專利名稱：適用于三氯氫硅合成的HCl脫水純化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅生產(chǎn)用的HCl氣體脫水純化和三氯氫硅增產(chǎn)的方法，具體地說是利用氣相四氯化硅脫除HCl中的水份并能增產(chǎn)三氯氫硅的方法。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著全球新能源替代和我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，多晶硅市場需求出現(xiàn)爆炸性增長，造成多晶硅緊缺的局面。目前改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的主要原料是
三氯氫硅，又稱三氯硅烷。目前國內(nèi)主要是利用流化床法來合成三氯氫硅，原料為工業(yè)硅粉和HCl氣體。如果原料中含水量超標(biāo)，則會對整個三氯氫硅合成系統(tǒng)造成較大的危害，主要表現(xiàn)為以下幾方面
(1)腐蝕設(shè)備、管道；
(2)易造成管道堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓；
(3)降低三氯氫硅的產(chǎn)量；
(4)增加硅粉單耗，從而增加了生產(chǎn)成本。多晶硅生產(chǎn)中對HCl的要求非常高，必須保證不能帶有影響多晶硅品質(zhì)的雜質(zhì)元素。目前HCl除水工藝中比較成熟的有幾種，比如濃硫酸脫水、冷凝-酸霧捕集(俗稱深冷脫水)、分子篩脫水等。這些工藝都非常成熟，尤其是冷凝-酸霧捕集工藝為目前大多多晶硅企業(yè)所用，其脫水效果很好，能達(dá)到50ppm以下，所以大多數(shù)多晶硅企業(yè)都采用深冷脫水技術(shù)。但是該工藝成本和設(shè)備維護費用較高。濃硫酸脫水易引入雜質(zhì)硫。分子篩脫水成本很高，而且再生周期長，運用到多晶硅行業(yè)的HCl脫水上有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多晶硅生產(chǎn)用的HCl氣體脫水純化和三氯氫硅增產(chǎn)的方法，具體地說是利用氣相四氯化硅脫除HCl中的水份并能增產(chǎn)三氯氫硅的方法。本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種適用于三氯氫硅合成的HCl脫水純化方法，包括以下步驟
1)對四氯化硅進(jìn)行汽化；
2)將汽化后的四氯化硅和140°C以上的HCl在二氧化硅分離器內(nèi)混合并過濾；
3)對上述四氯化硅和HCl的混合氣進(jìn)行伴熱，伴熱之后的混合氣進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中；
4 ) 一部分四氯化硅從四氯化硅汽化器里直接進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中。作為優(yōu)選方式，步驟1)中對四氯化硅汽化到150°C以上。作為優(yōu)選方式，步驟1)中用0. 9Mpa以上的蒸汽對四氯化硅進(jìn)行汽化；
作為優(yōu)選方式，對溫度低于140°C的HCl，在與汽化后的四氯化硅進(jìn)行混合前，先將HCl加熱到140°C以上。作為優(yōu)選方式，用加熱套管對HCl進(jìn)行加熱，該加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱。作為優(yōu)選方式，上述步驟3)中用加熱套管對四氯化硅和HCl的混合氣進(jìn)行伴熱， 該加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱。作為優(yōu)選方式，上述步驟4)中將一部分四氯化硅從四氯化硅汽化器里經(jīng)過加熱套管直接進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中。作為優(yōu)選方式，上述加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱。作為優(yōu)選方式，使三氯氫硅合成爐進(jìn)口處的氣相四氯化硅和HCl的體積比為 1:10。本發(fā)明四氯化硅的脫水原理如下
(1)四氯化硅極易與水反應(yīng)，并且生成物為固相二氧化硅和氣相HCl；
(2)氣相四氯化硅與氣相HCl接觸是為了增大兩者的反應(yīng)接觸面；
(3)被帶入后續(xù)三氯氫硅合成系統(tǒng)的四氯化硅氣體不僅不會對三氯氫硅的合成造成不利影響，相反還能抑制副反應(yīng)的發(fā)生。本發(fā)明的有益效果如下
(1)可以最大量的除去合成HCl中的水分，使HCl中的含水量達(dá)標(biāo)(50ppm以下)，避免對后續(xù)系統(tǒng)造成影響如避免設(shè)備腐蝕、管道堵塞等；
(2)向三氯氫硅合成爐中通入一定量的四氯化硅氣體，可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，從而增加三氯氫硅的產(chǎn)量；
(3)一小部分四氯化硅轉(zhuǎn)化為HC1，既消耗了多晶硅生產(chǎn)廢料四氯化硅，又增加了 HCl 的產(chǎn)量。反應(yīng)式為=SiCl4+ 2H20 = SiO2 + 4HC1。本發(fā)明利用多晶硅生產(chǎn)廢料四氯化硅來對HCl脫水，原料來源豐富，裝置所需成本較低，并且投入運行后維護費用低。四氯化硅極易與水發(fā)生反應(yīng)，并且生成的固體二氧化硅很容易被過濾掉，該方法適合于現(xiàn)有的0. 5MPa以下的三氯氫硅生產(chǎn)系統(tǒng)，既解決了 0. 5MPa壓力以下的汽化和管道積液問題，又巧妙地將四氯化硅除水和將四氯化硅導(dǎo)入三氯氫硅合成爐中增產(chǎn)三氯氫硅這兩個理念合為一體；將少量氣態(tài)四氯化硅導(dǎo)入三氯氫硅合成爐中，可以抑制副產(chǎn)物四氯化硅的生成，進(jìn)而間接促進(jìn)了主反應(yīng)的發(fā)生，提高了三氯氫硅的產(chǎn)量。


