用于制备氯代多硅烷的方法和装置的制造方法_3

文档序号:9400737阅读:来源:国知局
应性蒸馏塔之间。
[0042] 优选在上述冷凝器中冷凝任选排出的氯代多硅烷,如六氯二硅烷。此外,该冷凝器 具有专用的再循环线路,其将低沸物和任选一起冷凝的氯代多硅烷再送回第一个塔,尤其 是上半部,优选上1/3,或再送入气体放电反应器。
[0043] 第一个塔中的氯代多硅烷可流出到塔底排出口中,或任选可根据所需氯代多硅烷 产物,部分或完全冷凝,并送往在塔底排出口处的接收容器或送往塔底蒸发器。调节塔底蒸 发器的温度以使所需氯代多硅烷不转化成气相。所用塔底蒸发器优选是用于温和加热多硅 烷的循环蒸发器。或者,也可以连续排出塔底产物,以使热应力最小化。
[0044] 所得氯代多硅烷可以视需要进一步提纯,例如蒸馏或借助色谱法提纯。但是,根据 本发明制成的氯代多硅烷通常不必进一步提纯。如果获得氯代多硅烷的混合物,如果需要, 可以将所得氯代多硅烷送往真空蒸馏,尤其用于调节特定氯代多硅烷的含量。因此,优选在 减压下蒸馏包含八氯三硅烷或十氯四硅烷的氯代多硅烷以提高所需氯代多硅烷的含量。或 者或另外,也可以接着色谱后处理以除去杂质或调节氯代多硅烷中的八氯三硅烷含量,或 例如十氯四硅烷含量。
[0045] 如果所需氯代多硅烷是具有3至7个硅原子的全氯多硅烷,使包含单体氯代硅烷, 尤其是六氯二硅烷作为低沸物的冷凝的低沸物经过第二个塔并在冷凝器中作为低沸物冷 凝并经再循环线路再循环到第一个塔或气体放电反应器中。在第一个塔中,将温度控制系 统设定为能在第一个塔的塔出口除去尤其具有至少2个硅原子的基本高纯氯代多硅烷的 值。
[0046] 该氯代多硅烷尤其包括包含具有2至8个硅原子的全氯多硅烷,优选八氯三硅烷、 十氯四硅烷和/或十二氯五硅烷,或具有6和7个硅原子的全氯多硅烷的全氯多硅烷混合 物,其可流入第一个塔的塔出口的塔底物中。由此,所需氯代多硅烷可经第一个塔流出并在 不预先转化成气相的情况下取出。
[0047] 在另一方法变体中,(i)经第二个塔离开气体放电反应器的与六氯二硅烷混合的 式I的氯代硅烷可以在装置(〇)中使用冷凝器(5)与六氯二硅烷分离。例如,仅冷凝和排 出六氯二硅烷:单体氯代硅烷留在气相中并再循环,(ii)式I的氯代硅烷经再循环线路再 循环到第一个塔,和(iii)再经过气体放电反应器,和(iv)在第一个塔的塔出口获得氯 代多硅烷,尤其是包含八氯三硅烷、十氯四硅烷和/或十二氯五硅烷的超高纯全氯多硅烷, 尤其作为包含具有2至8个硅原子,尤其具有3至8个硅原子的全氯多硅烷的全氯多硅烷 混合物。
[0048] 在另一方法变体中,(i)经第二个塔离开气体放电反应器的与六氯二硅烷混合的 式I的氯代硅烷可以在装置(〇)中使用冷凝器(5)与六氯二硅烷分离,例如仅冷凝和排出 六氯二硅烷:单体氯代硅烷留在气相中并再循环,(ii)式I的氯代硅烷经再循环线路再经 过气体放电反应器和(iii)在第一个塔的塔出口获得氯代多硅烷。
[0049] 作为上述特征之一的补充或替代,优选获得在总组成中具有至少1摩尔%的支化 氯代多硅烷的氯代多硅烷混合物,该比例优选大于或等于1. 5摩尔%。
[0050] 还优选的是将通式I的氯代硅烷或式I的氯代硅烷的混合物和任选与六氯二硅烷 混合的氯代硅烷引入气体放电反应器或供往第一个塔的方法,该氯代硅烷或混合物优选以 气体形式供往气体放电反应器或第一个塔。更优选在初次供应时蒸发氯代硅烷;当作为低 沸物送回时,氯代硅烷在第一个塔中蒸发,而形成的八氯三硅烷和/或如果需要,六氯二硅 烷不蒸发并可流出到塔底的接收容器中并收集。
[0051] 单体氯代硅烷被视为低沸物,而氯代多硅烷被视为高沸物,例外是制备具有3至8 个硅原子的氯代多硅烷的情况。在这种特殊情况中,六氯二硅烷同样被视为要在冷凝器中 冷凝的低沸物。在所有其它制备变体中,六氯二硅烷被视为高沸物并应在第一个塔中流出 到接收器中。在本发明的方法中,任选形成的氢气和/或氯化氢作为工艺气体从该方法中 排出并随后分离,在这种装置外冷凝或送入另一工艺。
[0052] 同样优选的是,在本发明的方法中, (i)经第二个塔离开气体放电反应器的式I的氯代硅烷,尤其是四氯硅烷、三氯硅烷 和/或二氯硅烷和/或这些的混合物,和尤其包含六氯二硅烷和任选八氯三硅烷的氯代多 硅烷在该装置中使用冷凝器冷凝和(ii)使用再循环线路再循环到第一个塔和(iii)将 任选与六氯二硅烷和/或八氯三硅烷混合的这种氯代硅烷再送回气体放电反应器,同时 (iv)在第一个塔的塔出口获得具有优选4至8个硅原子的氯代多硅烷;更特别在专属于该 塔出口的接收容器或专属于该塔出口的塔底蒸发器中获得氯代多硅烷(V)。由此获得的氯 代多硅烷根据上述定义为尚纯至超尚纯。
