一种去除氯硅烷中碳杂质的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种去除氯硅烷中碳杂质的方法及系统，方法包括：将多晶硅生产过程中的含碳氯硅烷与还原尾气混合，以使二者中的物料进行反应，对反应后的混合物料进行冷凝，以使反应后的混合物料中的氯硅烷冷凝成液体，对冷凝产生的气体进行吸附，以去除其中的甲烷，对冷凝产生的液体进行精馏，以去除其中的甲基三氯硅烷。本发明专利技术在不需要催化剂和/或原料浓缩的前提下，利用还原尾气余热促进甲基二氯硅烷反应的进行，使其转化成更高沸点的甲基三氯硅烷和更低沸点的甲烷气体，不仅技术手段简单、而且能够提高三氯氢硅与甲基氯硅烷杂质的分离效率，降低分离能耗，同时也为还原尾气热能利用提供了新思路。用提供了新思路。用提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种去除氯硅烷中碳杂质的方法及系统


[0001]本专利技术涉及氯硅烷提纯
，具体涉及一种去除氯硅烷中碳杂质的方法及系统。

技术介绍

[0002]晶体硅(多晶硅和单晶硅)是太阳能电池和电子元器件的重要组成材料，随着能源战略的快速推动及半导体技术的迅速发展，国内多晶硅市场的需求量迅猛增加，但对多晶硅的质量也提出了更高要求。碳在单晶或多晶硅中常以替位碳的形式存在，易促进氧沉淀形成，由于碳和氧晶格点阵常数与硅不同，导致晶格畸变及多晶晶界深能级复合中心的形成，影响硅原子的规则性排列，影响单晶成晶率。不仅如此，碳原子会诱发位错、层错二次缺陷，也形成深能级复合中心，影响少数载流子寿命。研究发现，三氯氢硅中的甲基氯硅烷是多晶硅中碳杂质的主要来源，目前，行业内主要采用精馏法去除氯硅烷中的甲基氯硅烷杂质，其沸点与三氯氢硅接近，为进一步降低甲基氯硅烷含量，需要增加提纯塔的数量，或者提高回流比，大幅增加了设备投资及运行能耗。
[0003]近年来，行业开发了吸附、反应精馏等新型除碳技术，有效提高了三氯氢硅与甲基氯硅烷的分离效率，降低了能耗，为高纯三氯氢硅中碳杂质的去除提供了新思路。专利CN 111115637 A公开了一种吸附除碳的方法及装置，在铂系催化剂作用下，利用富含氨基的树脂型吸附剂与甲基氯硅烷的亲和吸附作用，使氯硅烷中碳杂质降低至50ppb以下，但是吸附容量有限，仅对低浓度的三氯氢硅物料具有很好的去除效果(总甲基含量为20
‑
70ppm)，影响了其规模化应用，而且本专利技术提供的铂系催化剂价格昂贵。r/>[0004]为了有效地解决高碳杂质氯硅烷的纯化问题，行业开展了大量研究工作。中国专利技术专利申请CN 109179426 A提出了反应精馏去除三氯氢硅中甲基二氯硅烷的装置和方法，由四氯化硅预处理装置、含甲基二氯硅烷的三氯氢硅原料预处理装置和反应精馏塔组成，具体反应为：在碱性催化剂催化作用下，四氯化硅和甲基二氯硅烷发生氯原子的再分配反应，生成三氯氢硅和高沸点的甲基三氯硅烷(66.4℃)，然后通过精馏脱重手段去除三氯氢硅中的碳杂质，为了避免催化剂中毒，需要对氯硅烷物料进行除杂预处理，工艺路线复杂。中国专利技术专利CN 102791630 B提出了将含有甲基二氯硅烷、四氯化硅和三氯硅烷的混合物进行精馏富集，然后使四氯化硅和甲基二氯硅烷发生氯原子再分配反应，生成高沸点的甲基氯硅烷，随后通过精馏脱重处理，实现甲基三氯硅烷、四氯化硅和三氯氢硅的分离，得到高纯度三氯氢硅；但是，原料需要经过浓缩，造成能耗较高，经浓缩后的原料中甲基氯硅烷也仅有几百个ppm，浓度依然较低，影响反应速率。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种提高三氯氢硅与甲基氯硅烷杂质的分离效率，降低分离能耗，同时也为还原尾气热能利用提供新思路的去除氯硅烷中碳杂质的方法，还相应提供一种实现该方法的系统。
[0006]解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种去除氯硅烷中碳杂质的方法，包括：将多晶硅生产过程中的含碳氯硅烷与还原尾气混合，以使二者中的物料进行反应，对反应后的混合物料进行冷凝，以使反应后的混合物料中的氯硅烷冷凝成液体，对冷凝产生的气体进行吸附，以去除其中的甲烷，对冷凝产生的液体进行精馏，以去除其中的甲基三氯硅烷。
[0008]可选地，所述含碳氯硅烷为合成/粗馏产生的氯硅烷、冷氢化 /粗馏产生的氯硅烷及精馏系统塔釜排高产生的高含碳三氯氢硅中的一种或几种的混合。
[0009]可选地，所述含碳氯硅烷包括以下质量分数的组分：
[0010]2％
‑
5％的SiH2Cl2、88％
‑
94％的SiHCl3、3％
‑
8％的SiCl4，和 0.02％
‑
1％的甲基氯硅烷，所述甲基氯硅烷包括CH3SiHCl2和 CH3SiCl3。
[0011]可选地，所述还原尾气包括以下质量分数的组分：
[0012]5％
‑
15％的H2、0.5％
‑
3％的HCl、35％
‑
45％的SiHCl3、35％
‑
45 的SiCl4和3％
‑
10％的SiH2Cl2，所述还原尾气的温度为500
‑
650℃。
[0013]可选地，在将多晶硅生产过程中的含碳氯硅烷与还原尾气混合之前，还包括对含碳氯硅烷进行加热，以使其汽化。
[0014]可选地，所述含碳氯硅烷与还原尾气在吸附剂作用下进行混合和反应，所述吸附剂用于吸附含碳氯硅烷中的甲基氯硅烷。
[0015]可选地，所述吸附剂为活性炭、硅胶、分子筛、活性氧化铝及其改性化合物中一种或几种的混合物。
