四氯化硅的高温氢化方法及装置的制造方法
四氯化硅的高温氢化方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及四氯化硅的高温氢化方法及装置。
【背景技术】
[0002]多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料，其主要生产工艺是改良西门子法，即三氯氢硅还原法:3SiHCl3+H2 — 2Si+5HCl+SiCl4，该工艺在我国的大规模化应用已有近10年历史，但由于核心技术仍未突破，导致每生产I吨三氯氢娃，就会产生10?16吨左右的四氯化硅，其中，45%的四氯化硅来自三氯氢硅(TCS)热分解:4SiHCl3 — Si+3SiCl4+2H2，大量的副产物四氯化硅若得不到有效的综合处理和应用，既会给多晶硅生产带来严重的环保压力，又会降低多晶硅生产工艺的整体经济技术水平。
[0003]目前，副产物四氯化硅的处理工艺主要为:将四氯化硅氢化转化为生产多晶硅的基本原料三氯氢硅，这也是四氯化硅综合利用的重要方式之一。四氯化硅氢化工艺可分为高温氢化法、氯氢化法和冷氢化法等。其中，氯氢化法和冷氢化法的工艺较为先进，但其投资大、工序繁杂、压力高，初级产品纯度很低，需要进一步提纯，综合运行成本较高；高温氢化法以高纯四氯化硅和高纯氢气为原料，其工艺简单、投资低，初级产品纯度高，综合运行成本较低，因而得到广泛的应用，但高温氢化法的转化率很低，一般都在20%以下，更有甚者低至16%。导致高温氢化法的转化率低的主要因素为:一方面，没有控制好四氯化硅和氢气的混合物在氢化炉内的滞留时间(现有采用滞留时间一般为0.5?20秒)；另一方面，没有做好出炉瞬间尾气(包含37%moleTCS、62.4%moIeSTC和0.6%moIeDCS,即37%摩尔的三氯氢硅、62.4%摩尔的四氯化硅和0.6%摩尔的二氯二氢硅)中三氯氢硅含量的有效保持，从而导致四氯化硅高温氢化法的初级产品中三氯氢硅含量很低。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供了四氯化硅的高温氢化方法及装置，其与现有技术相比能够提高四氯化硅的高温氢化转化率。
[0005]解决本发明技术问题所采用的技术方案:
[0006]所述四氯化硅的高温氢化方法包括如下步骤:
[0007]I)使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气；
[0008]2)使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应；
[0009]3)使反应形成的尾气进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C,离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300。。。
[0010]优选地，在步骤I)中，将氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。
[0011]优选地，在步骤2)中，将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内。
[0012]优选地，在步骤3)中，将所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，和/或，将所述反应形成的尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?2 Om/s范围内。
[0013]优选地，所述步骤I)之前还包括:
[0014]加热氢气，汽化四氯化硅；
[0015]所述步骤3)还包括:
[0016]使离开急冷器出口的尾气分别流经用于加热氢气的装置外部和用于汽化四氯化硅的装置外部后再被回收。
[0017]本发明还提供一种四氯化硅的高温氢化装置，包括静态混合单元、氢化炉、急冷器、回收单元和温度控制单元，
[0018]所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉；
[0019]所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器；
[0020]所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，并将降温后的尾气输送至回收单元；
[0021]所述回收单元用于将所述降温后的尾气回收；
[0022]所述温度控制单元用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。
[0023]优选地，所述装置还包括第一流量控制单元和第二流量控制单元，
[0024]所述第一流量控制单元用于控制流入静态混合单元的氢气的量，所述第二流量控制单元用于控制流入静态混合单元的汽化的四氯化硅的量，且所述第一流量控制单元和第二流量控制单元用于将流入静态混合单元的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。
[0025]优选地，所述装置还包括压力控制单元，用于将氢化炉内的反应压力控制在0.4MPa ?0.6MPa 范围内;
[0026]所述温度控制单元还用于将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内。
[0027]优选地，所述装置还包括时间控制单元，用于使所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内；
[0028]和/或，还包括速度控制单元，用于使所述尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?2 Om/s范围内。
