【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工合成，特别涉及一种由三氯氢硅通过催化反应精馏生产电子级硅烷的装置及方法。
技术介绍
1、硅烷，又称甲硅烷，其分子式为sih4。硅烷是一种无色的气体，在不同温度范围内与氧接触，都能发生剧烈反应，而且不稳定，在600℃时可以迅速分解为硅和氢气。虽然硅烷化学性质活泼，但是它是一种应用最广、影响最大的电子特气。硅烷可用于制备多晶硅。硅烷法制备的多晶硅具有纯度高，硼、磷含量低的优点，而且该工艺流程简单，无腐蚀性气体产生，设备腐蚀少，生产成本低。在半导体微电子行业中，硅烷可用于制备各种微电子薄膜，例如微晶、氧化硅、单晶膜、金属硅化物等，还可用于半导体器件(碳化硅、砷化镓等)和量子阱材料的制备。由于硅烷制造的金属硅化物，具有纯度高和可精细调控的特点，使得它成为许多其他硅源无法取代的重要电子特种气体。
2、sih4的制备方法有很多，如硅合金法，氢化物还原法，硅的直接氢化合成法和氯硅烷歧化法等。氯硅烷歧化法是以三氯氢硅(sicl3)为原料，通过歧化法得到sih4，同时副产四氯化硅(sicl4)。因为sicl4经过氢化后又可转化为sicl3，作为原料使用，所以整个工艺流程简单，且无废物产生，属于绿色工艺，已成为当前硅烷制备的主流工艺。
3、三氯氢硅歧化反应是一个串级可逆反应，除了sih4和sicl4外还有二氯二氢硅(sih2cl2)和一氯三氢硅(sih3cl)中间产物生成。专利us4340574中提出了以氯硅烷为原料、采用固定床连续生产硅烷的工艺过程，通过精馏对歧化产物进行分离精制得到硅烷产品。为了打破可逆
4、催化反应精馏设计的核心是确保反应与精馏过程相互匹配。若催化反应效率降低，单程转化率降低，未反应物的量增加，反应精馏系统内的循环流量增加，系统的能耗相应增加。反应段的催化反应效率与反应段的浓度分布和催化剂活性相关，但是在催化反应精馏制备硅烷的工艺研究中，上述核心问题仍未得到关注，使得催化剂使用寿命短、反应精馏塔的单程转化率低。另外，在电子行业湿法制程，电子化学品是关键材料，其金属离子含量的控制对于确保产品良率至关重要。当前硅烷制备技术未能从源头上进行金属离子含量的控制，导致后续还需要纯化单元才能得到电子级产品，这无疑延长了工艺流程，增加了生产成本。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术所要解决的技术问题是一种催化反应精馏制备电子级硅烷的装置及方法，通过优化工艺及设备，延长催化填料使用寿命，提高催化精馏效率，从源头上进行金属离子含量的控制，缩短电子级硅烷的制备工艺流程。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、三氯氢硅作为原料，首先进入固定床吸附柱(1)进行吸附除杂，脱除原料中的硼、磷、金属及氯化氢杂质，然后送入硅烷反应精馏塔(2)反应段的中下部a进料口；硅烷反应精馏塔(2)塔底设置再沸器，塔顶设置冷凝器，反应精馏塔从上到下依次设有精馏段、反应段和提馏段，反应段装有催化填料。sihcl3在反应段内发生如下三步歧化反应：
4、2sihcl3＝sih2cl2+sicl4
5、2sih2cl2＝sih3cl+sihcl3
6、2sih3cl＝sih4+sih2cl2
7、反应精馏塔的塔顶蒸汽在冷凝器进行部分冷凝，冷凝液一部分返回塔作为回流液，一部分送至反应段的中下部a进料口。塔顶冷凝器出来的sih4、sih3cl、sih2cl2、sihcl3混合气依次送入一级深冷器(3)和二级深冷器(4)，塔底采出sicl4。一级深冷器(3)采出-15～25℃温位的凝液，二级深冷器(4)采出-40～-15℃温位的凝液，分别返回硅烷反应精馏塔(2)反应段中上部的不同进料口。二级深冷器(4)采出气相物料经压缩系统(5)增压后送至硅烷分离塔(6)；硅烷分离塔(6)设有再沸器和冷凝器，经过精馏塔内的汽液传质，塔顶采出低沸点轻组分，上部侧线采出电子级硅烷产品，塔底采出氯硅烷组分返回硅烷反应精馏塔(2)反应段中上部b进料口。
8、进一步的，固定床吸附柱(1)混填或单填树脂、活性炭、分子筛、活性氧化铝中的一种或几种组合吸附剂；
9、进一步的，三氯氢硅经过固定床吸附柱(1)后，三氯氢硅硼杂质含量不高于100ppb，磷杂质含量不高于50ppb，总金属杂质含量不高于100ppb，氯化氢杂质含量不高于10ppm。原料中以上杂质含量降低后，显著减少杂质在催化填料活性基团上的占位率，有效延长催化填料使用寿命。
10、进一步的，所述硼杂质为硼氢化合物、硼氯化合物及其他含硼化合物的总称，吸附后硼杂质含量不高于100ppb，优选不高于10ppb；
11、进一步的，所述磷杂质为磷氢化合物、磷氯化合物及其他含磷化合物的总称，吸附后磷杂质含量不高于50ppb，优选不高于5ppb；
12、进一步的，所述总金属杂质为铁、铝、钙、镁、锰等的总称，吸附后总金属杂质含量不高于100ppb，优选不高于10ppb；
13、进一步的，所述氯化氢杂质指氯化氢组分，吸附后氯化氢杂质含量不高于10ppm，优选不高于1ppm。
14、进一步的，所述硅烷反应精馏塔从下到上依次设有10～50块理论板的提馏段、4段装有催化填料的反应段和4～20块理论板的精馏段，每段催化填料高2～6米，从下到上催化填料段之间设有a、b、c三个进料口。
15、进一步的，所述硅烷反应精馏塔的塔顶冷凝器出来的冷凝液一部分从回流口返回塔内，回流液与总冷凝液的比值为0.5～0.95。一部分送至反应段中上部a进料口。
16、进一步的，所述硅烷反应精馏塔的塔顶冷凝器出来的气相物料先经过一级深冷器后，再送入二级深冷器，一级深冷器的液相凝液从c口返回反应精馏塔，二级深冷器的液相凝液从b口回反应精馏塔，继续发生歧化反应，以提高反应的转化率。
17、进一步的，所述硅烷分离塔的进料口上部设有侧采口，采用液相侧采的出料方式，实现脱轻脱重。塔顶采出轻组分外排，塔釜采出重组分送至反应精馏塔的b进料口，...
【技术保护点】
1.一种催化反应精馏制备电子级硅烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述吸附剂为树脂、活性炭、分子筛、活性氧化铝中的一种或几种组合吸附剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述硅烷反应精馏塔从下到上依次设有10~50块理论板的提馏段、4段装有催化填料的反应段和4~20块理论板的精馏段，每段催化填料高2~6米。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述硅烷反应精馏塔的催化填料段从下到上设有A、B、C三个进料口，来自固定床吸附柱的物料从A口进料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述反应精馏塔的塔顶冷凝器的液相物料一部分从回流口返回塔内，回流液与总冷凝液的比值为0.5~0.95，一部分从A口返回塔内；一级深冷器的液相物料从C口进料，二级深冷器的液相物料从B口进料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷分离塔的塔釜采出的物料返回反应精馏塔B进料口。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述抛光处理的方式包括人工抛光、机械抛光、化学抛光、电解抛光和等离子抛光中的一种或多种，抛光处理的粗糙度要求不大于1μm。
...【技术特征摘要】
1.一种催化反应精馏制备电子级硅烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述吸附剂为树脂、活性炭、分子筛、活性氧化铝中的一种或几种组合吸附剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述硅烷反应精馏塔从下到上依次设有10~50块理论板的提馏段、4段装有催化填料的反应段和4~20块理论板的精馏段，每段催化填料高2~6米。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述硅烷反应精馏塔的催化填料段从下到上设有a、b、c三个进料口，来自固定床吸附柱的物料从a口进料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述反应精馏塔的塔顶冷凝器的液相物料一部分从...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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