多晶硅副产物四氯化硅的有效利用研究

摘要

四氯化硅为西门子法生产多晶硅工艺过程的副产物，因其氢化困难，回收处理成本较高，国内的生产企业通常将其直接倾倒于自然界，严重造成了对环境的污染。随着太阳能产业在能源压力及政府支持等多方因素作用下逐步扩大市场应用，随之而来的副产物SiCl4的产量也将逐步增长。庞大数量的SiCl4如果不能达到较好的回收利用，对环境将会带来巨大的污染压力，不仅有悖于减轻环境压力的新能源开发初衷，也增加了太阳能级多晶硅的生产成本，终将对我国太阳能产业产生负面影响。因此探索SiCl4有效环保的处理方法是目前亟待解决的问题，对我国的多晶硅乃至太阳能产业都有着深远的意义。
　　 采用水合沉淀法，将多晶硅生产工艺中副产的四氯化硅与稀盐酸在搅拌床反应器中进行反应，生成具有工艺循环价值的氯化氢气体及用途广泛的沉淀白炭黑，是四氯化硅有效利用的途径之一。该过程中利用稀盐酸与四氯化硅反应生成饱和浓盐酸与水合二氧化硅，经解析塔解析后产生富余的氯化氢气体，同时将母液盐酸过滤产出二氧化硅后经稀释作为原料稀盐酸循环使用，整个工艺流程无任何副产物及污染物产生。通过改变各反应温度、反应压力、进料盐酸浓度等条件，对反应产品液体中水合二氧化硅含量及解析气体中氯化氢含量进行分析，探索四氯化硅水合反应的最佳工艺条件。
　　 在生产集成电路过程中需要采用高纯度的氯化氢，作为硅片蚀刻，钝化及外延等流程的关键要素，氯化氢的纯度要求达到99.999％(5N)的标准，还严格限制含碳化合物以及水分的含量，以防止硅片加工过程中碳的形成以及设备的腐蚀。产品气体经脱水后存在的约500 ppm含量的二氧化碳对氯化氢下游产品的优化应用产生了强烈的负影响。通过使CO2与氢气在催化剂Ni-Al2O3发生甲烷化反应，改变反应温度、氯化氢空速、反应压力以及H2/CO2(摩尔比)(R)等工艺条件，研究其对CO2转化率的影响，同时研究催化剂活性稳定性、失活及再生性能，寻找一种有效脱除氯化氢CO2的工艺方法。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 文献综述

1．1 绪论

1．2 多晶硅的制备

1．2．1 多晶硅的技术发展历程

1．2．2 多晶硅硅材料的主要制备方法

1．2．3 国内外多晶硅生产状况

第二章 盐酸溶液中四氯化硅水解反应的研究

2．1 实验原料和仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备

2．2 实验装置

2．3 实验主要内容及方法

2．3．1 主要内容

2．3．2 实验方法

2．4 预备实验

2．4．1 标定实验温度计

2．4．2 盐酸泵的校正

2．4．3 实验系统气密性检验

2．4．4 四氯化硅转子流量计的校正

2．5 四氯化硅水合反应工艺条件研究

2．5．1 反应稳定性试验

2．5．2 进料盐酸浓度的影响

2．5．3 反应温度的影响

2．5．4 反应压力的影响

2．5．5 适宜工艺条件研究

2．6 本章小结

第三章 Ni／Al2O3催化剂对HCl中CO2甲烷化反应的催化性能

3．1 实验材料

3．2 实验仪器

3．3 实验装置

3．4 实验内容与实验方法

3．4．1 实验内容

3．4．2 实验方法

3．5 分析方法

3．5．1 产物分布定性分析

3．5．2 色谱分析条件的确定

3．5．3 定量分析方法

3．5．4 标准气体的测定

3．6 产物分析计算方法

3．6．1 转化率的计算

3．7 预备实验

3．7．1 反应系统气密性检验

3．7．2 恒温区的测定

3．8 甲烷化反应工艺条件的研究

3．8．1 Ni／Al2O3催化剂寿命实验

3．8．2 反应温度的影响

3．8．3 氯化氢体积空速的影响

3．8．4 反应压力的影响

3．8．5 H2／CO2(摩尔比)的影响

3．8．6 适宜工艺条件研究

3．8．7 Ni／Al2O3催化剂失活条件研究

3．8．8 催化剂再生性能研究

3．9 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

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