CN101564600B

CN101564600B - 光纤级高纯四氯化硅连续共沸脱轻精馏方法

Info

Publication number: CN101564600B
Application number: CN2009100688877A
Authority: CN
Inventors: 黄国强; 郑艳梅; 王红星; 李鑫钢; 华超; 田玉峰
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: CN101564600A

Abstract

本发明属于光纤级高纯四氯化硅连续共沸脱轻精馏方法。采用脱轻塔和脱重塔；原料在脱轻塔脱除轻组份和共沸物，脱轻塔塔底物料进入脱重塔进行脱重，脱重塔塔底物流一部分返回脱轻塔进料，在脱重塔塔顶得到光纤级四氯化硅产品。脱轻塔分为脱轻塔上塔和脱轻塔下塔。脱轻塔上塔采用加压塔，压力为200～250KPa A，理论级数共为80～120，塔顶回流与进料比：5～12；脱轻塔下塔采用加压塔，压力为200～250KPa A，理论级数共为80～120；脱重塔采用加压塔，压力为200～300KPaA，塔顶回流与进料比：8～20，理论级数为60～100。本系统采用连续操作，适合大规模四氯化硅提纯，降低了系统能耗。对四氯化硅原料要求广泛，本发明可以适用原料中四氯化硅浓度范围50～98％提纯。

Description

光纤级高纯四氯化硅连续共沸脱轻精馏方法

技术领域

本发明属于精馏技术领域，特别提出光纤级高纯四氯化硅连续共沸脱轻精馏方法。

背景技术

四氯化硅(SiCl₄)是一种具有高附加值产品，主要用于制备有机硅化合物如硅酸酯、有机硅油、高温绝缘漆、有机硅树脂、硅橡胶和耐热衬垫等。SiCl₄在军事工业中用于制造烟幕剂，在冶金工业中用于制造耐腐蚀硅铁，在铸造工业中用作脱模剂。SiCl₄还可用于生产大比表面积白炭黑、合成酰肼及用作烯烃类聚合催化剂。经提纯后的高纯SiCl₄主要用于制造半导体用多晶硅、高纯SiO₂、无机硅化物(如氮化硅、碳化硅等)，或用于制造光导纤维生产中的PCVD生产工艺，在载基管中生产变质量的二氧化硅(石英玻璃)沉积膜等。

在多晶硅生产中产生大量的四氯化硅副产品，四氯化硅的综合回收利用是当前多晶硅生产的主要瓶颈之一。大量的四氯化硅如不能很好的利用，不仅严重影响多晶硅的生产成本，而且会给环境带来巨大压力。

文献报道四氯化硅的提纯方法主要有吸附法、反应法和精馏法等。吸附法得到的四氯化硅纯度不高，反应法成本较高。在报道的精馏法中：专利200580039715.7和专利200510003081.1报道的四氯化硅提纯工艺获得的四氯化硅纯度为90％左右，不能得到更高纯度的四氯化硅。专利200510015848.2报道的光线级高纯度四氯化硅生产方法，工艺比较复杂。专利200310122893.9报道的光纤用高纯四氯化硅生产方法对设备的材质要求很高。而且已有的四氯化硅精馏提纯方法多为间歇工艺，不适合大规模的四氯化硅工业原料的提纯。另外在四氯化硅杂质中三甲基氯硅烷沸点57.6℃，四氯化硅沸点57℃，二者十分接近，含质量分数56.7％四氯化硅的该二元混合物可形成共沸点为54.7℃的共沸物，用传统的蒸馏法难以完全分离。虽然三甲基氯硅烷在原料中含量很低(＜0.05％)，但是对于分离提纯高纯四氯化硅的纯度影响是很大的。

本发明提供了一种光纤级高纯四氯化硅连续精馏方法，采用共沸脱轻，可以使四氯化硅产品中杂质含量控制在10^-9级，获得光纤级高纯四氯化硅产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作光纤级高纯度四氯化硅连续提纯分离系统，得到光纤级四氯化硅产品。

本发明的光纤级高纯四氯化硅连续共沸脱轻精馏方法，采用脱轻塔和脱重塔；原料在脱轻塔脱除轻组份和共沸物，脱轻塔塔底物料进入脱重塔进行脱重，脱重塔塔底物流一部分返回脱轻塔进料，在脱重塔塔顶得到光纤级四氯化硅产品。

脱轻塔分为脱轻塔上塔和脱轻塔下塔。

所述的精馏方法是：脱轻塔上塔采用加压塔，压力为200～250KPa A，理论级数共为80～120，塔顶回流与进料比：5～12；脱轻塔下塔采用加压塔，压力为200～250KPa A，理论级数共为80～120；脱重塔采用加压塔，压力为200～300KPaA，塔顶回流与进料比：8～20，理论级数为60～100。

