卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高纯多晶硅的制备技术领域，特别涉及多晶硅生产中生成的卤硅聚合物裂解制备齒硅烷的方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前全球多晶硅生产主流工艺采用改良西门子法多晶硅生产工艺，改良西门子法是以三氯氢硅为原料，采用高温还原工艺，在高纯氢气气氛中，将三氯氢硅还原沉积在硅芯上而形成多晶硅。还原反应尾气中会包含大量未反应的三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯化硅、氢气和部分氯化氢，并进入后端的尾气回收工序处理。此外，该工艺在生产过程中不可避免的会产生氯硅聚合物(为聚硅烷，沸点高，粘度大，分子式为[SiHxCly]n)，特别是规模放大后问题更为突出。常见处理高沸物的方法包括淋洗水解法，但会带来碱液消耗量大，环境污染严重，多晶硅生产成本高等问题。若不能有效的直接回收利用，将造成大量的物料浪费，同时对环境极不友好，无法实现多晶硅生产真正意义上的闭路循环。
[0003]现有技术中，CN200810017017.2公开了一种利用有机硅高沸物制备甲基氯硅烷的方法，将2500Kg有机硅高沸物和62.5Kg催化剂加到带填料式分馏塔的裂解釜内。用蒸汽加热升温至115°C，从裂解釜底通入25Nm3/h的氯化氢气体(连续)，常压下反应。开始反应1.2小时，向裂解釜内连续补加高沸物200Kg/h，并同时补加催化剂0.3Kg/h，连续反应41小时，从冷凝器连续收集冷凝下来的混合单体。其高沸物的转化率达93.7%，催化剂为质量比为1:1的三正丁胺和N，N- 二甲基苯胺的混合物。
[0004]CN201110455830.X公开了一种采用N，N- 二甲基苯胺、三正丁胺和N，N- 二乙基甲酰胺混合作为催化剂，在120-140°C于反应釜内将有机硅高沸物与加热的氯化氢进行催化裂解的技术方案。此外，还有例如CN200410094960.5公开了一种在400-900°C温度下有机硅高沸物与氯化氢在没有催化剂条件下高温裂解生成单体硅烷的技术方案。但在多晶硅制备技术领域，通过氯硅聚合物裂解制备氯硅烷的技术鲜有报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的方法，将卤硅聚合物转化为多晶硅生产所需的卤硅烷原料，且无废渣的产生，减少了废水排放，使改良西门子法多晶硅生产的尾气循环利用率大大提高，做到了环境友好，同时降低了多晶硅生产成本。
[0006]本发明的另一目的是提供一种卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的装置，可以实现上述工艺。
[0007]为实现上述目的和技术效果，本发明采用的技术方案如下:
一种卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的方法，包括以下步骤:
1)裂解反应步骤:将卤硅聚合物、催化剂和裂解剂通入裂解反应器中，在25?250°C，优选100?250°C温度和0.05?0.5Mpa压力条件下发生裂解反应生成卤硅烷；
2)气液分离步骤:步骤1)的产物经过预热器预热至40?250°C，优选100?250°C进入气液分离器，控制压力0.05?0.3Mpa，分离为顶部的不凝气体和底部的液体；
3)催化剂分离步骤:步骤2)分离的液体进入催化剂分离器，催化剂分离器顶部将反应生成的卤硅烷收集进入下一工序，底部得到混合物；
4)催化剂再生步骤:步骤3)底部得到的混合物送入催化剂再生器进行再生；
5)循环步骤:经过步骤4)再生得到的催化剂与新催化剂混合，送至步骤1)反应器循环利用；
其中，所述卤硅聚合物中的卤素选自F、Cl、Br或I，优选为C1 ;
所述催化剂为含氮化合物，选自硝基、亚硝基类、腈类或胺类中的一种或几种；
所述裂解剂由卤化氢、H2、卤硅烷按一定比例混合而成。
[0008]在一个优选的实施方案中，还包括6)预处理步骤:将卤硅聚合物通过原料预处理器进行处理，得到卤硅聚合物清液，所述清液送入步骤1)进行裂解反应。
[0009]在一个优选的实施方案中，还包括7)催化剂配制步骤:将催化剂与卤硅烷混合剂按一定比例混合配制，其中催化剂占混合剂的质量比为5%?60%，混合温度控制为30?100。。。
[0010]其中，所述催化剂循环量与卤硅聚合物清料循环质量比为0.5-2ο
[0011 ] 其中，所述裂解剂中卤化氢摩尔含量3%?90%，比摩尔含量5%?90%，卤硅烷摩尔含量5~20%。
[0012]其中，所述卤硅聚合物与裂解剂质量比为1:0.13-0.15。
[0013]其中，所述催化剂为腈类和脂肪胺类混合催化剂。
[0014]其中，所述腈类催化剂选自脂肪族腈类或二腈中的一种或混合、芳香族腈类或二腈中的一种或混合。
[0015]其中，所述脂肪腈选自碳原子数为3~20的直链或带有支链的脂肪腈。
[0016]其中，所述胺类催化剂选自脂肪胺或二胺中的一种或混合。
[0017]其中，所述脂肪胺选自碳原子数为3~20的直链或带有支链的脂肪胺。
[0018]本发明的另一方面，一种前述卤硅聚合物裂解制备卤硅烷方法的装置，包括原料预处理器、催化剂配制器、裂解反应器、气液分离器、催化剂分离器、催化剂再生器，所述原料预处理器和所述催化剂配制器作为进料分别与所述裂解反应器相连，所述裂解反应器出料部分与所述气液分离器相连，所述气液分离器与所述催化剂分离器相连，所述催化剂分离器与所述催化剂再生器相连，所述催化剂再生器与所述催化剂配制器相连。
[0019]根据本发明的卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的方法及装置，通过特殊的催化剂和裂解剂体系将卤硅聚合物裂解为卤硅烷，裂解反应发热，无需使用辅助燃料；不采用淋洗水解工艺，无废渣的产生，减少了废水排放，使改良西门子法多晶硅生产的尾气循环利用率大大提高，做到了环境友好，同时将卤硅聚合物转化为多晶硅生产所需的卤硅烷原料，降低了多晶娃生广成本。
【附图说明】
[0020]图1是本发明卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的装置示意图。
[0021]其中，1为原料预处理器、2裂解反应器、3预热器、4气液分离器、5催化剂分离器、6催化剂再生器、7催化剂配制器、8栗、9氯硅聚合物、10裂解剂、11混合剂、12催化剂、13不凝气体、14氯硅烷。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明的【具体实施方式】进行详细说明，但是，必需说明的是，本发明的保护范围并不受这些【具体实施方式】的限制，【具体实施方式】中所涉及的具体配比和反应参数及物料选择是为说明本发明而列举在本【具体实施方式】中，并不是对本发明的任何限制。
[0023]在一个具体的实施方案中，一种卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的方法，包括以下步骤:1)裂解反应步骤:将卤硅聚合物、催化剂和裂解剂通入裂解反应器中，在25?250°C温度和0.05?0.5Mpa压力条件下发生裂解反应生成卤硅烷；2)气液分离步骤:步骤1)的产物经过预热器预热至40?250°C进入气液分离器，控制压力0.05?0.3Mpa，分离为顶部的不凝气体和底部的液体；3)催化剂分离步骤:步骤2)分离的液体进入催化剂分离器，催化剂分离器顶部将反应生成的齒硅烷收集进入下一工序，底部得到混合物；4)催化剂再生步骤:步骤3)底