专利名称：一种精三氯氢硅的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种化工产品的生产方法和精馏分离提纯技术，特别是涉及 一种精三氯氢硅的生产方法。
背景技术：
三氯氢硅是生产太阳能级与微电子级多晶硅的重要原料，同时也是合成 有机硅的重要中间体，用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的 合成，是有机硅垸偶联剂屮最基本的单体，也是生产半导体硅、单晶硅的原 料，也可用于制造硅酮化合物。随着我国经济的飞速发展，尤其是精细化工、 有机硅产业、电子产品、光纤通讯等行业的快速发展，为三氯氢硅的生产和 下游产品的开发提供了巨大的市场空间和机遇。但是由于受到国外技术封锁 的限制，国内三氯氢硅企业的生产技术不够完善，导致产品的质量和产量还 不能满足生产单晶硅的要求以及市场的需求。
目前国内外的生产工艺流程大致如下氯化氢和烘干后的硅粉在合成炉 中反应生成三氯氢硅和四氯化硅混合物，混合物经旋风分离器和布袋除尘器 回收残存硅粉，然后送至冷凝系统，冷凝下来的氯硅烷混合物送至精馏系统 分离出三氯氢硅和四氯化硅，未冷凝的尾气送至尾气回收系统。
生产工艺中硅粉的烘千以及布袋除尘器回收硅粉需要提供大量热量，而 合成反应中产生大量的热量未能充分回收利用，造成了极大的能量消耗和浪 费。冷却工段，混合物经除尘之后直接送至冷凝器，由于混合物中含有三氯 化铝等物质，这些物质极容易结晶堵塞管道，对冷凝器的操作造成了很大的 不便，时常需停车检修。对于精馏工段中国专利CN 1693192A提出单塔提纯 三氯氢硅，中国专利CN 1010455362A提出双塔分离三氯氢硅，不能有效的分 离三氯氢硅，低沸物和硼、磷等杂质不能有效去除，产品指标也不稳定。
本发明是针对三氯氢硅生产工艺的特点和要求，对三氯氢硅工艺进行改 进，提出一种三氯氢硅生产和精制提纯的方法，解决三氯氢硅生产中投资大， 能耗高，分离效率低的问题
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种精三氯氢硅的生产方法。使用 本发明提供的方法，具有投资低、能耗低且目标产物三氯氢硅的分离纯度高 及回收率高等优点。
一种精三氯氢硅的生产方法，氯化氢和烘干后的硅粉在合成炉屮反应生 成三氯氢硅和四氯化硅等混合物，混合物经除尘回收残存硅粉，然后送至冷 凝系统，冷凝下来的氯硅烷混合物送至精馏系统得到工业级三氯氢硅，之后 经过精制提纯工段得到精三氯氢硅，其特征如下-
(1) 对冷却过程优化，增加洗涤塔装置如图l，混合物经旋风分离器和 布袋除尘器冋收残存硅粉，送至洗涤塔脱除三氯化铝，然后再进入冷凝系统。
(2) 对合成热进行热集成和节能利用如图3，合成炉中合成反应产生大 量的热量，导热油或其他冷却介质经合成炉流出分别经过干燥器、收集器、 废热锅炉，然后冷却，冷却热量可加热干燥器干燥硅粉，加热收集器收集硅 粉，加热余热锅炉产生蒸汽热能供系统应用，冷却后的导热油输送到导热油 收集器中，再经过换热器加热送往合成炉，导热油的循环实现合成热的循环 利用，大大节约成本，减少能源消耗。
(3) 对精馏工段优化，采用如下方法如图4，在冷凝工段冷凝下来的氯
硅烷混合物经加热器预热到45 6(TC进入预塔，预塔进料口设在塔中部，塔顶
采出低沸物等杂质，塔底得到初步提纯后的混合物送入三氯氢硅塔，三氯氢 硅塔进料口设置在塔中部，塔顶采出提纯后的三氯氢硅混合物，塔底得到的 混合物再送至四氯化硅塔，四氯化硅塔进料口设置在塔中部，塔顶采出三氯 氢硅和四氯化硅循环至精馏工段进料槽，塔底剩下残液，另外在四氯化硅塔 下部设置气相侧采口采出四氯化硅。
