低温氢化技术方案.doc

1、低温知化技术方案“低温氢化”反应原理为：四氯化硅（SiCI4）、硅粉（Si）和氢气（H2）在500C温度和1.5MPa压力条件 下，通过催化反应转化为三氯氢硅（SiHC13）化学反应式为：3SiC14+Si+2H2=4SiHC13行业低温氢化虽然比“热氢化具有能耗低、设备运行可靠的优点，但是尚存一些不足：（1） 实际转化率偏低——四氯化硅（SiC14）实际转化率一-般在18%左右；（2） 催化剂稳定性差——导致催化剂寿命短、消耗量大、成本高；特别是催化剂载体铝离了容易造成“铝 污染”；（3）设备复杂、系统能耗大——工作温度高，所以氢化炉需要内或外加热，设备复杂，系统无有 效的能量I可收装置，系统能耗高3） “催化氢化”技术方案针对上述四氯化硅（SiC14）冷、热纭I化存在的缺点和问题，洛阳晶辉新能源科技有限公司和中国工程院院 士、中石化权威催化剂和化工专家合作，在传统“低温氢化”基础上进行改良，自主创新开发出了新一代“改 良低温氢化”技术——“催化氢化”1） “催化氢化”技术路线「开发高活性多元纳米催化剂——在现有单活性金属基础上，引入第二活性金属，并采用特殊负载工艺， 使活性金属呈纳米状态，提高催化剂活性；开发高稳定性催化剂载体——解决现有催化剂稳定性差问题， 延长催化剂使用寿命，同时解决“铝污染”；（2） “催化氢化”技术特点催化剂活性高，特别是反应选择性好——四氯化硅（SiC14）单程率达到22%,以上（最高可达25%）； 「实现热量耦合、节约能源——需要的外加热量小，减少系统能源消耗；催化剂稳定性好——寿命长、用 量小、避免了 A12O3分解带来的“铝污染”；反应温度进一步降低，反应炉不需要内（或外）加热，并设能 量综合回收装置，降低了系统能耗；「系统用氢细致划分，由电解氢改良为多晶硅生产过程的1口1收氢气，既节约了制氢站电解氢的消耗量，同时 也有利于提高多晶硅生产中氢气的质量；良好的除尘技术和反应酒吹除技术，保证系统的稳定运行、安全 环保，减少了环境污染。

针对本项目，根据行业四氯化硅（SiCI4） “低温氢化，成功应用的实际和向“低温 缄化”发展的趋势，首先选择“低温纵化”工艺技术；同时，鉴于“催化全I化”在现有“低温垒I化”技术的基础 之上实现了改良，具有转化率高、物耗能耗低、使用|口|收氢气、消除“铝污染”的显著优点，本项目技术方 案确定采用“催化氢化”技术3.2.项目生产工艺流程SiCI4“催化氢化”主生产工艺由催化氢化工序、氯硅烷提纯工序组成：1） SiC14催化氢化工序工业级硅粉同特定催化剂混合均匀后，装入干燥炉；知气经加热后，进入干燥炉干 燥硅粉、还原催化剂；从干燥炉出来的氢气进入氢气净化装置处理后，返回系统；干燥之后的硅粉、催化 剂混合料，暂存于干燥炉，以备反应之用；原料氢（来自多晶硅系统）经压缩机升压到后进入混合器与四 氯化硅混合、配比，氢气-四氯化硅混合气体经加热后通入反应炉与来自混合料加入装置的混合料反应生成 三氯氢硅（SiHCI3）；生成物三氯氢硅（SiHCI3）和未反应的四翁:化硅（SiCI4）、氢气（H2）、二氯二 纭I硅（SiH2C12）及少量氯化纵（HC1）,经高效过滤•器过滤后进入冷凝装置，被冷凝下来三氯疑硅（SiH C13）、四氯化硅（SiC14）混合液进入氯硅烷提纯塔，得到三氯氢硅（SiHC13）和四氯化硅（SiC14）；四 氯化硅（SiC14）返回系统再次循环转化，三氯氢硅（SiHC13）三氯氢硅进入多晶硅生产系统生产多晶硅； 未被冷凝的氢气（H2）和少量二氯二氢硅（SiH2C12）及氯化氢（HC1）返I口I系统。

