一种新型三氯氢硅精馏工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种新型三氯氢硅精馏工艺，包括依次串联的一级隔板精馏塔、二级反应精馏塔和三级隔板精馏塔。本发明专利技术工艺创新性的将反应精馏过程强化技术以及隔板精馏塔和差压热耦合精馏这两种集成节能技术应用于三氯氢硅提纯过程中，强化了各级精馏塔分离的强度。相较于传统三氯氢硅精馏工艺，本发明专利技术工艺能耗低、投资小，且能有效的去除三氯氢硅中硼、磷、碳等杂质，使三氯氢硅产品品质满足电子级二级及以上多晶硅的制备要求。及以上多晶硅的制备要求。及以上多晶硅的制备要求。

【技术实现步骤摘要】
一种新型三氯氢硅精馏工艺


[0001]本专利技术属于化工精馏领域，更具体地说，本专利技术涉及多晶硅制备过程中一种新型三氯氢硅精馏工艺。

技术介绍

[0002]硼和磷是多晶硅中的施主杂质，它们会改变多晶硅的导电类型和电阻率。一般来说，磷含量比硼含量高的为N型多晶硅，反之为P型多晶硅。但是，它们的含量必须非常低，一般达到ppb级(即10
‑9)才能满足太阳能级或电子级的要求。
[0003]碳是多晶硅中的间隙杂质，它会降低多晶硅的结晶度和纯度，影响其光学和电学性能。此外，碳会成为氧原子的成核中心，从而促进氧的沉淀，氧的沉淀过多则会导致晶格错位，最终致使多晶硅产品使用寿命明显缩短。
[0004]三氯氢硅作为多晶硅的基础原料，其杂质含量的高低直接影响着多晶硅产品的质量。三氯氢硅中的氯化硼、氯化磷和三氯氧磷是多晶硅中硼、磷杂质的主要来源。甲基二氯硅烷则是多晶硅中碳杂质的重要来源，其沸点为41.9℃，与三氯氢硅的相对挥发度仅有1.16，使用常规精馏不易除去，且需消耗大量的能量和设备投资。
[0005]传统三氯氢硅提纯工艺常采用多级精馏塔串联流程，首先使用多台精馏塔对三氯氢硅原料进行粗分离，之后针对粗分得到的三氯氢硅进一步脱除轻组分杂质和重组分杂质，即可得到高纯度的三氯氢硅产品，整个提纯工艺根据处理量的大小以及杂质含量的高低常包含4～6座常规精馏塔。
[0006]传统三氯氢硅提纯工艺仅能去除一些与三氯氢硅相对挥发度较大的杂质，对硼、磷、碳等微量杂质的去除能力差，此外传统三氯氢硅提纯工艺还存在能耗高、投资大且抗干扰能力差等缺陷，不能满足当前节能降耗的需求。
[0007]专利(CN 212467169 U)公开了一种精馏回收装置，包括脱轻塔、第一脱重塔、第二脱重塔，将脱轻塔与第一脱重塔和第二脱重塔串联且第一脱重塔与第二脱重塔并联，一定程度上提高了回收精馏装置对三氯氢硅提纯的能力和装置的产量。相较于本专利提出的新型三氯氢硅精馏工艺，该专利能耗较高且杂质去除效果差。
[0008]隔板精馏塔(Dividing Wall Column,DWC)通过在传统精馏塔内放置一块竖直隔板，可节省高达30％的投资以及40％的能耗，是一种很有前景的化工节能装置。此外，隔板精馏塔能有效的避免内部组分返混来提高热力学效率，减少有效能的损失。
[0009]反应精馏(Reactive Distillation,RD)通过将化学反应和精馏分离结合在一起以提高反应的转化率和收率，进而减少投资并显著的降低运行能耗。
[0010]差压热耦合精馏(Pressure
‑
Swing Thermally Coupled Distillation,PSTCD)是指通过调整精馏塔的操作压力，从而使两个或多个精馏塔之间冷凝器和再沸器负荷匹配，从而实现塔设备之间的换热，以降低能耗的一种技术。