[0016]可选地，汽化后的含碳氯硅烷与还原尾气的体积流量之比为 1∶3
‑
1∶7，所述含碳氯硅烷与还原尾气混合后的反应温度为 500
‑
580℃。
[0017]可选地，采用第二吸附剂对冷凝产生的气体进行吸附，
[0018]所述第二吸附剂为具有疏水特性的阳离子交换改性沸石分子筛、多孔氧化镁、铝磷酸盐分子筛、改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝中一种或几种的混合物，通过疏水改性剂对第二吸附剂表面进行疏水改性，以使其具有疏水特性；所述疏水改性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、甜菜碱、脂肪酸甘油酯、司班、吐温中的一种或两种的混合物。
[0019]本专利技术还提供一种实现上述的去除氯硅烷中碳杂质的方法的系统，包括：固定床反应器、冷凝装置、吸附装置和精馏装置，
[0020]所述固定床反应器分别与还原尾气源和含碳氯硅烷源连通，用于接收还原尾气和含碳氯硅烷，以使二者混合后反应，
[0021]所述冷凝装置与固定床反应器的相连，用于接收固定床反应器中反应后的混合物料并对其进行冷凝，以使反应后的混合物料中的氯硅烷冷凝成液体，
[0022]所述吸附装置与冷凝装置的气体出口相连，用于对冷凝产生的气体进行吸附，以去除其中的甲烷，
[0023]所述精馏装置与冷凝装置的液体出口相连，用于对冷凝产生的液体进行精馏，以去除其中的甲基三氯硅烷。
[0024]可选地，还包括第一调节控制模块、第三调节控制模块、第二调节控制模块和温度传感器，
[0025]所述固定床反应器与还原尾气源相连的管道上设有第一调节阀和第一流量计，第
一调节控制模块分别与第一调节阀和第一流量计电连接，
[0026]所述固定床反应器与含碳氯硅烷源相连的管道上设有第二调节阀和第二流量计，第三调节控制模块分别与第二调节阀和第二流量计电连接，
[0027]所述温度传感器设于固定床反应器内，且与第二调节控制模块电连接，第二调节控制模块分别与第一调节控制模块和第三调节控制模块电连接，用于根据第一流量计传输的还原尾气的流量信号、第二流量计传输的含碳氯硅烷的流量信号，以及温度传感器传递的固定床反应器温度信号，生成第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，包括：将多晶硅生产过程中的含碳氯硅烷与还原尾气混合，以使二者中的物料进行反应，对反应后的混合物料进行冷凝，以使反应后的混合物料中的氯硅烷冷凝成液体，对冷凝产生的气体进行吸附，以去除其中的甲烷，对冷凝产生的液体进行精馏，以去除其中的甲基三氯硅烷。2.根据权利要求1所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，所述含碳氯硅烷为合成/粗馏产生的氯硅烷、冷氢化/粗馏产生的氯硅烷及精馏系统塔釜排高产生的高含碳三氯氢硅中的一种或几种的混合。3.根据权利要求1所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，所述含碳氯硅烷包括以下质量分数的组分：2％
‑
5％的SiH2Cl2、88％
‑
94％的SiHCl3、3％
‑
8％的SiCl4，和0.02％
‑
1％的甲基氯硅烷，所述甲基氯硅烷包括CH3SiHCl2和CH3SiCl3。4.根据权利要求1所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，所述还原尾气包括以下质量分数的组分：5％
‑
15％的H2、0.5％
‑
3％的HCl、35％
‑
45％的SiHCl3、35％
‑
45的SiCl4和3％
‑
10％的SiH2Cl2，所述还原尾气的温度为500
‑
650℃。5.根据权利要求1所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，在将多晶硅生产过程中的含碳氯硅烷与还原尾气混合之前，还包括对含碳氯硅烷进行加热，以使其汽化。6.根据权利要求5所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，所述含碳氯硅烷与还原尾气在第一吸附剂作用下进行混合和反应，所述第一吸附剂用于吸附含碳氯硅烷中的甲基氯硅烷。7.根据权利要求6所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，所述第一吸附剂为活性炭、硅胶、分子筛、活性氧化铝及其改性化合物中一种或几种的混合物。8.根据权利要求5
‑
7任一项所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，汽化后的含碳氯硅烷与还原尾气的体积流量之比为1∶3
‑
1∶7，所述含碳氯硅烷与还原尾气混合后的反应温度为500
‑
580℃。9.根据权利要求5
‑
7任一项所述的去除氯硅烷中碳杂质的方法，其特征在于，采用第二吸附剂对冷凝产生的气体进行吸附，所述第二吸附剂为具有疏水特性的阳离子交换改性沸石分子筛、多孔氧化镁、铝磷酸盐分子筛、改性硅胶、改性活性炭和改性氧化铝中一种或几种的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旭霞，吕学谦，刘兴平，孙原庆，王芯蕊，闵中龙，冯留建，贾春，
申请(专利权)人：新特硅基新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：