專利名稱：一種四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)階段多晶硅項目工藝技術(shù)85%以上都屬于西門子工藝技術(shù)，該工藝技術(shù)中，一個很重要的環(huán)節(jié)是四氯化硅冷氫化生產(chǎn)三氯氫硅。在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的過程中，每生產(chǎn)I噸多晶硅有將近20t的四氯化硅副產(chǎn)物產(chǎn)生，一個2000噸多晶硅工廠每年則產(chǎn)生40000多噸四氯化硅。常溫下四氯化硅為液態(tài)，不宜儲運。同時四氯化硅的市場容量有限，這都造成了四氯化硅處理困難的局面。隨著多晶硅產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的擴大，四氯化硅副產(chǎn)物的處理難題已經(jīng)成為了限制國內(nèi)多晶硅大規(guī) 模產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。金融危機之后，多晶硅價格大幅下滑，降低生產(chǎn)成本成了多晶硅發(fā)展的生命線。而通過氫化技術(shù)的運用，將副產(chǎn)物四氯化硅轉(zhuǎn)化為原料三氯氫硅，能夠?qū)崿F(xiàn)多晶硅生產(chǎn)的物料閉路循環(huán)，實現(xiàn)多晶硅的清潔生產(chǎn)，同時能從最大程度上降低生產(chǎn)成本，為多晶硅的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化解決根本性問題。但是國內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)由于起步較晚，與國外先進技術(shù)相比存在一定的距離，其中最明顯的就是四氯化硅氫化技術(shù)差距較大，在技術(shù)還不成熟的情況下，隨著中國多晶硅產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，四氯化硅的問題會日益明顯。目前國內(nèi)有兩種四氯化硅氫化技術(shù)，一種為熱氫化技術(shù)，在高溫的氫化爐內(nèi)，將四氯化硅與氫氣反應(yīng)生產(chǎn)三氯氫硅。該技術(shù)存在幾個較大的問題I、備品備件費用昂貴，維護費用高。2、尾氣處理系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大。3、轉(zhuǎn)化率不高，一般都在20%左右，且電耗高。4、加熱件為炭材,對多晶娃最終廣品質(zhì)量有較大影響。另外一種氫化技術(shù)為冷氫化技術(shù)，也是目前國內(nèi)大多數(shù)廠家采用的技術(shù)。該技術(shù)是以鎳鹽或者粒狀鎳為觸媒，首先將觸媒與硅粉混合進行活化，然后下料至反應(yīng)器?？刂埔欢ǖ臏囟取毫?，使得H2與SiCl4混合氣體與硅粉在反應(yīng)器內(nèi)以沸騰狀態(tài)接觸進行氫化，部分四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，其產(chǎn)物種經(jīng)過除塵后，提純分離，分離出的三氯氫硅為產(chǎn)品，而四氯化硅經(jīng)分離后使其反復(fù)循環(huán)轉(zhuǎn)化進行回收。其反應(yīng)方程式為3SiCl4 + Si + 2H2 = 4SiHCl3該技術(shù)存在的缺陷如下I、所用觸媒為鎳鹽或粒狀鎳，價格昂貴，造成生產(chǎn)成本高。2、觸媒與硅粉混合后，需要高溫活化，能耗高，造成生產(chǎn)成本高。3、四氯化硅與氫氣混合氣加熱裝置不合理，溫度較低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率低。4、除塵采用布袋過濾器，不耐高溫，易損壞，更換頻次高，檢修難度大
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能耗低、轉(zhuǎn)化率高的四氯化硅冷氫化制備
三氯氫硅的方法。根據(jù)本發(fā)明實施例的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，包括如下步驟a)將硅粉與催化劑進行混合，得到混合物料，其中，所述催化劑為銅鎳合金,所述銅鎳合金中的鎳的質(zhì)量含量為10 35% ；b)在氫氣氣氛下對所述混合物料進行脫水；c)將氫氣與四氯化硅以摩爾比2 5 :1的比例進行混合，氣相壓力控制在I 2. 5M，得到第一混合氣體； d)將所述第一混合氣體加熱至450 550°C ；e)使所述混合物料與所述第一混合氣體在450 500°C的條件下進行反應(yīng)，得到
第二混合氣體；f)將所述第二混合氣體經(jīng)過氣體過濾裝置進行收塵、過濾，其中所述氣體過濾裝置內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯；g)將經(jīng)過收塵、過濾的第二混合氣體冷凝，得到氫氣和氯硅烷；h)將所述氯硅烷進行分離提純，得到三氯氫硅。根據(jù)本發(fā)明實施例的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，由于采用銅鎳合金作為催化劑，其具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能，在反應(yīng)過程中高溫煅燒不出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象，并且反應(yīng)之前不需要高溫預(yù)活化，降低了能耗，系統(tǒng)設(shè)備簡單，轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)結(jié)束后催化劑與反應(yīng)殘渣不需要氧化處理，直接可以排渣，不會對環(huán)境造成污染，降低生產(chǎn)成本。此外，由于首先對第一混合氣體加熱至450 550°C再進行氫化，因此反應(yīng)溫度較高，從而轉(zhuǎn)化率較高。并且，由于采用設(shè)置有陶瓷濾芯的氣體過濾裝置，而陶瓷濾芯具有耐高溫，耐腐蝕的優(yōu)良特性，而且材質(zhì)穩(wěn)定，因此不會對多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述混合物料中所述催化劑的質(zhì)量百分比為2 5%。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述步驟a)中，在將硅粉與催化劑進行混合后，還對所述混合物料進行低溫活化處理。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述催化劑的粒度為10 200目。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述催化劑為大致球型。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述催化劑的松裝密度為2. 3 2. 8g/ml。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟b)中，氫氣的流速為O. 05 O. 4m/s，脫水溫度為50 150°C，脫水時間為4 8小時。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述步驟d)包括將所述第一混合氣體在預(yù)熱爐內(nèi)，經(jīng)過多級加熱，使的第一混合氣體的溫度為450 550°C。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述步驟e)中，反應(yīng)壓力為I 2. 5MPa,反應(yīng)時間控制在10 100秒。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述氣體過濾裝置包括從上至下依次連接的上封頭、直筒部和下封頭，所述氣體過濾裝置的上部設(shè)有用于排出過濾后的氣體的出氣口且下部設(shè)有用于排出廢渣的排渣口，所述直筒部的下部設(shè)有用于向所述直筒內(nèi)導(dǎo)入待過濾氣體的進氣口，且所述進氣口的上方設(shè)有過濾部，所述過濾部包括設(shè)有通孔的花盤以及設(shè)在所述通孔中的陶瓷濾芯，所述氣體過濾裝置還包括換熱夾套，所述換熱夾套設(shè)在所述直筒部的外部，所述換熱夾套的下部設(shè)有換熱介質(zhì)進口且上部設(shè)有換熱介質(zhì)出口。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述通孔為多個，所述多個通孔沿所述花盤的徑向和軸向均勻分布，每個所述通孔內(nèi)均設(shè)有所述陶瓷濾芯。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述通孔和所述陶瓷濾芯的個數(shù)被設(shè)置成能夠?qū)⑺鰵怏w的流速控制在O. 01 O. 2m/s。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述陶瓷濾芯為氧化鋁濾芯。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述氧化鋁濾芯的過濾精度為800 1500目。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述直筒部內(nèi)還設(shè)有進氣環(huán)管和折流板，所述進氣環(huán)管與所述進氣口相連接，所述折流板位于所述陶瓷濾芯與所述進氣環(huán)管之間。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述進氣環(huán)管上均勻地間隔設(shè)有多個出口，且所述折流板有多個，所述多個折流板沿所述直筒部的內(nèi)壁螺旋上升且在所述直筒部的圓周方向上均勻分布。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述直筒部上設(shè)有檢修口，所述檢修口位于所述過濾部的上方。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述出氣口設(shè)在所述上封頭的頂端且所述排渣口設(shè)在所述下封頭的底端。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法的流程示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明所涉及的用于四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的催化劑的制備方法的流程示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中所用氣體過濾裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中所用氣體過濾裝置陶瓷濾芯分布示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中所用氣體過濾裝置陶瓷濾芯緊固件示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它·們之間的另外的特征接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。首先，參考圖I描述根據(jù)本發(fā)明的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法的流程。具體地，根據(jù)本發(fā)明的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法包括如下步驟a)將硅粉與催化劑進行混合，得到混合物料，其中，所述催化劑為銅鎳合金,所述銅鎳合金中的鎳的質(zhì)量含量為10 35% ；b)在氫氣氣氛下對所述混合物料進行脫水；c)將氫氣與四氯化硅以摩爾比2 5 :1的比例進行混合，氣相壓力控制在I
2.5M，得到第一混合氣體；d)將所述第一混合氣體加熱至450 550°C ；e)使所述混合物料與所述第一混合氣體在450 500°C的條件下進行反應(yīng)，得到
第二混合氣體；f)將所述第二混合氣體經(jīng)過氣體過濾裝置進行收塵、過濾，其中所述氣體過濾裝置內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯；g)將經(jīng)過收塵、過濾的第二混合氣體冷凝，得到氫氣和氯硅烷；h)將所述氯硅烷進行分離提純，得到三氯氫硅。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，由于采用銅鎳合金作為催化劑，其具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能，在反應(yīng)過程中高溫煅燒不出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象，并且反應(yīng)之前不需要高溫預(yù)活化，降低了能耗，系統(tǒng)設(shè)備簡單，轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)結(jié)束后催化劑與反應(yīng)殘渣不需要氧化處理，直接可以排渣，不會對環(huán)境造成污染，降低生產(chǎn)成本。此外，由于首先對第一混合氣體加熱至450 550°C再進行氫化，因此反應(yīng)溫度較高，從而轉(zhuǎn)化率較高。并且，由于采用設(shè)置有陶瓷濾芯的氣體過濾裝置，而陶瓷濾芯具有耐高溫，耐腐蝕的優(yōu)良特性，而且材質(zhì)穩(wěn)定，因此不會對多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。
