絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的裝置和方法，將采用小松法、歧化法、新硅烷法等方法生產(chǎn)出來的粗硅烷提純成高純度硅烷，采用絡(luò)合反應(yīng)精餾分離提純，提純后的硅烷純度達到6N及以上。采用該方法提純硅烷工藝簡單，得到硅烷純度高，節(jié)約能源。
技術(shù)背景
[0002]多晶硅材料是電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)最重要的基礎(chǔ)材料，太陽能級多晶硅可用于太陽能光伏發(fā)電，是一種高效、環(huán)保和清潔的未來技術(shù)，可替代現(xiàn)有的發(fā)電模式。而電子級多晶硅可用于制造半導(dǎo)體材料，用于集成電路襯底的制造，廣泛應(yīng)用于航天、人工智能、自動控制和計算機芯片等領(lǐng)域。因此多晶硅材料對于國家新能源和高新技術(shù)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。
[0003]目前多晶硅生產(chǎn)主要方法包括:改良西門子法、硅烷分解法、鋅還原法、二氧化硅還原法等，其中硅烷法生產(chǎn)多晶硅具有以下等優(yōu)點:1)硅烷和雜質(zhì)氫化物性質(zhì)差別大易于提純，2)熱分解產(chǎn)物無腐蝕性，減少對設(shè)備腐蝕，3)熱分解穩(wěn)定性差，分解溫度低，消耗電量低，節(jié)約能源，4)流程簡單，無需用還原劑，避免還原劑污染。由于硅烷法生產(chǎn)多晶硅具有以上等優(yōu)點，硅烷法越來越成為生產(chǎn)多晶硅的主要方法，利用硅烷分解法制備多晶硅中硅烷要求高純的，而利用小松法、歧化法、新硅烷法等方法生產(chǎn)出的硅烷純度達不到要求，需要進一步提純制備高純度的硅烷，硅烷純度達不到要求直接影響產(chǎn)品多晶硅的質(zhì)量，所以如何提純制備高純度的硅烷是一個急需解決的問題。采用絡(luò)合反應(yīng)精餾分離提純，提純后的硅烷純度達到6N及以上。采用該方法提純硅烷工藝簡單，得到硅烷純度高，節(jié)約能源。
[0004]近幾年，隨著多晶硅逐漸成為國家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，解決硅烷法生產(chǎn)多晶硅中硅烷提純問題，進一步促使多晶硅產(chǎn)業(yè)達到節(jié)能、降耗、安全、環(huán)保的目標顯得日趨重要與緊迫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]利用小松法、歧化法、新硅烷法等方法生產(chǎn)出的硅烷純度達不到要求，需要進一步提純制備高純度的硅烷，硅烷純度達不到要求尤其是硅烷中硼雜質(zhì)含量將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以如何提純制備高純度的硅烷是一個急需解決的問題。本發(fā)明的目的在于提純硅烷，生產(chǎn)高純度的硅烷。絡(luò)合反應(yīng)精餾是通過化學(xué)反應(yīng)使硅烷中的雜質(zhì)，特別是硼烷形成絡(luò)合物分離提純。
[0006]舉例說明本發(fā)明涉及的絡(luò)合反應(yīng):
[0007]B2H6+2 (CH3) 3N — 2 (CH3) 3N.B2H6
[0008]B2H6+2Na — B2H6.2Na
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的裝置和方法。
[0010]一種絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的裝置；其特征是裝置為精餾塔；精餾塔設(shè)置有精餾段、反應(yīng)段和提餾段；在精餾段上設(shè)置有塔頂冷凝器，塔釜設(shè)置有再沸器，精餾段和提餾段中設(shè)置有規(guī)整填料，反應(yīng)段中設(shè)置有結(jié)構(gòu)絡(luò)合劑，塔頂設(shè)置有硅烷出口，在反應(yīng)段下面設(shè)置有硅烷入口，塔釜設(shè)有高沸物采出口。
[0011]所述的結(jié)構(gòu)絡(luò)合劑是將絡(luò)合劑填于耐腐蝕工業(yè)布袋中，與波紋填料間隔成卷制得，裝填于反應(yīng)精餾塔中可同時起到反應(yīng)與精餾的作用，硅烷雜質(zhì)與絡(luò)合劑發(fā)生反應(yīng)而除去，塔頂米出尚純娃燒。
[0012]利用本發(fā)明的裝置進行絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的方法；其將粗硅烷從硅烷入口中加入到反應(yīng)精飽塔中，娃燒雜質(zhì)在反應(yīng)段中發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而除去，娃燒和少量雜質(zhì)在精飽段分離，高純硅烷從塔頂采出，少量硅烷和雜質(zhì)在提餾段分離，雜質(zhì)回流至塔釜，再沸器加熱塔釜，少量硅烷和雜質(zhì)不斷蒸發(fā)，并在提餾段分離，最終塔釜幾乎都是雜質(zhì)，雜質(zhì)從塔釜采出。
