一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝的制作方法

本發(fā)明具體涉及一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝。

背景技術(shù)：

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，太陽能電池的原料多晶硅出現(xiàn)了嚴(yán)重供不應(yīng)求，這極大激發(fā)了我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱潮，國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)廠家持續(xù)增加，規(guī)模不斷擴大。目前國內(nèi)絕大部分多晶硅廠家采用的工藝方法是西門子改良法生產(chǎn)多晶硅，但是生產(chǎn)一噸多晶硅將生成副產(chǎn)物四氯化硅12-16噸，四氯化硅是無色透明有毒的液體，具有難聞的窒息性氣味，極易與水反應(yīng)生成二氧化硅和氯化氫。5000t/a規(guī)模的多晶硅廠要產(chǎn)生6萬-8萬噸的四氯化硅，如此多的四氯化硅如果得不到有效地利用，不僅增加生產(chǎn)成本，影響企業(yè)效益，甚至?xí)廴经h(huán)境，更不利于整個多晶硅行業(yè)的潔凈發(fā)展。對四氯化硅的處理根本出路在于氫化，使其轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，重新返回系統(tǒng)循環(huán)利用。由于國外三菱、wacker等公司對高端氫化技術(shù)的封鎖，現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)還沒有成熟的氫化方法，如何連續(xù)、穩(wěn)定地將四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅返回多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)，成為制約我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。目前國內(nèi)四氯化硅的還原方法主要有熱氫化和冷氫化兩種，這兩種傳統(tǒng)四氯化硅氫化工藝，氫化過程中的四氯化硅并不是全部百分百的轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，真正參與反應(yīng)的四氯化硅只占小部分，最高只有25％的四氯化硅被氫化。因此，從氫化爐內(nèi)出來的尾氣還含有大量的氫氣和四氯化硅，三氯氫硅和氯化氫，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，氫氣返回氫化反應(yīng)中，氯化氫送去參與三氯氫硅合成，氯硅烷(其中四氯化硅占大部分，其余是三氯氫硅)送到精餾分離提純后，四氯化硅返回氫化，三氯氫硅送到氫還原制取多晶硅。

冷氫化方法采用的是如下的反應(yīng)原理：3sicl4+si+2h2＝4sihcl3。這種方法是利用四氯化硅、硅粉和氫氣在較高溫度、壓力的沸騰爐中反應(yīng)，生成三氯氫硅(實際是三氯氫硅、四氯化硅、氫氣等的混合氣，需要冷凝后送精餾分離提純)。據(jù)國外報道，其轉(zhuǎn)化率最高為25％左右。這種氫化方法由于采用了工業(yè)硅粉，因此得到的產(chǎn)品純度不高，需要進行進一步的精餾提純，才能得到最終可供氫還原使用的二氯氫硅，這就加大了能耗；并且由于該反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)壓力也較高(十多個大氣壓)，對設(shè)備的要求也很高。此外，硅粉在反應(yīng)過程中呈沸騰狀，由于硅粉的硬度很大，對沸騰爐的內(nèi)壁造成嚴(yán)重的摩擦，使內(nèi)壁變薄，縮短沸騰爐的壽命。

近幾年來國內(nèi)外逐漸發(fā)展了另一種四氯化硅氫化的方法，即“熱氫化”，其反應(yīng)原理如下：3sicl4+3h2＝3sihcl3+3hcl(高溫+催化劑)；將一定配比的四氯化硅和氫氣的混合氣體送入反應(yīng)爐，在高溫下進行反應(yīng)，得到三氯氫硅，同時生成氯化氫。整個過程與氫化還原反應(yīng)生成多晶硅很相似，需要制備汽氣混合物的蒸發(fā)器，氫化反應(yīng)爐與還原爐也很相似，只不過得到的是三氯氫硅而不是多晶硅。熱氫化的流程為：四氯化硅和氫氣進入蒸發(fā)器，形成混合氣，混合氣進入氫化爐反應(yīng)，得到三氯氫硅和氯化氫等氣體，進入尾氣回收裝置進行分離回收。