關(guān)于步驟a)，需要理解的是，將所述硅粉與催化劑進行混合的方法和設(shè)備沒有特殊限制，只要能控制所述混合物料中所述催化劑的質(zhì)量百分比為2 5%即可。關(guān)于所述催化劑，需要理解的是，所述催化劑為銅鎳合金，其中所述銅鎳合金中鎳的質(zhì)量含量為10 35% ;所述催化劑的粒度為10 200目，形貌為大致球形，松裝密度為
2.3 2. 8g/ml。該催化劑具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能，在冷氫化過程中不參與反應(yīng)，高溫煅燒不出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象。關(guān)于該催化劑的制備方法，將在下面進行詳細描述。在步驟b)中，為了保證能在氫氣氣氛下對所述混合物料進行脫水，優(yōu)選地，可以將混合物料置于干燥器內(nèi)脫水，脫水過程中控制氫氣流速為O. 05 O. 4m/s,脫水溫度從50°C升至150°C，脫水時間控制為4 8h，在低溫脫水的同時還可對混合物料進行低溫活化。經(jīng)過低溫活化后的混合物料通入氫化反應(yīng)器內(nèi)待反應(yīng)。在步驟c)中，氫氣與四氯化硅的混合設(shè)備沒有特殊限制，只要能控制氣相壓力在I 2. 5M并使氫氣與四氯化硅混合成第一混合氣體即可，優(yōu)選地，所述混合設(shè)備為混合器。 將所述第一混合氣體加熱的設(shè)備沒有特殊限制，例如可以通過預(yù)熱爐進行多級加熱，使第一混合氣體溫度達到450 550°C。由于對第一混合氣體通過多級加熱而加熱至450 550°C然后再進行氫化，因此保證了反應(yīng)溫度較高，從而有助于提高轉(zhuǎn)化率。將加熱后的第一混合氣體通入預(yù)先裝有經(jīng)過低溫活化的混合物料的氫化反應(yīng)器內(nèi)，控制氫化反應(yīng)器內(nèi)溫度為450 500°C，反應(yīng)壓力為I 2. 5MPa,反應(yīng)時間控制在10 100秒，使所述混合物料與第一混合氣體反應(yīng)，得到第二混合氣體。在步驟f)中，將所述第二混合氣體經(jīng)過氣體過濾裝置進行收塵、過濾，關(guān)于所述氣體過濾裝置，需要理解的是，所述氣體過濾裝置內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯。采用設(shè)置有陶瓷濾芯的氣體過濾裝置，由于陶瓷濾芯具有耐高溫，耐腐蝕的優(yōu)良特性，而且材質(zhì)穩(wěn)定，不會對多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。此外，陶瓷濾芯可以根據(jù)過濾精度的要求，生產(chǎn)不同精度的濾芯，且陶瓷濾芯成型簡單，大規(guī)模生產(chǎn)容易，價格低廉。進氣時，控制氣體過濾裝置的進氣溫度為400 600°C,進氣組分包括氯娃燒、氫氣、少量氯化氫、以及細小娃粉，進氣壓力為I. 5
3.OMPa，進氣流量為2000 5000Nm3/h，過濾精度為800 1500目。關(guān)于將經(jīng)過收塵、過濾的第二混合氣體進行冷凝，得到氫氣和氯硅烷的方法和設(shè)備沒有特殊限制，只要能將氯硅烷分離出來即可，例如，可以通過三級冷凝的方法分離出氯硅烷，未冷凝的氫氣可以返回系統(tǒng)中循環(huán)使用。將冷凝得到的所述氯硅烷進行分離提純，即可得到三氯氫硅。關(guān)于所述分離提純的方法和設(shè)備沒有特殊限制，例如，可以將氯硅烷經(jīng)過分離塔進行分離，得到三氯氫硅和四氯化硅，三氯氫硅可以作為多晶硅生產(chǎn)原料，四氯化硅可以重新返回系統(tǒng)進行循環(huán)利用。下面結(jié)合圖2描述根據(jù)本發(fā)明的用于四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的催化劑的制備方法的流程。 具體地，本發(fā)明的用于四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的催化劑的制備方法包括以下步驟I)稱取一定量的銅粉和鎳粉并進行混合，得到混合粉料，所述混合粉料中鎳的質(zhì)量含量為10 35% ；2)將所述混合粉料進行熔化，得到熔體；3)將所述熔體進行高壓水霧化處理，以得到具有預(yù)定比表面積和形狀的粒子；
4)將所述粒子在氫氣氣氛中進行還原干燥，得到所述催化劑顆粒。由此，可以制得用于四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的催化劑。關(guān)于所述步驟I)和步驟2)，需要理解的是，將所述銅粉和鎳粉混合及熔化的方法和設(shè)備沒有特殊限制，只要能將所述銅粉和鎳粉混合并達到熔化的效果即可，例如可以采用混料機將所述銅粉和鎳粉混合，然后在頻爐中進行熔化，得到所述熔體。在得到所述熔體之后，對所述熔體采用化學(xué)分析法進行成分檢測，當所述成分滿足預(yù)定成分要求時，則進行下一步操作，如果所述成分不滿足預(yù)定成分要求，則返回步驟
