三氯氢硅歧化反应动力学及反应精馏生产硅烷工艺研究

作     者：黄友光 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄国强;田华明

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：三氯氢硅 四氯化硅 反应动力学 反应精馏 氢化 

摘      要：经济发展,化石能源消耗增加,化石能源属于不可再生能源,其消耗的增加不仅带来能源危机,同时也造成环境污染,例如中国多地出现雾霾现象,PM2.5频频爆表,给人们身体健康带来重大危害,为此,寻找清洁无污染可再生能源迫在眉睫,太阳能因其清洁无污染而成为首先,多晶硅是太阳能电池的主要材料之一。硅烷是硅烷法制备多晶硅材料的主要原料之一,也是半导体微电子工艺常用的电子气体,广泛应用于含硅涂层和薄膜中,其需求量越来越大。国内多晶硅厂目前尚不能生产电子级多晶硅,电子级多晶硅受制于国外,满足不了国内迅速发展电子行业所需的电子级多晶硅,不利于国内电子行业的发展。目前国内生产多晶硅主要采用改良西门子法,改良西门子法生产多晶硅能耗大,同时部分核心技术受国外控制,导致国内多晶硅厂不能生产电子级以及纯度更高的多晶硅;硅烷法生产多晶硅工艺流程简单,能耗低,利用该方法能生产电子级以及纯度更高的多晶硅,能满足迅速发展的国内电子行业的发展需求,硅烷是硅烷法制备多晶硅的主要原料,如何廉价的制备硅烷是一个急需解决的技术问题。针对该问题,本论文研究了三氯氢硅歧化反应精馏生产硅烷工艺,并自主设计反应精馏生产硅烷中试实验装置,成功制备出硅烷,打破了国外的技术封锁。本论文主要研究内容及结果如下:(1)四氯化硅氢化制备三氯氢硅,研究了反应温度、空速、压力和原料配比对Si Cl(四氯化硅)高温热氢化制备Si HCl(三氯氢硅)的影响;当反应温度1050°C,反应压力0.6Mpa(表压),反应空时1000 h-1,H(氢气)和STC(四氯化硅)物质的量比值为4,三氯氢硅的收率最高,达到19.81%。(2)研究了三氯氢硅歧化反应动力学,筛选出一种催化活性和耐温性好的催化剂PA100,探究了反应温度、催化剂填充量及催化剂颗粒大小对三氯氢硅歧化反应的影响,建立三氯氢硅歧化反应动力学模型,计算出反应活化能和指前因子。(3)探究了二氯氢硅歧化反应精馏以及三氯氢硅歧化反应精馏制备硅烷实验,自主设计了三氯氢硅歧化反应精馏中试实验装置,并利用该装置成功制备出硅烷,打破了国外的技术封锁。