混合氣的制備和氫還原的蒸汽混合物制備過程相同，四氯化硅進入一個類似于換熱器的容器中，在其中被加熱蒸發(fā)，與通入容器中的氫氣混合，形成混合氣體。為了得到要求配比(摩爾比)的混合氣，必須對四氯化硅的蒸發(fā)溫度和容器的壓力進行控制，使其在規(guī)定的值范圍內(nèi)，只是兩者的控制參數(shù)不同。所制得的四氯化硅和氫氣的混合氣進入氫化爐中，在氫化爐內(nèi)熾熱的發(fā)熱體表面發(fā)生反應(yīng)，生成三氯氫硅和氯化氫。這個過程的四氯化硅并不是全部百分百的轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，真正參與反應(yīng)的四氯化硅只占小部分。因此，從氫化爐內(nèi)出來的尾氣還含有大量的氫氣和四氯化硅，已及三氯氫硅和氯化氫，這些尾氣被送到回收裝置中，并將各個組分分離出來，氫氣返回氫化反應(yīng)中，氯化氫送去參與三氯氫硅合成，氯硅烷(其中四氯化硅占大部分，其余是三氯氫硅)送到精餾分離提純后，四氯化硅返回氫化，三氯氫硅送到氫還原制取多晶硅。

與冷氫化方法相比，四氯化硅熱氫化反應(yīng)溫度高，四氯化硅轉(zhuǎn)化率只有18％，冷氫化方法有25％，低于冷氫化方法。但是，無論是熱氫化方法還是冷氫化方法，都存在一定的問題，熱氫化方法反應(yīng)溫度高、工藝方法流程復(fù)雜、裝置操作難度大，轉(zhuǎn)化率低、能耗高；而部分廠家的冷氫化技術(shù)靠引進國外的方法，缺少自主研發(fā)能力，處理四氯化硅能力差，運行問題比較多。

三氯氫硅制成多晶硅的反應(yīng)原理為：sihcl3+h2＝si+3hcl；其過程與四氯化硅熱氫化過程很相似，但是在反應(yīng)的條件、設(shè)備及其他一些方面還是有較大的差別，就熱氫化過程而言。

(1)四氯化硅原料的來源：在多晶硅工廠中，四氯化硅是最主要的副產(chǎn)物，產(chǎn)量很大，比如在三氯氫硅合成中，生成三氯氫硅的同時，大約要生成20％的四氯化硅，另外還有氫化還原生成多晶硅的同時也要產(chǎn)生大量的四氯化硅，以及熱氫化反應(yīng)未轉(zhuǎn)化的四氯化硅。這些四氯化硅混同其他氯硅烷經(jīng)過尾氣回收裝置冷凝回收后，都在精餾工段分離提純，得到純凈的四氯化硅作為熱氫化的原料。

(2)蒸汽混合物的制備：蒸汽混合物進入氫化反應(yīng)爐中，在1000℃以上的高溫下反應(yīng)。因為四氯化硅與氫氣反應(yīng)也可以生成多晶硅，但在這里需要避免這種情況出現(xiàn)，否則在氫化爐的發(fā)熱體上將沉積一次多晶硅，對發(fā)熱體及氫化爐體的使用帶來影響，并且使四氯化硅對三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率降低。根據(jù)研究，當(dāng)四氯化硅與氫氣的配比在一定范圍內(nèi)時，并控制所需的反應(yīng)溫度壓力，即可避免多晶硅的生成，而使反應(yīng)向著生成三氯氫硅的方向進行。因此前面的蒸發(fā)器的操作尤為重要，運行要穩(wěn)定且參數(shù)要合理，以確保得到的所需配比的汽氣混合物進入氫化爐。