2） 祭I硅烷提纯工序氯硅烷冷凝料经过提纯1#塔、提纯2#塔两塔连续提纯，控制一定的温度、压力、"I流比，提纯1#塔塔顶 采出轻组分，塔釜物料进入提纯2#塔，提纯2#塔塔顶采出三氯氢硅（SiHC13）,中层塔板采出四氯化硅 （SiC14）返I口I催化氢化工序，塔釜采出重组分连同提纯1#塔塔顶采出的轻组分水解或外卖3.3.主要工 艺技术指标本项目主要工艺技术指标见下表：序号项目 技术经济指标 备注1 转化 SiC14 量：t/a 200002 生产 SiHC13 量：t/a 200003 单程转化率 >20%4 硅粉耗量：t/a 11505 催化剂耗量：t/a 166 回收全I气耗量：*104Nm3/a 2007 电解氢气耗量：*104Nm3/a 368 电耗：*104kW.h/a 16009 残液量：t/a 90010 低沸物量：t/a 300南京思捷技术公司技术资料 四氛化硅高压低温纣化 生产工艺技术3.1高压低温氢化工艺概述 本建议书提供的氢化工艺反应是在独特的流化床反应炉内、维持高压和一定温度，STC与H2、Si进行反应生成TCS为了加速反应的进行和提高反应速率、氢化转化率，另还添 加了催化剂。

反应原理如下：STC、H2、Si粉和催化剂作为原料送入氢化反应炉内，Si粉中的一些杂质也 进行反应生成金属疑化物 氢化主要反应如下： Si+ 2H2 + 3SiCI4催化剂4SiHCI3SiCI4+Si+2H2=2SiH2CI2 2SiHC13=SiCI4+SiH2CI2在正常工况运行下，STC的最小转化率q>24%,通过添加催化剂，可使转化率提高至26〜28%STC转 化率计算方式如下： ]]=xi00% 添加进入反应炉内STC摩尔量 流化床内氢化反应发生在近3MPa. 500C条件下反应炉的设计制造将要考虑这些因素3.2工艺流程及工艺描述 本氢化提纯工艺可以被简单称为前段高压、后段低压处理流程前端高压处理工艺包括愆化反应炉、固/液杂质收集处理系统和知气回收循环利用系统后段低压处理工艺主要包括T CS杂质去除系统、TCS/STC分离系统和储存系统拟选用工艺流程图见图3.1所示主要设备表见表3.1 所示 STC通过STC给料泉（P-102）将其从储罐内进行给料，液态STC加料时通过泉加压的压力 接近30kg/cm2,STC经两台工艺■工艺热交换器加热第一台工艺-工艺热交换器（STC预热热交换器E.20 4）将STC加热至150Co被预热后的STC经第二台工艺-工艺热交换器（E.203）,该热交换器相当于ST C的蒸发器，STC在此被进一步加热到近260C从而蒸发为气体。

被蒸发后的STC进入电加热器（STC过 热器E-202） , STC在此被加热至近运行温度550CH2压缩机（K-101）将H2压力提高至30kg/cm2而进入反应炉H2压缩机进料口的H2来自两处，工厂 制氢站（在图3.1未显示）和氢化/提纯系统界区内IE收循环利用经压缩后的H2经缓冲罐（T-103）至电 加热器（H2过热器E-201） , H2物在此被加热至近550C干燥除去水分后硅粉和催化剂混合后进入硅 粉给料罐（T.201）通过双锁给料斗加入纣化反应炉（R.203）双锁给料斗通入H2使其压力接近30kg /cm2o位于双锁给料斗与充压的氢化炉之间的耐磨盘阀的开启和关闭使给料斗内的硅粉进入反应器运行 过程中的硅粉是批量加料的，每小时平均在1〜2次过热的H2和STC按一定比例混合从氢化炉（R-201）底部进入，混合气体在（P-203）的STC/TCS混合液 通过喷头进入淋洗塔，保持塔内STC/TCS液位喷头规则分布，使进入塔内的气体与塔内液体和补充I门I 流进入的液体充分接触经过热量交换和除去未反应硅粉、金属氯化物和部分重组分的气体从塔顶进入热 交换器（E-204）,在此热交换器内，液态STC被预热，气体进一步冷却至85Co随后进入冷却水冷却器 （E-205）、-15C冷凝器（E206）、-65C冷凝器（E-207）进一步冷却,STC、TCS被完全冷却下来，流 入粗TCS （TCSC）再循环储罐（T-203）,不凝气体主要是H2、HC1和极少量的TCS, H2经除雾器（B- 201）除去液态小液滴后，返I门I循环利用。

进入T-203内的觐硅烷混合液体一部份再循环至淋洗塔T-202 补充其内STC和TCS另一部份经过过滤器（F-201）后进入提纯系统的给料罐（T-301）至此，本工艺 系统前段的高压段处理系统结束粗TCS进入后段低压分离/提纯系统。