脱重塔底返回物流与采出物流比例为1∶1～3∶1。

本系统采用连续操作，适合大规模四氯化硅提纯，降低了系统能耗。本发明既适合含共沸物的四氯化硅提纯，也适合不含共沸物的四氯化硅提纯。

本发明的优点是：

(1)对四氯化硅原料要求广泛，本发明可以适用原料中四氯化硅浓度范围50～98％提纯。

(2)本发明采用四氯化硅连续生产工艺，降低系统能耗。

(3)本发明适合大规模四氯化硅提纯。

(4)脱轻塔分为上塔和下塔，可避免塔体过高无法制造问题。

(5)本发明采用共沸脱轻可有效去除四氯化硅的共沸物，保证产品的纯度。

附图说明

图1：四氯化硅提纯的流程示意图。

其中：1.四氯化硅原料，2.脱轻塔上塔，3.脱轻塔塔顶冷凝器，4.回流泵，5.脱轻塔回流罐，6.轻杂质和共沸物，7.循环泵，8.脱轻塔下塔，9.进料泵，10.脱轻塔再沸器，11.脱重塔，12.脱重塔再沸器，13.脱重塔塔顶冷凝器，14.脱重塔回流罐，15.回流泵，16.高纯四氯化硅，17循环泵，18.重杂质，19.脱重塔底返回物流。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限于此。

采用附图1的连接方式，脱轻上塔2设有塔顶冷凝器3，脱轻塔下塔8设有塔釜再沸器10，脱重塔11设有塔顶冷凝器13和塔釜再沸器12。四氯化硅原料液1由管线进入脱轻塔上塔2，主要脱去进料中的轻杂质和共沸物6。脱轻塔上塔塔底物料通过循环泵7进入脱轻塔下塔8，脱轻塔下塔8塔底物料为粗四氯化硅通过进料泵9进入脱重塔11，在脱重塔顶部得到高纯度的四氯化硅16，脱重塔12底部脱去重杂质18，脱重塔12塔底物流一部分19返回脱轻塔进料。

实施例1：

加工2吨/年四氯化硅的提纯，进料组成如下：二氯二氢硅含量为0.5％；三氯氢硅含量为2％；四氯化硅含量为96.95％，二甲基二氯甲硅烷含量为0.5％，三甲基氯硅烷含量为0.05％。

脱轻塔上塔压力控制在220KPa A，理论级数共为100，塔顶回流与进料比10；脱轻塔下塔采用加压塔，压力控制在220KPa A，理论级数共为100；脱重塔采用加压塔，压力控制在250KPa A，塔顶回流与进料比15，理论级数为80；脱重塔底物流一部分返回脱轻塔进料，脱重塔底返回物流与采出物流比例为3∶1。所得的四氯化硅中杂质含量控制在10^-9级。

实施例2：

加工4吨/年四氯化硅的提纯，进料组成如下：二氯二氢硅含量为1.5％；三氯氢硅含量为18％；四氯化硅含量为79.99％，二甲基二氯甲硅烷含量为0.5％，三甲基氯硅烷含量为0.01％。

脱轻塔上塔压力控制在200KPa A，理论级数共为80，塔顶回流与进料比5；脱轻塔下塔采用加压塔，压力控制在200KPa A，理论级数共为80；脱重塔采用加压塔，压力控制在200KPa A，塔顶回流与进料比8，理论级数为60；脱重塔底物流一部分返回脱轻塔进料，返回物流根据原料浓度范围弹性变化，脱重塔底返回物流与采出物流比例为1∶1。所得的四氯化硅中杂质含量控制在10^-9级。

实施例3：

加工4吨/年四氯化硅的提纯，进料组成如下：二氯二氢硅含量为0.05％；三氯氢硅含量为1％；四氯化硅含量为98.4％，二甲基二氯甲硅烷含量为0.5％，三甲基氯硅烷含量为0.05％。

脱轻塔上塔采用加压塔，压力控制在250KPa A，理论级数为120，塔顶回流与进料比12；脱轻塔下塔采用加压塔，压力控制在250KPa A，理论级数共为120；脱重塔采用加压塔，压力控制在300KPa A，塔顶回流与进料比20，理论级数为100；脱重塔底物流一部分返回脱轻塔进料，返回物流根据原料浓度范围弹性变化，脱重塔底返回物流与采出物流比例为2∶1。所得的四氯化硅中杂质含量控制在10^-9级。

本发明提出的多晶硅生产过程中的光纤级高纯四氯化硅分离提纯方法已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的系统和方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明的技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。

Claims

1.一种光纤级高纯四氯化硅连续共沸脱轻精馏方法，采用脱轻塔和脱重塔；其特征是原料在脱轻塔脱除轻组份和共沸物，脱轻塔塔底物料进入脱重塔进行脱重，脱重塔塔底物流一部分返回脱轻塔进料，在脱重塔塔顶得到光纤级四氯化硅产品；脱轻塔分为脱轻塔上塔和脱轻塔下塔；脱轻塔上塔采用加压塔，压力为200～250kPa A，理论级数共为80～120，塔顶回流与进料比5～12；脱轻塔下塔采用加压塔，压力为200～250kPa A，理论级数共为80～120；脱重塔采用加压塔，压力为200～300kPa A，塔顶回流与进料比8～20，理论级数为60～100；脱重塔底返回物流与采出物流比例为1∶1～3∶1。