2)，重新調(diào)節(jié)合金中的各成分比直至成分滿足預(yù)定成分要求為止?？紤]到催化劑粒子形狀及表面積對反應(yīng)過程會產(chǎn)生一定的影響，優(yōu)選地，在步驟
3)中，將所述熔體進行高壓水霧化處理，壓力為2 5MPa，在處理過程中控制其產(chǎn)物的比表 面積以及形狀，以使所述粒子的形狀為大致球形，所述粒子的比表面積為20 100m2/g。為了去除經(jīng)過高壓水霧化處理的粒子表面的水分，提高催化劑的活性，可以將所述粒子進行干燥?？紤]到粒子的成分，優(yōu)選地，在步驟4)中，可以將所述粒子在氫氣氣氛中進行還原干燥，干燥溫度為600 800°C。由此，可得到用于四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的所述催化劑顆粒。為了更好的滿足催化反應(yīng)的需要，可以對所述催化劑顆粒進行粉碎、篩分，得到具有預(yù)定粒度的催化劑粉末，優(yōu)選地，所述催化劑粉末的粒度為10 200目。由此，可以制得具有優(yōu)良高溫穩(wěn)定性能的用于四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的催化劑。由于所述催化劑不需要高溫活化，因此，在硅粉與催化劑混合之后便可進行冷氫化反應(yīng)。其具體操作可以包括b)在氫氣氣氛下，使所述混合物料與四氯化硅在450 500°C的條件下進行反應(yīng)，得到三氯氫硅。下面結(jié)合圖3-圖5描述根據(jù)本發(fā)明上述實施例中所用的氣體過濾裝置。優(yōu)選地，如圖3所示，所述氣體過濾裝置包括從上至下依次連接的上封頭10、直筒部20、下封頭30和換熱夾套40。其中，所述過濾裝置的上部設(shè)有用于排出過濾后的氣體的出氣口 11且下部設(shè)有用于排出廢渣的排渣口 31，直筒部20的下部設(shè)有用于向所述直筒內(nèi)導(dǎo)入待過濾氣體的進氣口 21，且進氣口 21的上方設(shè)有過濾部，過濾部包括設(shè)有通孔的花盤22以及設(shè)在通孔中的陶瓷濾芯23，換熱夾套40設(shè)在直筒部20的外部，換熱夾套40的下部設(shè)有換熱介質(zhì)進口 41且上部設(shè)有換熱介質(zhì)出口 42。由此，采用陶瓷濾芯23作為過濾裝置，該過濾裝置具有耐高溫，耐腐蝕的優(yōu)良特性，而且材質(zhì)穩(wěn)定，不會對多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量造成影響；陶瓷濾芯23可以根據(jù)過濾精度的要求,生產(chǎn)不同精度的濾芯,且陶瓷濾芯23成型簡單，大規(guī)模生產(chǎn)容易，價格低廉；氣體過濾裝置外部設(shè)有換熱夾套40，能夠保證過濾溫度，有效防止氣體的冷凝，也能有效防止部分溫度過高，造成內(nèi)置緊固件的損壞。進一步考慮到成本及大規(guī)模生產(chǎn)問題，在一個示例中，優(yōu)選地，陶瓷濾芯23為氧化鋁濾芯。由此,該材質(zhì)的陶瓷濾芯23既可以滿足耐高溫、耐腐蝕的要求，而且容易大規(guī)模生產(chǎn)，可以進一步降低生產(chǎn)成本。在一個示例中，如圖4所示，通孔為多個，多個通孔沿花盤22的徑向和軸向均勻分布，每個通孔內(nèi)均設(shè)有陶瓷濾芯23。由此，通過設(shè)置多個通孔，可以將過濾孔道分開，根據(jù)換熱面積以及花盤22的尺寸布置陶瓷濾芯23達到過濾效果，避免出現(xiàn)過濾孔道堵塞即整體不能使用的情況，提高過濾裝置的實用性。考慮到氣體體積及過濾面積的問題，在一個示例中，通孔和陶瓷濾芯23的個數(shù)被設(shè)置成能夠?qū)⑺鰵怏w的流速控制在O. 01 O. 2m/s。由此，在該流速下可以使氣體得到更充分的過濾。在一個示例中，如圖5所示，陶瓷濾芯23通過緊固件固定在花盤22上,所述緊固件包括固定環(huán)241和壓蓋242，固定環(huán)241焊接在花盤22上且固定環(huán)241的內(nèi)孔與通孔相對應(yīng)，壓蓋242扣接在陶瓷濾芯23的頂端且與固定環(huán)241相連接以將陶瓷濾芯23固定在通孔內(nèi)。由此,可以將陶瓷濾芯23固定于花盤22上，并且固定方式合理，方便進行拆卸、安裝，降低檢修難度。在一個示例中，所述氧化鋁濾芯的過濾精度為800 1500目。由此，可以根據(jù)需