(4) 增加三氯氢硅精制提纯工段:在三氯氢硅进行精制提纯过程中采用3~8 个精馏塔和吸附塔或者络合的联合精馏塔装置，操作压力在0.1 0.6MPa，温 度控制在30 12(TC。 3-8个精馏塔是板式塔，塔板为40-120块，或者是内部 装有填料的填料塔，填料有效高度为10-50米，或者是两者的组合。如图5， 工业精馏中得到的三氯氢硅混合物送至精制提纯工段，经过3~8个精馏塔精 脱高、低沸物等杂质，然后经过吸附塔或者络合精馏塔进一步脱除硼、磷、 砷等杂质塔顶得到高纯度精三氯氢硅。吸附塔或者络合精馏塔塔底采出硼、 磷、砷等杂质，它们可设在3 8个精馏塔的前面或者后面。本发明所述预塔、三氯氢硅塔、四氯化硅塔内部采用填料和塔板复合的形式，填料型式和体积及塔板型式和层数根据实际工艺计算确定，物料经填料层可脱除相平衡杂质，经塔板可脱除非相平衡杂质。
本发明所述洗涤塔操作压力在0.1 0.6MPa，温度控制在3(TC 12(TC，进料口设置在塔中部，分离后的混合物从塔顶采出进入冷凝器，塔底分离出三氯化铝等固形物。另外增加洗涤塔附属设备溴化锂机组，如图2，溴化锂机组利用底部底温热水的热能产生冷水等冷媒，通入塔顶冷凝器，由于工艺流程需要大量的冷水做为冷媒，本发明能够大大节约成本及能源。
本发明所述三氯氢硅塔与四氯化硅塔可以集成一个塔，塔顶采出三氯氢硅，塔底气相侧采四氯化硅。或者采用双效精馏技术，双效精馏技术是用四氯化硅塔塔顶蒸气加热三氯氢硅塔或者用三氯氢硅塔塔顶蒸气加热四氯化硅塔。采用任何一种技术都可大大节约成本，减少能源消耗。
本发明所述吸附塔所选的吸附剂是无机酸类，和螯合剂(具有芳香环的多元醇类)的混合物。
本发明所述络合精馏塔所选的络合剂是含有元素周期表中第V族的氮、磷、砷，第IV族的氧、磷，第VII族的铁、氯元素的化合物。
本发明优点在于通过合理优化设计，对精馏工艺做技术改进，大大提高了精馏效率和产品的纯度，其中硼、磷等杂质含量少于10ppt，同时本发明流程简单，操作弹性高。另外本发明合理的对能源循环利用，大大节约了成本，减少了能源消耗，具有较好的经济效益和社会效益。
图1是本发明冷却工段工艺示意图。图2是本发明溴化锂机组工艺示意图。图3是本发明合成气集成利用工艺示意图。图4是本发明精馏工段工艺示意图。
图5是采用多个精馏塔、吸附塔及络合的联合精馏塔装置。
其中l.布袋除尘器；2.洗涤塔；3.—冷却器；4.二冷却器；5.低温热水槽;6.溴化锂机组；7.冷凝器8.导热油收集器；9.换热器；IO.合成气反应炉；11.干燥器；12.硅粉收集器；13.废热锅炉14.加热器；15.预塔；16.三氯氢硅塔；n.四氯化硅塔；18 22.第一至第五精馏塔；23.吸附塔；24.络合精馏塔。
具体实施方式
一种精三氯氢硅的生产方法，氯化氢和烘干后的硅粉在合成炉中反应生成三氯氢硅和四氯化硅等混合物，混合物经除尘冋收残存硅粉，然后送至冷凝系统，冷凝下来的氯硅垸混合物送至精馏系统得到工业级三氯氢硅，之后经过精制提纯工段得到高纯度的精三氯氢硅，其特征如下
(1) 对冷却过程优化，增加洗涤塔装置如图l，混合物经旋风分离器和布袋除尘器lHj收残存硅粉，送至洗涤塔脱除三氯化铝等固形物，然后再进入冷凝系统。
(2) 对合成热进行热集成和节能利用如图3，合成炉中合成反应产生火量的热量，导热油或其他冷却介质经合成炉流出分别经过干燥器、收集器、废热锅炉，然后冷却，冷却热量可加热干燥器干燥硅粉，加热收集器收集硅粉，加热余热锅炉产生蒸汽热能供系统应用，冷却后的导热油输送到导热油收集器中，再经过换热器加热送往合成炉，导热油的循环实现合成热的循环利用，大大节约成本，减少能源消耗。
(3) 对精馏工段优化，采用如下方法如图4，在冷凝工段冷凝下来的氯
硅烷混合物经加热器预热到45 6(TC进入预塔，预塔进料口设在塔中部，塔顶
采出低沸物等杂质，塔底得到初步提纯后的混合物送入三氯氢硅塔，三氯氢硅塔进料口设置在塔中部，塔顶采出提纯后的三氯氢硅混合物，塔底得到的混合物再送至四氯化硅塔，四氯化硅塔进料口设置在塔中部，塔顶采出三氯氢硅和四氯化硅循环至精馏工段进料槽，塔底剩下残液，另外在四氯化硅塔下部设置气相侧采口采出四氯化硅。
(4) 增加三氯氢硅精制提纯工段:在三氯氢硅进行精制提纯过程中采用3~8个精馏塔和吸附塔或者络合的联合精馏塔装置，操作压力在0.1 0.6MPa，.温度控制在30 120'C。 3 8个精馏塔是板式塔，塔板为40-120块，或者是内部装有填料的填料塔，填料有效高度为10 50米，或者是两者的组合。如图5，工业精馏中得到的三氯氢硅混合物送至精制提纯工段，经过3~8个精馏塔精脱高、低沸物等杂质，然后经过吸附塔或者络合精馏塔进一步脱除硼、磷、砷等杂质塔顶得到高纯度的精三氯氢硅。吸附塔或者络合精馏塔塔底采出硼、磷、砷等杂质，它们可设在3 8个精馏塔的前面或者后面。
本发明所述预塔、三氯氢硅塔、四氯化硅塔内部采用填料和塔板复合的形式，填料型式和体积及塔板型式和层数根据实际工艺计算确定，物料经填料层可脱除相平衡杂质，经塔板可脱除非相平衡杂质。
6本发明所述洗涤塔操作压力在0.1 0.6MPa，温度控制在3(TC 12(TC，进料口设置在塔中部，分离后的混合物从塔顶采出进入冷凝器，塔底分离出三氯化铝等固形物。另外增加洗涤塔附属设备溴化锂机组，如图2，溴化锂机组利用底部底温热水的热能产生冷水等冷媒，通入塔顶冷凝器，由于工艺流程需要大量的冷水做为冷媒，本发明能够大大节约成本及能源。
本发明所述三氯氢硅塔与四氯化硅塔可以集成一个塔，塔顶采出三氯氢硅，塔底气相侧采四氯化硅。或者采用双效精馏技术，双效精馏技术是用四氯化硅塔塔顶蒸气加热三氯氢硅塔或者用三氯氢硅塔塔顶蒸气加热四氯化硅塔。采用任何一种技术都可大大节约成本，减少能源消耗。
权利要求
1. 一种精三氯氢硅的生产方法，氯化氢和烘干后的硅粉在合成炉中反应生成三氯氢硅和四氯化硅等混合物，混合物经除尘回收残存硅粉，然后送至冷凝系统，冷凝下来的氯硅烷混合物送至精馏系统得到工业级三氯氢硅，之后经过精制提纯工段得到精三氯氢硅，其特征在于在工业级三氯氢硅精馏工段增加预塔装置；在预塔前增加加热器对加料进行预热；预塔、三氯氢硅塔、四氯化硅塔内部采用填料和塔板复合的形式；四氯化硅来自四氯化硅塔下部的气相侧采；在冷却工段中除尘器之后冷凝器前增加洗涤塔装置；利用导热油或其他冷却介质带出的热量干燥硅粉，或者加热收集器，或者加热废热锅炉产生蒸汽热能；精制提纯三氯氢硅在三氯氢硅进行精制提纯工段中采用3～8个精馏塔和吸附塔或者络合的联合精馏塔装置。
2. 根据权利要求1所述精三氯氢硅的生产方法，其特征在于三氯氢硅塔 和四氯化硅塔集成为一个塔塔顶馏出三氯氢硅产品，塔下部气相侧采四氯 化硅产品；或者采用双效精馏方法用四氯化硅塔塔顶热气加热三氯氢硅塔塔底再 沸器，或用三氯氢硅塔塔顶蒸气加热四氯化硅塔塔底再沸器。
3.根据权利要求1所述精三氯氢硅的生产方法，其特征在于对于洗涤 塔采用底温余热驱动溴化锂机组向塔顶提供冷水。
4. 根据权利要求1所述精三氯氢硅的生产方法，其特征在于3~8个精馏 塔是板式塔，塔板为40 120块。
5. 根据权利要求1所述精三氯氢硅的生产方法，其特征在于3~8个精馏 塔是填料塔，填料有效高度为10-50米。
全文摘要
本发明涉及一种精三氯氢硅的生产方法，包括(1)在工业级三氯氢硅精馏工段增加预塔装置；(2)在预塔前增加加热器对加料进行预热；(3)预塔、三氯氢硅塔、四氯化硅塔内部采用填料和塔板复合的形式；(4)四氯化硅可来自四氯化硅塔下部的气相侧采；(5)三氯氢硅塔和四氯化硅塔可集成为一个塔或者采用双效精馏方法；(6)在冷却工段中除尘器之后冷凝器前增加洗涤塔装置；(7)对于洗涤塔采用底温余热驱动溴化锂机组产生冷水供冷却使用；(8)对合成热进行热集成和节能利用；(9)在三氯氢硅进行超纯精馏和精制过程中采用3～8个精馏塔和吸附塔或者络合精馏塔装置。本发明有投资低、能耗低且目标产物三氯氢硅的分离纯度高等优点。
文档编号C01B33/107GK101486465SQ20091007629
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者王宝华 申请人:北京先锋创新科技发展有限公司