一種三氯氫矽的生產方法
2023-05-03 04:41:56
專利名稱：一種三氯氫矽的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種三氯氫矽的生產方法。
背景技術：
三氯氫矽(SiCl3)是製備高純多晶矽的主要原料。現在常用的三氯氫矽的生產方 法是將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應，反應溫度為280 320攝氏度，其反應式為Si+3HC1-----------------SiHCl3+H2這種方法通常由於氯化氫氣體中水含量過高，而使得三氯氫矽的收率極低。2010 年2月出版的2010年第二期《氯鹼工業》雜誌中，介紹了氯化氫中水含量與三氯氫矽收率 的關係當氯化氫中水的質量分數為0. 05%時，三氯氫矽合成收率可以達到90%，但是，當 氯化氫中水的質量分數為0.2%時，三氯氫矽合成收率只有70%。同時，氯化氫氣體中的水 分，使得少量氯化氫以鹽酸形式進入三氯氫矽沸騰爐，會腐蝕設備，縮短設備壽命，並使系 統中的三氯氫矽水解成二氧化矽，堵塞設備和管道，影響生產。這篇文獻中還公開了一種降 低氯化氫中水含量的方法，即在氯化氫氣體合成中，強化對氫氣進行乾燥，還有就是對氯化 氫氣體進行脫酸處理。這種處理方法雖然可以確保進入三氯氫矽沸騰爐的氯化氫含水質量 分數低於0. 1%，但是設備複雜，成本高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是提供一種提高轉化率，低成本的三氯氫矽的生產 方法。為解決上述技術問題，本發明提供的三氯氫矽的生產方法為一種三氯氫矽的生 產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽，在氯化氫氣體進入沸騰爐之 前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽氣體，兩種種氣體的體積比為氯化氫四氯化 矽氣體=(8 9) 1，兩種種氣體在60 80°C下充分混合，四氯化矽氣體與混合氣中水 份反應生成二氧化矽，經過二氧化矽分離器除去二氧化矽後，氣體進入沸騰爐與矽粉反應 生成三氯S娃。本發明可以有效的除去三種氣體中的水分，四氯化矽與水發生如下反應SiCl4+2H20-------Si02+4HC1通過這一反應，可以有效除去氣體中的水分，使水在氣體中的質量分數低於 50ppm,從而有效的提高轉化率。除了上述技術方案，本發明還可以按如下技術方案進行在氯化氫氣體進入沸騰 爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，三種氣體的體積比為氯化氫四 氯化矽氣體氫氣=(8 9) 1 (0.5 1)，三種氣體在60 80°C下充分混合，四氯 化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，經過二氧化矽分離器除去二氧化矽後，氣體 進入沸騰爐與矽粉反應生成三氯氫矽。上述技術方案，不僅可以除去氯化氫氣體中的水分，提高反應的轉化率，還可以減少副產物的產量，提高三氯氫矽的純度。其原理如下在沸騰爐中，氯化氫和矽粉主要發生下列反應Si+3HC1-------------SiHCl3+H2 (1)並伴隨著如下副反應SiHCl3+HCl------------SiCL4+H2 (2)反應(1)的反應反應溫度為280 320°C，反應(2)的反應溫度不低於320°C在合成反應中，溫度、氯化氫量、矽粉粒度、氯化氫中氧和水份等，都對合成產物中 三氯氫矽含量有很大影響。因此，必須嚴格控制操作條件。由反應式(1)可得Kpl = PH2XPSiHC13/P3HC1即PSiHC13= KplXP3HC1/PH2 (3)同理由反應⑵可得 PSiCL4 = Kp2 X Psiacl3 X PHCi/PH2 ⑷由(3) (4)兩式相乘得PSiCL4 = KplXKp2XP4HC1/P2H2 (5)由於反應(1)⑵在同一平衡體系中，有PSiHC13/PSiCL4 = PH2/ (Kp2 X Phc1) (6)式中Kpl, Kp2 是平衡常數；PH2, PSiHC13> Phc1、PSiCL4 分別是 H2, SiHCl3、HCI、SiCL4 的平 衡分壓。由此得出適當加入氫氣，系統中氯化氫濃度相應降低，pSiHa3/pSia4比值增大，其摩 爾比也相應增大，則三氯氫矽含量增加。又由反應式(2)可知此反應是一平衡可逆反應，在合成體系中，適當加人四氯化 矽可使該平衡向左移動，從而減少四氯化矽產出量，降低矽粉消耗，提高三氯氫矽產量。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1為本發明三氯氫矽的生產方法的流程圖。
具體實施例方式本實施例中所述的含量均為質量百分含量。實施例中的ppm表示混合氣體中 水蒸氣的質量含量，單位為百萬分之一，如35ppm，即為百萬分之三十五，即質量含量為 0. 0035%。實施例1一種三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽， 在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽，兩種種氣體的體 積比為氯化氫四氯化矽氣體=8 1，兩種種氣體在60 80°C下充分混合，四氯化矽氣 體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸騰爐與矽粉反應生成三
氣氧娃。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為35ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為85.4%, SiCl4的含量為10. 2%.實施例2
一種三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽， 在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽，兩種種氣體的體 積比為氯化氫四氯化矽氣體=9 1，兩種種氣體在60 80°C下充分混合，四氯化矽氣 體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸騰爐與矽粉反應生成三
