一種制備三氯氫硅的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，尤其涉及一種制備三氯氫硅的方法。將氯化氫氣體和氫氣混合進(jìn)行干燥，進(jìn)入深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥；將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成三氯氫硅粗品；深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫，提純后回收利用；將冷凝的物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部，除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設(shè)置有列管式冷凝器，出口端設(shè)置有回流分配器，冷凝器流出物為三氯氫硅，塔底為副產(chǎn)物四氯化硅。本發(fā)明降低了原料氯化氫氣體的含水量，減輕了設(shè)備腐蝕；在原料氯化氫氣體內(nèi)摻雜少量氫氣，通過(guò)嚴(yán)格條件控制，降低了副產(chǎn)物四氯化硅的生成率，提高了目的產(chǎn)物三氯化硅的收率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種制備三氯氫娃的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，尤其涉及一種制備三氯氫硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是生產(chǎn)電腦芯片及半導(dǎo)體器件的原料，被稱(chēng)為“微電子大廈的基石”，而三氯氫娃(SiHCh)提純技術(shù)是生產(chǎn)多晶娃的關(guān)鍵技術(shù)之一。三氯氫娃是合成有機(jī)娃的重要中間體，也是制備多晶硅的主要原料。近年來(lái)，隨著我國(guó)有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)年均20%的增長(zhǎng)速度及多晶硅產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)三氯氫硅的需求量急劇增加?，F(xiàn)有三氯氫硅提純工藝由蒸餾釜、提純塔和塔頂冷凝器順序連接而成，屬于高耗能工藝，耗能費(fèi)用占總成本的比重很大。
[0003]三氯氫硅生產(chǎn)工藝過(guò)程中主要存在兩方面的難點(diǎn)，一方面，反應(yīng)產(chǎn)物三氯氫硅較易發(fā)生水解，使三氯氫硅的產(chǎn)率降低。氯化氫含水量愈大，則產(chǎn)物中三氯氫硅含量愈低，當(dāng)氯化氫含水量為100ppm時(shí)，則三氯氫娃產(chǎn)率低于80%，并且水分還能在娃粉表面形成一層致密的氧化膜，致使硅粉鈍化，從而使合成過(guò)程中硅粉單耗增加，進(jìn)而增加生產(chǎn)成本。另一方面，產(chǎn)物三氯氫硅容易深度氯化生成副產(chǎn)物四氯化硅，導(dǎo)致目的產(chǎn)物三氯氫硅的收率降低，而且副產(chǎn)物不回收利用。雖然從理論上通過(guò)對(duì)副產(chǎn)物中的四氯化硅進(jìn)行加氫還原成三氯氫硅的方法來(lái)提高三氯氫硅的收率，然而這種方法在于難于找到理想的催化劑，使得四氯化硅氫化還原回收三氯氫硅的能耗和成本大增，難于在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種新型的制備三氯氫硅的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]—種制備三氯氫硅的方法，包括以下步驟:
[0006](I)將氯化氫氣體和氫氣混合氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器進(jìn)行干燥，然后進(jìn)入深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥，得到含水量為50-80ppm的氯化氫和氫氣混合氣體；
[0007](2)將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成二氣氣娃粗品；
[0008](3)將步驟(2)制得的三氯氫硅粗品進(jìn)行深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫氣體，提純后回收利用；
[0009](4)將步驟(3)冷凝的物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部，除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設(shè)置有列管式冷凝器，冷凝器出口端設(shè)置有回流分配器，調(diào)節(jié)回流比為(5-10):1，冷凝器流出物為三氯氫硅，塔底為副產(chǎn)物四氯化硅。
[0010]作為優(yōu)選，所述步驟(I)中氯化氫氣體和氫氣的摩爾比為(10-20):lo
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(I)中深度干燥塔內(nèi)填料為氯化鈣固體。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中氦氣與水蒸汽的摩爾比為1:(50-500)。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中三氯氫硅在除磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)的停留時(shí)間為1-3分鐘，所述除磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)壓力為0.05-0.25MPa，溫度為75-90°C。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于，本發(fā)明降低了原料氯化氫氣體的含水量，減輕了氯化氫溶于水后生成鹽酸而對(duì)設(shè)備嚴(yán)重腐蝕的影響;在原料氯化氫氣體內(nèi)部摻雜了少量的氫氣，并且通過(guò)嚴(yán)格條件控制，使得產(chǎn)物三氯氫硅深度氯化生成副產(chǎn)物四氯化硅的反應(yīng)平衡向三氯氫硅一側(cè)移動(dòng)，降低了副產(chǎn)物四氯化硅的生成率，提高了目的產(chǎn)物三氯化硅的收率。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0016]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開(kāi)說(shuō)明書(shū)的具體實(shí)施例的限制。
[0017]實(shí)施例1，本實(shí)施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過(guò)程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比10: I進(jìn)行混合，混合完成后，混合氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器進(jìn)行干燥。然后進(jìn)入內(nèi)部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥，得到含水量為50ppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進(jìn)行深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部對(duì)粗三氯氫硅進(jìn)行進(jìn)一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1:50，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)的停留時(shí)間為I分鐘，整個(gè)磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)壓力為0.05MPa，并且控制塔內(nèi)適宜的反應(yīng)溫度在75 °C。在塔頂?shù)奈锪铣隹谔幵O(shè)置有列管式冷凝器，還設(shè)有氣體收集和循環(huán)裝置，并且在冷凝器出口端設(shè)置有回流分配器，調(diào)節(jié)回流比為5:1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產(chǎn)物四氯化硅，經(jīng)檢測(cè)制得的三氯氫硅產(chǎn)品純度為99.9%,收率為90%。