(3)熱氫化爐與還原爐很相似，有著類似的爐體結(jié)構(gòu)。但也存在許多不同之處。①發(fā)熱體。還原爐的發(fā)熱體是硅芯，多晶硅就沉積在硅芯上，硅芯逐漸變粗成為最終產(chǎn)品多晶硅棒。氫化爐的發(fā)熱體由一種特殊材料制成，它提供反應(yīng)所需的溫度，并且反應(yīng)也在其表面進行，但是并沒有固體物質(zhì)沉積在上面。②還原爐屬于間歇式生產(chǎn)，當(dāng)爐內(nèi)的硅棒生長到所需直徑后便會停止反應(yīng)，將硅棒取出后，再裝入硅芯，進行新一爐的生長。氫化爐是連續(xù)性生產(chǎn)，一旦混合氣通入爐內(nèi)，便不再停止，因為它的產(chǎn)品并不需要將爐子打開才能得到，產(chǎn)品(三氯氫硅)連同四氯化硅及氫氣、hcl源源不斷地從出氣管道中排出。除非設(shè)備進行檢修，否則不會停爐。③由于氫化爐中的發(fā)熱體本身就是電的良導(dǎo)體，而不像硅芯一樣冷電阻高不易導(dǎo)電，因此氫化爐的啟動不需要專門的如高壓啟動或預(yù)熱啟動裝置。④氫化爐的爐筒冷卻水溫度低于還原爐的爐筒冷卻水溫。⑤氫化爐的進氣是從頂部進氣，從底部出氣。

同樣的，氫還原制備多晶硅工藝存在轉(zhuǎn)化率低、能耗高等缺點。

有鑒于此，有必要提出一種轉(zhuǎn)化率高、能耗少的四氯硅烷氫化工藝，以及三氯氫硅制備硅的工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種四氯化硅氫化工藝，該工藝的轉(zhuǎn)化率高、能耗少，并且更加安全、環(huán)保。

為了實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案為：

一種四氯化硅氫化工藝，包括以下步驟：

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.2-0.5：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為100—700℃，得加熱后的混合氣體；將加熱后的混合氣體送入微通道反應(yīng)器，加熱并在催化劑的催化下反應(yīng)，加熱溫度為700—1300℃，得反應(yīng)后的混合氣體；將反應(yīng)后的混合氣體降溫至250-350℃，得冷卻后的混合氣體；所述催化劑為氧化鋁；

或?qū)⑺穆然铓怏w和氫氣按0.1-0.3：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為100—800℃，得加熱后的混合氣體；將加熱后的混合氣體送入微通道反應(yīng)器，加熱并在催化劑的催化下反應(yīng)，加熱溫度為700—1400℃，得到反應(yīng)后的混合物；將反應(yīng)后的混合物降溫至250-350℃后，通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體；所述催化劑為氧化鋁；

(2)冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；氫氣返回到步驟(1)，氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)。

進一步的，所述步驟(1)中，四氯化硅氣體和氫氣的摩爾比為1：3，加熱后的混合氣體溫度為600℃；反應(yīng)后的混合氣體溫度為1200—1300℃；

或所述步驟(1)中，四氯化硅氣體和氫氣的摩爾比為1：6，加熱后的混合氣體溫度為600℃；反應(yīng)后的混合物溫度為1360—1400℃。

進一步的，所述微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；

其中，所述加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施；

所述微通道混合加熱器包括微通道混合器單元和加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置；所述微通道混合器單元包括不少于1片的微通道混合器基片；所述微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；所述微通道的寬度為10-500微米，深度為10-300微米；

所述微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；

其中，所述加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施；

所述微通道反應(yīng)器包括微通道反應(yīng)器單元和加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置；所述微通道反應(yīng)器單元包括不少于1片的微通道反應(yīng)器基片；所述微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；所述微通道的寬度為10-500微米，深度為10-300微米。

再進一步的，所述微通道混合加熱器中，所述微通道混合器單元包括10-100片的微通道混合器基片；所述微通道的寬度為200微米，深度為100微米；所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、陶瓷和耐腐蝕合金中的一種；

所述微通道反應(yīng)器中，所述微通道反應(yīng)器單元包括10-100片的微通道反應(yīng)器基片；所述微通道的寬度為200微米，深度為100微米；所述微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、陶瓷和耐腐蝕合金中的一種。

再進一步的，所述微通道混合加熱器中，所述微通道混合器單元包括20片的微通道混合器基片；所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石；

所述微通道反應(yīng)器單元包括20片的微通道反應(yīng)器基片；所述微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石。