[0029]优选地，所述装置还包括加热器和汽化器，
[0030]所述加热器用于加热氢气并输送至静态混合单元，所述汽化器用于汽化四氯化硅并输送至静态混合单元；
[0031]所述急冷器输出的降温后的尾气分别流经所述加热器外部和汽化器外部后再输送至回收单元。
[0032]有益效果:
[0033]本发明所述四氯化硅的高温氢化方法和装置通过在氢化炉的尾气出口处设置急冷器，并使高温氢化反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C，使所述尾气(包含三氯氢硅和氯化氢)在出炉后迅速降温，阻止了因温度降低过慢而导致尾气中的三氯氢硅又与氯化氢发生反应还原为四氯化硅，即消除了逆向反应的化学动力学因素，与现有技术相比极大地提高了高温氢化初级产品中三氯氢硅的含量，因而提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率；
[0034]由于本发明所述方法和装置提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率，解决了多晶硅生产过程中所产生的大量副产物四氯化硅的囤积问题和环境保护问题(因四氯化硅受热或遇水会分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气，在潮湿空气环境下对很多金属有腐蚀性)，具有较好的经济效益，还为本领域四氯化硅的处理提供了一种切实可行、工艺简单、投资很低的方案，因而具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0035]图1为本发明实施例1所述四氯化硅的高温氢化方法流程图；
[0036]图2为本发明实施例2所述四氯化硅的高温氢化方法流程图；
[0037]图3本发明实施例3所述四氯化硅的高温氢化装置的结构框图；
[0038]图4为本发明实施例4所述四氯化硅的高温氢化装置的结构框图；
[0039]图5为本发明实施例4所述四氯化硅的高温氢化装置的工艺流程图。
[0040]图中:1 一氢化炉；2 —急冷器；3 —氢气储罐；4 一四氯化娃储罐；5 —氢气流量计；6 —计量泵；7 —四氯化娃流量计；8 —加热器；9 —汽化器；10 —止回阀；11 —静态混合单元；12 —急冷器封头冷却水进水口 ；13 —急冷器封头冷却水出水口 ；14 一急冷器壳程冷却水进水口 ；15 —急冷器壳程冷却水出水口 ；16 —急冷器入口 ；17 —急冷器出口 ；18 —回收单元。
【具体实施方式】
[0041]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0042]实施例1:
[0043]如图1所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化方法，包括如下步骤:
[0044]S101.使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气。
[0045]由于常温下四氯化硅呈液态，因此需要将其汽化，即转化为气态后，才能与氢气混八口 ο
[0046]S102.使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应。
[0047]S103.使反应形成的尾气(包含三氯氢硅和氯化氢)进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。
[0048]本实施例所述方法使得高温氢化反应形成的尾气在出炉后得以迅速降温，阻止了尾气中三氯氢硅与氯化氢发生逆向反应，与现有技术相比极大地提高了高温氢化初级产品中三氯氢硅的含量，因而提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率。
[0049]实施例2:
[0050]如图2所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化方法，包括如下步骤:
[0051]S201.加热氢气，汽化四氯化硅。
[0052]本步骤中，加热氢气是为了降低后续高温氢化反应的能耗，汽化四氯化硅是因为常温下四氯化硅呈液态，需要将其汽化后才能在下步中与氢气混合。
[0053]S202.将氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内，并使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气。
[0054]S203.将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内，并使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应。
[0055]S204.使反应形成的尾气(包含三氯氢硅和氯化氢)进入急冷器，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C,离开急冷器出口后的温度不高于290°C?3000C，同时，将所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，以及将所述反应形成的尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?20m/s范围内。
[0056]S205.使离开急冷器出口的尾气分别流经用于加热氢气的装置外部和用于汽化四氯化硅的装置外部后再被回收。
[0057]本步骤中，利用尾气的余热加热氢气和高温汽化四氯化硅，能够进一步降低高温氢化反应的能耗。
[0058]经试验证明，本实施例所述方法使得四氯化硅的氢化转化率达到22%?25%以上。
[0059]实施例3:
[0060]如图3所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化装置，包括静态混合单元、氢化炉、急冷器、回 收单元和温度控制单元。
[0061]其中，所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉；
[0062]所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器；
[0063]所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，并将降温后的尾气输送至回收单元；
[0064]所述回收单元用于将所述降温后的尾气回收；
[0065]所述温度控制单元用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。
[0066]本实施例所述装置使得高温氢化反应形成的尾气在出炉后得以迅速降温，阻止了尾气中三氯氢硅与氯化氢发生逆向反应，与现有技术相比极大地提高了高温氢化初级产品中三氯氢硅的含量，因而提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率。
[0067]实施例4:
[0068]如图4所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化装置，包括加热器、汽化器、第一流量控制单元、第二流量控制单元、静态混合单元、氢化炉、急冷器、温度控制单元、压力控制单元、速度控制单元、时间控制单元和回收单元。
[0069]其中，所述加热器用于加热氢气并输送至静态混合单元；优选地，所述加热器采用螺旋板加热器；
[0070]所述汽化器用于汽化四氯化硅并输送至静态混合单元；
[0071]所述第一流量控制单元用于控制流入静态混合单元的氢气的量，所述第二流量控制单元用于控制流入静态混合单元的汽化的四氯化硅的量，且所述第一流量控制单元和第二流量控制单元用于将流入静态混合单元的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内；
[0072]所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉；
[0073]所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器；
[0074]所述压力控制单元用于将氢化炉内的反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内；
[0075]所述温度控制单元用于将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内；
[0076]所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，且降温后的尾气分别流经所述加热器外部和汽化器外部后再输送至回收单元，以利用尾气的余热加热氢气和高温汽化四氯化硅，能够进一步降低高温氢化反应的能耗；
[0077]所述温度控制单元还用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度，即离开氢化炉的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300 0C ；
[0078]时间控制单元用于使所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内；
[0079]所述速度控制单元用于使所述尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?20m/s范围内；
[0080]所述回收单元用于回收尾气。
[0081]当然，为了完成四氯化硅的高温氢化反应，本实施例所述装置还应包括氢气储罐、四氯化硅储罐、氢气流量计、计量泵、四氯化硅流量计和止回阀等部件，由于这些部件属于本领域技术人员在进行四氯化硅高温氢化反应过程中的常用部件，故未对这些部件的位置、连接关系和作用进行详细描述，但会在下文描述本实施例所述装置的工艺流程时，涉及到这些部件。
[0082]下面结合图5描述本实施例所述装置的工艺流程:
[0083]在氢化炉I开启前先使用惰性气体置换所述装置管道中的空气，待空气置换完成后分别打开氢气储罐3和四氯化硅储罐4 ；
[0084]使用氢气流量计5计量从氢气储罐3流出的氢气的量，且流出的氢气经加热器8加热后进入静态混合单元11 ;
[0085]同时，使用计量泵6将四氯化硅储罐4中的液态四氯化硅输送至汽化器9，液态的四氯化硅经汽化器9汽化后进入静态混合单元11，并使用四氯化硅流量计7计量从四氯化硅储罐4流出的液态四氯化硅的量；
[0086]这里，需使用第一流量控制单元(图5中未示出)控制流入静态混合单元11的氢气的量，使用第二流量控制单元(图5中未示出)控制流入静态混合单元11的汽化的四氯化硅的量(可通过控制计量泵6实现)，并使第一流量控制单元和第二流量控制单元协同作用，结合氢气流量计5和四氯化硅流量计7的示数，将流入静态混合单元11的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内；
[0087]进入静态混合单元11的氢气和汽化的四氯化硅在其中静态混合，形成混合气，并进入氢化炉I ;
[0088]进入氢化炉I的混合气在其内发生高温氢化反应，反应形成的尾气经急冷器入口16进入急冷器2 ;这里，需使用压力控制单元(图5中未示出)将氢化炉I内的反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内，使用温度控制单元(图5中未示出)将氢化炉I内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，且温度控制单元还需使尾气在离开氢化炉I后的温度不低于850°C?900°C，也即使尾气在进入急冷器入口 16前的温度不低于850°C?900°C ；