氣氧娃。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為40ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為87.6%，SiCl4的含量為9.6%。實施例3一種三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽， 在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，使得三種 氣體的體積比為氯化氫四氯化矽氣體氫氣=8 1 0.5，三種氣體在60 80°C下充 分混合，四氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸騰 爐與矽粉反應生成三氯氫矽。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為38ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為92. 5%, SiCl4的含量為5. 2%。實施例4三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽，在氯 化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，使得三種氣體 的體積比為氯化氫四氯化矽氣體氫氣=9 1 1，三種氣體在60 80°C下充分混合， 四氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸騰爐與矽粉 反應生成三氯氫矽。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為48ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為90.8%，SiCl4的含量為7. 1%。實施例5三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽，在氯 化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，使得三種氣體 的體積比為氯化氫四氯化矽氣體氫氣=8 1 1，三種氣體在60 80°C下充分混合， 四氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸騰爐與矽粉 反應生成三氯氫矽。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為26ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為89. 4%, SiCl4的含量為8. 7%。實施例6一種三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽， 在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，使得三種 氣體的體積比為氯化氫四氯化矽氣體氫氣=9 1 0.5，三種氣體在60 80°C下充 分混合，四氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸騰 爐與矽粉反應生成三氯氫矽。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為34ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為94. 1%, SiCl4的含量為4. 8%。
實施例7一種三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽， 在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，使得三種 氣體的體積比為氯化氫四氯化矽氣體氫氣=8. 5 1 0.5，三種氣體在60 80°C下 充分混合，四氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，除去二氧化矽後氣體進入沸 騰爐與矽粉反應生成三氯氫矽。上述三氯氫矽的生產方法中，從混合器出來的氣體中水分為32ppm，反應完成後的 所得的體系中，SiHCl3的含量為94. 7%, SiCl4的含量為4. 2%。
權利要求
一種三氯氫矽的生產方法，通過將氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽，其特徵在於在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽，兩種氣體的體積比為氯化氫∶四氯化矽氣體＝(8～9)∶1，兩種種氣體在60～80℃下充分混合，四氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，經過二氧化矽分離器除去二氧化矽後，氣體進入沸騰爐與矽粉反應生成三氯氫矽。
2.按照權利要求1所述的三氯氫矽的生產方法，其特徵在於所述的兩種種氣體的體 積比為氯化氫四氯化矽氣體=9 1。
3.按照權利要求1所述的三氯氫矽的生產方法，其特徵在於在氯化氫氣體進入沸騰 爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，三種氣體的體積比為氯化氫四 氯化矽氣體氫氣=(8 9) 1 (0. 5 1)，三種氣體在在60 80°C下充分混合，四 氯化矽氣體與混合氣中水份反應生成二氧化矽，經過二氧化矽分離器除去二氧化矽後，氣 體進入沸騰爐與矽粉反應生成三氯氫矽。
4.按照權利要求3所述的三氯氫矽的生產方法，其特徵在於三種氣體的體積比為氯 化氫四氯化矽氣體氫氣=8. 5 1 0. 5。
全文摘要
一種三氯氫矽的生產方法，通過氯化氫與矽粉在沸騰爐中反應生產三氯氫矽，在氯化氫氣體進入沸騰爐之前先進入混合器，向混合器中加入四氯化矽和氫氣，三種氣體在60～80℃下充分混合，四氯化矽與混合氣裡的水份反應生成二氧化矽，經過二氧化矽分離器除去二氧化矽後，混合氣再進入沸騰爐與矽反應生成三氯氫矽。
文檔編號C01B33/107GK101905888SQ20101025960
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者肖俊平 申請人:湖北新藍天新材料股份有限公司