專利名稱：一種三氯氫硅的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從冶金級多晶硅提純至太陽能級多晶硅生產(chǎn)過程中副產(chǎn)品二氯二氫硅反歧化轉化工藝技術，具體為一種三氯氫硅的制備方法。該方法是利用一種新型的微分反應精餾設備實現(xiàn)精餾、吸收、反應與汽提過程的耦合，將二氯二氫硅反歧化轉化為三氯氫硅的制備方法。
背景技術：
在多晶硅產(chǎn)品生產(chǎn)中，改良西門子法由于工藝成熟而被廣泛采用。此工藝以三氯氫硅為原料，在還原爐內通過氫還原而得到多晶硅產(chǎn)品。但是在三氯氫硅的合成和還原工段，會生成四氯化硅和二氯二氫硅等氯硅烷副產(chǎn)品，這嚴重影響了產(chǎn)品收率和生產(chǎn)成本。目前，對于四氯化硅可以采用冷氫化技術使其轉化為三氯氫硅，但同時也會生成一部分二氯二氫硅。對于二氯二氫硅，雖然國際上已有以其為原料制備多晶硅的技術，但是其技術難度和生產(chǎn)成本都較高。所以大多數(shù)企業(yè)采用固定床反應器，利用反歧化技術原理，實現(xiàn)二氯二氫硅與四氯化硅的反歧化反應，使其轉化為三氯氫硅，但是為了將二氯二氫硅盡可能轉化完全，采用了四氯化硅過量反應，使得反應器出口濃度三氯氫硅只有10%左右，這直接導致后續(xù)分離能耗較高。中國專利CN101955187A公開了一種利用反歧化反應通過反應精餾制三氯氫硅方法和設備。該發(fā)明通過三塔工藝流程，可以實現(xiàn)二氯二氫硅和四氯化硅轉化為三氯氫硅，而且理論轉化率可以達到100%，但是其發(fā)明中卻沒有公開能耗和第一反應精餾塔塔底出口三氯氫硅濃度及實現(xiàn)的產(chǎn)品單程轉化率，只是籠統(tǒng)的說通過物料的分離與再循環(huán)理論反應轉化率可以達到100%。另外，目的產(chǎn)物三氯氫硅沸點介于二氯二氫硅和四氯化硅之間，而且此反應為液相反應，所以在采用單一反應精懼技術轉化時，一次轉化很難實現(xiàn)反應物的高轉化率，只能通過后續(xù)分離使過量未反應物循環(huán)的方法實現(xiàn)轉化率的提高。中國專利CN1025·16036A公開了一種微分反應蒸餾設備，通過該設備實現(xiàn)了 MTBE催化蒸餾合成。該發(fā)明實現(xiàn)了塔板微分化，催化單元與傳質單元交錯排列，避免了催化反應與分離傳質過程分區(qū)進行，提高了反應轉化率和分離效率。另外該發(fā)明還實現(xiàn)了一種微分化的催化劑裝填方式，實現(xiàn)了固定床反應器的微分化。由于該技術為最新發(fā)明，對其實驗研究較少，其缺點未見報道。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有二氯二氫硅固定床轉化技術不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種三氯氫硅的制備方法，該制備方法利用微分催化反應精餾塔板，采用集成設計方法，將吸收、反應、精餾和汽提四個過程耦合在同一個塔器設備內，實現(xiàn)二氯二氫硅與四氯化硅高轉化率與耦合塔的節(jié)能高效運行。本發(fā)明解決所述技術問題的技術方案是，設計一種三氯氫硅的制備方法，該制備方法，該制備方法采用以下設備和工藝:
該生產(chǎn)設備主要由耦合塔、再沸器和冷凝器構成，所述耦合塔由汽提段、汽提反應段、吸收反應段和精餾段構成；在汽提反應段和吸收反應段內安裝微分催化反應精餾塔板，汽提段和精餾段內安裝塔內件，塔內件是塔板或者填料；三氯氫硅制備工藝為:原料二氯二氫硅從汽提反應段和吸收反應段之間進入塔內，原料四氯化硅從吸收反應段和精餾段之間進入塔內；進到塔內的二氯二氫硅馬上就會發(fā)生部分汽化，沒汽化的二氯二氫硅向下進入汽提反應段和汽提段上升來的四氯化硅發(fā)生反應，由于溫度較高，反應得到的三氯氫硅會和二氯二氫硅一起被汽化，實現(xiàn)三氯氫硅與四氯化硅的分離，從而提高轉化率；汽化二氯二氫硅直接進入了吸收反應段，由于在氣相當中沒有催化劑，所以必須將氣相中的二氯二氫硅吸收到液相中才能反應，從上部進入吸收反應段的四氯化硅就起到吸收劑的作用，將氣相當中的二氯二氫硅吸收到四氯化硅中，在微分反應精餾裝置的作用下，實現(xiàn)三氯氫硅的合成，并將三氯氫硅與反應物分離到氣相當中，從吸收反應段得到的富含三氯氫硅的氣相最后進入精餾段；進入精餾段的氣相，在塔頂回流的作用下，實現(xiàn)對三氯氫硅的提純，在塔頂?shù)玫綕舛容^高的三氯氫硅產(chǎn)品；塔下部汽提段的作用是將汽提反應段沒有汽化脫除的三氯氫硅進一步脫除到氣相，使得塔釜間歇排出的爸殘液不含有三氯氫娃。本發(fā)明制備方法的條件為:操作壓力0.1-0.4MPa ;操作溫度為10_130°C ;操作回流比為1.0-3.0 ;二氯二氫硅與四氯化硅摩爾比為1-1:1.2。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制備方法因為利用微分催化反應精餾塔板(新型微分反應精餾裝置)，實現(xiàn)了微分化反應、吸收、精餾和汽提過程的耦合，并且只在一個耦合塔內完成，實現(xiàn)了二氯二氫硅和四氯化硅的高反應轉化率，因而具有工藝路線短，操作能耗低，反應效率高等特點。


圖1是本發(fā)明三氯氫硅制備方法一 種實施例的生產(chǎn)設備和工藝過程示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步描述本發(fā)明。本發(fā)明設計的三氯氫硅制備方法(簡稱制備方法，參見圖1)，該制備方法采用以下生產(chǎn)設備和工藝:該生產(chǎn)設備主要由耦合塔1、再沸器2和冷凝器7構成。所述的耦合塔I由汽提段
3、汽提反應段4、吸收反應段5和精餾段6構成；在汽提反應段4和吸收反應段5內安裝微分催化反應精餾塔板，汽提段3和精餾段6內安裝塔內件，塔內件可以是塔板或者填料。三氯氫硅(TCS)制備工藝為:原料二氯二氫硅(DCS)從汽提反應段4和吸收反應段5之間進入塔內，原料四氯化硅(STC)從吸收反應段5和精餾段6之間進入塔內。進到塔內的二氯二氫硅馬上就會發(fā)生部分汽化，沒汽化的二氯二氫硅向下進入汽提反應段4和汽提段3上升來的四氯化硅(STC)發(fā)生反應，由于溫度較高，反應得到的三氯氫硅會和二氯二氫硅一起被汽化，實現(xiàn)三氯氫硅與四氯化硅的分離，從而提高轉化率；汽化二氯二氫硅直接進入了吸收反應段5，由于在氣相當中沒有催化劑，所以必須將氣相中的二氯二氫硅吸收到液相中才能反應，從上部進入吸收反應段5的四氯化硅就起到吸收劑的作用，將氣相當中的二氯二氫硅吸收到四氯化硅中，在微分反應精餾裝置的作用下，實現(xiàn)三氯氫硅的合成，并將三氯氫硅與反應物分離到氣相當中，從吸收反應段5得到的富含三氯氫硅的氣相最后進入精餾段。進入精餾段的氣相，在塔頂回流的作用下，實現(xiàn)對三氯氫硅的提純。塔下部汽提段3的作用是將汽提反應段4沒有汽化脫除的三氯氫硅進一步脫除到氣相，使得塔釜間歇排出的釜殘液不含有三氯氫硅。再沸器2提供汽提段3氣相回流，冷凝器7提供精餾段6的液相回流。本發(fā)明合成過程的操作條件為:操作壓力0.1-0.4MPa ;操作溫度為10_130°C ;操作回流比為1.0-3.0 ;二氯二氫硅與四氯化硅摩爾比為1-1:1.2。