本發(fā)明的另一個目的是，提供一種三氯氫硅制備高純硅工藝，該工藝的轉(zhuǎn)化率高、能耗少，并且更加安全、環(huán)保。

為了實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案為：

一種三氯氫硅制備高純硅工藝，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將三氯氫硅氣體和氫氣進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為100—800℃，得加熱后的混合氣體；所述三氯氫硅氣體和氫氣的摩爾比為0.2-0.5：1；

(2)將加熱后的混合氣體送入微通道反應(yīng)器，加熱至1000—1300℃，并在催化劑的存在下反應(yīng)，得反應(yīng)后的混合物；所述催化劑為氧化鋁；

(3)將反應(yīng)后的混合物降溫至250-350℃后，通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體；冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；氫氣返回到步驟(1)；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到三氯氫硅和四氯化硅，三氯氫硅返回到步驟(1)。

進一步的，所述步驟(1)中，三氯氫硅氣體和氫氣的摩爾比為1:3-4，加熱溫度為600℃；

所述步驟(2)中，加熱溫度為1250-1300℃。

進一步的，所述微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；

其中，所述加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施；

所述微通道混合加熱器包括微通道混合器單元和加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置；所述微通道混合器單元包括不少于1片的微通道混合器基片；所述微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；所述微通道的寬度為10-500微米，深度為10-300微米；

所述微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；

其中，所述加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施；

所述微通道反應(yīng)器包括微通道反應(yīng)器單元和加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置；所述微通道反應(yīng)器單元包括不少于1片的微通道反應(yīng)器基片；所述微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；所述微通道的寬度為10-500微米，深度為10-300微米。

再進一步的，所述微通道混合加熱器中，所述微通道混合器單元包括10-100片的微通道混合器基片；所述微通道的寬度為200微米，深度為100微米；所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、陶瓷和耐腐蝕合金中的一種；

所述微通道反應(yīng)器中，所述微通道反應(yīng)器單元包括10-100片的微通道反應(yīng)器基片；所述微通道的寬度為200微米，深度為100微米；所述微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、陶瓷和耐腐蝕合金中的一種。

再進一步的，所述微通道混合加熱器中，所述微通道混合器單元包括20片的微通道混合器基片；所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石；

所述微通道反應(yīng)器單元包括20片的微通道反應(yīng)器基片；所述微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

1、本發(fā)明所述的一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝，與微化工工藝結(jié)合，微化工工藝具有：迅速混合(反應(yīng))、反應(yīng)溫度均一化、高效率溫度控制、緩和反應(yīng)溫度、反應(yīng)精密控制、抑制副反應(yīng)的優(yōu)點，可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還具有節(jié)省資源、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，這些優(yōu)點都是現(xiàn)有四氯化硅氫化工藝不可比擬的。

2、本發(fā)明所述的一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，而從可以解決傳統(tǒng)工藝反應(yīng)不徹底、反應(yīng)效率低的技術(shù)難題。

附圖說明

圖1為微通道中微通道混合器單元和加熱器件的布置示意圖，圖中，①為保溫層，②為加熱器件，③為微通道混合器單元；

圖2為微通道中微通道反應(yīng)器單元和加熱器件的布置示意圖，圖中，①為保溫層，②為加熱器件，④為微通道反應(yīng)器單元；

圖3為微通道示意圖，圖中，⑤為微通道，⑥為凸點；

圖4為實施例1-4所述的一種四氯化硅氫化工藝的工藝流程圖；

圖5為實施例5-8所述的一種四氯化硅氫化工藝的工藝流程圖；

圖6為實施例9-12所述的一種三氯氫硅制備高純硅工藝的工藝流程圖。

具體實施方式

為了進一步闡述本發(fā)明一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝，達到預(yù)期發(fā)明目的，以下結(jié)合較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝，其具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點可由任何合適形式組合。

在詳細闡述本發(fā)明一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝之前，有必要對本發(fā)明中提及的相關(guān)工藝和材料等做進一步說明，以達到更好的效果。

微化工技術(shù)是上世紀(jì)90年代初興起的前沿技術(shù)。該技術(shù)能促進過程強化和化工系統(tǒng)小型化，提高能源、資源利用效率，達到節(jié)能降耗的目的，改善過程的安全性。該技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)化工產(chǎn)業(yè)的革命性技術(shù)，微化工技術(shù)的成功開發(fā)與應(yīng)用將對化學(xué)化工領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

