CN101918311B - 用于纯化四氟化硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过使源气体进行一个或多个纯化工艺来纯化四氟化硅源气体的方法，所述纯化工艺包括：将四氟化硅源气体与离子交换树脂接触以除去酸性杂质、将四氟化硅源气体与催化剂接触以除去一氧化碳、通过使用吸收液除去二氧化碳，以及通过低温蒸馏除去惰性化合物；本发明还提供适合从四氟化硅源气体中除去一氧化碳的催化剂和用于制备这样的催化剂的方法。

Description

用于纯化四氟化硅的方法
发明背景 
本发明涉及通过除去酸性化合物、一氧化碳、二氧化碳、惰性化合物及其组合来纯化四氟化硅气体的方法，更具体地，本发明涉及通过使用离子交换树脂除去酸性化合物、通过使用包含惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物的催化剂除去一氧化碳、通过使用包含至少一种二醇二醚的吸收液除去二氧化碳、通过使用低温蒸馏工艺除去惰性气体、及其组合。 
多晶硅是许多商品的重要组分，包括例如集成电路和光电(即太阳能)电池。多晶硅通常通过化学气相沉积机理制备，其中在流化床反应器中将硅从通常为硅烷的热分解性硅化合物中沉积至晶种颗粒上。可以通过四氟化硅与金属氢化物如四氢化铝钠(NaAlH4)的反应由四氟化硅制备硅烷。 
可以通过多种方法制备四氟化硅，例如作为来自磷肥生产副产物氟硅酸的气体。商业生产的四氟化硅气体通常包含大量杂质，例如一氧化碳，二氧化碳，惰性化合物，金属杂质如硼、磷和钙化合物，和酸化合物如盐酸、二氧化硫、三氧化硫和氢氟酸。这些杂质可以引起微电子器件的缺陷和可能故障。因此亟需减少商业生产的四氟化硅源气体中杂质的方法。 
发明概述 
根据一方面，用于制备纯化四氟化硅气体的方法包括将四氟化硅源气体与催化剂接触。四氟化硅源气体包含四氟化硅和一氧化碳。催化剂包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物。通过使一氧化碳与催化金属氧化物反应使至少部分一氧化碳吸附于催化剂的表面。该反应形成一种或多种金属羰基配合物。这导致产生一氧化碳浓度下降的纯化的四氟化硅气流。 
根据另一方面，用于从四氟化硅气体中除去杂质的催化剂包含选自氧 化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇及其混合物的惰性基材。催化剂包含惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物，所述催化金属氧化物包含选自铜、锰、铬、钴、铊、钼、银及其混合物的催化金属。 
另一方面，用于制备包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物的催化剂的方法包括将催化金属浸渍在惰性基材的表面上或遍及大部分惰性基材，将经金属浸渍的惰性基材加热至至少约1000℃的温度以形成惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物。 
其它目的和特征部分显而易见，部分在下文指出。 
附图简述 
图1是例示根据本发明一个实施方案的用于纯化四氟化硅源气体的流程图的框图；以及 
图2是用于制备实施例1中提出的催化剂的惰性基材的反应装置的横截面。 
相应附图标记在整个附图中表示相应部分。 
发明详述 
本发明的多个方面之一是用于纯化四氟化硅源气体的方法。纯化技术包括例如通过使用离子交换树脂从四氟化硅源气体中除去酸性气体、通过使用催化剂除去一氧化碳、通过使用包含至少一种二醇二醚的吸收液除去二氧化碳、通过使用低温蒸馏除去惰性气体及这些技术的组合。 
本发明的另一方面之一是通过使气体与包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的金属氧化物的催化剂接触以纯化四氟化硅源气体的方法、包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的金属氧化物的催化剂、以及制备这样的催化剂的方法。 
根据本发明实施方案的方法，使包含杂质的四氟化硅源气体进行一个或多个纯化步骤以除去部分或全部杂质。例如，如图1所示，可以将源气 体与离子交换树脂接触以除去部分或全部存在于气态料流中的酸性气体以及至少部分或全部存在于气态料流中的任何湿气。作为替换或更进一步地，可以将源气体与一种或多种催化剂接触以除去部分或全部存在的任何一氧化碳。作为替换或更进一步地，可以将源气体与吸收液接触以除去二氧化碳。可以将分离再生系统用于再生离子交换材料、催化剂和吸收液。最后，作为前述纯化步骤的替换或更进一步地，可以将四氟化硅源气体送至低温蒸馏单元以除去惰性气体。在低温蒸馏后，可以将四氟化硅作为液体储存并进一步压缩用于缸筒灌装。 