圖1是本方法中使用的裝置圖
其中1為四氯化硅汽化器，2為二氧化硅分離器a，3為二氧化硅分離器b，4為HCl加熱套管，5為HCVSiCl4混合氣加熱套管，6為氣相四氯化硅加熱套管。
具體實施例方式下列非限制性實施例用于說明本發(fā)明實施例1如圖1所示，本裝置包括四氯化硅汽化器1、二氧化硅分離器a 2和二氧化硅分離器b 3、HCl加熱套管4、HCl/ SiCl4混合氣加熱套管5和氣相四氯化硅加熱套管6。一種適用于三氯氫硅合成的HCl脫水純化技術(shù)，包括以下步驟
1)用0. 9Mpa以上的蒸汽在四氯化硅汽化器1里對四氯化硅進(jìn)行汽化，汽化到150°C 以上。2)對溫度低于140°C的HC1，先通過一加熱套管4將HCl加熱到140°C以上，該加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱，充分利用了能源。3)—定量的氣態(tài)四氯化硅和通過加熱套管4加熱到140°C以上的HCl通過一個套管(四氯化硅走內(nèi)管，HCl走夾層)進(jìn)入二氧化硅分離器a 2和二氧化硅分離器b 3混合，通過二氧化硅分離器里的過濾裝置將二氧化硅過濾掉；二氧化硅分離器a 2和二氧化硅分離器b 3—用一備，可以定期切換清除二氧化硅。3)混有少量氣相四氯化硅的HCl氣體經(jīng)過一加熱套管5進(jìn)行伴熱，伴熱之后的混合氣進(jìn)入到后續(xù)的三氯氫硅合成爐中；該加熱套管5利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱，充分利用了能源。4)一部分四氯化硅從四氯化硅汽化器1里經(jīng)過加熱套管6直接進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中；整個裝置要保證在三氯氫硅合成爐進(jìn)口處的SiCl4 = HCl為1 10左右。加熱套管6 利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱，充分利用了能源。
權(quán)利要求
1.一種適用于三氯氫硅合成的HCl脫水純化方法，其特征在于包括以下步驟1)對四氯化硅進(jìn)行汽化；2)將汽化后的四氯化硅和140°C以上的HCl在二氧化硅分離器內(nèi)混合并過濾；3)對上述四氯化硅和HCl的混合氣進(jìn)行伴熱，伴熱之后的混合氣進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中；4)一部分氣相四氯化硅從四氯化硅汽化器里直接進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)中對四氯化硅汽化到150°C以上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)中用0.9Mpa以上的蒸汽對四氯化硅進(jìn)行汽化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對溫度低于140°C的HC1，在與汽化后的四氯化硅進(jìn)行混合前，先將HCl加熱到140°C以上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用加熱套管對HCl進(jìn)行加熱，該加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟3)中用加熱套管對四氯化硅和 HCl的混合氣進(jìn)行伴熱，該加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟4)中將一部分氣相四氯化硅從四氯化硅汽化器里經(jīng)過加熱套管直接進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于上述加熱套管利用四氯化硅汽化器換熱后的蒸汽冷凝水進(jìn)行加熱。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使三氯氫硅合成爐進(jìn)口處的氣相四氯化硅和HCl的體積比為1:10。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于三氯氫硅合成的HCl脫水純化方法,包括步驟1)對四氯化硅進(jìn)行汽化；2)將汽化后的四氯化硅和HCl在二氧化硅分離器內(nèi)混合并過濾；3)對四氯化硅和HCl的混合氣進(jìn)行伴熱，進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中；4)一部分氣相四氯化硅從四氯化硅汽化器里直接進(jìn)入到三氯氫硅合成爐中，本發(fā)明利用多晶硅生產(chǎn)廢料四氯化硅來對HCl脫水，該方法適合于現(xiàn)有的0.5MPa以下的三氯氫硅生產(chǎn)系統(tǒng)，既解決了0.5MPa壓力以下的汽化和管道積液問題，又巧妙地將四氯化硅脫水和將四氯化硅導(dǎo)入三氯氫硅合成爐中增產(chǎn)三氯氫硅這兩個理念合為一體；抑制了副產(chǎn)物四氯化硅的生成，進(jìn)而間接促進(jìn)了主反應(yīng)的發(fā)生，提高了三氯氫硅的產(chǎn)量。
文檔編號C01B33/107GK102249244SQ20111016065
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者沈偉, 雷嵩 申請人:四川瑞能硅材料有限公司