硅与四氯化硅耦合加氢反应的实验及模拟研究

摘要

可持续发展的光伏产业是解决能源危机的重要途径，无论是作为目前主流生产工艺的改良西门子法还是作为未来发展趋势的流化床硅烷法，都对硅与四氯化硅耦合加氢反应的进一步研究提出了要求。
　　本文通过对处于不同反应阶段固体样本的表征，探究了硅与四氯化硅耦合加氢反应历程中活性变化的原因。实验结果显示 Cu3Si在H2/SiCl4气氛下的氯化是形成反应活性中心的必要条件。使用惰性气体吹扫降温法制备了不同反应阶段的颗粒样品，研究了其表面形态、体相组成、晶型结构的演化规律，探讨了反应失活机理。认为Cu3Si团聚导致的固相扩散速率下降是反应失活的原因。
　　调整原料中CuCl粒径，发现其粒径越小，与Si机械混合后的混合质量越高，接下来Si与CuCl之间固-固还原反应活性越高，产物中Cu3Si的含量越高，因而随后进行的硅与四氯化硅耦合加氢反应的活性位点越多，SiCl4的转化率越高。
　　使用传统的两相模型对硅与四氯化硅耦合加氢工业流化床反应器进行了数值模拟，以反应温度500℃、系统压力18 bar、进料比 H2/SiCl4=1.5、流化数u/umf=5、起始流化时的床层高度1.0 m、床层内有效粒径120μm、反应器直径0.8 m为基准，讨论了密相返混程度、床层内最大气泡直径、温度、压力、进料比、流化数、起始流化床层高度、床内颗粒粒径和反应器直径大小对反应器出口SiCl4转化率的影响。发现高温、高压、高进料比、高起始床层高度、大直径反应器、低流化数、小粒径硅颗粒、小的床层内气泡直径有利于SiCl4的转化。

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符号说明

第一章 绪论

1.1 立题背景

1.2 多晶硅生产工艺

1.3 四氯化硅处理工艺

1.4 硅与四氯化硅耦合加氢反应研究进展

1.5本文研究目的与内容

1.6本章小结

第二章 实验方法

2.1 原料与试剂

2.2 实验装置

2.3 分析方法

2.4 表征手段

2.5 本章小结

第三章 硅与四氯化硅耦合加氢反应历程中的活性变化

3.1研究内容

3.2样品的制备

3.3晶型变化

3.4 表面形貌与组成

3.5 活性变化分析

3.6小结

第四章 氯化亚铜粒径对硅与四氯化硅耦合加氢反应的影响

4.1 研究内容

4.2 氯化亚铜粒径对硅与氯化亚铜反应的影响

4.3氯化亚铜粒径对硅与四氯化硅耦合加氢反应的影响

4.3本章小结

第五章 硅与四氯化硅耦合加氢反应工业流化床数值模拟

5.1 前言

5.2 模型建立

5.3 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢

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