虽然图1例示包括以特定顺序连续的每一上述纯化步骤在内的全过程，应该注意到在不偏离本发明范围的条件下可以省略一个或多个纯化步骤。此外，可以以任意组合实施纯化步骤，然而，如以下所详细讨论的，某些工艺顺序在协同增效方面优于其它工艺顺序。虽然优选依序实施纯化步骤，但它们也可以平行进行，虽然这样的工艺流程可以减少在全过程中除去的杂质的总量。在任何纯化步骤后纯化的四氟化硅气体可以被送至压缩和气瓶罐装，这未在图1中示出。在不偏离本发明范围的条件下纯化步骤可以被重新排序和/或完全省略。 
A.通过使用离子交换树脂除去酸性化合物 
四氟化硅源气体通常包含酸性化合物，例如氟化氢、盐酸、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢及其混合物。根据一个实施方案，将部分四氟化硅源气体与离子交换床接触以制备酸性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。 
离子交换床通常包含一种或多种离子交换树脂。适当的离子交换树脂为本领域技术人员容易获知并可以在文献(见例如，Perry’s ChemicalEngineering Handbook(Perry化学工程手册)，第七版，表16-6，第16-10页)中找到。通常，将阴离子交换树脂用于除去酸化合物(例如氟化物、氯化物)的带负电组分。适当的树脂包括基于聚苯乙烯的树脂和基于纤维素的树脂。适当的基于聚苯乙烯的树脂包含三甲基苄基铵和二甲基羟乙基铵。适当的基于纤维素的树脂包含乙基三甲基铵、三乙基羟丙基铵、氨基乙基和二乙基氨基乙基。 
在至少一个实施方案中，可以通过用包含无机酸和有机溶剂的溶液冲洗以再生离子交换树脂。适当的无机酸包括盐酸、硝酸和硫酸。适当的有机溶剂包括链烷醇。 
任选地或更进一步地，可以将四氟化硅源气体与离子交换树脂(如以上列出的那些)接触以除去非酸性化合物，例如烃、一氧化碳和二氧化碳。 
B.杂质如一氧化碳的催化纯化 
在本发明的至少某些实施方案中，将四氟化硅源气体与包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物的催化剂接触。 
在至少某些实施方案中，催化剂包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物，所述惰性基材选自氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇及其混合物，以及所述催化金属氧化物包含选自铜、锰、铬、钴、铊、钼、银及其混合物的催化金属。虽然催化剂非常适合从四氟化硅源气体中除去一氧化碳，但应该理解催化剂能够除去其它化合物并且能够从除了四氟化硅源气体以外的源气体中除去化合物。 
1.催化剂 
本发明的催化剂包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物。催化剂通常具有大比表面积和高孔隙率以增强选择性。通常，催化剂显示微孔率(即在分子水平的孔隙率)。此外，优选催化剂为暴露于酸性环境如盐酸、二氧化硫、三氧化硫和氢氟酸而基本上不降低催化剂性能的催化剂。在这点上，优选催化剂不与以上列出的酸反应。 
I.基材
适当的惰性基材包括例如氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇及其混合物。其它基材如沸石和粘土显示所需的孔隙率，然而当其与酸性化合物接触时它们通常更易于降解。在这点上，可以优选在将气流 与包含一种或多种包含沸石和/或粘土的基材的催化剂接触之前从气流中除去酸性化合物。 
可以通过将包含金属(例如锆、硅、铝和钇)的化合物暴露于氢和氧火焰下制备具有所需整体孔隙率和微孔率的基材。将金属化合物分解以形成金属氧化物粉末(例如氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇)。粉末可以与粘合剂结合并模制以形成基材体。然后将基材体加热以释放先前吸收的氢，从而产生宏观尺度和微观尺度上的孔。基材体所加热到的温度应足够高以能够释放先前吸收的氢。通常，将基材体加热至至少约300℃的温度。在某些实施方案中，将基材体加热至至少约400℃、至少约500℃或者甚至至少约600℃的温度。然而，应该注意根据使用的基材，高于约1000℃的温度会引起基材的烧结和微孔结构的损失。在这样的情况下，加热基材体以释放先前吸收的氢的温度可以低于约1,000℃。因此，通常将基材体加热至约300℃-约1,000℃，更通常约400℃-约600℃的温度。 
可以将相稳定添加剂添加至惰性基材。适当的添加剂包括金属氧化物稳定剂，所述金属氧化物稳定剂包含金属例如诸如镧系元素、锕系元素、镁、钇、钙及其混合物。已经发现钇氧化物(Yttrium oxide)(“氧化钇(yttria)”)是特别有效的相稳定剂。根据本发明的一个实施方案，催化剂包含低于约0.1重量％的稳定剂。根据其它实施方案，催化剂包含低于约0.05重量％、低于约0.025重量％或者甚至约0.025重量％-约0.1重量％的稳定剂，以及根据另一实施方案，约0.05％-约0.1％的稳定剂。 