[0053] 关于更高分子量的氯代多硅烷的形成,该方法不受限制,因此通过冷凝的氯代多 硅烷的再循环也可以获得在所选工艺条件下是液体并具有3、4、5、6、7、8、9和/或10个硅 原子并可以是直链、支链和/或环状的高分子量氯代多硅烷。通过调节回流以简单和经济 可行的方式调节氯代多硅烷的分子量,即仅将单体氯代硅烷或另外二-和/或三硅烷再送 回气体放电反应器。
[0054] 由此获得的氯代多硅烷根据上述定义为高纯至超高纯。
[0055] 在另一方法方案中,在步骤(iv)中获得六氯二硅烷。
[0056] 经第二个塔离开气体放电反应器,尤其是等离子管的式I的氯代硅烷,尤其是四 氯硅烷、三氯硅烷和/或二氯硅烷相当于在该方法中未转化的氯代硅烷,将其再送回气体 放电反应器以供转化。该方法的特定优点及其经济可行性来源于在气体放电反应器中未转 化的氯代硅烷的再循环或循环。
[0057] 氢、氯、氯化氢、单硅烷和单氯硅烷不在冷凝器中冷凝并从该方法中排出。根据本 发明未转化的氯代硅烷反应物的再循环和同时在第一个塔中作为塔底产物排出氯代多硅 烷可以用构造简单的装置或设施提供特别经济可行的方法,其中该装置或设施的内表面积 极大降低。已知的方法和设施在相当大的程度上导致产物的污染和设施部件的成本。本发 明的方法和本发明的装置显著降低成本和污染。
[0058] 该方法的另一优点在于,在未转化的氯代硅烷再循环的情况下,可以尤其借助IR、 GC在线测量这些氯代硅烷的摩尔比,并因此可以有针对性地控制作为反应物的其它氯代硅 烷的摩尔添加量以便能在气体放电反应器中建立通式I的氯代硅烷之间的指定摩尔比。
[0059] 在另一方法方案中,可以将低沸物送入反应物进料的蒸发器或送入气体放电反应 器中的蒸发器,以蒸发氯代硅烷和任选六氯二硅烷并且未蒸发的八氯三硅烷可在第一个塔 中流出。
[0060] 作为上述方法特征之一的补充或替代,优选在该方法中使用通式I的单体氯代硅 烷的指定摩尔混合物或在热等离子体中建立指定摩尔比。四氯硅烷和三氯硅烷的优选摩尔 比优选等于或在1:10至10:1,尤其是1:5至5:1,优选1:2至2:1之间,优选使用大致等摩 尔比制备六氯二硅烷。
[0061] 为了制备八氯三硅烷,优选使用a)尤其以等于或在1:10至10:1,尤其是1:5至 5:1,优选1:2至2:1之间的摩尔比包含四氯硅烷和二氯硅烷的通式I的氯代硅烷的混合 物,优选使用大致等摩尔比制备六氯二硅烷;或优选使用b)三氯硅烷作为氯代硅烷。
[0062] 由于所用的高纯至超高纯氯代硅烷,可实现对制成的氯代多硅烷的高纯度要求, 因为本发明的方法另外免去使用其它化学化合物,如催化剂或载气等。用于由单体氯代硅 烷制备氯代多硅烷的装置的特定构造能够显著降低会与高纯至超高纯氯代硅烷和氯代多 硅烷接触的设施部件及其表面积。因此,与本发明的方法结合的本发明的设施构造能实现 具有显著降低的污染影响的特别经济可行的方法方案。
[0063] 因此,在本发明的方法中,并尤其使用本发明的装置,可以获得在每种情况中具有 小于或等于1重量ppm的钛的高纯八氯三硅烷,尤其是超高纯八氯三硅烷,高纯六氯二硅 烷,尤其是超高纯六氯二硅烷,或这两种氯代多硅烷的混合物。
[0064] 在本发明的方法中,可以在电平衡下生成热等离子体。热等离子体被认为是在升 高的压力下工作并带来平衡态的等离子体。在热等离子体中,电子Te和离子T1具有相对较 高的温度,因为这些粒子的自由程长度低且碰撞频率高,以建立均匀气体温度I,Te大致等 于1\且T:大致等于T。热等离子体因此具有高能量密度和高工作温度。该等离子体是光 弧等离子体并根据施加的电压,具有在几毫安培至几千安培之间的电流。优选在自动放电 范围内进行该方法,其中在辉光放电范围(70至1000V,1至1000mA)内,更优选在电弧放 电范围(10至50V,大于IA)内工作。借助等离子管生成光弧等离子体或热等离子体。一 般而言,直接、间接以及直流或交流等离子管适用于实施本发明的方法。为了制造优选的均 匀热等离子体,使用间接直流等离子管。
[0065] 在间接等离子管中,通式I的单体氯代硅烷围绕并穿过在等离子管内的阴极和阳 极之间的光弧流动并任选离解和离子化。为了生成不熄灭的光弧,优选用直流等离子
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