四氯化硅流化床選用與DCS溫度控制因素的討論

張春雨

(內蒙古京能錫林煤化有限責任公司， 內蒙古 錫林浩特 026300)

四氯化硅流化床選用與DCS溫度控制因素的討論

張春雨

(內蒙古京能錫林煤化有限責任公司， 內蒙古 錫林浩特 026300)

四氯化硅流化床的串聯設計以及對工藝的DCS的優化，使流化床反應器的直徑和高度都有所降低，設備的費用也相應的降低，工藝操作條件更加容易控制，這樣不僅提高四氯化硅的轉化率，降低四氯化硅循環次數，同時還減低能耗，節約了多晶硅的生產成本。

四氯化硅;三氯氫硅;流化床;溫度

1 多晶硅副產物現狀分析

隨著綠色能源太陽能的大規模開發利用，光伏電池原料多晶硅的用量越來越大，用途越來越廣泛，近幾年我國多晶硅產業呈現幾何級數發展態勢。四氯化硅是多晶硅生產中產生量最大的副產物，未經處理回收的四氯化硅是一種具有強腐蝕性的有毒有害液體，伴隨著多晶硅產量的擴大，副產物回收處理也要跟上，大規模生產將對安全生產和環境保護帶來極大的隱患。

2 多晶硅生產方法

方法一：在流化床內高溫高壓下利用氫氣還原四氯化硅成為多晶硅的主要原料三氯氫硅，國內轉化率一般在25.4%左右。方法二：利用四氯化硅生產高附加值的氣相法白炭黑，既生產多晶硅又生產白炭黑，把氣相法白炭黑和多晶硅生產緊密結合，形成一個資源互補，共同發展的產業鏈。

3 流化床反應器的作用

利用流動流體的作用，將大量固體顆粒懸浮于流體中并使之呈現出類似于流體的某些表現特性，這就是固體流態化。借這種固體顆粒的流化狀態而實現某些生產過程的操作，稱為流態化技術。

流化床反應器的結構有兩種形式：形式一：無固體物料連續進料和出料裝置，用于固體顆粒性狀在相當長時間內，不發生明顯變化的反應過程。形式二：有固體物料連續進料和出料裝置，用于固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。

4 流化床的選型

(1)聚式流化 對于密度差較大的氣－固流化系統，一般趨向于形成聚式流化，在氣－固系統的流化床中，超過流化所需最小氣量的那部分氣體以氣泡形式通過顆粒層，上升至床層上界面時破裂，這些氣泡內可能夾帶有少量固體顆粒。此時床層內分為兩相，一相是空隙小而固體濃度大的氣固均勻混合物構成的連續相，稱為乳化相；另一相則是夾帶有少量固體顆粒而以氣泡形式通過床層的不連續相，稱為氣泡相。由于氣泡在床層中上升時逐漸長大、合并，至床層上界面處破裂，因此，床層極不穩定，上界面亦以某種頻率上下波動，床層壓降也隨之相應波動。

(2)散式流化 通過床層的流體稱為流化介質。散式流化的特點是固體顆粒均勻地分散在流化介質中，接近于理想流化床，故亦稱均勻流化。隨流速增大，床層逐漸膨脹而沒有氣泡產生，顆粒間的距離均勻增大，床層高度上升，并保持穩定的上界面。通常，兩相密度差小的系統趨向于散式流化，故大多數液－固流化屬于“散式流化”。

兩種流化態的判斷計算：顆粒與流體之間的密度差是散失流化床和聚式流化床之間的主要區別。一般認為液固流化為散式流化，而氣固流化為聚式流化。但對于壓降較高的氣固系統或者用較輕的液體流化較重的顆粒，如水-鉛流化系統，這種區別不明顯，所以有必要對兩種流化的定量判別標準進行討論用弗魯德數來區分這種流化態，弗魯德數用Fr表示

研究表明：Frmf＜0.13為散式流化態；Frmf＞1.3為聚式流化態。

5 影響流化反應的溫度控制討論

反應溫度是四氯化硅還原三氯氫硅的一個重要的參數，反應器R201工作的好壞，可以明顯地在反應溫度上表現出來，當反應狀況良好時，反應溫度易于控制。

反應溫度對四氯化硅在流化床轉化率的影響

如圖所示反應溫度高，三氯氫硅的收率越高，副反應少，反應溫度越高，合成物易深度氧化，發生副產物SiCl4和SiH2Cl2較多，溫度越高越不好控制。另外若持續長時間的高溫，還會縮短催化劑的壽命，生產中溫度控制在450℃左右，為了控制該反應的溫度，工藝上和自控上采取化床反應溫度的粗調和細調的措施。

6 結論

通過對流化床串聯設計以及對工藝的DCS的優化，既降低設備制造費用，減少了四氯化硅循環次數，還優化了工藝控制，提高了四氯化硅的轉化率，提高了多晶硅的利潤。

[1]趙春江.鋅還原法生產多晶硅[J].新材料產業,2009,(05).

[2]陳涵斌,李育亮,印永祥.四氯化硅轉化技術的現狀與發展趨勢[J].氯堿工業,2009,(04).