二氯二氫硅氣相氯化方法技術

一種將多晶硅副產二氯二氫硅在氣相進行氯化的方法，利用氫氣與氯氣穩定燃燒的火焰為起始反應空間，將二氯二氫硅通入到氫氣流中或直接通入到氫氯焰底部，同時按比例減少氫氣的流量，在氫氯焰的引發下，二氯二氫硅與氯形成穩定地氣相燃燒反應，二氯二氫硅被氯化為四氯化硅。對多晶硅工廠而言將二氯二氫硅轉化為四氯化硅是實現二氯二氫硅資源化的最佳路徑之一。

【技術實現步驟摘要】

木專利技術涉及一種二氯二氫硅在氣相進行氯化的方法，更具體地，涉及一種多晶硅副產二氯二氫硅和氯在氣相進行燃燒氯化反應制備四氯化硅的方法。
技術介紹
二氯二氫硅是改良西門子法多晶硅生產過程中除四氯化硅以外重要的副產物，部分多晶硅廠家將其與三氯氫硅配成一定比例送入還原爐用于多晶硅的生長，如中國專利CN102642834A。但生產實踐表明，過多的二氯二氫硅送入還原爐會導致硅棒沉積不致密，硅粉堵塞管道等一系列問題。因此，將二氯二氫硅按一定比例用于多晶硅沉積的方法受到一定限制，該方法無法消耗整個系統產生的二氯二氫硅。在這種情況下，多數廠家將其送入尾 氣處理工段在堿液作用下進行水解處理，或合并在四氯化硅殘液中，但這些方式或是成本高昂或是造成資源的浪費或是產生環境的污染。美國聯合碳化物公司開發一種將二氯二氫硅和四氯化硅在有機胺催化劑存在的情況下，將二氯二氫硅和四氯化硅通過反歧化反應合成三氯氫硅的全新工藝，實現了二氯二氫硅的利用并得到工業化推廣。中國專利CN102068829A也公開了一種將二氯二氫硅轉化為三氯氫硅的反歧化工藝，其技術原理與美國聯合碳化公司基本一致，該專利將精餾過程和反應過程結合，采用反應精餾的方法來轉化二氯二氫硅。從現有的反歧化裝置運行情況得知，為了使二氯二氫硅和四氯化硅的反應過程得以順利進行，反應產物中的三氯氫硅必須被不斷地從反應產物中移出，才能使反應向生成三氯氫硅的方向移動。而且反歧化過程單程轉化率低，產物中三氯氫硅含量也很低，用于分離反應產物的精餾過程能耗高，并且無法使用多晶硅工廠現有精餾設備，而必須為反歧化裝置配套專用精餾設備，這無疑增加了設備投資和過程復雜性。為了實現多晶硅生產過程的經濟性和減少環境污染，現有的多晶硅工廠都建立了用于將四氯化硅轉化為三氯氫硅的熱氫化裝置或冷氫化裝置。這些裝置已經在多晶硅工廠連續穩定運行了一段時間。冷氫化或熱氫化裝置對于多晶硅副產四氯化硅的轉化而言是有效的，因此將二氯二氫硅轉化為四氯化硅，再將這部分四氯化硅送入多晶硅工廠現有的熱氫化或冷氫化工段的方式無疑是實現二氯二氫硅資源化的最佳路徑之一。實現將二氯二氫硅轉化為四氯化硅的潛在方式是利用氯氣對二氯二氫硅進行氯化反應，理論上二氯二氫硅和氯的反應是不可逆反應，轉化率為100%，反應方程式可以寫為H2SiCl2+2Cl2 — SiCl4+2HCl (I)現有的對二氯二氫硅的研究及生產實踐表明，二氯二氫硅與氧化劑如空氣、氧、氯等形成的混合氣體有非常寬的爆炸極限，二氯二氫硅的閃點為_37°C，又由于反應(I)是強放熱反應，故利用氯將氣態或液態二氯二氫硅氯化為四氯化硅的反應變得難以控制和充滿爆炸的危險，這也就是至今未有報道使用氯對二氯二氫硅進行氯化反應制備四氯化硅的原因。
技術實現思路
本專利技術意在提供一種將二氯二氫硅進行氣相氯化制備四氯化硅的方法，具體的是使二氯二氫硅與氯進行氣相燃燒反應，二氯二氫硅被氯化為四氯化硅。為實現上述目的，本專利技術通過以下技術手段實現為了使二氯二氫硅與氯氣安全地在氣相反應，需要借助氫氣與氯氣形成的燃燒火焰作為引發反應的必要條件。首先使氫氣和氯氣形成穩定的燃燒反應，燃燒時控制氫氣摩爾流量相對氯氣摩爾流量過量5 20%，以確保氯氣完全參與燃燒而不至于在燃燒產物中殘留游離氯，消除燃燒區以外二氯二氫硅與氯發生爆燃的可能性。氫氣與氯氣形成穩定的燃燒后，在氫氣流中通入二氯二氫硅或直接向燃燒焰底部通入二氯二氫硅，同時按比例減少氫氣的流量。二氯二氫硅和氫氣流量關系需要符合以下條件，即氫氣摩爾流量的減少量等于2倍的二氯二氫硅摩爾流量的增加量。在保持上述氫氣與二氯二氫硅流量關系的情況下，二氯二氫硅與氯氣的摩爾比例可以在O. 01 I 0.5 I的范圍內變化，但為了使該過程具有工業實用性和具有最佳安全性，二氯二氫硅與氫氣的摩爾比例以O. I I O. 45 I為宜。經過氣相燃燒反應后，二氯二氫硅被無選擇性地氯化為四氯化硅。