冷氢化技术（精品）.doc

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1、冷氢化技术综述（上）20世纪70年代美国喷气推进实验室（JPL）在美国能源部的支持下组织研究新硅烷法工艺过程屮，采用多晶硅工厂的副产物四氯化硅（STC）作原料，将其转化为三氯氢硅（TCS）,然后将三氯氢硅通过歧化反应生产硅烷。80年代初，为得到低成木、高纯度的多晶硅，又进行了一系列的研究开发。其屮高压低温氢化工艺（以下简称冷氢化）就是一•项能耗最低、成木最小的STC转化为TCS的工艺技术。该工艺被UCC（UnionCarbideCorporation）公司在80年代中后期进一步的完善，实现了从实验装置到工业化运行

2、的跨越，H前REC在华盛顿州的多晶硅工厂所采用的此项工艺仍在运行屮。因此，毋庸置疑，冷氢化技术的原创应为是ucc,FI前流行的各类流化床冷氢化工艺貝是在UCC的基础上“整容，而非变性”（易屮天语）！90年代，为了提高多晶硅产詁纯度，满足电子工业对多晶硅质量的要求,开发了高温低压STC氢化工艺，这两种工艺的比较如下:项目名称高温低压热氢化低温高压冷氢化操作压力:Bar615〜35操作温度：。C1250500〜550主要反应SiCI4+H2=SiHCI3+HCISi4-3HCI=SiHCI3+H23SiCI4+Si+

3、2H2=4SiHCI3优点汽相反应；不需催化剂；连续运行；装置单一、占地少；易操作和控制，维修量小；懐化反应不加硅粉，无硼磷及金属杂质带入，示续的精跚提纯T艺较简单，提纯工作量小；STC转化率一般为（17%〜24%）流化床反应；三氯氢硅合成与四氯化硅氢化可在同一装置内进行，可节省投资；反应温度低、电耗低，单耗指标为

4、密封要求很高，维修工作量大；操作系统较复杂，；氢化反应加入硅粉，有硼磷及金属杂质带入,提纯丁作量大，增加精锚提纯费用（如蒸汽、电力、冷却水等消耗）:需硅粉干燥及输送系统；需加入催化剂。综上比较，二者各有优缺点，但低温高爪冷氢化工艺耗电量低，在节能减排、降低成本方面具有一定的优势。国内多晶硅新建及改、扩建单位可以根据项ri的具体情况、自身的优势及喜好，择优选定。冷氢化主要反应式如下：Si+2H2+3SiC14<催化剂>4SiHC13（主反应）SiC14+Si+2H2=2SiH2C12（副反应）2SiHC13=SiC

5、14+SiH2C12（副反应）典型的冷氢化装置纽成如下：一个完整的冷氢化系统大致包括以下6大部分：1、技术经济指标：包括，1）金屈硅、催化剂、补充氢气、STC、电力的消耗，2）产品质量指标，3）STC转化率，4）公用工程（氮气、冷却水、冷媒、蒸汽及导热油）；2、主装置：包括，1）流化床反应器、2）急冷淋洗器，3）淋洗残液的处理系统，4）气提,5）加热及换热装置;3、原料系统：包括，1）硅粉输送，2）催化剂选用及制备，3）原料气体的加热装置；4、粗分离系统：包括，1）脱轻，2）脱重，3）TCS分离；5、热能回收系统

6、，包括：1）流化床出口氢化气的热量回收，2）急冷塔出口淋洗气的热能回收，氯硅烷物流热量综合利用；热能回收系统，包括：1）流化床出口氢化气的热量回收，2）急冷塔出口淋洗气的热能回收；6、物料处置及回收系统：包括，1）淋洗残液中的氯硅烷回收，2）脱重塔残液屮的氯硅烷回收，3）轻组分屮的氯硅烷回收，4）固废处理，5）氯硅烷废液处理。（中）上文说到，一个完整的冷氢化系统大致要考虑六个方面的因素，包括：技术经济指标、主装置、原料系统、粗分离系统、热能回收系统、物料处置及回收系统，现就这六个方而的因素作一些简单的点评：1、技

7、术经济指标：技术经济指标是厂家最关心的基础数据，现在江湖上流传的这些数据有些乱，有的低得离谱，有的高得让人无法接受，根据H前掌握的各厂家运行数据来看：金属硅消耗在0.056-0.06Ikg/kgTCS之间；氢气消耗在0.009-0.Ollkg/kgTCS之间；四氯化硅在0.9-1.Okg/kgTCSZ间；催化剂消耗在0.0002-0.0005kg/kgTCS之间；屯力消耗在0.58-0.9度/kgTCS之间；转化率在24%-28%Z间；还都算比较靠谱的数据，消耗太低了不现实，消耗高了就让人无法接受。

8、¥1主装置大

9、致包括，1）流化床反应器、2）急冷淋洗器，3）淋洗残液的处理系统，4）气提，5）加热及换热装置。关于用于冷氢化工艺的高压流化床反应器：高斥流化床反应器是冷氢化系统屮最重要的核心设备，首先其恶劣的运行环境对材质要求较高，□前普遍采用美国SpecialMetals公司发明INCOLOY80（）系列具有耐高温强度、抗氧化及高温腐蚀性能的特种合金钢。INCOLOY800系列合金钢