[发明专利]一种生产四氯化硅的方法及装置

说明书

本发明公开了一种生产四氯化硅的方法及装置，方法以硅石粉和石油焦粉为主要原料，与氯气进行沸腾氯化反应制备四氯化硅；反应器为沸腾流化床。本发明原料硅石粉、石油焦粉来源广泛，价格低廉，运输方便；原料利用率高，氯气基本完全反应，无残余氯气进入后续装置，细渣回收重新参与反应；生产四氯化硅的方法在反应过程中为放热反应，相比用金属硅粉和氯气反应制取四氯化硅节约成本，工艺装置反应压力低，安全性高，反应器采用沸腾流化床，实现连续化生产，运行周期长，适合工业生产，生产成品纯度高，四氯化硅纯度≥95%。本发明不仅原料易得、价廉，且产物收率和纯度较高，生产过程无污染，能量综合利用，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种生产四氯化硅的方法及装置。

背景技术

四氯化硅沸点57.6℃，熔点-70℃，为无色、有腐蚀性、不可燃液体，在空气中形成浓烟，并迅速水解生成氯化氢气体，具有令人窒息的臭味。

四氯化硅可以作为微细二氧化硅、合成石英、氮化硅及其他各种有机硅化合物的合成原料来使用，如硅酸酯类、有机硅单体、有机硅油、高温绝缘漆、有机硅树脂、硅橡胶和耐热垫衬材料。高纯度四氯化硅为制造多晶硅、高纯二氧化硅、光纤预制棒、石英纤维的材料，军事工业用于制造烟幕剂，冶金工业可用于制造耐腐蚀硅铁铸造。

高纯四氯化硅主要用于光纤预制棒生产，光纤预制棒，又称光导纤维预制棒，简称光棒。光纤预制棒用于制造光纤。光纤预制棒作为制作光纤、光缆的重要基础材料，被誉为光通信产业“皇冠上的明珠”。对光纤光缆产业而言，光纤预制棒的技术水平具有决定性的作用。

我国在光纤预制棒生产、科研以及其生产原料领域起步较晚，光纤预制棒近90%依赖进口，目前光棒主要的生产技术及工艺依然被国外公司控制。为了突破光纤预制棒的技术瓶颈，打破长期严重依赖进口的局面，实现光纤级四氯化硅生产技术国有化，提高国内企业的竞争力，弥补市场的不足，建设四氯化硅生产企业显得尤为重要。

目前，四氯化硅的制备方法主要有以下几种：

1改良的西门子法生产多晶硅过程中产生副产四氯化硅，是目前生产四氯化硅的主要方法，化学反应方程式如下：Si+HCl→SiHCl₃+SiCl₄+H₂。

2金属硅与氯气反应制备四氯化硅。CN103420382B公开了一种用硅粉作为主要原料，在不添加任何催化剂的状况下，与氯气在沸腾床中发生气固合成反应制备四氯化硅的方法，反应温度为250-450℃。JPS59156908A公开了一种用硅铁作为原料与氯气在350-1000℃反应制备四氯化硅的方法，其中，当铁、氯化铁等物质在反应器中积累时，停止硅铁进料，仅向反应器中通入氯气；当反应器的温度降至≤300℃时，再加入硅铁原料。

在以上方法中，以金属硅作为原料。由于金属硅是通过高温电炉还原硅石来制造的，需要大量的电能，因此原料价格较高。另外，改良的西门子方法中，四氯化硅是作为副产物得到的，所以反应收率低。

3早期曾用碳化硅为原料生产四氯化硅。JPS63117907A公开了用平均粒径≤10μm的碳化硅与氯气在600-900℃的温度下反应获得四氯化硅的方法，但碳化硅成本较高。

4专利CN1465524A介绍了以甲基氯硅烷单体生产过程中的废触体（75%的Si、10-15%的Cu）为主要原料，在直径为600mm的流化床反应器中与氯气发生气固反应合成四氯化硅的方法。

以上方法存在反应收率低的问题，无法获得大量、价格低廉的四氯化硅。