[0089]急冷器2具有急冷器封头冷却水进水口 12、急冷器封头冷却水出水口 13、急冷器壳程冷却水进水口 14、和急冷器壳程冷却水出水口 15，能够使反应形成的尾气迅速降温；这里，温度控制单元还需使降温后的尾气在离开急冷器出口 17后的温度不高于290°C?300°C，还需使用时间控制单元(图5中未示出)将反应形成的尾气在急冷器2内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，使用速度控制单元(图5中未示出)将反应形成的尾气经急冷器入口 16流入急冷器2的速度控制在15m/s?20m/s范围内；
[0090]离开急冷器出口 17的尾气分别流经加热器8外部和汽化器9外部，以利用尾气的余热帮助加热器8加热氢气和帮助汽化器9汽化四氯化硅，从而降低了高温氢化反应的能耗，最后再进入⑶I回收单元18，由⑶I回收单元18进行回收。
[0091]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种四氯化硅的高温氢化方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气； 2)使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应； 3)使反应形成的尾气进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤I)中，将氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤2)中，将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，反应压力控制在0.4MPa ?0.6MPa 范围内。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤3)中，将所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，和/或，将所述反应形成的尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?20m/s范围内。5.根据权利要求1?4中任一项所述的方法,其特征在于， 所述步骤I)之前还包括: 加热氢气，汽化四氯化硅； 所述步骤3)还包括: 使离开急冷器出口的尾气分别流经用于加热氢气的装置外部和用于汽化四氯化硅的装置外部后再被回收。6.一种四氯化硅的高温氢化装置，其特征在于，包括静态混合单元、氢化炉、急冷器、回收单元和温度控制单元， 所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉； 所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器； 所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，并将降温后的尾气输送至回收单元; 所述回收单元用于将所述降温后的尾气回收； 所述温度控制单元用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括第一流量控制单元和第二流量控制单元， 所述第一流量控制单元用于控制流入静态混合单元的氢气的量，所述第二流量控制单元用于控制流入静态混合单元的汽化的四氯化硅的量，且所述第一流量控制单元和第二流量控制单元用于将流入静态混合单元的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括压力控制单元，用于将氢化炉内的反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内； 所述温度控制单元还用于将氢化炉内的反应温度控制在1100°c?1250°C范围内。9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括时间控制单元，用于使所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内； 和/或，所述装置还包括速度控制单元，用于使所述尾气流入急冷器的速度控制在15m/ s?20m/ s范围内。10.根据权利要求6?9中任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括加热器和汽化器， 所述加热器用于加热氢气并输送至静态混合单元，所述汽化器用于汽化四氯化硅并输送至静态混合单元； 所述急冷器输出的降温后的尾气分别流经所述加热器外部和汽化器外部后再输送至回收单元。
【专利摘要】本发明提供一种四氯化硅的高温氢化方法，包括如下步骤：1）使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气；2）使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应；3）使反应形成的尾气进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850℃～900℃，离开急冷器出口后的温度不高于290℃～300℃。相应地，提供一种四氯化硅的高温氢化装置。本发明所述四氯化硅的高温氢化方法及装置与现有技术相比能够提高四氯化硅的高温氢化转化率。
【IPC分类】C01B33/107
【公开号】CN104891501
【申请号】CN201410084418
【发明人】郭增昌, 孟华