在惰性基材成形时可以通过将包含金属的化合物(例如包含镧族元素、锕系元素、镁、钇、钙及其混合物的化合物)引入氢和氧焰以将相稳定剂添加至催化剂中。这产生合并至惰性基材结构中作为稳定相的金属氧化物。金属氧化物稳定剂是惰性的并且不认为其具有催化活性和在四氟化硅气体的纯化中不具活性。 
II.催化活性金属氧化物
为了在基材体表面上或接近基材体表面处形成催化活性金属氧化物(即催化金属氧化物)，将基材体与包含催化活性金属的金属盐溶液接触。 将碱例如诸如氢氧化铵添加至溶液中以使金属从溶液中沉淀至基材体上。根据其它实施方案，通过电化学置换反应或通过无电镀膜法沉积金属。 
当金属沉积在基材上以后，可以将经金属浸渍的惰性基材加热至足以煅烧催化活性金属并形成金属氧化物的温度。催化活性金属的煅烧通常在至少约250℃的温度下进行。可以将经金属浸渍的惰性基材加热至约250℃-约1500℃、约250℃-约1000℃、通常为约300℃-约850℃或者甚至约400℃-约600℃的温度。 
不受特定理论的束缚，认为催化活性金属氧化物位于催化剂的表面或接近催化剂表面处(包括微孔的表面)作为部分覆盖惰性基材的涂层或者作为延伸至催化剂本体的连续相，在表面发现最高浓度的催化活性金属氧化物。适当的催化活性金属氧化物包含金属，例如诸如铜、锰、铬、钴、铊、钼、银及其混合物。根据一个实施方案，金属氧化物包含铜、锰或其混合物。 
在本发明的至少某些实施方案中，催化剂包含约0.001重量％-约1重量％的催化金属，为约0.01重量％-约1重量％、0.1重量％-约1重量％、约0.5重量％-约1重量％、0.001重量％-约0.5重量％、0.001重量％-约0.1重量％，或者甚至约0.001重量％-约0.01重量％的催化金属。 
催化剂通常包含约95重量％-约99.999重量％的惰性基材，通常为约95重量％-约99.99重量％、约95重量％-约99.9重量％、约95重量％-约99重量％、约95重量％-约97.5重量％、97.5重量％-约99.999重量％、约99重量％-约99.999重量％、约99.9重量％-约99.999重量％或者甚至约99.99重量％-约99.999重量％的惰性基材。 
在至少一个实施方案中，催化剂包含至少为约95重量％的惰性基材、低于约3重量％的催化金属和低于约0.5重量％的稳定剂。 
由以上方法制备的催化剂通常显示充分大的表面积和在微观尺度和宏观尺度的较高孔隙率。通常，本发明的催化剂的表面积为约1m2/g-约1000m2/g，通常为约1m2/g-约750m2/g、约1m2/g-约500m2/g、约1m2/g-约100m2/g、约1m2/g-约10m2/g、约10m2/g-约1000m2/g、约100m2/g-约1000m2/g、约500m2/g-约1000m2/g或者甚至为约750m2/g-约1000m2/g。 整体孔隙率通常为约30％-约80％，通常为约30％-约60％、约30％-约40％、约40％-约80％或者甚至为约60％-约80％。微孔率通常为约1％-约20％、约1％-约15％、约1％-约10％、约1％-约5％、约5％-约20％、约10％-约20％或者甚至约15％-约20％。 
因为煅烧温度可以影响孔径和表面积，因而优选在催化剂煅烧后测定孔隙率和表面积。 
2.使用催化金属氧化物除去杂质 
上述催化剂特别适合从源气体例如诸如四氟化硅源气体中除去一氧化碳。在本发明的一个实施方案中，将包含四氟化硅和一氧化碳的四氟化硅源气体与包含惰性基材和该基材表面上或接近该基材表面处的金属氧化物的催化剂接触。 
不受特定理论的束缚，认为一氧化碳化合物与形成粘附于催化剂的羰基金属化合物的金属氧化物反应。将一氧化碳从四氟化硅源气体中吸附，从而降低四氟化硅源气体中一氧化碳的浓度。 
本发明的方法可以用于纯化基本上包含任何浓度一氧化碳的四氟化硅气体。当在实践中时，四氟化硅气流可以包含极高浓度的一氧化碳，通常四氟化硅源气体通常包含约0001体积％-约30体积％的一氧化碳。更通常四氟化硅源气体包含以体积计为约30ppm-约30,000ppm的一氧化碳。通常，本发明的催化金属氧化物纯化方法可以用于除去部分或全部一氧化碳。通常，源气体的至少约97％的一氧化碳被除去，更通常至少约99％的一氧化碳可以被除去。在某些情况下，至少约99.9％的一氧化碳被除去。 
在催化金属氧化物纯化工艺期间，四氟化硅气体通常维持在约-30℃至约90℃的温度。通常四氟化硅气体可以维持在约0℃-约90℃、约45℃-约90℃、约70℃-约90℃、约-30℃至约70℃、约-30℃至约45℃或者甚至约-30℃至约0℃的温度。 
通常，四氟化硅源气体通过催化剂床的速率对本发明不是非常关键，只要提供足够的接触时间用于除去一氧化碳即可。通常，气体以约1cm/sec-约200cm/sec的线速度通过床，通常为约10cm/sec-约50cm/sec 或者甚至为约17cm/sec-约35cm/sec。 
