一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115321540A(43)申请公布日2022.11.11(21)申请号202210973508.4(22)申请日2022.08.15(71)申请人江苏中能硅业科技发展有限公司地址221000江苏省徐州市经济技术开发区杨山路66号申请人乐山协鑫新能源科技有限公司(72)发明人兰天石付绪光吴德智蒋立民王永亮陈壮(74)专利代理机构国浩律师(南京)事务所32284专利代理师谭缙(51)Int.Cl.C01B33/04(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法(57)摘要本发明公开了一种三氯氢硅歧化反应精馏制备高纯硅烷的工艺，以三氯氢硅为原料，利用反应精馏技术，经过歧化反应精馏、多级冷凝分离、粗硅烷泵的提压、精馏分离提纯制备高纯硅烷。所述方法能够满足了万吨以上硅烷产量的要求，所述方法合理利用冷源，利用多级冷凝系统进行多次冷凝换热，冷源品位逐步升高，被冷却的粗硅烷流量逐步减少，纯度逐步增加，使低温温度的高品位冷源功率达到最小值，能源利用率得到了提高。CN115321540ACN115321540A权利要求书1/2页1.一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述方法以三氯氢硅(TCS)为原料，经催化发生歧化反应，后经提馏、精馏提纯、多级冷凝分离、粗硅烷泵的提压、精馏分离制备高纯硅烷。2.根据权利要求1所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：(1)三氯氢硅进入反应精馏塔(11)，经过歧化反应、精馏提纯，塔顶得到粗硅烷，塔底采出高纯液相四氯化硅；(2)反应精馏塔(11)塔顶得到的粗硅烷通过冷凝系统，冷凝液回流至反应精馏塔(11)继续发生歧化反应，冷凝气为气相粗硅烷；(3)步骤(2)中冷凝得到的气相粗硅烷进入五级换热器(5)，五级换热器(5)由六级冷凝器(6)冷凝的粗硅烷作为冷源进行换热，五级换热器(5)换热后的粗硅烷进入六级冷凝器(6)，得到液相粗硅烷；(4)步骤(3)中经过六级冷凝器冷凝得到的液相粗硅烷进入粗硅烷提压泵(10)，提压进入硅烷精馏塔(12)精馏，气相杂质从塔顶排出，塔底采出三氯氢硅TCS、二氯二硅烷DCS、一氯三硅烷MCS混合物，进入反应精馏塔(11)塔中部位置进行歧化反应，硅烷精馏塔(12)侧线采出高纯度硅烷，其硅烷含量≥99.9999wt％。3.根据权利要求2所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述步骤(2)中冷凝系统至少为二级冷凝器，优选为四级冷凝器，由一级冷凝器(1)、二级冷凝器(2)、三级冷凝器(3)、四级冷凝器(4)串联组成。4.根据权利要求3所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述步骤(2)更加具体的为：反应精馏塔(11)塔顶得到的粗硅烷通过一级冷凝器(1)，一级冷凝器冷凝液回流到反应精馏塔(11)塔顶继续进行歧化反应，一级冷凝器冷凝后的气相粗硅烷通过二级冷凝器(2)再次冷凝，二级冷凝器冷凝液回流到反应精馏塔(11)塔中部位置继续进行歧化反应，冷凝后的气相粗硅烷通过三级冷凝器(3)，冷凝后的冷凝液回流到反应精馏塔(11)塔中部位置继续进行歧化反应，冷凝后的气相粗硅烷通过四级冷凝器(4)，冷凝后的冷凝液回流到反应精馏塔(11)塔中部位置继续进行歧化反应，冷凝后得到气相粗硅烷。5.根据权利要求4所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述一级冷凝器(1)冷源为循环水，一级冷凝器(1)进口温度为30℃至100℃，出口温度为20℃至60℃。6.根据权利要求4所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述二级冷凝器(2)进口温度为20℃至60℃，出口温度为10℃至30℃，二级冷凝器(2)冷源为温度为7℃的水。7.根据权利要求4所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述三级冷凝器(3)冷源为乙二醇水溶液，三级冷凝器(3)进口温度为10℃至30℃，出口温度为‑20℃至0℃。8.根据权利要求4所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述四级冷凝器(4)冷源为氟利昂作，四级冷凝器(4)进口温度为‑20℃至0℃，出口温度为‑30℃至‑60℃。2CN115321540A权利要求书2/2页9.根据权利要求2所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述反应精馏塔(11)压力为0.1Mpa(G)‑0.4Mpa(G)。10.根据权利要求2所述的一种三氯氢硅反应精馏生产高纯硅烷的方法，其特征在于，所述五级换热器(5)由六级冷凝器(6)冷凝的粗硅烷作为冷源进行换热，五级换热器热流介质进口温度为‑30℃至‑60℃，出口温度为‑40℃至