【申请人】新特能源股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月7日
【技术领域】
[0001]本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及四氯化硅的高温氢化方法及装置。
【背景技术】
[0002]多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料，其主要生产工艺是改良西门子法，即三氯氢硅还原法:3SiHCl3+H2 — 2Si+5HCl+SiCl4，该工艺在我国的大规模化应用已有近10年历史，但由于核心技术仍未突破，导致每生产I吨三氯氢娃，就会产生10?16吨左右的四氯化硅，其中，45%的四氯化硅来自三氯氢硅(TCS)热分解:4SiHCl3 — Si+3SiCl4+2H2，大量的副产物四氯化硅若得不到有效的综合处理和应用，既会给多晶硅生产带来严重的环保压力，又会降低多晶硅生产工艺的整体经济技术水平。
[0003]目前，副产物四氯化硅的处理工艺主要为:将四氯化硅氢化转化为生产多晶硅的基本原料三氯氢硅，这也是四氯化硅综合利用的重要方式之一。四氯化硅氢化工艺可分为高温氢化法、氯氢化法和冷氢化法等。其中，氯氢化法和冷氢化法的工艺较为先进，但其投资大、工序繁杂、压力高，初级产品纯度很低，需要进一步提纯，综合运行成本较高；高温氢化法以高纯四氯化硅和高纯氢气为原料，其工艺简单、投资低，初级产品纯度高，综合运行成本较低，因而得到广泛的应用，但高温氢化法的转化率很低，一般都在20%以下，更有甚者低至16%。导致高温氢化法的转化率低的主要因素为:一方面，没有控制好四氯化硅和氢气的混合物在氢化炉内的滞留时间(现有采用滞留时间一般为0.5?20秒)；另一方面，没有做好出炉瞬间尾气(包含37%moleTCS、62.4%moIeSTC和0.6%moIeDCS,即37%摩尔的三氯氢硅、62.4%摩尔的四氯化硅和0.6%摩尔的二氯二氢硅)中三氯氢硅含量的有效保持，从而导致四氯化硅高温氢化法的初级产品中三氯氢硅含量很低。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供了四氯化硅的高温氢化方法及装置，其与现有技术相比能够提高四氯化硅的高温氢化转化率。
[0005]解决本发明技术问题所采用的技术方案:
[0006]所述四氯化硅的高温氢化方法包括如下步骤:
[0007]I)使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气；
[0008]2)使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应；
[0009]3)使反应形成的尾气进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C,离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300。。。
[0010]优选地，在步骤I)中，将氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。
[0011]优选地，在步骤2)中，将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内。
[0012]优选地，在步骤3)中，将所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，和/或，将所述反应形成的尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?2 Om/s范围内。
[0013]优选地，所述步骤I)之前还包括:
[0014]加热氢气，汽化四氯化硅；
[0015]所述步骤3)还包括:
[0016]使离开急冷器出口的尾气分别流经用于加热氢气的装置外部和用于汽化四氯化硅的装置外部后再被回收。
[0017]本发明还提供一种四氯化硅的高温氢化装置，包括静态混合单元、氢化炉、急冷器、回收单元和温度控制单元，
[0018]所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉；
[0019]所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器；
[0020]所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，并将降温后的尾气输送至回收单元；
[0021]所述回收单元用于将所述降温后的尾气回收；
[0022]所述温度控制单元用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。
[0023]优选地，所述装置还包括第一流量控制单元和第二流量控制单元，
[0024]所述第一流量控制单元用于控制流入静态混合单元的氢气的量，所述第二流量控制单元用于控制流入静态混合单元的汽化的四氯化硅的量，且所述第一流量控制单元和第二流量控制单元用于将流入静态混合单元的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。
[0025]优选地，所述装置还包括压力控制单元，用于将氢化炉内的反应压力控制在0.4MPa ?0.6MPa 范围内;
[0026]所述温度控制单元还用于将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内。
[0027]优选地，所述装置还包括时间控制单元，用于使所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内；