设计用于使气体与固体接触的任何工艺设备均可以用于进行以上方法。例如，具有适合催化剂和被处理气体的结构材料的流化床反应器和填充塔是合适的。 
如上所示，被催化剂处理的气流中存在酸性化合物会对工艺有害。因此，在本发明的某些实施方案中，在将四氟化硅源气体与催化剂接触之前，可以优先将四氟化硅源气体与离子交换树脂接触以除去部分酸性化合物。这能够在四氟化硅源气体与催化剂接触之前，从四氟化硅源气体中除去氢氟酸。期望在源气体与催化剂接触之前从四氟化硅源气体中除去氢氟酸，因为氢氟酸会分解并引起催化剂的氟中毒。 
如上文所讨论的，一氧化碳形成粘附于催化剂活性部位的金属羰基配合物。因而，由于更多位点被金属羰基配合物阻断而使催化剂的活性随时间而下降。虽然可以简单地废弃催化剂并插入新催化剂，但出于经济和环境的原因，优选再生至少部分或全部催化剂。通过将催化剂加热至足以引起金属羰基配合物分解形成碳氧化物的温度可以再生催化剂，所述碳氧化物随后从催化剂表面释放。例如，可以将催化剂加热至至少为约500℃、至少约700℃或者甚至更高的温度。当气态流出物通过反应容器时，通常将催化剂加热至约500℃-约1400℃、约500℃-约1000℃、约500℃-约700℃，或者甚至约500℃-约570℃的温度。 
C.通过使用吸收流体除去二氧化碳 
四氟化硅通常含有约2体积％-约3体积％的二氧化碳。通过从气体中除去大量二氧化碳可以纯化四氟化硅源气体。根据本发明的一个实施方案，通过将四氟化硅气体与吸收流体接触除去大量二氧化碳。根据另一实施方案，吸收流体包括二醇二醚(即“甘醇二甲醚”)，例如诸如乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二甘醇二乙醚、二甘醇二丁醚、乙氧基叔丁氧基乙烷及其混合物。将四氟化硅源气体与二醇二醚接触使四氟化硅源气体中二氧化碳气体的量降低至低于约2体积％。根据本发明的其它实施方案，将四氟化硅源气体 与二醇二醚接触使四氟化硅源气体中二氧化碳气体的量降低至以体积计低于约0.5ppm，以及根据另一实施方案以体积计低于约0.1ppm。 
多种工艺设备可以用于使四氟化硅气体与吸收液接触，例如诸如吸收塔。可以通过在解吸塔中使解吸气体穿过塔来解吸二氧化碳从而再生吸收液。 
D.通过使用低温蒸馏除去惰性化合物 
四氟化硅通常包含大量惰性气体，例如诸如氮气。通常四氟化硅源气体包含约0.5体积％-约10体积％的惰性化合物。可以通过低温蒸馏除去这些惰性化合物。低温蒸馏包括将四氟化硅源气体冷却至通常为约-200℃至约-50℃的低温温度。根据另一实施方案，将四氟化硅冷却至约-90℃至约-60℃。将冷却的四氟化硅源气体进料至蒸馏塔中以制备惰性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。低温蒸馏工艺可以包括一系列可以在不同压力下操作的蒸馏区。 
低温蒸馏步骤可以在四氟化硅源气体与本发明实施方案的催化剂接触之前或之后(即在除去一氧化碳之前或之后)进行，也可以在四氟化硅源气体与离子交换树脂接触之前或之后(即在除去酸气体之前或之后)进行。在一个实施方案中，将四氟化硅源气体冷却至低温温度并随后进料至蒸馏塔中以使四氟化硅源气体与催化剂接触。 
低温蒸馏通常除去源气体中的至少约95％的惰性化合物，更通常至少约98％的惰性化合物。根据另一实施方法，低温蒸馏工艺除去至少约99％的惰性化合物，以及根据另一实施方案，除去至少约99.9％的惰性化合物。 
实施例1：制备包含氧化锆基材表面上或接近其表面处的催化铜和锰氧化物的催化剂 
现在参照图2，通过使氯化锆和氢在氢和氧焰22中反应来制备氧化锆。使用三根同心管4、7、11输送反应气体。通过最内管11进料氧气，通过中间管7进料金属卤化物以及通过最外管4进料氢。为了制备氧化锆，通过中间管7进料氯化锆和惰性氩气的混合物。将氢进料至多超过其化学计 量的50％。通过控制氢和惰性气体的流速将焰温度维持在约800℃左右。将气体通过电极15。在接料器31中收集所得氧化锆粉末27。通过将冷氢气注入接料器31中将氧化锆粉末产物27迅速骤冷。通过维持不同的温度分离出氯化氢。 
在某些情况下，将氧化钇(yttria)(即钇氧化物(yttrium oxide))用作稳定化合物。将氯化钇与氯化锆并流进料以共同产生氧化钇和氧化锆。 
在某些情况下，在中间管7中将氯化铜和氯化锰与氯化锆一起添加以共同产生氧化锆和催化铜和锰氧化物。 
用有机粘合剂(聚乙烯醇)将锆粉末产物压缩，所述有机粘合剂的量为每100份干粉末为8份。通过模压成型为圆板形状(35mm直径；8mm厚度)的模制体。在400℃下于氩气气氛中将模制体保持3小时以除去粘合剂。然后将模制体加热至750℃维持1小时并在真空下冷却以通过氢解吸产生大孔和微孔。将等量锰和铜溶液(相对于最终催化剂为5重量％的铜和5重量％的锰)添加至将模制体容纳半小时的容器中。用氢氧化铵将锰和铜从溶液中沉淀出来。将液体排出并在其轻微真空下将所得物质加热至1400℃维持2个小时。 
