一种回收氯硅烷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及从富含氯化铝的氯硅烷混合液中回收氯硅烷的方法和装置。
【背景技术】
[0002]氯硅烷是制造半导体、高纯硅和光伏发电级硅的基础材料。随着信息技术和太阳能产业的高速发展，全球对于氯硅烷的需求增长迅猛。目前氯硅烷主要是将冶金级硅进行氯化或氢化及氯化制造的。在冶金级硅中通常含有质量分数0.01?10%的铝、铁、钛等不纯物，故当合成氯硅烷类时，生成的粗氯硅烷中含有氯化铝，氯化铁，氯化钛等金属氯化物。由于对原料纯度要求较高，故需进一步将含有杂质的粗氯硅烷蒸馏提纯。
[0003]这些金属氯化物比三氯硅烷(TCS)、四氯硅烷(STC)等氯硅烷类物质的沸点高，故一般分离回收的方法是利用蒸馏塔进行蒸发回收氯硅烷类。通常是连续地或间断地抽出蒸馏塔底液，防止氯化铝及其它不纯物浓缩沉积于塔釜，但是这种操作方法会使氯化铝在重沸的表面以固体形式析出，不仅使传热效率降低，而且最终会形成堵塞状态，干扰连续运转。关键是直接排出的废液会造成大量氯硅烷的浪费，产生一定经济影响。由此可知，近几年来氯硅烷发展迅猛，纯度已经成为制约其发展的重要阻碍之一，如何优化蒸馏塔系统工艺、节能减耗成为设计之重。
[0004]常规工艺
[0005]常规回收氯硅烷的方法如附图2所示，在蒸馏塔I的塔底部设置重沸器2，下部扩大为沉降室3，用于储存析出的氯化铝。通过重沸器2加热氯硅烷类液体A，通过热虹吸，经上部液体连接线路流入蒸馏塔底部，氯硅烷类由此密度差驱动从下部连接线路流入。蒸馏塔底部和重沸器2之间加速对流，此对流会抑制重沸器2内的氯化铝的极度浓缩，超越过饱和稳定浓度而析出固体氯化铝。与此同时液体由于自重，对流排入沉降室3，提纯后的氯硅烷类液体B从蒸馏塔顶采出，含有固体氯化铝的氯硅烷类液体D从沉降室3的底部排出。由于被加热的氯硅烷类中存在有氯化铝的过饱和状态，还会发生结垢，因此，要防止重沸器的结垢。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种回收氯硅烷的方法，可以从富含氯化铝的氯硅烷混合物中通过蒸馏塔稳定地回收高纯度氯硅烷。采用的蒸馏技术经过改良运用到操作中，具有能耗低，安全稳固的特点。
[0007]本发明的技术方案是:一种回收氯硅烷的方法，将含有氯化铝的氯硅烷液体经蒸馏提纯回收氯硅烷，其特征是:分为四个过程:
[0008]①蒸馏:通过重沸器(2)加热氯硅烷类液体，在蒸馏塔(I)中，控制塔底氯化铝的浓度使其接近相应温度下的饱和溶解度，塔顶经分馏回收氯硅烷；
[0009]②析出:抽出部分蒸馏塔底液，经冷却器(4)冷却、结晶器(5)结晶后使氯化铝呈固体析出；
[0010]③分离:分离混合液中析出的氯化铝固体；
[0011]④循环:富含氯硅烷液返回蒸馏塔(I)重新进行循环。
[0012]优选地、采用加热浓缩的方法加热氯硅烷类液体A，在蒸馏塔(I)中，控制塔底氯化铝的浓度，使重沸器(2)内进行对流循环的氯硅烷混合液中溶解的氯化铝浓度达到临近析出的过饱和状态，再从蒸馏塔底抽出部分混合液经冷却器(4)冷却降低溶解物的浓度，然后呈固液态混合物在结晶器(5)结晶后使氯化铝呈固体析出，下层为富含固态氯化铝混合物排出系统，上层富含氯硅烷液体C经栗通过真空装置(7)返回蒸馏塔底重新进行循环，回流比范围是0.1?1，结晶器(5)里的氯化铝输送至分离器￠)，分离出氯化铝。
[0013]优选地、蒸馏塔塔底液温度需加热到50°C以上，在被分离的氯硅烷液中共存氯化铝的固体粒子，且在温度小于40°C进行析出操作，此时氯硅烷类液体中的氯化铝溶解度可高达2% (质量分数)。
[0014]优选地、蒸馏塔塔底液的温度是80?120°C，且在温度小于30°C进行析出操作，此时氯硅烷类液体中的氯化铝溶解度可高达0.5?1.8% (质量分数)。
[0015]本发明通过降低富含氯化铝的氯硅烷混合液中氯化铝在蒸馏塔重沸器中的析出，以减少其堵塞故障，并用简捷的装置和较少的能量高效提纯回收氯硅烷类。
[0016]本发明将改良的氯硅烷类的回收工艺运用到蒸馏工段，一方面可以降低蒸馏塔重沸器中的氯化铝的析出和堵塞故障，防止蒸馏塔重沸器等设备经表皮氧化形成垢层，在安全操作条件下，装置简单和能量高效，直接降低了生产能耗，减少了拆卸除垢的成本；另一方面采用小股物料循环排出杂质结晶，避免了产物的浪费，可长期高效的回收氯硅烷。
【附图说明】
[0017]图1是本发明回收氯硅烷的工艺流程简图。
[0018]图2是常规回收氯硅烷的流程简图。
【具体实施方式】
[0019]以下通过附图对本发明进行详细说明。
[0020]如图1所示:主要设备为蒸馏塔⑴、再沸器⑵、沉降室(3)、冷却器(4)、结晶器
(5)、离心机(6)、真空装置(7)。分为四个过程:
[0021]①蒸馏:在蒸馏塔中，控制塔底氯化铝的浓度使其接近相应温度下的饱和溶解度，塔顶经分馏回收氯硅烷。
[0022]②析出:抽出部分蒸馏塔底液，冷却结晶后使氯化铝呈固体析出。
[0023]③分离:分离混合液中析出的氯化铝固体。
[0024]④循环:富含氯硅烷液返回蒸馏塔釜重新进行循环。
[0025]本发明回收氯硅烷的工艺特征:
[0026]1、重沸器内的对流是由于氯硅烷经过加热后产生的气泡。另外，在重沸器的加热面会逐步出现氯化铝的析出淀积现象。
[0027]为了防止重沸器的水垢闭塞，需维持重沸器内的氯硅烷液中氯化铝溶解度，氯化铝在氯硅烷类液体的溶解度的测定结果:50°C以上溶解度是2% (质量分数，下同)，40°C溶解度是0.5%，30°C以下溶解度是0.1 %。故当蒸馏塔釜设