與傳統(tǒng)的間歇式反應(yīng)釜生產(chǎn)工藝完全不同，微化工技術(shù)是在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)。由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，而從可以解決傳統(tǒng)工藝反應(yīng)不徹底及易爆等技術(shù)難題。

微化工工藝特征：迅速混合(反應(yīng))、反應(yīng)溫度均一化、新產(chǎn)品開發(fā)、高效率溫度控制、緩和反應(yīng)溫度、改善現(xiàn)有工藝、反應(yīng)精密控制、抑制副反應(yīng)、提高反應(yīng)速度、提高產(chǎn)成率、提高選擇性、提高生產(chǎn)工藝的安全性、粒子直徑控制、節(jié)省資源、節(jié)能、環(huán)保。

微化工技術(shù)的核心是微通道反應(yīng)器。與傳統(tǒng)化工工藝相比，微化工技術(shù)最重要的是研究開發(fā)適合于微反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)器和快速反應(yīng)工藝條件。目前，微化工技術(shù)的研究工作主要集中在以下三方面：一是傳統(tǒng)化工技術(shù)的更新?lián)Q代，主要集中在石油化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、火(炸)藥等領(lǐng)域，主要包括磺化、硝化、直接氟化、氧化、過氧化、酰胺化、重氮化等各類強放熱和易燃易爆的氣—液和液—液反應(yīng)過程。二是國家安全領(lǐng)域的研究工作，主要涉及化學(xué)激光器微型化、核燃料高效處理、特種材料的安全生產(chǎn)等。三是納米材料合成等領(lǐng)域，特別是可以將精細化工、醫(yī)藥化工等間歇式、效率較低的合成工藝，將其變?yōu)橄袷突つ菢拥目煽剡B續(xù)工藝，讓反應(yīng)從幾小時縮短到幾十秒。

沒有強大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強盛。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強國的必由之路。2015年5月18日，國務(wù)院正式發(fā)布了《中國制造2025》規(guī)劃，是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年行動綱領(lǐng)。德國工業(yè)4.0是全球第4次工業(yè)革命的產(chǎn)物，其核心也是精益制造、智能工廠，對提高生產(chǎn)的效率和安全性、產(chǎn)品的質(zhì)量及其穩(wěn)定性具有重要意義。問世僅20余年的微化工技術(shù)，以它獨有的魅力讓我們對未來的化工生產(chǎn)充滿遐想。利用可直接放大、安全性高效、反應(yīng)過程易控的技術(shù)，改變化學(xué)工業(yè)某些環(huán)節(jié)、某種反應(yīng)污染重、能耗高和安全性差的形象，讓化工生產(chǎn)過程的強化、微型化和綠色化，大幅提高化工生產(chǎn)的資源和能源利用效率，是完全可能實現(xiàn)的。我國是定制化學(xué)品的研發(fā)、生產(chǎn)大國。微化工技術(shù)的光明前景已引起我國大專院校、研究機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)的高度重視，但從點燃星星之火到燎原，還需科技界和企業(yè)界不斷努力?！笆濉逼陂g，我們需加強力量攻克微反應(yīng)技術(shù)難點，首先要加強微反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和先進制造技術(shù)、系統(tǒng)智能控制技術(shù)以及微反應(yīng)器防腐防堵塞技術(shù)等。其次，要加強傳統(tǒng)化工技術(shù)的更新?lián)Q代(包括傳統(tǒng)反應(yīng)設(shè)備難以實現(xiàn)的新的反應(yīng)過程開發(fā))，關(guān)注磺化、硝化、氯化、氧化、過氧化、酰胺化、重排反應(yīng)，重點針對典型強放熱和易燃易爆的氣—液、液—液反應(yīng)過程，以及納米材料可控制備等開展工業(yè)化研究。再次，要重點針對精細化工、醫(yī)藥領(lǐng)域開展應(yīng)用示范研究，以期在精細化工、橡膠助劑和納米材料以及基于微反應(yīng)技術(shù)的新過程等領(lǐng)域獲得進一步突破。要完成上述任務(wù)，必須加強微化學(xué)工程與技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，解決微化學(xué)工程與技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵共性科學(xué)問題，這樣才能為我國化工制造業(yè)的大力提升作出重要貢獻！