由以上方法制备的氧化锆粉末的平均孔径直径低于约1nm且表面积大于约100m2/g。通过Brunauer-Emmett-Teller方法测定孔体积和孔径。按照ASTM标准D 4284-83使用水银测孔计测量直径小于65nm的孔的孔体积。如Fraissard，Journal de Chimie Physique，6，83(1986)中所述，通过氙NMR方法测定直径小于1.5nm的微孔的孔体积。孔隙率和表面积在煅烧前和煅烧后测定。 
在文献中提到在本领域中已知升高煅烧温度或实际使用的获得多孔产品的温度可用于使比表面积和孔体积降低。然而，该材料在煅烧温度范围内未观察到这些。 
实施例2：使用包含氧化锆基材表面上或接近其表面处的催化铜和锰氧化物的催化剂以从包含其它污染物的四氟化硅源气体中除去一氧化碳 
在1cm/sec的线速度和1-5个大气压和15℃下将包含3000ppm左右 一氧化碳的四氟化硅气体通过催化剂床(长15cm；直径4cm)。一氧化碳浓度降低至低于1ppm。 
实施例3：使用包含氧化锆基材表面上或接近其表面处的催化铜和锰氧化物的催化剂以从完全不含其它污染物的四氟化硅源气体中除去一氧化碳 
在1cm/sec的线速度和1-5个大气压和15℃下将包含1％一氧化碳的四氟化硅气体通过催化剂床(长15cm；直径4cm)。一氧化碳浓度降低至低于1ppm。 
实施例4：通过将催化金属沉淀至催化剂表面而制备的催化剂的使用 
在24℃下将包含540ppm一氧化碳的四氟化硅气体通过床(长15cm；直径4cm)。通过将催化锰和铜沉淀至催化剂表面制备催化剂。在多种线速度下进行操作若干次并在催化剂再生之前或之后进行。结果如下表1所示。 
  线速度(cm/sec)   时间(min)   催化剂再生之前或  之后   具有氧化锆载体的出口CO  浓度(ppm)
  15   5   之前   1.75
  15   30   之前   1.41
  15   60   之前   2.75
  25   5   之前   8.20
  25   30   之前   9.17
  25   60   之前   11.20
  15   5   之后   4.87
  15   30   之后   8.55
  15   60   之后   9.23
  25   5   之后   10.90
  25   30   之后   11.23
  25   60   之后   12.34
表1：使用通过沉积催化金属而制备的催化剂从四氟化硅源气体中除去一氧化碳的活性 
实施例5：使用包含氧化锆基材表面上或接近其表面处的催化铜和锰氧化物的催化剂以从四氟化硅源气体中除去一氧化碳 
在24℃下将包含540ppm一氧化碳的四氟化硅气体通过催化剂床(长15cm；直径4cm)。在多种线速度下操作若干次并在催化剂再生之前或之后进行。结果如下表2所示。 
表2：从四氟化硅源气体中除去一氧化碳的活性 
实施例6：基于氧化锆基材的催化剂和基于水合硅酸铝基材的催化剂之间的一氧化碳除去活性的比较 
制备水合硅酸铝粉末。水合硅酸铝粉末载体的表面积和孔隙率比氧化锆载体大10％。然而，如在下表3中可见，基于水合硅酸铝基材的催化剂除去一氧化碳不如基于锰载体的催化剂那样多。在比较试验中，四氟化硅源气体包含540ppm一氧化碳且温度为24℃。催化剂床长为15cm且直径为4cm。 
  线速度(cm/sec)   催化剂再生之  前或之后   具有氧化锆载体的出  口CO浓度(ppm)   具有水合硅酸铝载体的出  口CO浓度(ppm)
  10   之前   0.40   2.1
  25   之前   0.45   2.0
  10   之后   0.47   17.8
  25   之后   0.44   9.1
表3：具有氧化锆基材和氧化铝基材的催化剂之间的从四氟化硅源气体中除去一氧化碳的比较 
当引入本发明的要素或其优选实施方案时，冠词“a”、“an”、“the”和“said”旨在意指有一个或多个要素。术语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在包括在内并且意味着除了所列要素以外可以有其它要素。 
鉴于以上所述，可以看出本发明的若干目的已实现并已获得其它有利结果。 
在不偏离本发明范围的条件下可以在以上方法中进行多种修改，包含在以上说明书中并在附图中示出的所有内容应该被解释为示例性而并非在某种意义上限制。 

Claims (25)

1.一种用于制备纯化的四氟化硅气体的方法，所述方法包括：
将包含四氟化硅和一氧化碳的四氟化硅源气体与包含具有表面的惰性基材和该表面上的催化金属氧化物的催化剂接触；以及