[0013]所述結(jié)構(gòu)絡(luò)合劑為三類。
[0014]所述一類絡(luò)合劑為含一對或一對以上孤對電子的絡(luò)合劑；這類絡(luò)合劑大都與乙硼烷形成揮發(fā)性遠比硅烷低的配位化合物，絡(luò)合劑為齒化氫、金屬氯化物、芳香碳氫氟化物、氨、脂肪族胺或雜環(huán)胺。
[0015]所述二類絡(luò)合劑為金屬絡(luò)合劑，將不純硅烷與活性金屬或活性金屬的汞齊接觸，能定量選擇地除去硼，而硅烷本身分解不多，這些金屬包括一些堿金屬和堿土金屬，絡(luò)合劑為鋰、銣、鉀、鎂和鈉。
[0016]所述三類絡(luò)合劑為堿金屬氫化物絡(luò)合劑，當硅烷通過堿金屬氫化物的懸浮液，在有活化劑(如鋁或硼的有機化合物)存在時，硅烷中的雜質(zhì)能與堿金屬氫化物反應(yīng)，生成固體或液體絡(luò)合物，這些堿金屬氫化物絡(luò)合劑為氫化鈉、氫化鉀。
[0017]所述絡(luò)合劑分散在惰性載體介質(zhì)(如吸附劑)上，使絡(luò)合劑被吸附到孔隙中而被有效地分散，以為硅烷中的雜質(zhì)反應(yīng)提供極大的表面積，典型的吸附劑有:各種分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁和多孔粘土。
[0018]所述全塔壓力為0_2MPa，塔頂操作溫度為_120?_30°C，反應(yīng)段溫度控制在-20?200 °C，塔釜溫度控制在-20?300 °C。
[0019]所述精餾段和提餾段塔板數(shù)分別在10-200。
[0020]本發(fā)明硅烷提純的方法和裝置具有以下優(yōu)點:
[0021][I]本發(fā)明絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷操作工藝簡單，設(shè)備投資少，得到的硅烷純度尚O
[0022][2]絡(luò)合反應(yīng)精餾僅通過一個反應(yīng)精餾塔即可實現(xiàn)反應(yīng)和分離結(jié)合，與利用固定床配套精餾序列的多步工藝相比，本發(fā)明工藝設(shè)備簡單，節(jié)約能源。
[0023][3]創(chuàng)造性和新穎性，絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷是在國內(nèi)外首次并創(chuàng)造性的提出，具有創(chuàng)造性和新穎性。
【附圖說明】
[0024]圖1:絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的裝置圖。
[0025]塔頂冷凝器⑴、精餾段(2)、反應(yīng)段(3)、提餾段⑷、塔釜再沸器(5)和提純前的硅烷入口 (6) ο
【具體實施方式】
[0026]下面通過實例并結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步說明。
[0027]如圖1所示:本發(fā)明采用如下連接裝置:
[0028]一種絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷的裝置；其特征是裝置為精餾塔；精餾塔設(shè)置有精餾段(2)、反應(yīng)段(3)和提餾段(4);在精餾段上設(shè)置有塔頂冷凝器(I)，塔釜設(shè)置有再沸器
(5)，精餾段和提餾段中設(shè)置有規(guī)整填料，反應(yīng)段中設(shè)置有結(jié)構(gòu)絡(luò)合劑，塔頂設(shè)置有硅烷出口，在反應(yīng)段下面設(shè)置有硅烷入口(6)，塔釜設(shè)有高沸物采出口。
[0029]本發(fā)明的操作流程如下:
[0030]其將粗硅烷從硅烷入口(6)中加入到反應(yīng)精餾塔中，硅烷雜質(zhì)在反應(yīng)段(3)中發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而除去，硅烷和少量雜質(zhì)在精餾段(2)分離，在塔頂冷凝器(I)冷凝，高純硅烷從塔頂采出，少量硅烷和雜質(zhì)在提餾段(4)分離，雜質(zhì)回流至塔釜，再沸器(5)加熱塔釜，少量硅烷和雜質(zhì)不斷蒸發(fā)，并在提餾段分離，最終塔釜幾乎都是雜質(zhì)，雜質(zhì)從塔釜采出。
[0031]實施例1:
[0032]本實施例在絡(luò)合反應(yīng)精餾提純硅烷裝置中進行，將氯化鋅負載在4A分子篩中，做成結(jié)構(gòu)絡(luò)合劑，填充在塔反應(yīng)段中，精餾段和提餾段填充高效規(guī)整填料，精餾段和提餾段塔板數(shù)均為100。塔頂溫度-90?-80°c，全塔壓力控制在0.2?0.3MPa，反應(yīng)段溫度在30?40°C，提純前硅烷純度為99.9%，提純后從塔頂采出硅烷的純度達到99.9999%。
[0033]實施例2: