全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，帶來(lái)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(lái)源以及消耗方面，人類正在面臨巨大的挑戰(zhàn)，形勢(shì)將越來(lái)越嚴(yán)峻。解決的辦法有:（1）提高科技進(jìn)步，研發(fā)新生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)能耗; (2)開(kāi)發(fā)新能源，如太陽(yáng)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(duì)石油、煤、天然氣等的依賴性。

        太陽(yáng)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(yáng)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(guó)迅猛發(fā)展?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)外主流工藝中，太陽(yáng)能級(jí)多晶硅主要采用改良西門(mén)子法、硅烷法，其中改良西門(mén)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(jì)不夠合理、工藝不夠完善等諸多因素影響，實(shí)際的消耗遠(yuǎn)高于理論值，在多晶硅生產(chǎn)裝置剛開(kāi)始運(yùn)行的初期，三氯氫硅單耗達(dá)20t/t以上，近幾年隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，單耗已經(jīng)逐步下降到8~10t/t。據(jù)估計(jì)，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成和在建的多晶硅項(xiàng)目產(chǎn)能將達(dá)每年數(shù)萬(wàn)噸。這樣，勢(shì)必帶動(dòng)三氯氫硅的大量需求。作為多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中較為重要的原料，三氯氫硅在中國(guó)從真正形成規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)起步開(kāi)始到現(xiàn)在，雖僅有短短幾年的時(shí)間，但發(fā)展速度驚人。從2004年起步時(shí)期的~4kt/a,到2009年達(dá)300~400kt/a。

        改良西門(mén)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(guò)程。在提純和分離的過(guò)程中，雜質(zhì)硼較難去除，容易在系統(tǒng)中富集，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大。另外，生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一定量的二氯二氫硅，屬于甲類危險(xiǎn)源，容易對(duì)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(gè)主要問(wèn)題。在多晶硅生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)并應(yīng)用了除硼雜質(zhì)大孔吸附樹(shù)脂和二氯二氫硅反歧化用催化樹(shù)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(duì)硼或磷具有高選擇性的螯合樹(shù)脂，螯合樹(shù)脂上的功能基團(tuán)同硼或磷形成穩(wěn)定的配位體，在合理的設(shè)計(jì)工藝條件下，可實(shí)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(dá)到除硼、除磷的目的。多晶硅原料通過(guò)螯合樹(shù)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(fù)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(diǎn)只有8.3℃，自燃穩(wěn)定58℃，為強(qiáng)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(huì)發(fā)生燃燒或爆炸，不易現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期儲(chǔ)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。
 

反歧化工作原理： 催化樹(shù)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(jìn)水氯化物、雜環(huán)類、胺或胺鹽及酰胺類、負(fù)載類催化劑，應(yīng)用廣泛的是堿性大孔催化樹(shù)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(guò)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(jìn)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(guò)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(jìn)料比提高，二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率會(huì)升高直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值；反應(yīng)溫度升高，二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率會(huì)升高，但溫度過(guò)高催化樹(shù)脂活性基團(tuán)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(guò)程中，涉及SiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiH3Cl、SiH4五種物質(zhì)形式，它們有一個(gè)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(kāi)，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(kāi)氯硅鍵的能力越高，二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率也越高。

領(lǐng)盛樹(shù)脂在多晶硅行業(yè)的應(yīng)用