通过使一氧化碳与催化金属氧化物反应以形成一种或多种金属羰基配合物使至少部分一氧化碳吸附于催化剂的表面，由此产生一氧化碳浓度下降的纯化的四氟化硅气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化金属氧化物包含选自铜、锰、铬、钴、铊、钼、银和它们的混合物的催化金属。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述催化金属氧化物包含铜、锰或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述惰性基材选自氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇和它们的混合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述惰性基材包括氧化锆、水合硅酸铝或它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述惰性基材包含金属氧化物稳定剂，所述金属氧化物稳定剂包含选自镧系元素、锕系元素、镁、钇、钙和它们的混合物的金属。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述惰性基材包含低于0.1重量％的稳定剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述惰性基材包含氧化钇作为稳定剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体包含0.001体积％-3.0体积％的一氧化碳。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包含0.001重量％-1.0重量％的催化金属。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包含95重量％-99.999重量％的惰性基材。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂具有1m2/g-1000m2/g的表面积。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂具有30％-80％的整体孔隙率。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂具有1％-20％的微孔率。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体中的至少97％的一氧化碳被除去。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体包含选自氟化氢、盐酸、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢，和它们的混合物的酸性化合物，并且其中在四氟化硅源气体与催化剂接触之后将部分四氟化硅源气体与离子交换树脂接触以制备酸性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体包含选自氟化氢、盐酸、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢，和它们的混合物的酸性化合物，其中在四氟化硅源气体与催化剂接触之前将部分四氟化硅源气体与离子交换树脂接触以制备酸性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体包含惰性化合物，并且其中：
将四氟化硅源气体冷却至-200℃至-50℃的低温温度；以及
在四氟化硅源气体与催化剂接触之前将冷却的四氟化硅源气体进料至蒸馏塔中以制备惰性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。
19.根据权利要求1所述的方法，其中四氟化硅源气体包含惰性化合物，并且其中：
将所述四氟化硅源气体冷却至-200℃至-50℃的低温温度，并且
在四氟化硅源气体与催化剂接触之后，将冷却的四氟化硅源气体进料至蒸馏塔中以制备惰性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体包含二氧化碳，并且通过将四氟化硅气体与包含至少一种二醇二醚的吸收液接触以除去部分二氧化碳。
21.根据权利要求1所述的方法，其中将所述催化剂加热至500℃-570℃以分解金属羰基配合物并引起碳氧化物从催化剂释放以再生催化剂。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体在-30℃至90℃的温度下与催化剂接触。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟化硅源气体以1cm/sec-200cm/sec的线速度与催化剂接触。
