四氯化硅流化床选用与DCS温度控制因素的讨论

张春雨

(内蒙古京能锡林煤化有限责任公司， 内蒙古 锡林浩特 026300)

四氯化硅流化床选用与DCS温度控制因素的讨论

张春雨

(内蒙古京能锡林煤化有限责任公司， 内蒙古 锡林浩特 026300)

四氯化硅流化床的串联设计以及对工艺的DCS的优化，使流化床反应器的直径和高度都有所降低，设备的费用也相应的降低，工艺操作条件更加容易控制，这样不仅提高四氯化硅的转化率，降低四氯化硅循环次数，同时还减低能耗，节约了多晶硅的生产成本。

四氯化硅;三氯氢硅;流化床;温度

1 多晶硅副产物现状分析

随着绿色能源太阳能的大规模开发利用，光伏电池原料多晶硅的用量越来越大，用途越来越广泛，近几年我国多晶硅产业呈现几何级数发展态势。四氯化硅是多晶硅生产中产生量最大的副产物，未经处理回收的四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，伴随着多晶硅产量的扩大，副产物回收处理也要跟上，大规模生产将对安全生产和环境保护带来极大的隐患。

2 多晶硅生产方法

方法一：在流化床内高温高压下利用氢气还原四氯化硅成为多晶硅的主要原料三氯氢硅，国内转化率一般在25.4%左右。方法二：利用四氯化硅生产高附加值的气相法白炭黑，既生产多晶硅又生产白炭黑，把气相法白炭黑和多晶硅生产紧密结合，形成一个资源互补，共同发展的产业链。

3 流化床反应器的作用

利用流动流体的作用，将大量固体颗粒悬浮于流体中并使之呈现出类似于流体的某些表现特性，这就是固体流态化。借这种固体颗粒的流化状态而实现某些生产过程的操作，称为流态化技术。

流化床反应器的结构有两种形式：形式一：无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间内，不发生明显变化的反应过程。形式二：有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。

4 流化床的选型

(1)聚式流化 对于密度差较大的气－固流化系统，一般趋向于形成聚式流化，在气－固系统的流化床中，超过流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通过颗粒层，上升至床层上界面时破裂，这些气泡内可能夹带有少量固体颗粒。此时床层内分为两相，一相是空隙小而固体浓度大的气固均匀混合物构成的连续相，称为乳化相；另一相则是夹带有少量固体颗粒而以气泡形式通过床层的不连续相，称为气泡相。由于气泡在床层中上升时逐渐长大、合并，至床层上界面处破裂，因此，床层极不稳定，上界面亦以某种频率上下波动，床层压降也随之相应波动。

(2)散式流化 通过床层的流体称为流化介质。散式流化的特点是固体颗粒均匀地分散在流化介质中，接近于理想流化床，故亦称均匀流化。随流速增大，床层逐渐膨胀而没有气泡产生，颗粒间的距离均匀增大，床层高度上升，并保持稳定的上界面。通常，两相密度差小的系统趋向于散式流化，故大多数液－固流化属于“散式流化”。

两种流化态的判断计算：颗粒与流体之间的密度差是散失流化床和聚式流化床之间的主要区别。一般认为液固流化为散式流化，而气固流化为聚式流化。但对于压降较高的气固系统或者用较轻的液体流化较重的颗粒，如水-铅流化系统，这种区别不明显，所以有必要对两种流化的定量判别标准进行讨论用弗鲁德数来区分这种流化态，弗鲁德数用Fr表示

研究表明：Frmf＜0.13为散式流化态；Frmf＞1.3为聚式流化态。

5 影响流化反应的温度控制讨论

反应温度是四氯化硅还原三氯氢硅的一个重要的参数，反应器R201工作的好坏，可以明显地在反应温度上表现出来，当反应状况良好时，反应温度易于控制。

反应温度对四氯化硅在流化床转化率的影响

如图所示反应温度高，三氯氢硅的收率越高，副反应少，反应温度越高，合成物易深度氧化，发生副产物SiCl4和SiH2Cl2较多，温度越高越不好控制。另外若持续长时间的高温，还会缩短催化剂的寿命，生产中温度控制在450℃左右，为了控制该反应的温度，工艺上和自控上采取化床反应温度的粗调和细调的措施。

6 结论

通过对流化床串联设计以及对工艺的DCS的优化，既降低设备制造费用，减少了四氯化硅循环次数，还优化了工艺控制，提高了四氯化硅的转化率，提高了多晶硅的利润。

[1]赵春江.锌还原法生产多晶硅[J].新材料产业,2009,(05).

[2]陈涵斌,李育亮,印永祥.四氯化硅转化技术的现状与发展趋势[J].氯碱工业,2009,(04).