技术实现思路

[0011]为解决现有技术中三氯氢硅提纯工艺对硼、磷、碳等微量杂质的去除能力差，同时进一步降低能耗和减少设备投资，本专利技术提供了一种新型三氯氢硅精馏工艺。
[0012]该工艺通过将反应精馏过程强化技术以及隔板精馏塔和差压热耦合精馏这两种集成节能技术应用在三氯氢硅提纯过程中，在实现三氯氢硅高纯度分离的同时具有投资少、能耗低的显著优势，极大的提高了多晶硅产品的竞争力。
[0013]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0014]一种新型三氯氢硅精馏工艺，包括依次串联的一级隔板精馏塔、二级反应精馏塔和三级隔板精馏塔。其特征在于，包括以下步骤：
[0015]A、三氯氢硅原料进入一级隔板精馏塔中部，塔顶馏出液流入二级反应精馏塔上部，侧线四氯化硅流入四氯化硅产品贮罐，塔釜釜液流入重组分杂质贮罐；
[0016]B、氯气进入二级反应精馏塔中部，塔顶汽相去往尾气处理工段，塔釜釜液进入三级隔板精馏塔中部；
[0017]C、三级隔板精馏塔塔顶馏出液流入低沸贮罐，侧线高纯三氯氢硅流入三氯氢硅产品贮罐，塔釜釜液流入高沸贮罐。
[0018]所述一级隔板精馏塔和三级隔板精馏塔内部可采用填料、塔盘或是填料
‑
塔盘复合形式，所述二级反应精馏塔内部采用塔盘，其中填料为高效板波纹填料或双层丝网填料，塔盘为筛板塔盘、固阀塔盘或浮阀塔盘。
[0019]所述一级隔板精馏塔的公共精馏段高度为4～20m，隔板段高度为10～40m，公共提馏段高度为4～15m，塔体采用碳钢，塔内件采用304不锈钢，回流进料比0.5:2～1，操作温度75～140℃，操作压力0.4～0.5MPag。一级隔板精馏塔可从侧线得到纯度达到99％～99.9％的四氯化硅产品，从塔釜去除四氯化硅中的重组分杂质。
[0020]所述二级反应精馏塔的精馏段高度为2～5m，反应段高度为5～10m，提馏段高度为8～15m，精馏段和提馏段塔体采用碳钢和不锈钢复合材料，反应段采用有机玻璃材料，塔内件采用316L不锈钢，回流比40～120:1，操作温度
‑
15～80℃，操作压力0.15～0.25MPag。二级反应精馏塔可从塔顶去除反应产生的尾气。
[0021]所述三级隔板精馏塔的公共精馏段高度为10～20m，隔板段高度为15～30m，公共提馏段高度为5～10m，塔体采用碳钢和不锈钢复合材料，塔内件采用316L不锈钢，回流进料比3:6～1，操作温度30～85℃，操作压力0.1～0.25MPag。三级隔板精馏塔脱除三氯氢硅中的低沸物和高沸物，侧线即可得到99.9999％～99.9999999％(6N～9N)的高纯三氯氢硅产品，硼、磷含量为0.1～0.01ppbw，碳杂质含量小于0.1ppmw，所得三氯氢硅产品品质满足电子级二级及以上多晶硅的制备要求。
[0022]所述新型三氯氢硅精馏工艺引入了差压热耦合技术，通过增加一级隔板精馏塔的操作压力从而提高塔顶蒸汽“品位”等级，作为热源与三级隔板精馏塔塔釜液相进行换热，以降低三氯氢硅精馏过程中的能耗。
[0023]所述一级隔板精馏塔塔顶蒸汽温度与所述三级隔板精馏塔塔釜液相温差须大于15℃。
[0024]所述二级反应精馏塔涉及的自由基重排反应为：
[0025][0026]其中，Cl2作为氯自由基供体，甲基二氯硅烷与氯气发生光氯化反应生成甲基三氯硅烷(沸点66.4℃)。该反应通过光氯化反应选择性的将三氯氢硅中低沸点的甲基二氯硅烷转化为高沸点的甲基三氯硅烷进而脱除。
[0027]所述二级反应精馏塔原料中甲基二氯硅烷与氯气的比例为1:3～8，反应温度为50～80℃，紫外线波长为300～450nm，反应时间为20～30s，此条件下甲基二氯硅烷转化率可达到99％～99.99％。
[0028]当生产规模扩大时，为方便操作，所述一级隔板精馏塔、二级反应精馏塔、三级隔板精馏塔可以设计为两塔或多塔的形式，所述多塔状况下一级隔板精馏塔的操作压力可以改变从而利于实现热耦合以减少能耗。
[0029]本专利技术与现有技术相比，主要有以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型三氯氢硅精馏工艺，包括依次串联的一级隔板精馏塔、二级反应精馏塔和三级隔板精馏塔。其特征在于，包括以下步骤：A、三氯氢硅原料进入一级隔板精馏塔中部，塔顶馏出液流入二级反应精馏塔上部，侧线四氯化硅流入四氯化硅产品贮罐，塔釜釜液流入重组分杂质贮罐；B、氯气进入二级反应精馏塔中部，塔顶汽相去往尾气处理工段，塔釜釜液进入三级隔板精馏塔中部；C、三级隔板精馏塔塔顶馏出液流入低沸贮罐，侧线高纯三氯氢硅流入三氯氢硅产品贮罐，塔釜釜液流入高沸贮罐。2.根据权利要求1所述的一种新型三氯氢硅精馏工艺，其特征在于：所述一级隔板精馏塔和三级隔板精馏塔内部可采用填料、塔盘或是填料
‑
塔盘复合形式，所述二级反应精馏塔内部采用塔盘，其中填料为高效板波纹填料或双层丝网填料，塔盘为筛板塔盘、固阀塔盘或浮阀塔盘。3.根据权利要求1所述的一种新型三氯氢硅精馏工艺，其特征在于：所述一级隔板精馏塔的公共精馏段高度为4～20m，隔板段高度为10～40m，公共提馏段高度为4～15m，塔体采用碳钢，塔内件采用304不锈钢，回流进料比0.5:2～1，操作温度75～140℃，操作压力0.4～0.5MPag。一级隔板精馏塔可从侧线得到纯度达到99％～99.9％的四氯化硅产品，从塔釜去除四氯化硅中的重组分杂质。4.根据权利要求1所述的一种新型三氯氢硅精馏工艺，其特征在于：所述二级反应精馏塔的精馏段高度为2～5m，反应段高度为5～10m，提馏段高度为8～15m，精馏段和提馏段塔体采用碳钢和不锈钢复合材料，反应段采用有机玻璃材料，塔内件采用316L不锈钢，回流比40～120:1，操作温度
‑
15～80℃，操作压力0.15～0.25MPag。二级反应精馏塔可从塔顶去...

【专利技术属性】
技术研发人员：张豪豪，郑开学，陈锦溢，姚又省，丁哲，刘继三，华超，
申请(专利权)人：华陆工程科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：