24.根据权利要求1所述的方法，其中催化剂的再生通过将催化剂和其上粘附的金属羰基配合物加热到至少500℃的温度以分解金属羰基配合物并形成碳氧化物，其中碳氧化物从催化剂释放。
25.根据权利要求1所述的方法，其中催化剂的再生通过将催化剂和其上粘附的金属羰基配合物加热到至少700℃的温度以分解金属羰基配合物并形成碳氧化物，其中碳氧化物释放。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012033644A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-15 Dow Corning Corporation Method for preparing a trihalosilane
KR101452354B1 (ko) * 2014-01-24 2014-10-22 한화케미칼 주식회사 폐가스의 정제방법 및 정제장치
MY195545A (en) * 2014-01-24 2023-01-31 Hanwha Chemical Corp Purification Method And Purification Apparatus For Off-Gas
KR101515117B1 (ko) * 2014-01-24 2015-04-24 한화케미칼 주식회사 폐가스의 정제방법 및 정제장치
CN104528735B (zh) * 2015-01-14 2017-03-08 成都瑞芬思生物科技有限公司 一种提纯塔产出物的吸附提纯装置
CN109205669A (zh) * 2018-11-19 2019-01-15 新特能源股份有限公司 四氯化锆及四氟化硅的联合制备方法
DE102019211379A1 (de) * 2019-07-30 2021-02-04 Studiengesellschaft Kohle Mbh Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxid und/oder gasförmigen Schwefelverbindungen aus Wasserstoffgas und/oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3984519A (en) * 1969-01-21 1976-10-05 Snam Progetti, S.P.A. Process to transport carbon from a zone to another one, by means of a carrier fluid acting inside a closed system, particularly for the reprocessing of nuclear fuel elements having a graphite structure
US4044100A (en) * 1969-12-08 1977-08-23 Allied Chemical Corporation Separation of acidic gas constituents from gaseous mixtures containing the same
JPS59162122A (ja) * 1983-03-08 1984-09-13 Mitsui Toatsu Chem Inc 四弗化ケイ素の精製法
US4666944A (en) * 1984-09-21 1987-05-19 The Standard Oil Company Copper-zirconium-manganese-containing catalysts and processes for making alcohol mixtures using same
US4791079A (en) * 1986-06-09 1988-12-13 Arco Chemical Company Ceramic membrane for hydrocarbon conversion
IT1196983B (it) 1986-07-23 1988-11-25 Enichem Agricoltura Spa Procedimento per la produzione di tetrafluoruro di silicio
US4714604A (en) * 1986-08-13 1987-12-22 The Dow Chemical Company Method of separating HF and SiF4 from HCl
JPS6451314A (en) * 1987-08-21 1989-02-27 Mitsui Toatsu Chemicals Method for purifying silicon tetrafluoride
