤芯分布示意图；

图4是根据本实用新型的一个示例中所用气体过滤装置陶瓷滤芯紧固件示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的示例，所述示例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的示例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面首先参照附图描述根据本实用新型示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***。

如图1所示，根据本实用新型示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***包括：氢化反应器10和尾气处理设备。

氢化反应器10使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，所述尾气处理设备将来自氢化反应器10的合成尾气进行处理，所述尾气处理设备包括依次连接的气体过滤装置20、冷凝装置30以及分离塔40。

气体过滤装置20内设有陶瓷滤芯，气体过滤装置20用于将来自氢化反应器10的合成尾气进行过滤后输送给冷凝装置30，冷凝装置30用于将过滤后的合成尾气分离为液态的氯硅烷与气态的氢气，分离塔40将液态的氯硅烷进行分离提纯，得到三氯氢硅和富含四氯化硅的高沸物。

由此，根据本实用新型示例的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，通过氢化反应器使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，通过尾气处理设备将来自氢化反应器的合成尾气进行处理，由于采用设置有陶瓷滤芯的气体过滤装置，而陶瓷滤芯具有耐高温，耐腐蚀的优良特性，而且材质稳定，因此不会对多晶硅产品质量造成影响。

在一个示例中，所述***还包括：加压装置80、混合器50和预热炉60。

加压装置80与冷凝装置30的出气口连接以将冷凝装置30排出的气态氢气进行加压处理，混合器50的进气口分别与加压装置80的出气口和分离塔40的排液口连接以将来自分离塔40的富含四氯化硅的高沸物与来自加压装置80的经过加压处理的气态氢气混合，得到混合气体并提供给预热炉60，预热炉60分别与混合器50的排气口和氢化反应器10的进气口相连以将所述混合气体进行预热并提供给氢化反应器10。由此，可以在氢化反应之前实现反应气体的混合及预热，对混合气体通过多级加热至450～550℃然后再进行氢化，保证了反应温度较高，从而有助于提高转化率，另外，混合器50将来自分离塔40的富含四氯化硅的高沸物与来自冷凝装置30的气态的氢气混合，充分利用了反应后尾气，实现循环利用，节约了成本。

进一步地，在一个示例中，所述***还包括干燥炉70，干燥炉70与氢化反应器10的进料口相连以将所述反应物料进行混合并干燥。由此，可以实现反应物料的混合，还可以将反应物料进行脱水，脱水过程中控制氢气流速为0.05～0.4m/s,干燥温度从50℃升至150℃，干燥时间控制为4～8h，在低温脱水的同时还可对混合物料进行低温活化，从而提高反应速率。

在一个示例中，冷凝装置30包括依次连接的一级冷凝器31，二级冷凝器32和三级冷凝器33。由此，通过多级冷凝器的设置，可以将过滤后的合成尾气充分的分离为液态的氯硅烷与气态的氢气。

下面结合图2-图4描述上述***中所用的气体过滤装置。

如图2所示，优选地，该气体过滤装置20可以包括：从上至下依次连接的上封头210、直筒部220、下封头230和换热夹套240。

其中，气体过滤装置20的上部设有用于排出过滤后的气体的出气口211且下部设有用于排出废渣的排渣口231，直筒部220的下部设有用于向所述直筒内导入待过滤气体的进气口221，且进气口221的上方设有过滤部，过滤部包括设有通孔的花盘222以及设在通孔中的陶瓷滤芯223，换热夹套240设在直筒部220的外部，换热夹套240的下部设有换热介质进口241且上部设有换热介质出口242。

由此，根据上述气体过滤装置，由于采用了陶瓷滤芯223，使得气体过滤装置具有耐高温，耐腐蚀的优良特性，而且材质稳定，不会对多晶硅产品质量造成影响；陶瓷滤芯223可以根据过滤精度的要求，生产不同精度的滤芯，且陶瓷滤芯223成型简单，大规模生产容易，价格低廉；气体过滤装置外部设有换热夹套240，能够保证过滤温度，有效防止气体的冷凝，也能有效防止部分温度过高，造成内置紧固件的损坏。

进一步考虑到成本及大规模生产问题，在一个示例中，优选地，陶瓷滤芯223为氧化铝滤芯。由此，该材质的陶瓷滤芯223既可以满足耐高温、耐腐蚀的要求，而且容易大规模生产，可以进一步降低生产成本。

在一个示例中，如图3所示，通孔为多个，多个通孔沿花盘222的径向和轴向均匀分布，每个通孔内均设有陶瓷滤芯223。由此，通过设置多个通孔，可以将过滤孔道分开，根据换热面积以及花盘222的尺寸布置陶瓷滤芯223达到过滤效果，避免出现过滤孔道堵塞即整体不能使用的情况，提高过滤装置的实用性。

考虑到气体体积及过滤面积的问题，在一个示例中，通孔和陶瓷滤芯223的个数被设置成能够将所述气体的流速控制在0.01～0.2m/s。由此，在该流速下可以使气体得到更充分的过滤。

