一种制备三氯氢硅的方法
【专利摘要】本发明涉及化工领域，尤其涉及一种制备三氯氢硅的方法。将氯化氢气体和氢气混合进行干燥，进入深度干燥塔进行进一步干燥；将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成三氯氢硅粗品；深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢，提纯后回收利用；将冷凝的物质通入除磷硼杂质塔顶部，除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，塔顶出口处设置有列管式冷凝器，出口端设置有回流分配器，冷凝器流出物为三氯氢硅，塔底为副产物四氯化硅。本发明降低了原料氯化氢气体的含水量，减轻了设备腐蚀；在原料氯化氢气体内掺杂少量氢气，通过严格条件控制，降低了副产物四氯化硅的生成率，提高了目的产物三氯化硅的收率。
【专利说明】
_种制备三氯氢娃的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及化工领域，尤其涉及一种制备三氯氢硅的方法。
【背景技术】
[0002]多晶硅是生产电脑芯片及半导体器件的原料，被称为“微电子大厦的基石”，而三氯氢娃(SiHCh)提纯技术是生产多晶娃的关键技术之一。三氯氢娃是合成有机娃的重要中间体，也是制备多晶硅的主要原料。近年来，随着我国有机硅产业年均20%的增长速度及多晶硅产业的飞速发展，对三氯氢硅的需求量急剧增加。现有三氯氢硅提纯工艺由蒸馏釜、提纯塔和塔顶冷凝器顺序连接而成，属于高耗能工艺，耗能费用占总成本的比重很大。
[0003]三氯氢硅生产工艺过程中主要存在两方面的难点，一方面，反应产物三氯氢硅较易发生水解，使三氯氢硅的产率降低。氯化氢含水量愈大，则产物中三氯氢硅含量愈低，当氯化氢含水量为100ppm时，则三氯氢娃产率低于80%，并且水分还能在娃粉表面形成一层致密的氧化膜，致使硅粉钝化，从而使合成过程中硅粉单耗增加，进而增加生产成本。另一方面，产物三氯氢硅容易深度氯化生成副产物四氯化硅，导致目的产物三氯氢硅的收率降低，而且副产物不回收利用。虽然从理论上通过对副产物中的四氯化硅进行加氢还原成三氯氢硅的方法来提高三氯氢硅的收率，然而这种方法在于难于找到理想的催化剂，使得四氯化硅氢化还原回收三氯氢硅的能耗和成本大增，难于在工业化生产中应用。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术不足，提供一种新型的制备三氯氢硅的方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0005]—种制备三氯氢硅的方法，包括以下步骤:
[0006](I)将氯化氢气体和氢气混合气体经过三级冷却器进行干燥，然后进入深度干燥塔进行进一步干燥，得到含水量为50-80ppm的氯化氢和氢气混合气体；
[0007](2)将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成二氣氣娃粗品；
[0008](3)将步骤(2)制得的三氯氢硅粗品进行深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢气体，提纯后回收利用；
[0009](4)将步骤(3)冷凝的物质通入除磷硼杂质塔顶部，除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，塔顶出口处设置有列管式冷凝器，冷凝器出口端设置有回流分配器，调节回流比为(5-10):1，冷凝器流出物为三氯氢硅，塔底为副产物四氯化硅。
[0010]作为优选，所述步骤(I)中氯化氢气体和氢气的摩尔比为(10-20):lo
[0011]作为优选，所述步骤(I)中深度干燥塔内填料为氯化钙固体。
[0012]作为优选，所述步骤(3)中氦气与水蒸汽的摩尔比为1:(50-500)。
[0013]作为优选，所述步骤(3)中三氯氢硅在除磷硼杂质塔内的停留时间为1-3分钟，所述除磷硼杂质塔内压力为0.05-0.25MPa，温度为75-90°C。
[0014]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，本发明降低了原料氯化氢气体的含水量，减轻了氯化氢溶于水后生成盐酸而对设备严重腐蚀的影响;在原料氯化氢气体内部掺杂了少量的氢气，并且通过严格条件控制，使得产物三氯氢硅深度氯化生成副产物四氯化硅的反应平衡向三氯氢硅一侧移动，降低了副产物四氯化硅的生成率，提高了目的产物三氯化硅的收率。
【具体实施方式】
[0015]为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0016]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
[0017]实施例1，本实施例提供一种制备三氯氢硅的方法，具体操作过程为，将氯化氢气体和氢气按摩尔比10: I进行混合，混合完成后，混合气体经过三级冷却器进行干燥。然后进入内部填料为氯化钙固体的深度干燥塔进行进一步干燥，得到含水量为50ppm的氯化氢和氢气混合气体。然后将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成三氯氢硅粗品。然后将制得的三氯氢硅粗品进行深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢气体，提纯后回收利用。然后将除去剩余氯化氢气体和氢气的冷凝物质通入除磷硼杂质塔顶部对粗三氯氢硅进行进一步处理。具体操作为，在除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，氦气与水蒸汽的摩尔比为1:50，控制三氯氢硅流量以及氦气和水蒸汽量，使得三氯氢硅在出磷硼杂质塔内的停留时间为I分钟，整个磷硼杂质塔内压力为0.05MPa，并且控制塔内适宜的反应温度在75 °C。在塔顶的物料出口处设置有列管式冷凝器，还设有气体收集和循环装置，并且在冷凝器出口端设置有回流分配器，调节回流比为5:1，冷凝器流出物即为三氯氢硅，塔底为少量的副产物四氯化硅，经检测制得的三氯氢硅产品纯度为99.9%,收率为90%。
[0018]实施例2，本实施例提供一种制备三氯氢硅的方法，具体操作过程为，将氯化氢气体和氢气按摩尔比15: I进行混合，混合完成后，混合气体经过三级冷却器进行干燥。然后进入内部填料为氯化钙固体的深度干燥塔进行进一步干燥，得到含水量为60ppm的氯化氢和氢气混合气体。然后将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成三氯氢硅粗品。然后将制得的三氯氢硅粗品进行深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢气体，提纯后回收利用。然后将除去剩余氯化氢气体和氢气的冷凝物质通入除磷硼杂质塔顶部对粗三氯氢硅进行进一步处理。具体操作为，在除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，氦气与水蒸汽的摩尔比为1: 150，控制三氯氢硅流量以及氦气和水蒸汽量，使得三氯氢硅在出磷硼杂质塔内的停留时间为1.5分钟，整个磷硼杂质塔内压力为0.20MPa，并且控制塔内适宜的反应温度在85 °C。在塔顶的物料出口处设置有列管式冷凝器，还设有气体收集和循环装置，并且在冷凝器出口端设置有回流分配器，调节回流比为8:1，冷凝器流出物即为三氯氢硅，塔底为少量的副产物四氯化硅，经检测制得的三氯氢硅产品纯度为99.7%,收率为91 %。[OO19]实施例3，本实施例提供一种制备三氯氢硅的方法，具体操作过程为，将氯化氢气体和氢气按摩尔比20: I进行混合，混合完成后，混合气体经过三级冷却器进行干燥。然后进入内部填料为氯化钙固体的深度干燥塔进行进一步干燥，得到含水量为SOppm的氯化氢和氢气混合气体。然后将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成三氯氢硅粗品。然后将制得的三氯氢硅粗品进行深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢气体，提纯后回收利用。然后将除去剩余氯化氢气体和氢气的冷凝物质通入除磷硼杂质塔顶部对粗三氯氢硅进行进一步处理。具体操作为，在除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，氦气与水蒸汽的摩尔比为1:500，控制三氯氢硅流量以及氦气和水蒸汽量，使得三氯氢硅在出磷硼杂质塔内的停留时间为3分钟，整个磷硼杂质塔内压力为0.25MPa，并且控制塔内适宜的反应温度在90 °C。在塔顶的物料出口处设置有列管式冷凝器，还设有气体收集和循环装置，并且在冷凝器出口端设置有回流分配器，调节回流比为10:1，冷凝器流出物即为三氯氢硅，塔底为少量的副产物四氯化硅，经检测制得的三氯氢硅产品纯度为99.8%,收率为90 %。
[°02°]实施例4，本实施例提供一种制备三氯氢硅的方法，具体操作过程为，将氯化氢气体和氢气按摩尔比18:1进行混合，混合完成后，混合气体经过三级冷却器进行干燥。然后进入内部填料为氯化钙固体的深度干燥塔进行进一步干燥，得到含水量为66ppm的氯化氢和氢气混合气体。然后将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成三氯氢硅粗品。然后将制得的三氯氢硅粗品进行深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢气体，提纯后回收利用。然后将除去剩余氯化氢气体和氢气的冷凝物质通入除磷硼杂质塔顶部对粗三氯氢硅进行进一步处理。具体操作为，在除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，氦气与水蒸汽的摩尔比为1:450，控制三氯氢硅流量以及氦气和水蒸汽量，使得三氯氢硅在出磷硼杂质塔内的停留时间为I分钟，整个磷硼杂质塔内压力为0.08MPa，并且控制塔内适宜的反应温度在83 °C。在塔顶的物料出口处设置有列管式冷凝器，还设有气体收集和循环装置，并且在冷凝器出口端设置有回流分配器，调节回流比为7:1，冷凝器流出物即为三氯氢硅，塔底为少量的副产物四氯化硅，经检测制得的三氯氢硅产品纯度为99.9%,收率为92%。
[0021]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种制备三氯氢硅的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将氯化氢气体和氢气混合气体经过三级冷却器进行干燥，然后进入深度干燥塔进行进一步干燥，得到含水量为50-80ppm的氯化氢和氢气混合气体； (2)将经过深度干燥的氯化氢和氢气混合气体通入含有硅粉的反应釜内进行反应，生成二氣氣娃粗品； (3)将步骤(2)制得的三氯氢硅粗品进行深度冷凝，分离出氢气和未反应的氯化氢气体，提纯后回收利用； (4)将步骤(3)冷凝的物质通入除磷硼杂质塔顶部，除磷硼杂质塔底部通入水蒸汽和氦气的混合气体，塔顶出口处设置有列管式冷凝器，冷凝器出口端设置有回流分配器，调节回流比为(5-10):1，冷凝器流出物为三氯氢硅，塔底为副产物四氯化硅。2.根据权利要求1所述的一种制备三氯氢硅的方法，其特征在于，所述步骤(I)中氯化氢气体和氢气的摩尔比为(10-20):1。3.根据权利要求1所述的一种制备三氯氢硅的方法，其特征在于，所述步骤(I)中深度干燥塔内填料为氯化钙固体。4.根据权利要求1所述的一种制备三氯氢硅的方法，其特征在于，所述步骤(3)中氦气与水蒸汽的摩尔比为1:(50-500)。5.根据权利要求1所述的一种制备三氯氢硅的方法，其特征在于，所述步骤(3)中三氯氢硅在除磷硼杂质塔内的停留时间为1-3分钟，所述除磷硼杂质塔内压力为0.05-0.25MPa，温度为75-90 °C。
【文档编号】C01B33/107GK106006648SQ201610326298
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】鲍明锐, 管彦波, 郭庆元, 刘毅, 杨剑英
【申请人】山东瑞川硅业有限公司