ООО «Германий и приложения», Новомосковск, Тульская обл., Россия

В. М. Иванов, мастер, эл. почта: v.m.ivanov@rambler.ru

Процесс гидрирования тетрахлорида кремния в производстве поликристаллического кремния по-прежнему актуален, при этом способ каталитического гидрирования тетрахлорида кремния до трихлорсилана является перспективным для использования в промышленном производстве поликремния. Представлены ранее проведенные работы по различным аспектам данной проблемы. Осуществленные работы проводили в рамках лабораторных изысканий. Поставлена задача разработать промышленный конвертер для осуществления этого процесса. Представлен гранулометрический состав измельченного кремния, который используется в процессе гидрирования. Приведены уравнения химических реакций, протекающих во время этого процесса. Процесс гидрирования проводили при температуре 600 ^oC и давлении 1,1 МПа. На основе критериальных уравнений выполнен расчет кинетических характеристик псевдоожиженного слоя измельченного кремния. Рабочая скорость парогазовой смеси в реакционной части конвертера определена в размере 0,12 м/с. Полученные характеристики использованы при расчете конструктивных параметров конвертера для производительности предприятия 1000 т/год поликремния. Реакционная зона промышленного конвертера имеет внутренний диаметр 1,5 м и высоту 10 м. Представлено схематичное изображение конвертера, описаны конструктивные особенности конвертера с цилиндрической царгой. Сепаратор предназначен для осаждения унесенных из взвешенного слоя частиц. В распределителе газа круговое расположение отверстий способствует формированию псевдоожиженного слоя. В конструкции конвертера целесообразно предусмотреть жалюзийные перегородки, улучшающие характеристики псевдоожиженного слоя. В качестве конструкционного материала предложен сплав Incoloy 800НТ. Расчет и предложенная конструкция конвертера могут быть использованы при проектировании оборудования для строящихся и модернизируемых производств поликристаллического кремния. .
DOI: 

1. Критская Т. В., Шварцман Л. Я. Новая промышленная технология получения поликристаллического кремния «Кремний из песка» / Тезисы докладов XII Международной конференции «Кремний-2018». — Черноголовка, 2018. С. 8.
2. Иванов В. М. Хлорирование в солевом расплаве в технологии производства поликристаллического кремния // Электроника НТБ. 2019. № 6. С. 154–160. DOI: 10.22184/1992-4178.2019.187.6.154.160
3. Иванов В. М., Трубицин Ю. В. Применение способов гидрирования тетрахлорида кремния в технологии производства поликремния // Материалы электронной техники. 2010. № 4. С. 10–13.

4. Lehnen R. J. Untersuchengen zur katalysierten hydrochlorierung vom metallurgischen silizium mit siliziumtetrachlorid und wasserstoff in einem laborfestbettreaktor : dis. … zur erlangung des grades Dr. rer. nat. — Ruhr-Universität Bochum, 2002. — 159 s.
5. Иванов В. М., Трубицын Ю. В. Поисковые лабораторные исследования катализаторов для гидрирования тетра хлорида кремния // Сборник тезисов Украинской научной конференции по физике полупроводников «УНКФН-5». Ужгород, 9–15 октября 2011 г. — Ужгород, 2011. С. 419.
6. Becker F. Modellierungen und simulationen der hydrochlorierung von silizium zu trichlorsilan für die entwicklung eines technischen wirbelschichtreaktors : dis. … zur Erlangung des Grades Dr.-Ing. — Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, 2005. — 143 s.
7. Аркадьев А. А. Разработка способов синтеза трихлорсилана при повышенном давлении : дис. … канд. техн. наук. — М., 2005. — 139 с.
8. Воротынцев А. В. Каталитическое восстановление хлоридов кремния : дис. … канд. хим. наук. — Н. Новгород, 2013. — 121 с.
9. Аркадьев А. А., Кох А. А., Чапыгин А. М., Новиков А. В., Шварев К. П. Определение удельной скорости низкотемпературного гетерогенного гидрирования тетрахлорида кремния // Цветные металлы. 2010. № 9. С. 56–58.
10. Fluidized bed reactors: principles and applications. Kristian Beike editor. — NY : Nova Science Publication, Inc., 2020. — 117 p.
11. Фалькевич Э. С., Пульнер Э. О., Червонный И. Ф. и др. Технология полупроводникового кремния. — М. : Металлургия, 1992. — 407 с.
12. Зверев С. В., Нагорный С. Л., Трубицын Ю. В. Технологические аспекты реализации процесса высокотемпературного гидрирования тетрахлорида кремния // Сложные системы и процессы. 2003. № 1. С. 81–91.
13. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. — Л. : Химия, 1987. — 575 с.
14. Shanlin Du, Guoqiang Lv, Wenhui Ma, Guangkai Gu, Boqiang Fu. Optimal design of gas distributor in fluidized bed for synthesis of silicone monomer // Particuology. 2023. Vol. 83. P. 115–128. DOI: 10.1016/j.partic.2023.02.015
15. Ning Liu, Xingping Liu, Fumin Wang et al. CFD simulation study of the effect of baffles on the fluidized bed for hydrogenation of silicon tetrachloride // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2022. Vol. 45. P. 219–228. DOI: 10.1016/j.cjche.2021.04.003