氫氣和氯氣的燃燒反應是以自由基反應的形式進行，在燃燒區域富含大量的氯自由基，氯自由基具有極高的反應活性，能迅速和二氯二氫硅發生自由基反應，使二氯二氫硅在燃燒區域被快速且完全的氯化，與氯形成穩定的自由基燃燒反應。這就避免了氣相非燃燒反應所無法避免的爆炸性反應地發生。理論計算表明二氯二氫硅與氯形成的燃燒區溫度較氫氣與氯形成的燃燒區溫度更高，隨著二氯二氫硅比例地增加，燃燒區的溫度隨之上升， 這有利于使二氯二氫硅和氯更完全地反應。本專利技術將燃燒反應和氣相氯化反應相結合,在氫氣和氯氣的燃燒反應中將二氯二氫硅與氫氣混合后進入燃燒區域或在氫氯火焰底部通入二氯二氫硅，使二氯二氫硅在燃燒區域與氯氣發生自由基反應，二氯二氫硅與氯的自由基反應一旦被引發，二氯二氫硅便能自主的和氯進行自由基的鏈增長反應，只要自由基濃度得以維持，反應將一直進行下去。二氯二氫硅和氯反應生成的熱量或氫氣和氯反應生成的熱量是氯解離為自由基的基礎，由于二氯二氫硅與氯的燃燒熱大于氫氣和氯的燃燒熱，因此二氯二氫硅和氯的反應一旦被引發，則即使沒有氫氣的參與也能自主的進行自由基燃燒反應。這樣的方式避免了二氯二氫硅與氯在氣相非燃燒反應時發生爆炸性反應的可能，使二氯二氫硅與氯的反應可以安全可控地進行。具體實施方式下面通過實施例對本專利技術的具體實施方式進行更具體的說明，但它僅用于說明本專利技術的一些具體實施方式，而不應理解為對本專利技術保護范圍的限定。實施例I純度為99. 9%氫氣和純度為99. 6%的氯氣經過各自管道進入燃燒器，氯氣的流量為lkmol/h,氫氣的流量為I. 05kmol/h,氫氣過量5%,待氫氣與氯氣形成穩定燃燒的火焰后，在氫氣流中緩慢注入二氯二氫硅氣體(二氯二氫硅中氮氣摩爾含量為0%，氯化氫摩爾含量為O. 1% )，同時按比例減少氫氣的摩爾流量，當二氯二氫硅流量達到O. 05kmol/h,氫氣流量為O. 95kmol/h時維持各自的流量，使燃燒反應穩定進行。Ih后用氣相色譜對反應產物進行分析(氣相色譜以氦氣為載氣，TCD為檢測器)，分析結果為四氯化硅2. 5%、氯化氫95%、氫氣2. 5%,未檢測出二氯二氫娃和氯氣。實施例2純度為99. 9 %氫氣和純度為99. 6 %的氯氣經過各自管道進入燃燒器，氯氣的流量為lkmol/h,氫氣的流量為I. 05kmol/h,氫氣過量5%,待氫氣與氯氣形成穩定燃燒的火焰后，在氫氣流中緩慢注入二氯二氫硅氣體(二氯二氫硅中氮氣摩爾含量為0%，氯化氫摩爾含量為O. 1% )，同時按比例減少氫氣的摩爾流量，當二氯二氫硅流量達到O. 45kmol/h,氫氣流量為O. 15kmol/h時維持各自的流量，使燃燒反應穩定進行。Ih后用氣相色譜對反應 產物進行分析(氣相色譜以氦氣為載氣，TCD為檢測器)，分析結果為四氯化硅28. 1%、氯化氫68. 8%、氫氣3. I %,未檢測出二氯二氫娃和氯氣。實施例3純度為99. 9 %氫氣和純度為99. 6 %的氯氣經過各自管道進入燃燒器，氯氣的流量為lkmol/h,氫氣的流量為I. lkmol/h,氫氣過量10%,待氫氣與氯氣形成穩定燃燒的火焰后，在氫氣流中緩慢注入二氯二氫硅氣體(二氯二氫硅中氮氣摩爾含量為0%，氯化氫摩爾含量為O. 1% )，同時按比例減少氫氣的摩爾流量，當二氯二氫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
二氯二氫硅氣相氯化的方法，其特征在于：首先使氫氣和氯氣進行燃燒反應，待燃燒焰穩定后，在氫氣流中通入二氯二氫硅或直接向燃燒焰底部通入二氯二氫硅，同時按比例減少氫氣的流量，在燃燒焰中二氯二氫硅被無選擇性地氯化為四氯化硅。

【技術特征摘要】
1.二氯二氫硅氣相氯化的方法，其特征在于首先使氫氣和氯氣進行燃燒反應，待燃燒焰穩定后，在氫氣流中通入二氯二氫硅或直接向燃燒焰底部通入二氯二氫硅，同時按比例減少氫氣的流量，在燃燒焰中二氯二氫硅被無選擇性地氯化為四氯化硅。2.按照權利要求1所述的二氯二氫硅氣相氯化的方法，其特征在于氫氣和氯氣燃燒反應時氫氣摩爾流量相對氯氣摩爾流量過量5 20%。3.按照權利要求1所述的二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈俊，趙燕，
申請(專利權)人：寧夏勝藍化工環保科技有限公司，
類型：發明
國別省市：