[0028]和/或，还包括速度控制单元，用于使所述尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?2 Om/s范围内。
[0029]优选地，所述装置还包括加热器和汽化器，
[0030]所述加热器用于加热氢气并输送至静态混合单元，所述汽化器用于汽化四氯化硅并输送至静态混合单元；
[0031]所述急冷器输出的降温后的尾气分别流经所述加热器外部和汽化器外部后再输送至回收单元。
[0032]有益效果:
[0033]本发明所述四氯化硅的高温氢化方法和装置通过在氢化炉的尾气出口处设置急冷器，并使高温氢化反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C，使所述尾气(包含三氯氢硅和氯化氢)在出炉后迅速降温，阻止了因温度降低过慢而导致尾气中的三氯氢硅又与氯化氢发生反应还原为四氯化硅，即消除了逆向反应的化学动力学因素，与现有技术相比极大地提高了高温氢化初级产品中三氯氢硅的含量，因而提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率；
[0034]由于本发明所述方法和装置提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率，解决了多晶硅生产过程中所产生的大量副产物四氯化硅的囤积问题和环境保护问题(因四氯化硅受热或遇水会分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气，在潮湿空气环境下对很多金属有腐蚀性)，具有较好的经济效益，还为本领域四氯化硅的处理提供了一种切实可行、工艺简单、投资很低的方案，因而具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0035]图1为本发明实施例1所述四氯化硅的高温氢化方法流程图；
[0036]图2为本发明实施例2所述四氯化硅的高温氢化方法流程图；
[0037]图3本发明实施例3所述四氯化硅的高温氢化装置的结构框图；
[0038]图4为本发明实施例4所述四氯化硅的高温氢化装置的结构框图；
[0039]图5为本发明实施例4所述四氯化硅的高温氢化装置的工艺流程图。
[0040]图中:1 一氢化炉；2 —急冷器；3 —氢气储罐；4 一四氯化娃储罐；5 —氢气流量计；6 —计量泵；7 —四氯化娃流量计；8 —加热器；9 —汽化器；10 —止回阀；11 —静态混合单元；12 —急冷器封头冷却水进水口 ；13 —急冷器封头冷却水出水口 ；14 一急冷器壳程冷却水进水口 ；15 —急冷器壳程冷却水出水口 ；16 —急冷器入口 ；17 —急冷器出口 ；18 —回收单元。
【具体实施方式】
[0041]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0042]实施例1:
[0043]如图1所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化方法，包括如下步骤:
[0044]S101.使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气。
[0045]由于常温下四氯化硅呈液态，因此需要将其汽化，即转化为气态后，才能与氢气混八口 ο
[0046]S102.使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应。
[0047]S103.使反应形成的尾气(包含三氯氢硅和氯化氢)进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。
[0048]本实施例所述方法使得高温氢化反应形成的尾气在出炉后得以迅速降温，阻止了尾气中三氯氢硅与氯化氢发生逆向反应，与现有技术相比极大地提高了高温氢化初级产品中三氯氢硅的含量，因而提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率。
[0049]实施例2:
[0050]如图2所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化方法，包括如下步骤:
[0051]S201.加热氢气，汽化四氯化硅。
[0052]本步骤中，加热氢气是为了降低后续高温氢化反应的能耗，汽化四氯化硅是因为常温下四氯化硅呈液态，需要将其汽化后才能在下步中与氢气混合。
[0053]S202.将氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内，并使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气。
[0054]S203.将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内，并使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应。
[0055]S204.使反应形成的尾气(包含三氯氢硅和氯化氢)进入急冷器，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C,离开急冷器出口后的温度不高于290°C?3000C，同时，将所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，以及将所述反应形成的尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?20m/s范围内。
[0056]S205.使离开急冷器出口的尾气分别流经用于加热氢气的装置外部和用于汽化四氯化硅的装置外部后再被回收。
[0057]本步骤中，利用尾气的余热加热氢气和高温汽化四氯化硅，能够进一步降低高温氢化反应的能耗。