在一个示例中，如图4所示，陶瓷滤芯223通过紧固件固定在花盘222上，所述紧固件包括固定环2241和压盖2242，固定环2241焊接在花盘222上且固定环2241的内孔与通孔相对应，压盖2242扣接在陶瓷滤芯223的顶端且与固定环2241相连接以将陶瓷滤芯223固定在通孔内。由此，可以将陶瓷滤芯223固定于花盘222上，并且固定方式合理，方便进行拆卸、安装，降低检修难度。

在一个示例中，所述氧化铝滤芯的过滤精度为800～1500目。由此，可以根据需要过滤掉目数较大的粉尘。

在一个示例中，直筒部220内还设有进气环管225和折流板226，进气环管225与进气口221相连接，折流板226位于陶瓷滤芯226与进气环管225之间。进一步地，在一个示例中，进气环管225上均匀地间隔设有多个出气口2251，且折流板226有多个，多个折流板226沿直筒部220的内壁螺旋上升且在直筒部220的圆周方向上均匀分布。由此，进气环管225以及折流板226能够有效保证进气均匀，达到促进过滤芯过滤均匀的目的，同时，气流中的粉尘能够在折流板226作用下部分沉降，达到减轻过滤芯负荷的作用。

有利地，在一个示例中，直筒部220上设有检修口227，检修口227位于所述过滤部的上方。由此，通过设置检修口227，可以方便进行故障检修，不需要拆卸设备。

在一个示例中，出气口211设在上封头210的顶端且排渣口231设在下封头230的底端。由此，可以便于过滤装置的排渣，省去了拆卸设备的过程。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该示例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个示例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的示例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个示例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的示例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些示例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述***包括氢化反应器和尾气处理设备，所述氢化反应器使反应气体和反应物料反应得到三氯氢硅，所述尾气处理设备将来自所述氢化反应器的合成尾气进行处理，所述尾气处理设备包括依次连接的气体过滤装置、冷凝装置以及分离塔，

其中，所述气体过滤装置内设有陶瓷滤芯，所述气体过滤装置用于将来自所述氢化反应器的合成尾气进行过滤后输送给所述冷凝装置，

所述冷凝装置用于将过滤后的合成尾气分离为液态的氯硅烷与气态的氢气，

所述分离塔将液态的氯硅烷进行分离提纯，得到三氯氢硅和富含四氯化硅的高沸物。

2.根据权利要求1所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述***还包括：加压装置、混合器、预热炉，

其中，所述加压装置与所述冷凝装置的出气口连接以将所述冷凝装置中排出的气态氢气进行加压处理，混合器的进气口分别与所述加压装置的出气口和所述分离塔的排液口连接以将来自所述分离塔的富含四氯化硅的高沸物与来自所述加压装置的经过加压处理的气态氢气混合，得到混合气体并提供给所述预热炉，

所述预热炉分别与所述混合器的排气口和所述氢化反应器的进气口相连以将所述混合气体进行预热并提供给所述氢化反应器。

3.根据权利要求2所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述***还包括干燥炉，所述干燥炉与所述氢化反应器的进料口相连以将所述反应物料进行混合并干燥。

4.根据权利要求1所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述冷凝装置包括依次连接的一级冷凝器，二级冷凝器和三级冷凝器。

5.根据权利要求1所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述气体过滤装置包括从上至下依次连接的上封头、直筒部和下封头，其中，

所述气体过滤装置的上部设有用于排出过滤后的气体的出气口且下部设有用于排出废渣的排渣口，

所述直筒部的下部设有用于向所述直筒内导入待过滤气体的进气口，且所述进气口的上方设有过滤部，所述过滤部包括设有通孔的花盘以及设在所述通孔中的陶瓷滤芯，

所述气体过滤装置还包括：

换热夹套，所述换热夹套设在所述直筒部的外部，所述换热夹套的下部设有换热介质进口且上部设有换热介质出口。

6.根据权利要求5所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述通孔为多个，所述多个通孔沿所述花盘的径向和轴向均匀分布，每个所述通孔内均设有所述陶瓷滤芯。

7.根据权利要求6所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述通孔和所述陶瓷滤芯的个数被设置成能够将所述气体的流速控制在0.01～0.2m/s。

8.根据权利要求5所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述陶瓷滤芯通过紧固件固定在所述花盘上，所述紧固件包括固定环和压盖，所述固定环焊接在所述花盘上且所述固定环的内孔与所述通孔相对应，所述压盖扣接在所述陶瓷滤芯的顶端且与所述固定环相连接以将所述陶瓷滤芯固定在所述通孔内。

9.根据权利要求5所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述陶瓷滤芯为氧化铝滤芯。

10.根据权利要求9所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述氧化铝滤芯的过滤精度为800～1500目。

11.根据权利要求5所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述直筒部内还设有进气环管和折流板，所述进气环管与所述进气口相连接，所述折流板位于所述陶瓷滤芯与所述进气环管之间。

12.根据权利要求11所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述进气环管上均匀地间隔设有多个出口，且所述折流板有多个，所述多个折流板沿所述直筒部的内壁螺旋上升且在所述直筒部的圆周方向上均匀分布。

13.根据权利要求5所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述直筒部上设有检修口，所述检修口位于所述过滤部的上方。

14.根据权利要求5所述的四氯化硅冷氢化制备三氯氢硅的***，其特征在于，所述出气口设在所述上封头的顶端且所述排渣口设在所述下封头的底端。