一種制備三氯氫硅的方法技術

本發明專利技術涉及化工領域，尤其涉及一種制備三氯氫硅的方法。將氯化氫氣體和氫氣混合進行干燥，進入深度干燥塔進行進一步干燥；將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品；深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫，提純后回收利用；將冷凝的物質通入除磷硼雜質塔頂部，除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設置有列管式冷凝器，出口端設置有回流分配器，冷凝器流出物為三氯氫硅，塔底為副產物四氯化硅。本發明專利技術降低了原料氯化氫氣體的含水量，減輕了設備腐蝕；在原料氯化氫氣體內摻雜少量氫氣，通過嚴格條件控制，降低了副產物四氯化硅的生成率，提高了目的產物三氯化硅的收率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及化工領域，尤其涉及一種制備三氯氫硅的方法。
技術介紹
多晶硅是生產電腦芯片及半導體器件的原料，被稱為“微電子大廈的基石”，而三氯氫硅(SiHCl3)提純技術是生產多晶硅的關鍵技術之一。三氯氫硅是合成有機硅的重要中間體，也是制備多晶硅的主要原料。近年來，隨著我國有機硅產業年均20％的增長速度及多晶硅產業的飛速發展，對三氯氫硅的需求量急劇增加。現有三氯氫硅提純工藝由蒸餾釜、提純塔和塔頂冷凝器順序連接而成，屬于高耗能工藝，耗能費用占總成本的比重很大。三氯氫硅生產工藝過程中主要存在兩方面的難點，一方面，反應產物三氯氫硅較易發生水解，使三氯氫硅的產率降低。氯化氫含水量愈大，則產物中三氯氫硅含量愈低，當氯化氫含水量為1000ppm時，則三氯氫硅產率低于80％，并且水分還能在硅粉表面形成一層致密的氧化膜，致使硅粉鈍化，從而使合成過程中硅粉單耗增加，進而增加生產成本。另一方面，產物三氯氫硅容易深度氯化生成副產物四氯化硅，導致目的產物三氯氫硅的收率降低，而且副產物不回收利用。雖然從理論上通過對副產物中的四氯化硅進行加氫還原成三氯氫硅的方法來提高三氯氫硅的收率，然而這種方法在于難于找到理想的催化劑，使得四氯化硅氫化還原回收三氯氫硅的能耗和成本大增，難于在工業化生產中應用。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術不足，提供一種新型的制備三氯氫硅的方法。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案為：一種制備三氯氫硅的方法，包括以下步驟：(1)將氯化氫氣體和氫氣混合氣體經過三級冷卻器進行干燥，然后進入深度干燥塔進行進一步干燥，得到含水量為50-80ppm的氯化氫和氫氣混合氣體；(2)將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品；(3)將步驟(2)制得的三氯氫硅粗品進行深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫氣體，提純后回收利用；(4)將步驟(3)冷凝的物質通入除磷硼雜質塔頂部，除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設置有列管式冷凝器，冷凝器出口端設置有回流分配器，調節回流比為(5-10)：1，冷凝器流出物為三氯氫硅，塔底為副產物四氯化硅。作為優選，所述步驟(1)中氯化氫氣體和氫氣的摩爾比為(10-20)：1。作為優選，所述步驟(1)中深度干燥塔內填料為氯化鈣固體。作為優選，所述步驟(3)中氦氣與水蒸汽的摩爾比為1：(50-500)。作為優選，所述步驟(3)中三氯氫硅在除磷硼雜質塔內的停留時間為1-3分鐘，所述除磷硼雜質塔內壓力為0.05-0.25MPa，溫度為75-90℃。與現有技術相比，本專利技術的優點和積極效果在于，本專利技術降低了原料氯化氫氣體的含水量，減輕了氯化氫溶于水后生成鹽酸而對設備嚴重腐蝕的影響；在原料氯化氫氣體內部摻雜了少量的氫氣，并且通過嚴格條件控制，使得產物三氯氫硅深度氯化生成副產物四氯化硅的反應平衡向三氯氫硅一側移動，降低了副產物四氯化硅的生成率，提高了目的產物三氯化硅的收率。具體實施方式為了能夠更清楚地理解本專利技術的上述目的、特征和優點，下面結合具體實施例對本專利技術做進一步說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本專利技術，但是，本專利技術還可以采用不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本專利技術并不限于下面公開說明書的具體實施例的限制。實施例1，本實施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比10：1進行混合，混合完成后，混合氣體經過三級冷卻器進行干燥。然后進入內部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進行進一步干燥，得到含水量為50ppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進行深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質通入除磷硼雜質塔頂部對粗三氯氫硅進行進一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1：50，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質塔內的停留時間為1分鐘，整個磷硼雜質塔內壓力為0.05MPa，并且控制塔內適宜的反應溫度在75℃。在塔頂的物料出口處設置有列管式冷凝器，還設有氣體收集和循環裝置，并且在冷凝器出口端設置有回流分配器，調節回流比為5：1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產物四氯化硅，經檢測制得的三氯氫硅產品純度為99.9％，收率為90％。實施例2，本實施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比15：1進行混合，混合完成后，