高純硅經(jīng)冶煉可以得到高純度結(jié)晶硅。高純硅是半導(dǎo)體、集成電路、光伏電池的制作材料。

氧化鋁，別稱有三氧化二鋁、剛玉、礬土、鋁氧，化學(xué)式為al2o3，是一種高硬度的化合物，熔點為2054℃，沸點為2980℃，是在高溫下可電離的離子晶體，用作分析試劑、有機溶劑的脫水、吸附劑、有機反應(yīng)催化劑、研磨劑、拋光劑、冶煉鋁的原料、耐火材料。

藍寶石(al2o3)又稱白寶石，是世界上硬度僅次于金剛石的晶體材料。其結(jié)構(gòu)中的氧原子以接近hcp(hexagonalclosedpacked)的方式排列，其中氧原子間的八面體配位約有2/3的空隙是由鋁原子所填充，由此使它具有強度、硬度高(莫氏硬度9)，耐高溫(熔點達2050℃)、耐磨擦、耐腐蝕能力強，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般不溶于水，不受酸腐蝕，只有在高溫下(3000℃以上)才能為氫氟酸(hf)、磷酸(h2po4)以及熔化的苛性鉀(koh)所侵蝕；且具有同氮化鎵等半導(dǎo)體材料結(jié)合匹配性好、光透性能、電絕緣性能優(yōu)良等一系列特性。

碳化硅(sic)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。碳化硅又稱碳硅石。在當(dāng)代c、n、b等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。碳化硅晶片的主要應(yīng)用領(lǐng)域有l(wèi)ed固體照明和高頻率器件。該材料具有高出傳統(tǒng)硅數(shù)倍的禁帶、漂移速度、擊穿電壓、熱導(dǎo)率、耐高溫等優(yōu)良特性，在高溫、高壓、高頻、大功率、光電、抗輻射、微波性等電子應(yīng)用領(lǐng)域和航天、軍工、核能等極端環(huán)境應(yīng)用有著不可替代的優(yōu)勢。

耐腐蝕合金，金屬抗腐蝕材料，相對非金屬耐腐蝕材料而言，金屬抗腐蝕材料主要有鐵基合金(耐腐蝕不銹鋼)、鎳基合金(ni-cr合金，ni-cr-mo合金，ni-cu合金等)、活性金屬。

在了解了上述相關(guān)原料之后，下面將結(jié)合具體的實施例，對本發(fā)明一種四氯化硅氫化工藝和三氯氫硅制備高純硅工藝做進一步的詳細介紹：

一種四氯化硅氫化工藝，其反應(yīng)原理為：3sicl4+3h2＝3sihcl3+3hcl(高溫+催化劑)，結(jié)合圖4所示的工藝流程圖和實施例1-4，對本發(fā)明一種四氯化硅氫化工藝做進一步的詳細介紹。

實施例1.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.2：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為700℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括10片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為500微米，深度為300微米，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為陶瓷。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為1300℃，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括10片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為500微米，深度為300微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為碳化硅。

(3)將反應(yīng)后的混合氣體快速降溫至320℃，便于抑制副反應(yīng)，再進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅氫還原用于還原制取多晶硅。

實施例(1)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為52％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的三氯氫硅和氯化氫，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，并進行回收利用。該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例2.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.5：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為100℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括100片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為10微米，深度為10微米，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為碳化硅。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為700℃，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括100片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括1000個的微通道；微通道的寬度為10微米，深度為10微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。

微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為陶瓷。

(3)將反應(yīng)后的混合氣體快速降溫至350℃，便于抑制副反應(yīng)，再進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅氫還原用于還原制取多晶硅。

實施例(2)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為61％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的三氯氫硅和氯化氫，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，并進行回收利用。該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例3.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按1：3的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為600℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括20片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為200微米，深度為100微米，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為1200℃，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括20片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為200微米，深度為100微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。

微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石。

(3)將反應(yīng)后的混合氣體快速降溫至300℃，便于抑制副反應(yīng)，再進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅氫還原用于還原制取多晶硅。