JPS6452604A (en) * 1987-08-24 1989-02-28 Mitsui Toatsu Chemicals Method for purifying silicon tetrafluoride gas
DE69128739T2 (de) * 1990-04-20 1998-08-06 Air Liquide Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von ultrareinem Stickstoff
JPH05253475A (ja) * 1992-03-12 1993-10-05 Japan Energy Corp 脱臭剤
US5833738A (en) * 1996-03-01 1998-11-10 D.D.I. Ltd. Specialty gas purification system
US6620385B2 (en) 1996-08-20 2003-09-16 Ebara Corporation Method and apparatus for purifying a gas containing contaminants
JP4263268B2 (ja) * 1997-10-17 2009-05-13 日揮ユニバーサル株式会社 アルミニウム製担体に触媒層を固定化する方法
JP2002542015A (ja) * 1999-04-19 2002-12-10 エンゲルハード・コーポレーシヨン セリアと白金族金属を含んで成る触媒組成物
JP2001259426A (ja) * 2000-03-21 2001-09-25 Toyota Motor Corp 炭化水素系燃料の改質触媒およびその製造方法並びにモノリス触媒
US6511640B1 (en) * 2000-06-29 2003-01-28 The Boc Group, Inc. Purification of gases
JP4432230B2 (ja) * 2000-07-27 2010-03-17 日本ゼオン株式会社 フッ素化炭化水素の精製方法、溶剤、潤滑性重合体含有液および潤滑性重合体膜を有する物品
US7666379B2 (en) 2001-07-16 2010-02-23 Voltaix, Inc. Process and apparatus for removing Bronsted acid impurities in binary halides
JP2003089512A (ja) * 2001-09-11 2003-03-28 Central Glass Co Ltd 四フッ化珪素の精製方法
JP4034091B2 (ja) * 2002-03-12 2008-01-16 三井化学株式会社 ＳｉＦ４の精製方法および高純度ＳｉＦ４ガス
DE10241529A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-11 Basf Ag Adsorptionsmasse und Verfahren zur Entfernung von Kohlenmonoxid aus Stoffströmen
US6884752B2 (en) 2002-12-31 2005-04-26 Prizmalite Industries, Inc. Photocatalytically-active, self-cleaning aqueous coating compositions and methods
JP3941059B2 (ja) * 2003-07-01 2007-07-04 Ｓｍｃ株式会社 ロケートクランプ装置
TW200512159A (en) 2003-09-25 2005-04-01 Showa Denko Kk Method for producing tetrafluorosilane
FR2863910B1 (fr) * 2003-12-23 2006-01-27 Inst Francais Du Petrole Procede de capture du dioxyde de carbone contenu dans des fumees
JP2006021935A (ja) * 2004-07-06 2006-01-26 Kobe Steel Ltd 高純度処理ガスの生成方法
MX2007010465A (es) * 2005-02-28 2008-01-14 Catalytic Solutions Inc Catalizadores y metodo para reducir oxidos de nitrogeno en corrientes de escape de hidrocarburos o alcoholes.

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