全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，帶來了能源的巨大消耗。由于傳統(tǒng)意義上的能源如石油、煤、天然氣等的不可再生性，在能源來源以及消耗方面，人類正在面臨巨大的挑戰(zhàn)，形勢將越來越嚴峻。解決的辦法有:（1）提高科技進步，研發(fā)新生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)能耗; (2)開發(fā)新能源，如太陽能、風(fēng)能、氫能、潮汐能、生物質(zhì)能等，使可應(yīng)用的能源品種多樣化，降低對石油、煤、天然氣等的依賴性。

 

        太陽能作為一種清潔能源，因其具有“取之不盡，用之不竭”的特性，在新能源種類中占有重要地位。多晶硅是太陽能電池的最重要原料。近3~5年，多晶硅產(chǎn)業(yè)在全球特別是中國迅猛發(fā)展?，F(xiàn)有國內(nèi)外主流工藝中，太陽能級多晶硅主要采用改良西門子法、硅烷法，其中改良西門子法占到了約80%生產(chǎn)多晶硅所需的三氯氫硅的理論單耗~5t/t,但由于還原反應(yīng)的選擇性不高、設(shè)備設(shè)計不夠合理、工藝不夠完善等諸多因素影響，實際的消耗遠高于理論值，在多晶硅生產(chǎn)裝置剛開始運行的初期，三氯氫硅單耗達20t/t以上，近幾年隨著技術(shù)的不斷進步，單耗已經(jīng)逐步下降到8~10t/t。據(jù)估計，目前國內(nèi)已經(jīng)建成和在建的多晶硅項目產(chǎn)能將達每年數(shù)萬噸。這樣，勢必帶動三氯氫硅的大量需求。作為多晶硅生產(chǎn)過程中最為重要的原料，三氯氫硅在中國從真正形成規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)起步開始到現(xiàn)在，雖僅有短短幾年的時間，但發(fā)展速度驚人。從2004年起步時期的~4kt/a,到2009年達300~400kt/a。

 

        改良西門子法和硅烷歧化法都是將物料提純分離最后再還原或分解的過程。在提純和分離的過程中，雜質(zhì)硼較難去除，容易在系統(tǒng)中富集，對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大。另外，生產(chǎn)過程中系統(tǒng)會產(chǎn)生一定量的二氯二氫硅，屬于甲類危險源，容易對系統(tǒng)設(shè)備管道產(chǎn)生腐蝕，如何加以有效地利用稱為多晶硅生產(chǎn)企業(yè)的一個主要問題。在多晶硅生產(chǎn)中，國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)并應(yīng)用了除硼雜質(zhì)大孔吸附樹脂和二氯二氫硅反歧化用催化樹脂。

 

        在多晶硅生產(chǎn)中，原料中的硼、磷主要以三氯化硼和三氯化磷形式存在，影響產(chǎn)品質(zhì)量。在多晶硅中除硼、除磷可使用一直對硼或磷具有高選擇性的螯合樹脂，螯合樹脂上的功能基團同硼或磷形成穩(wěn)定的配位體，在合理的設(shè)計工藝條件下，可實現(xiàn)將液體三氯氫硅中硼或磷含量從上千ppb降低到5ppb以下，從而達到除硼、除磷的目的。多晶硅原料通過螯合樹脂除硼、除磷，可以為精餾工段提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的原料，減輕精餾工段的負荷，有利于提高產(chǎn)量和降低產(chǎn)品的能源單耗。

 

        二氯二氫硅沸點只有8.3℃，自燃穩(wěn)定58℃，為強腐蝕性有毒氣體，在空氣中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生白色煙霧，遇明火、高熱會發(fā)生燃燒或爆炸，不易現(xiàn)場長期儲存，因此二氯二氫硅的回收及利用不僅可以有效的消除安全隱患，而且可以一定程度降低生產(chǎn)成本。反歧化工藝較高有美國UCC公司研發(fā)應(yīng)用，是回收二氯二氫硅的一個重要方法。
 

反歧化工作原理： 催化樹脂

                          主反應(yīng)：SiH₂Cl₂+ SiCl₄ → 2SiHCl₃

                          副反應(yīng)：SiH₃Cl+ SiCl₄ →2SiH₂Cl₂

                                        2SiH₃Cl → SiCl₄ + 2SiH₂Cl₂

 

        反歧化催化劑主要有氰類、活性炭、進水氯化物、雜環(huán)類、胺或胺鹽及酰胺類、負載類催化劑，應(yīng)用廣泛的是堿性大孔催化樹脂。

 

        將液態(tài)的二氯二氫硅和四氯化硅按照一定的配比在管道混合器中混合，混合后送緩沖罐，再通過泵送至反歧化預(yù)熱器，預(yù)熱后的物料送至固定床反應(yīng)器中進行催化反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)品送冷卻器冷卻，然后送提純系統(tǒng)，通過反歧化反應(yīng)，絕大部分的二氯二氫硅與等摩爾的四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，有效地回收了二氯二氫硅和四氯化硅。

 

        在歧化反應(yīng)中，二氯二氫硅進料比提高，二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率會升高直至達到一個穩(wěn)定值；反應(yīng)溫度升高，二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率會升高，但溫度過高催化樹脂活性基團脫落導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，因而控制反應(yīng)器溫度變化，一般為80℃。在反歧化反應(yīng)過程中，涉及SiH₂Cl₂、SiCl₄、SiHCl₃、SiH₃Cl、SiH₄五種物質(zhì)形式，它們有一個共同特性，在合適的催化劑作用下，氯原子和氫原子與硅原子所連接的化學(xué)鍵能自由打開，這樣圍繞硅原子的氯原子和氫原子可以相互轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)移平衡后形成的混合物的性質(zhì)取決于氯原子和硅原子的比值，因此，在特定的床層壓力下的氯原子和硅原子的比值越高，二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率也越高，催化劑溫度越高，活性越高，打開氯硅鍵的能力越高，二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率也越高。

 

                                            爭光樹脂應(yīng)用

樹脂	用   途
CD950G干態(tài)	二氯二氫硅反歧化催化樹脂除雜質(zhì)
D870B干態(tài)	三氯氫硅除硼
ZGFS821干態(tài)	三氯氫硅除磷