實施例(3)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為82％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到80％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的三氯氫硅和氯化氫，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，并進行回收利用。該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例4.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.4：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為500℃，反應(yīng)結(jié)束后，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括40片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為400微米，深度為150微米，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為耐腐蝕合金。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為1250℃，得反應(yīng)后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括30片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為250微米，深度為180微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為耐腐蝕合金。

(3)將反應(yīng)后的混合氣體快速降溫至250℃，便于抑制副反應(yīng)，再進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，其中四氯化硅占少部分，大部分是三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅氫還原用于還原制取多晶硅。

實施例(4)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為72％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的三氯氫硅和氯化氫，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，并進行回收利用。該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

一種四氯化硅氫化工藝，其反應(yīng)原理為：sicl4+2h2＝si+4hcl(高溫+催化劑)，結(jié)合圖5所示的工藝流程圖和實施例5-8，對本發(fā)明一種四氯化硅氫化工藝做進一步的詳細介紹。

實施例5.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.1：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為800℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括100片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為10微米，深度為10微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為陶瓷。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為1400℃，反應(yīng)結(jié)束后，得到反應(yīng)后的混合物；將反應(yīng)后的混合物降溫至250℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括100片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為10微米，深度為10微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為陶瓷。

(3)冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅用于氫還原制取多晶硅。

實施例(5)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為65％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝直接氫化生產(chǎn)高純硅，轉(zhuǎn)化率高，綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例6.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.3：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為100℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括10片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為500微米，深度為300微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為碳化硅。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為700℃，反應(yīng)結(jié)束后，得到反應(yīng)后的混合物；將反應(yīng)后的混合物降溫至350℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括10片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為500微米，深度為300微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為碳化硅。

(3)冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫、氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅用于氫還原制取多晶硅。

實施例(6)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為51％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝直接氫化生產(chǎn)高純硅，轉(zhuǎn)化率高，綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例7.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按1：6的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為600℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括20片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為200微米，深度為100微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為1360℃，反應(yīng)結(jié)束后，得到反應(yīng)后的混合物；將反應(yīng)后的混合物降溫至300℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括20片片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為200微米，深度為100微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石。

(3)冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫、氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅用于氫還原制取多晶硅。

實施例(7)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為83％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到80％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝直接氫化生產(chǎn)高純硅，轉(zhuǎn)化率高，綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例8.

(1)將四氯化硅氣體和氫氣按0.2：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為500℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括30片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為440微米，深度為250微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為耐腐蝕合金。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，加熱溫度為1380℃，反應(yīng)結(jié)束后，得到反應(yīng)后的混合物；將反應(yīng)后的混合物降溫至280℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括35片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為250微米，深度為150微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為耐腐蝕合金。

(3)冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫、氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到四氯化硅和三氯氫硅，四氯化硅返回到步驟(1)，三氯氫硅用于氫還原制取多晶硅。

實施例(8)中四氯化硅的轉(zhuǎn)化率為74％。

本發(fā)明實施例所述的一種四氯化硅氫化工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的四氯化硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和四氯化硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝直接氫化生產(chǎn)高純硅，轉(zhuǎn)化率高，綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

一種三氯氫硅制備高純硅工藝，其反應(yīng)原理為：sihcl3+h2＝si+3hcl(催化劑+高溫)，結(jié)合圖6所示的工藝流程圖和實施例9-12，對本發(fā)明一種三氯氫硅制備高純硅工藝做進一步的詳細介紹。

實施例9.

(1)將三氯氫硅氣體和氫氣按0.2：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為800℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括10片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為500微米，深度為300微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。所述微通道混合加熱器的材質(zhì)為耐腐蝕合金。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱至1300℃，并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合物。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括100片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為10微米，深度為10微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為耐腐蝕合金。

(3)將反應(yīng)后的混合物降溫至250℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體；冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到三氯氫硅和四氯化硅，三氯氫硅返回到步驟(1)。

實施例(9)中三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率為56％。

本發(fā)明實施例所述的一種三氯氫硅制備高純硅工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的三氯氫硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和三氯氫硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例10.