[0058]经试验证明，本实施例所述方法使得四氯化硅的氢化转化率达到22%?25%以上。
[0059]实施例3:
[0060]如图3所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化装置，包括静态混合单元、氢化炉、急冷器、回 收单元和温度控制单元。
[0061]其中，所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉；
[0062]所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器；
[0063]所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，并将降温后的尾气输送至回收单元；
[0064]所述回收单元用于将所述降温后的尾气回收；
[0065]所述温度控制单元用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。
[0066]本实施例所述装置使得高温氢化反应形成的尾气在出炉后得以迅速降温，阻止了尾气中三氯氢硅与氯化氢发生逆向反应，与现有技术相比极大地提高了高温氢化初级产品中三氯氢硅的含量，因而提高了四氯化硅转化为三氯氢硅的转化率。
[0067]实施例4:
[0068]如图4所示，本实施例提供一种四氯化硅的高温氢化装置，包括加热器、汽化器、第一流量控制单元、第二流量控制单元、静态混合单元、氢化炉、急冷器、温度控制单元、压力控制单元、速度控制单元、时间控制单元和回收单元。
[0069]其中，所述加热器用于加热氢气并输送至静态混合单元；优选地，所述加热器采用螺旋板加热器；
[0070]所述汽化器用于汽化四氯化硅并输送至静态混合单元；
[0071]所述第一流量控制单元用于控制流入静态混合单元的氢气的量，所述第二流量控制单元用于控制流入静态混合单元的汽化的四氯化硅的量，且所述第一流量控制单元和第二流量控制单元用于将流入静态混合单元的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内；
[0072]所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉；
[0073]所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器；
[0074]所述压力控制单元用于将氢化炉内的反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内；
[0075]所述温度控制单元用于将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内；
[0076]所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，且降温后的尾气分别流经所述加热器外部和汽化器外部后再输送至回收单元，以利用尾气的余热加热氢气和高温汽化四氯化硅，能够进一步降低高温氢化反应的能耗；
[0077]所述温度控制单元还用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度，即离开氢化炉的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300 0C ；
[0078]时间控制单元用于使所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内；
[0079]所述速度控制单元用于使所述尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?20m/s范围内；
[0080]所述回收单元用于回收尾气。
[0081]当然，为了完成四氯化硅的高温氢化反应，本实施例所述装置还应包括氢气储罐、四氯化硅储罐、氢气流量计、计量泵、四氯化硅流量计和止回阀等部件，由于这些部件属于本领域技术人员在进行四氯化硅高温氢化反应过程中的常用部件，故未对这些部件的位置、连接关系和作用进行详细描述，但会在下文描述本实施例所述装置的工艺流程时，涉及到这些部件。
[0082]下面结合图5描述本实施例所述装置的工艺流程:
[0083]在氢化炉I开启前先使用惰性气体置换所述装置管道中的空气，待空气置换完成后分别打开氢气储罐3和四氯化硅储罐4 ；
[0084]使用氢气流量计5计量从氢气储罐3流出的氢气的量，且流出的氢气经加热器8加热后进入静态混合单元11 ;
[0085]同时，使用计量泵6将四氯化硅储罐4中的液态四氯化硅输送至汽化器9，液态的四氯化硅经汽化器9汽化后进入静态混合单元11，并使用四氯化硅流量计7计量从四氯化硅储罐4流出的液态四氯化硅的量；
[0086]这里，需使用第一流量控制单元(图5中未示出)控制流入静态混合单元11的氢气的量，使用第二流量控制单元(图5中未示出)控制流入静态混合单元11的汽化的四氯化硅的量(可通过控制计量泵6实现)，并使第一流量控制单元和第二流量控制单元协同作用，结合氢气流量计5和四氯化硅流量计7的示数，将流入静态混合单元11的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内；
[0087]进入静态混合单元11的氢气和汽化的四氯化硅在其中静态混合，形成混合气，并进入氢化炉I ;
[0088]进入氢化炉I的混合气在其内发生高温氢化反应，反应形成的尾气经急冷器入口16进入急冷器2 ;这里，需使用压力控制单元(图5中未示出)将氢化炉I内的反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内，使用温度控制单元(图5中未示出)将氢化炉I内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，且温度控制单元还需使尾气在离开氢化炉I后的温度不低于850°C?900°C，也即使尾气在进入急冷器入口 16前的温度不低于850°C?900°C ；