混合氣體經過三級冷卻器進行干燥。然后進入內部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進行進一步干燥，得到含水量為60ppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進行深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質通入除磷硼雜質塔頂部對粗三氯氫硅進行進一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1：150，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質塔內的停留時間為1.5分鐘，整個磷硼雜質塔內壓力為0.20MPa，并且控制塔內適宜的反應溫度在85℃。在塔頂的物料出口處設置有列管式冷凝器，還設有氣體收集和循環裝置，并且在冷凝器出口端設置有回流分配器，調節回流比為8：1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產物四氯化硅，經檢測制得的三氯氫硅產品純度為99.7％，收率為91％。實施例3，本實施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比20：1進行混合，混合完成后，混合氣體經過三級冷卻器進行干燥。然后進入內部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔進行進一步干燥，得到含水量為80ppm的氯化氫和氫氣混合氣體。然后將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品。然后將制得的三氯氫硅粗品進行深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫氣體，提純后回收利用。然后將除去剩余氯化氫氣體和氫氣的冷凝物質通入除磷硼雜質塔頂部對粗三氯氫硅進行進一步處理。具體操作為，在除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，氦氣與水蒸汽的摩爾比為1：500，控制三氯氫硅流量以及氦氣和水蒸汽量，使得三氯氫硅在出磷硼雜質
塔內的停留時間為3分鐘，整個磷硼雜質塔內壓力為0.25MPa，并且控制塔內適宜的反應溫度在90℃。在塔頂的物料出口處設置有列管式冷凝器，還設有氣體收集和循環裝置，并且在冷凝器出口端設置有回流分配器，調節回流比為10：1，冷凝器流出物即為三氯氫硅，塔底為少量的副產物四氯化硅，經檢測制得的三氯氫硅產品純度為99.8％，收率為90％。實施例4，本實施例提供一種制備三氯氫硅的方法，具體操作過程為，將氯化氫氣體和氫氣按摩爾比18：1進行混合，混合完成后，混合氣體經過三級冷卻器進行干燥。然后進入內部填料為氯化鈣固體的深度干燥塔本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將氯化氫氣體和氫氣混合氣體經過三級冷卻器進行干燥，然后進入深度干燥塔進行進一步干燥，得到含水量為50?80ppm的氯化氫和氫氣混合氣體；(2)將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品；(3)將步驟(2)制得的三氯氫硅粗品進行深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫氣體，提純后回收利用；(4)將步驟(3)冷凝的物質通入除磷硼雜質塔頂部，除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設置有列管式冷凝器，冷凝器出口端設置有回流分配器，調節回流比為(5?10)：1，冷凝器流出物為三氯氫硅，塔底為副產物四氯化硅。

【技術特征摘要】
1.一種制備三氯氫硅的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將氯化氫氣體和氫氣混合氣體經過三級冷卻器進行干燥，然后進入深度干燥塔進行進一步干燥，得到含水量為50-80ppm的氯化氫和氫氣混合氣體；(2)將經過深度干燥的氯化氫和氫氣混合氣體通入含有硅粉的反應釜內進行反應，生成三氯氫硅粗品；(3)將步驟(2)制得的三氯氫硅粗品進行深度冷凝，分離出氫氣和未反應的氯化氫氣體，提純后回收利用；(4)將步驟(3)冷凝的物質通入除磷硼雜質塔頂部，除磷硼雜質塔底部通入水蒸汽和氦氣的混合氣體，塔頂出口處設置有列管式冷凝器，冷凝器出口端設置有回流分配器，調節回流比為(5-10)：1，冷凝器流...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鮑明銳，管彥波，郭慶元，劉毅，楊劍英，
申請(專利權)人：山東瑞川硅業有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37