一种电子级三氯化硼的纯化方法技术

本发明专利技术提供了一种电子级三氯化硼的纯化方法，包括以下步骤：S1：将原料三氯化硼与氯气混合后通入第一盘管反应器，二氯二氢硅和三氯氢硅与氯气反应生成为四氯化硅和氯化氢；S2：经过S1反应后的混合物与氯接收剂乙酸酐

【技术实现步骤摘要】
一种电子级三氯化硼的纯化方法


[0001]本专利技术属于化工
，具体涉及一种电子级三氯化硼的纯化方法。

技术介绍

[0002]三氯化硼，分子式BCl3，无色气体，有毒，具有强腐蚀性、强刺激性，不可燃，易溶于苯和二硫化碳，极易水解。三氯化硼应用范围广泛。在医药中间体领域，用三氯化硼处理后的羧酸能够简单、高效、高产量获得羧酸酯。在精细化工领域，三氯化硼可用于高纯硼和有机化合物的催化剂。在钢铁制造领域，三氯化硼作为添加剂可使钢铁硼化，提高钢铁使用寿命。在硅酸盐加工领域，三氯化硼是必不可缺的助融剂。
[0003]在半导体制造领域，三氯化硼主要用于电子工业硅半导体器件和集成电路生产所用的扩散、离子注入、干法蚀刻等工艺。随着半导体行业的发展，集成电路精细程度提高，对三氯化硼的纯度要求也越来越高。电子级三氯化硼要求纯度大于99.999wt％。
[0004]三氯化硼主要由含硼化合物(如硼氧化物、有机硼化物、硼单质)与氯气直接氯化制备。在氯化过程中，会产生剧毒且难分离的物质光气。由于硼源中不可避免地混入性质相似的硅杂质，使得氯化过程产生杂质二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅。此外，反应还会生成各种副产物。综上，粗品三氯化硼的杂质通常包括：光气、氯气、一氧化碳、二氧化碳、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅、氮气和氧气。
[0005]目前三氯化硼的主要提纯方法为精馏与吸附。郭俊磊等在专利CN201910221456.3《一种生产高纯三氯化硼的装置及其生产方法》中介绍了一种双塔精馏生产纯度不低于99.9995％高纯三氯化硼的方法。该方法得到了电子级三氯化硼，但由于三氯化硼与光气沸点接近，仅有3.68℃，仅使用精馏分离耗能巨大。利用光气在高温在高温或紫外光下分解为氯气和一氧化碳的性质，预先处理光气是更优的选择。罗梦等在专利CN201711473021.5《一种三氯化硼的提纯方法及其设备》中，先将光气高温分解，再通过二级吸附与二级精馏将三氯化硼纯度提高至99.9995％。但是该工艺过程复杂，光气高温分解耗能高，所用吸附剂种类多，吸附过程难以连续操作。
[0006]在电子级三氯化硼的质量标准中，要求光气含量小于0.5ppm，四氯化硅含量小于3ppm。四氯化硅与三氯化硼沸点差异大，易通过精馏分离。但由于二氯二氢硅和三氯氢硅在产品检测时可能会被检测为四氯化硅，导致产品不合格。
[0007]因此，设计一种能高效脱除光气、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，操作条件温和，能连续操作，产品纯度大于99.999wt％的电子级三氯化硼纯化方法是十分必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种电子级三氯化硼的纯化方法，该纯化方法采用两级光氯化反应。
[0009]第一级光氯化反应，利用部分光气在紫外光下分解产生的氯气和外加氯气，将二氯二氢硅和三氯氢硅转化为四氯化硅。
[0010]第二级光氯化反应，在反应体系中加入氯接收剂乙酸酐
‑
乙酸混合物，接受体系中的氯气，促进光气完全分解。反应方程式如下。
[0011][0012][0013][0014][0015]经过两级光氯化反应，原料三氯化硼中的光气、二氯二氢硅、三氯氢硅完全转化为易通过精馏除去的一氧化碳、氯化氢和四氯化硅，随后经过两级精馏系统进一步分离杂质。
[0016]本专利技术采用的技术方案是：一种电子级三氯化硼的纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0017]S1：将原料三氯化硼物流与氯气物流混合后通入第一盘管反应器，氯气与原料三氯化硼的质量比为1：100，原料三氯化硼的杂质包括光气、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，第一盘管反应器的盘管螺旋垂直向上，中部均设置紫外线发射器，为光氯化反应提供反应条件。
[0018]原料三氯化硼中的二氯二氢硅和三氯氢硅与氯气在第一盘管反应器在常温常压条件下进行光氯化反应，将二氯二氢硅和三氯氢硅转化为四氯化硅和氯化氢；
[0019]S2：经过S1反应后的混合物流与的氯接收剂乙酸酐
‑
乙酸混合物流混合，控制乙酸与S1反应后得到的混合物流的质量比为1:80
‑
100，乙酸酐与乙酸质量比为1:19，然后通入第二盘管反应器。第二盘管反应器的盘管螺旋垂直向上，中部均设置紫外线发射器，为光氯化反应提供反应条件。
[0020]乙酸在乙酸酐的催化作用下，在第二盘管反应器内在常温常压条件下进行光氯化反应，接收氯气生成氯乙酸，氯气浓度下降，促进光气的分解反应的正向进行，第二盘管反应器出口得到粗品三氯化硼。
[0021]S3：将S2中得到的粗品三氯化硼通入脱轻塔，脱轻塔的理论板数为30～50块，回流比为5～10，操作压力为1～2bar，塔顶操作温度为4～10℃，脱轻塔塔顶采出轻组分杂质一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气、氯气和氯化氢，脱轻塔塔釜采出脱除轻组分杂质的三氯化硼；
[0022]S4：将S3得到的脱除轻组分杂质的三氯化硼通入脱重塔，脱重塔的理论板数为80～100块，回流比为20～30，操作压力为3～5bar，塔顶操作温度为50～70℃，脱重塔塔釜采出重组分杂质乙酸、乙酸酐、氯乙酸和四氯化硅，脱重塔塔顶采出电子级三氯化硼。
[0023]S4得到的电子级三氯化硼的纯度高于99.999wt％。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0025]1、本专利技术采用光氯化反应，将二氯二氢硅和三氯氢硅转化为四氯化硅，避免二氯二氢硅和三氯氢硅在产品检测时被检测为四氯化硅，导致产品不合格，然后引入氯接收剂乙酸酐
‑
乙酸混合物，接受体系中的氯气，促进光气光分解，过程操作条件温和，不涉及高温
反应。
[0026]2、本专利技术中光气在紫外光下分解为易精馏脱除的一氧化碳和氯气，有效解决了光气与三氯化硼沸点接近，精馏难以分离的问题。
[0027]3、本专利技术中二级光氯化反应后的粗品三氯化硼易通过精馏提纯，塔板数少，回流比小，设备投资低，能耗小，能够获得纯度99.999％以上，光气含量不大于0.5ppm，四氯化硅含量小于3ppm的电子级三氯化硼产品。
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的设备连接示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1—第一盘管反应器；2—第二盘管反应器；3—脱轻塔；4—脱重塔。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0033]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子级三氯化硼的纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将原料三氯化硼与氯气混合后通入第一盘管反应器(1)，原料三氯化硼中的二氯二氢硅和三氯氢硅与氯气在第一盘管反应器(1)在常温常压条件下进行光氯化反应，将二氯二氢硅和三氯氢硅转化为四氯化硅和氯化氢；S2：经过S1反应后的混合物与氯接收剂乙酸酐
‑
乙酸混合物混合，然后通入第二盘管反应器(2)，乙酸在乙酸酐的催化作用下，在第二盘管反应器(2)内在常温常压条件下进行光氯化反应，接收氯气生成氯乙酸，氯气浓度下降，促进光气的分解反应的正向进行，第二盘管反应器(2)出口得到粗品三氯化硼；S3：将S2中得到的粗品三氯化硼通入脱轻塔(3)，脱轻塔(3)塔顶采出轻组分杂质一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气、氯气和氯化氢，脱轻塔(3)塔釜采出脱除轻组分杂质的三氯化硼；S4：将S3得到的脱除轻组分杂质的三氯化硼通入脱重塔(4)，脱重塔(4)塔釜采出重组分杂质乙酸、乙酸酐、氯乙酸和四氯化硅，脱重塔(4)塔顶采出纯度99.999％以上的电子级三氯化硼。2.根据权利要求1所述的一种电子级三氯化硼的纯化方法，其特征在于，S1中，原料三氯化硼的...

【专利技术属性】
技术研发人员：花莹曦，王佳佳，陈润泽，孙加其，吝秀锋，李欣，翟国强，张旭，
申请(专利权)人：中船邯郸派瑞特种气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：