[0089]急冷器2具有急冷器封头冷却水进水口 12、急冷器封头冷却水出水口 13、急冷器壳程冷却水进水口 14、和急冷器壳程冷却水出水口 15，能够使反应形成的尾气迅速降温；这里，温度控制单元还需使降温后的尾气在离开急冷器出口 17后的温度不高于290°C?300°C，还需使用时间控制单元(图5中未示出)将反应形成的尾气在急冷器2内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，使用速度控制单元(图5中未示出)将反应形成的尾气经急冷器入口 16流入急冷器2的速度控制在15m/s?20m/s范围内；
[0090]离开急冷器出口 17的尾气分别流经加热器8外部和汽化器9外部，以利用尾气的余热帮助加热器8加热氢气和帮助汽化器9汽化四氯化硅，从而降低了高温氢化反应的能耗，最后再进入⑶I回收单元18，由⑶I回收单元18进行回收。
[0091]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种四氯化硅的高温氢化方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气； 2)使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应； 3)使反应形成的尾气进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤I)中，将氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤2)中，将氢化炉内的反应温度控制在1100°C?1250°C范围内，反应压力控制在0.4MPa ?0.6MPa 范围内。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤3)中，将所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内，和/或，将所述反应形成的尾气流入急冷器的速度控制在15m/s?20m/s范围内。5.根据权利要求1?4中任一项所述的方法,其特征在于， 所述步骤I)之前还包括: 加热氢气，汽化四氯化硅； 所述步骤3)还包括: 使离开急冷器出口的尾气分别流经用于加热氢气的装置外部和用于汽化四氯化硅的装置外部后再被回收。6.一种四氯化硅的高温氢化装置，其特征在于，包括静态混合单元、氢化炉、急冷器、回收单元和温度控制单元， 所述静态混合单元用于使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气，并将所述混合气输送至氢化炉； 所述氢化炉用于使所述混合气在其内发生高温氢化反应，并将反应形成的尾气输送至急冷器； 所述急冷器用于使所述反应形成的尾气迅速降温，并将降温后的尾气输送至回收单元; 所述回收单元用于将所述降温后的尾气回收； 所述温度控制单元用于使所述反应形成的尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850°C?900°C，在离开急冷器出口后的温度不高于290°C?300°C。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括第一流量控制单元和第二流量控制单元， 所述第一流量控制单元用于控制流入静态混合单元的氢气的量，所述第二流量控制单元用于控制流入静态混合单元的汽化的四氯化硅的量，且所述第一流量控制单元和第二流量控制单元用于将流入静态混合单元的氢气与汽化的四氯化硅的摩尔比控制在1:3?1:10范围内。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括压力控制单元，用于将氢化炉内的反应压力控制在0.4MPa?0.6MPa范围内； 所述温度控制单元还用于将氢化炉内的反应温度控制在1100°c?1250°C范围内。9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括时间控制单元，用于使所述反应形成的尾气在急冷器内的滞留时间控制在30ms?50ms范围内； 和/或，所述装置还包括速度控制单元，用于使所述尾气流入急冷器的速度控制在15m/ s?20m/ s范围内。10.根据权利要求6?9中任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括加热器和汽化器， 所述加热器用于加热氢气并输送至静态混合单元，所述汽化器用于汽化四氯化硅并输送至静态混合单元； 所述急冷器输出的降温后的尾气分别流经所述加热器外部和汽化器外部后再输送至回收单元。
【专利摘要】本发明提供一种四氯化硅的高温氢化方法，包括如下步骤：1）使氢气和汽化的四氯化硅静态混合，以形成混合气；2）使所述混合气在氢化炉中发生高温氢化反应；3）使反应形成的尾气进入急冷器，且在离开急冷器后被回收，并使所述尾气在进入急冷器入口前的温度不低于850℃～900℃，离开急冷器出口后的温度不高于290℃～300℃。相应地，提供一种四氯化硅的高温氢化装置。本发明所述四氯化硅的高温氢化方法及装置与现有技术相比能够提高四氯化硅的高温氢化转化率。
【IPC分类】C01B33/107
【公开号】CN104891501
【申请号】CN201410084418
【发明人】郭增昌, 孟华
【申请人】新特能源股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月7日
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