本發(fā)明所涉及的化學反應主要是:DCS+STC 麵lj >2TCS。本發(fā)明生產(chǎn)工藝原理和過程是:由上一工段送來的二氯二氫硅原料，從汽提反應段4和吸收反應段5之間進入塔內；由于塔內溫度較高，進到塔內的二氯二氫硅馬上發(fā)生部分汽化，汽化的二氯二氫硅直接進入了吸收反應段5，另一原料四氯化硅則從吸收反應段5和精餾段6之間進入塔內；由于其沸點較高，會直接進入反應吸收段5，作為吸收劑吸收氣相中的二氯二氫硅DCS，在液相中與催化劑接觸反應生成三氯氫硅，在微分反應精餾設備的作用下，實現(xiàn)三氯氫硅的合成，并將三氯氫硅與反應物分離到氣相當中；從吸收反應段5得到的富含三氯氫硅的氣相最后進入精餾段6 ;進入精餾段的氣相，在冷凝器7提供的塔頂液相回流作用下，實現(xiàn)對三氯氫硅)的提純，在塔頂即得到濃度較高的三氯氫硅產(chǎn)品。

沒有汽化的二氯二氫硅則直接向下進入汽提反應段4，它會與汽提段3上升氣中的四氯化硅發(fā)生反應，而且由于此段溫度較高，反應得到的三氯氫硅會和二氯二氫硅一起被汽化，并轉移到氣相當中，實現(xiàn)三氯氫硅與四氯化硅的分離，從而提高轉化率。另外，塔下部汽提段3在塔底再沸器2提供的上升蒸汽的作用下，可將汽提反應段沒有汽化脫除的三氯氫硅進一步脫除到氣相，最后塔釜得到不含有三氯氫硅和二氯二氫硅的釜液，富含四氯化硅和雜質的釜殘液間歇排出耦合塔外。以下是本發(fā)明的具體實施例。所述的實施例僅是用于具體描述本發(fā)明，而不是限制本申請的權利要求。實施例1二氯二氫硅(DCS)與四氯化硅(STC)的摩爾比例:1:1.2 ；催化反應精餾塔操作壓力:0.15MPa ；操作溫度:10-85°C ;塔結構型式自上而下是:3m高效規(guī)整填料(精餾段)+20層微分催化反應精餾塔板(吸收反應段)+10層微分催化反應精餾塔板(汽提反應段)+3m高效規(guī)整填料(汽提段)；塔頂組成(m%):三氯氫硅(TCS):80%，二氯二氫硅(DCS):0.5%，四氯化硅(STC):19.5% ；塔底組成(m%):三氯氫硅(TCS):0.0%，二氯二氫硅(DCS):0.0%，四氯化硅(STC):98%,其它 2%。實施例2二氯二氫硅(DCS)與四氯化硅(STC)摩爾比例:1:1.05 ；催化反應精餾塔操作壓力:0.2MPa ；
操作溫度:50-105°C ;塔結構型式自上而下是:10層塔板(精餾段)+35層微分催化反應精餾塔板(吸收反應段)+10層微分催化反應精餾塔板(汽提反應段)+15層塔板(汽提段)；塔頂組成(m%):三氯氫硅(TCS):97.5%，二氯二氫硅(DCS):0.5%，四氯化硅(STC):2% ；塔底組成(m%):三氯氫硅(TCS):0.0%，二氯二氫硅(DCS):0.0%，四氯化硅(STC):98%，其它:2%。實施例3二氯二氫硅(DCS)與四氯化硅(STC)摩爾比例:1:1 ；催化反應精餾塔操作壓力:0.4MPa ；操作溫度:60_115°C;塔結構型式自上而下是:10層塔板(精餾段)+35層微分催化反應精餾塔板(吸收反應段)+10層微分催化反應精餾塔板(汽提反應段)+15層塔板(汽提段)；塔頂組成(m%):三氯氫硅(TCS):97.0%，二氯二氫硅(DCS):1.0%，四氯化硅(STC):2% ；塔底組 成(m%):三氯氫硅(TCS):0.0%，二氯二氫硅(DCS):0.0%，四氯化硅(STC):98%，其它:2%。
權利要求