(1)將三氯氫硅氣體和氫氣按0.5：1的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為100℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括100片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為10微米，深度為10微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為陶瓷。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱至1000℃，并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合物。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括10片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為500微米，深度為300微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為陶瓷。

(3)將反應(yīng)后的混合物降溫至350℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體；冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到三氯氫硅和四氯化硅，三氯氫硅返回到步驟(1)。

實施例(10)中三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率為66％。

本發(fā)明實施例所述的一種三氯氫硅制備高純硅工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的三氯氫硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和三氯氫硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例11.

(1)將三氯氫硅氣體和氫氣按1：3的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為600℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括20片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為200微米，深度為100微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為藍寶石。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱至1250℃，并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合物。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括20片片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為200微米，深度為100微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為藍寶石。

(3)將反應(yīng)后的混合物降溫至300℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體；冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到三氯氫硅和四氯化硅，三氯氫硅返回到步驟(1)。

實施例(11)中三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率為81％。

本發(fā)明實施例所述的一種三氯氫硅制備高純硅工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的三氯氫硅轉(zhuǎn)化率可以達到80％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和三氯氫硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

實施例12.

(1)將三氯氫硅氣體和氫氣按1：4的摩爾比進入微通道混合加熱器加熱并混合，加熱溫度為500℃，得加熱后的混合氣體。微通道混合加熱器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道混合加熱器包括數(shù)個微通道混合器單元和數(shù)個加熱器件，微通道混合器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖1所示；微通道混合器單元包括25片的微通道混合器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道混合器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為400微米，深度為130微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道混合加熱器的材質(zhì)為碳化硅。

(2)將加熱后的混合氣體由保溫、耐腐蝕的管道送入微通道反應(yīng)器，加熱至1280℃，并在氧化鋁的催化下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，得反應(yīng)后的混合物。微通道反應(yīng)器置于電加熱的加熱裝置中；其中，加熱裝置設(shè)置保溫設(shè)施和自動控溫設(shè)施。微通道反應(yīng)器包括數(shù)個微通道反應(yīng)器單元和數(shù)個加熱器件，微通道反應(yīng)器單元和加熱器件呈間隔布置，如圖2所示；微通道反應(yīng)器單元包括35片的微通道反應(yīng)器基片，以便保證熱量快速傳遞；微通道反應(yīng)器基片包括不少于1個的微通道；微通道的寬度為280微米，深度為160微米(微通道的寬度不小于深度)，微通道上部和下部優(yōu)選做的如圖3所示，可以增加表面積以便提高混合效率、熱傳導(dǎo)效率。微通道反應(yīng)器的材質(zhì)為碳化硅。

(3)將反應(yīng)后的混合物降溫至310℃，便于抑制副反應(yīng)，再通過固氣分離，得高純硅和冷卻后的混合氣體；冷卻后的混合氣體進入回收分離裝置，將各個組分分離，得到氫氣、氯化氫和氯硅烷氣體；高純硅產(chǎn)品出售，氫氣返回到步驟(1)，氯化氫送去合成三氯氫硅；氯硅烷送到精餾分離提純后，得到三氯氫硅和四氯化硅，三氯氫硅返回到步驟(1)。

實施例(12)中三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率為74％。

本發(fā)明實施例所述的一種三氯氫硅制備高純硅工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，氫化過程中的三氯氫硅轉(zhuǎn)化率可以達到50％以上，出來的尾氣只含有少量的氫氣和三氯氫硅，大量的氯化氫和高純硅，這些尾氣被送到回收裝置中，將各個組分分離出來，進行回收利用；并且該工藝綜合能耗低，生產(chǎn)過程不受二次污染。還有該工藝與微化工工藝結(jié)合，利用微化工微通道混合器、微通道反應(yīng)器的特點，在微米級的通道式反應(yīng)器內(nèi)進行撞擊流化學(xué)反應(yīng)；由于反應(yīng)器空間非常微小，物料通過碰撞混合非常均勻，接觸反應(yīng)完全，從而可以提高反應(yīng)速度、產(chǎn)成率、選擇性、生產(chǎn)工藝的安全性，還可以節(jié)省資源、降低能耗、環(huán)保。

以上所述，僅是本發(fā)明實施例的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明實施例作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明實施例技術(shù)方案的范圍內(nèi)。