要過濾掉目數(shù)較大的粉塵。在一個示例中，直筒部20內(nèi)還設(shè)有進氣環(huán)管25和折流板26，進氣環(huán)管25與進氣口 21相連接，折流板26位于陶瓷濾芯26與進氣環(huán)管25之間。進一步地，在一個示例中，進氣環(huán)管25上均勻地間隔設(shè)有多個出氣口 251，且折流板26有多個，多個折流板26沿直筒部20的內(nèi)壁螺旋上升且在直筒部20的圓周方向上均勻分布。由此，進氣環(huán)管25以及折流板26能夠有效保證進氣均勻，達到促進過濾芯過濾均勻的目的，同時，氣流中的粉塵能夠在折流板26作用下部分沉降，達到減輕過濾芯負荷的作用。有利地，在一個示例中，直筒部20上設(shè)有檢修口 27，檢修口 27位于所述過濾部的上方。由此，通過設(shè)置檢修口 27，可以方便進行故障檢修，不需要拆卸設(shè)備。在一個示例中，出氣口 11設(shè)在上封頭10的頂端且排渣口 31設(shè)在下封頭30的底端。由此，可以便于過濾裝置的排洛，省去了拆卸設(shè)備的過程。下面結(jié)合具體實驗例和實施例描述根據(jù)本發(fā)明四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法。首先，結(jié)合實驗例描述一下用于本發(fā)明四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的催化劑及其制備方法。實驗例I稱取90g銅粉和IOg鎳粉進行混合，得到混合粉料，將混合粉料進行熔化，得到熔體；將熔體進行高壓水霧化處理，處理壓力為2MPa，以得到比表面積為30m2/g的大致球型形狀的粒子；將所述粒子在氫氣氣氛中進行還原干燥，得到催化劑顆粒。對所述催化劑顆粒進行粉碎、篩分，得到粒度為10 200目的催化劑粉末，松裝密度為 2. 6g/mL·實驗例2稱取65g銅粉和35g鎳粉進行混合，得到混合粉料，將混合粉料進行熔化，得到熔體；將熔體進行高壓水霧化處理，處理壓力為5MPa，以得到比表面積為80m2/g的大致球型形狀的粒子；將所述粒子在氫氣氣氛中進行還原干燥，得到催化劑顆粒。對所述催化劑顆粒進行粉碎、篩分，得到粒度為10 200目的催化劑粉末，松裝密度為 2. 9g/mL·實驗例3
稱取80g銅粉和20g鎳粉進行混合，得到混合粉料，將混合粉料進行熔化，得到熔體；將熔體進行高壓水霧化處理，處理壓力為4MPa，以得到比表面積為60m2/g的大致球型形狀的粒子；將所述粒子在氫氣氣氛中進行還原干燥，得到催化劑顆粒。對所述催化劑顆粒進行粉碎、篩分，得到粒度為10 200目的催化劑粉末，松裝密度為 2. 8g/mL·接著，結(jié)合實施例描述根據(jù)本發(fā)明四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法。實施例I將98重量份的硅粉和2重量份的實驗例I所得到的催化劑混合，得到混合物料。在氫氣氣氛下，將混合物料與硅粉在480°C、I. 4MPa條件下進行反應(yīng)，得到三氯氫硅產(chǎn)物。
所產(chǎn)生的三氯氫硅產(chǎn)品質(zhì)量見表I (未經(jīng)過分離提純前的三氯氫硅)。表I實施例I所得二氣氧娃廣品質(zhì)量
權(quán)利要求
1.一種四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，包括如下步驟 a)將硅粉與催化劑進行混合，得到混合物料，其中， 所述催化劑為銅鎳合金，所述銅鎳合金中的鎳的質(zhì)量含量為10 35% ； b)在氫氣氣氛下對所述混合物料進行脫水； c)將氫氣與四氯化硅以摩爾比2 5:1的比例進行混合，氣相壓力控制在I 2. 5M，得到第一混合氣體； d)將所述第一混合氣體加熱至450 550°C； e)使所述混合物料與所述第一混合氣體在450 500°C的條件下進行反應(yīng)，得到第二混合氣體； f)將所述第二混合氣體經(jīng)過氣體過濾裝置進行收塵、過濾，其中所述氣體過濾裝置內(nèi)設(shè)有陶瓷濾芯； g)將經(jīng)過收塵、過濾的第二混合氣體冷凝，得到氫氣和氯硅烷； h)將所述氯硅烷進行分離提純，得到三氯氫硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟a)中，所述混合物料中所述催化劑的質(zhì)量百分比為2 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，在所述步驟a)中，在將硅粉與催化劑進行混合后，還對所述混合物料進行活化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述催化劑的粒度為10 200目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述催化劑為大致球型。