[0018]實(shí)施例2，本實(shí)施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過(guò)程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比15: I進(jìn)行混合，混合完成后，混合氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器進(jìn)行干燥。然后進(jìn)入內(nèi)部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥，得到含水量為60ppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進(jìn)行深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部對(duì)粗三氯氫硅進(jìn)行進(jìn)一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1: 150，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)的停留時(shí)間為1.5分鐘，整個(gè)磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)壓力為0.20MPa，并且控制塔內(nèi)適宜的反應(yīng)溫度在85 °C。在塔頂?shù)奈锪铣隹谔幵O(shè)置有列管式冷凝器，還設(shè)有氣體收集和循環(huán)裝置，并且在冷凝器出口端設(shè)置有回流分配器，調(diào)節(jié)回流比為8:1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產(chǎn)物四氯化硅，經(jīng)檢測(cè)制得的三氯氫硅產(chǎn)品純度為99.7%,收率為91 %。[OO19]實(shí)施例3，本實(shí)施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過(guò)程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比20: I進(jìn)行混合，混合完成后，混合氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器進(jìn)行干燥。然后進(jìn)入內(nèi)部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥，得到含水量為SOppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進(jìn)行深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部對(duì)粗三氯氫硅進(jìn)行進(jìn)一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1:500，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)的停留時(shí)間為3分鐘，整個(gè)磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)壓力為0.25MPa，并且控制塔內(nèi)適宜的反應(yīng)溫度在90 °C。在塔頂?shù)奈锪铣隹谔幵O(shè)置有列管式冷凝器，還設(shè)有氣體收集和循環(huán)裝置，并且在冷凝器出口端設(shè)置有回流分配器，調(diào)節(jié)回流比為10:1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產(chǎn)物四氯化硅，經(jīng)檢測(cè)制得的三氯氫硅產(chǎn)品純度為99.8%,收率為90 %。
[°02°]實(shí)施例4，本實(shí)施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過(guò)程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比18:1進(jìn)行混合，混合完成后，混合氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器進(jìn)行干燥。然后進(jìn)入內(nèi)部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥，得到含水量為66ppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進(jìn)行深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部對(duì)粗三氯氫硅進(jìn)行進(jìn)一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1:450，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)的停留時(shí)間為I分鐘，整個(gè)磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)壓力為0.08MPa，并且控制塔內(nèi)適宜的反應(yīng)溫度在83 °C。在塔頂?shù)奈锪铣隹谔幵O(shè)置有列管式冷凝器，還設(shè)有氣體收集和循環(huán)裝置，并且在冷凝器出口端設(shè)置有回流分配器，調(diào)節(jié)回流比為7:1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產(chǎn)物四氯化硅，經(jīng)檢測(cè)制得的三氯氫硅產(chǎn)品純度為99.9%,收率為92%。
[0021]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將氯化氫氣體和氫氣混合氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器進(jìn)行干燥，然后進(jìn)入深度干燥塔進(jìn)行進(jìn)一步干燥，得到含水量為50-80ppm的氯化氫和氫氣混合氣體； (2)將經(jīng)過(guò)深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成二氣氣娃粗品； (3)將步驟(2)制得的三氯氫硅粗品進(jìn)行深度冷凝，分離出氫氣和未反應(yīng)的氯化氫氣體，提純后回收利用； (4)將步驟(3)冷凝的物質(zhì)通入除磷硼雜質(zhì)塔頂部，除磷硼雜質(zhì)塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設(shè)置有列管式冷凝器，冷凝器出口端設(shè)置有回流分配器，調(diào)節(jié)回流比為(5-10):1，冷凝器流出物為三氯氫硅，塔底為副產(chǎn)物四氯化硅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟(I)中氯化氫氣體和氫氣的摩爾比為(10-20):1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟(I)中深度干燥塔內(nèi)填料為氯化鈣固體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟(3)中氦氣與水蒸汽的摩爾比為1:(50-500)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，所述步驟(3)中三氯氫硅在除磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)的停留時(shí)間為1-3分鐘，所述除磷硼雜質(zhì)塔內(nèi)壓力為0.05-0.25MPa，溫度為75-90 °C。
【文檔編號(hào)】C01B33/107GK106006648SQ201610326298
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】鮑明銳, 管彥波, 郭慶元, 劉毅, 楊劍英
【申請(qǐng)人】山東瑞川硅業(yè)有限公司