1.一種三氯氫硅的制備方法，該制備方法采用以下設備和工藝 該生產(chǎn)設備主要由耦合塔、再沸器和冷凝器構成，所述耦合塔由汽提段、汽提反應段、吸收反應段和精餾段構成；在汽提反應段和吸收反應段內安裝微分催化反應精餾塔板，汽提段和精餾段內安裝塔內件，塔內件是塔板或者填料； 三氯氫硅制備工藝為原料二氯二氫硅從汽提反應段和吸收反應段之間進入塔內，原料四氯化硅從吸收反應段和精餾段之間進入塔內；進到塔內的二氯二氫硅馬上就會發(fā)生部分汽化，沒汽化的二氯二氫硅向下進入汽提反應段和汽提段上升來的四氯化硅發(fā)生反應，由于溫度較高，反應得到的三氯氫硅會和二氯二氫硅一起被汽化，實現(xiàn)三氯氫硅與四氯化硅的分離，從而提高轉化率；汽化二氯二氫硅直接進入了吸收反應段，由于在氣相當中沒有催化劑，所以必須將氣相中的二氯二氫硅吸收到液相中才能反應，從上部進入吸收反應段的四氯化硅就起到吸收劑的作用，將氣相當中的二氯二氫硅吸收到四氯化硅中，在微分反應精餾裝置的作用下，實現(xiàn)三氯氫硅的合成，并將三氯氫硅與反應物分離到氣相當中，從吸收反應段得到的富含三氯氫硅的氣相最后進入精餾段；進入精餾段的氣相，在塔頂回流的作用下，實現(xiàn)對三氯氫硅的提純；塔下部汽提段的作用是將汽提反應段沒有汽化脫除的三氯氫硅進一步脫除到氣相，使得塔釜間歇排出的釜殘液不含有三氯氫硅；再沸器提供汽提段氣相回流，冷凝器提供精餾段的液相回流； 本發(fā)明制備方法的條件為操作壓力O. 1-0. 4MPa ;操作溫度為10-130°c ;操作回流比為I. 0-3. O ;二氯二氫硅與四氯化硅摩爾比為1-1:1. 2。
2.根據(jù)權利要求I所述的三氯氫硅的制備方法，該制備方法采用的塔結構型式自上而下是3m高效規(guī)整填料+20層微分催化反應精餾塔板+10層微分催化反應精餾塔板+3m高效規(guī)整填料； 塔頂組成(m%):三氯氫硅80%，二氯二氫硅O. 5%，四氯化硅19. 5% ； 塔底組成(m%):四氯化硅98%，其它2%。
3.根據(jù)權利要求I所述的三氯氫硅的制備方法，該制備方法采用的塔結構型式自上而下是10層塔板+35層微分催化反應精餾塔板+10層微分催化反應精餾塔板+15層塔板； 塔頂組成(m%):三氯氫硅97. 5%，二氯二氫硅O. 5%，四氯化硅2% ； 塔底組成(m%):四氯化硅98%，其它2%。
4.根據(jù)權利要求I所述的三氯氫硅的制備方法，該制備方法采用的塔結構型式自上而下是10層塔板+35層微分催化反應精餾塔板+10層微分催化反應精餾塔板+15層塔板； 塔頂組成(m%):三氯氫硅97. 0%，二氯二氫硅I. 0%，四氯化硅2% ； 塔底組成(m%):四氯化硅98%，其它2%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三氯氫硅的制備方法，該制備方法采用以下設備和工藝該生產(chǎn)設備主要由耦合塔、再沸器和冷凝器構成，所述耦合塔由汽提段、汽提反應段、吸收反應段和精餾段構成；在汽提反應段和吸收反應段內安裝新型微分反應精餾裝置，汽提段和精餾段內安裝塔內件，塔內件是塔板或者填料；三氯氫硅制備工藝為原料二氯二氫硅從汽提反應段和吸收反應段之間進入塔內，原料四氯化硅從吸收反應段和精餾段之間進入塔內；實現(xiàn)三氯氫硅與四氯化硅的分離；在微分反應精餾裝置的作用下，實現(xiàn)三氯氫硅的合成，并將三氯氫硅與反應物分離到氣相當中，從吸收反應段得到的富含三氯氫硅的氣相最后進入精餾段；實現(xiàn)對三氯氫硅的提純。
文檔編號C01B33/107GK103253676SQ201310169960
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權日2013年5月10日
發(fā)明者呂建華, 劉繼東, 陳紅燕, 李征 申請人:河北工業(yè)大學