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述催化劑的松裝密度為2. 3 2. 8g/ml。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，步驟b)中，氫氣的流速為O. 05 O. 4m/s，脫水溫度為50 150°C，脫水時間為4 8小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟d)包括將所述第一混合氣體在預(yù)熱爐內(nèi)，經(jīng)過多級加熱，使的第一混合氣體的溫度為450 550O。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟e)中，反應(yīng)壓力為I 2. 5MPa,反應(yīng)時間控制在10 100秒。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述氣體過濾裝置包括從上至下依次連接的上封頭、直筒部和下封頭， 所述氣體過濾裝置的上部設(shè)有用于排出過濾后的氣體的出氣口且下部設(shè)有用于排出廢渣的排渣口， 所述直筒部的下部設(shè)有用于向所述直筒內(nèi)導(dǎo)入待過濾氣體的進氣口，且所述進氣口的上方設(shè)有過濾部，所述過濾部包括設(shè)有通孔的花盤以及設(shè)在所述通孔中的陶瓷濾芯， 所述氣體過濾裝置還包括 換熱夾套，所述換熱夾套設(shè)在所述直筒部的外部，所述換熱夾套的下部設(shè)有換熱介質(zhì)進口且上部設(shè)有換熱介質(zhì)出口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述通孔為多個，所述多個通孔沿所述花盤的徑向和軸向均勻分布，每個所述通孔內(nèi)均設(shè)有所述陶瓷濾芯。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述通孔和所述陶瓷濾芯的個數(shù)被設(shè)置成能夠?qū)⑺鰵怏w的流速控制在O. 01 O. 2m/s。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述陶瓷濾芯為氧化鋁濾芯。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述氧化鋁濾芯的過濾精度為800 1500目。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述直筒部內(nèi)還設(shè)有進氣環(huán)管和折流板，所述進氣環(huán)管與所述進氣口相連接，所述折流板位于所述陶瓷濾芯與所述進氣環(huán)管之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述進氣環(huán)管上均勻地間隔設(shè)有多個出口，且所述折流板有多個，所述多個折流板沿所述直筒部的內(nèi)壁螺旋上升且在所述直筒部的圓周方向上均勻分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述直筒部上設(shè)有檢修口，所述檢修口位于所述過濾部的上方。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述出氣口設(shè)在所述上封頭的頂端且所述排渣口設(shè)在所述下封頭的底端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四氯化硅冷氫化制備三氯氫硅的方法，包括如下步驟a)將硅粉與催化劑進行混合，得到混合物料；b)在氫氣氣氛下對混合物料進行脫水；c)將氫氣與四氯化硅進行混合，得到第一混合氣體；d)將第一混合氣體加熱至450～550℃；e)使混合物料與第一混合氣體在450～500℃的條件下進行反應(yīng)，得到第二混合氣體；f)將第二混合氣體經(jīng)過氣體過濾裝置進行收塵、過濾；g)將經(jīng)過收塵、過濾的第二混合氣體冷凝，得到氫氣和氯硅烷；h)將氯硅烷進行分離提純，得到三氯氫硅。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，采用銅鎳合金作為催化劑，反應(yīng)之前不需要高溫預(yù)活化，反應(yīng)結(jié)束后可以直接排渣，不會對環(huán)境造成污染。
文檔編號C01B33/107GK102815709SQ20121028544
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者萬燁, 嚴大洲, 毋克力, 肖榮暉, 湯傳斌 申請人:中國恩菲工程技術(shù)有限公司, 洛陽中硅高科技有限公司