CN102701216B - 一种二氯二氢硅除杂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氯二氢硅除杂方法，包括以下步骤：a)对待除杂的液态二氯二氢硅通过金属丝网填料进行粗提纯，得到气态二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物；和b)通过吸附剂吸附除去所述气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅。根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法，首先通过粗提纯的方法将沸点较低的二氯二氢硅汽化分离出来，再通过吸附剂除去气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅，该方法操作简单，所用设备投资少，能耗低，且得到产物二氯二氢硅纯度较高，产品质量好，可以带来一定经济效益。

Description

一种二氯二氢硅除杂方法

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，更具体地，本发明涉及一种二氯二氢硅除杂方法。

背景技术

多晶硅是集成电路和光伏发电用关键原材料，是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》制造业领域基础原材料优先主题的重要内容。世界多晶硅生产的产业化技术主要有两种工艺，即改良西门子工艺和硅烷法工艺。

改良西门子法生产多晶硅的过程中，会产生部分的二氯二氢硅。这种物质存在易燃、易爆、沸点低的特点，如果不得到有效的回收利用，则会进入多晶硅尾气系统，造成尾气负荷大，安全事故频发的问题。针对二氯二氢硅的性质，现在国内外已经有部分厂家采用歧化技术将二氯二氢硅转化为三氯氢硅，重新返回多晶硅系统利用。这在一定程度上缓解了二氯二氢硅带来的负面影响。

随着对改良西门子工艺的进一步研究，发现质量高纯的二氯二氢硅能够与三氯氢硅混合后，直接送入还原炉生长多晶硅，且能够极大提高多晶硅的生长速率，降低多晶硅还原电耗。针对这一发现，有部分厂家在积极开展二氯二氢硅还原的技术研究，但在研究过程中发现，二氯二氢硅属于低沸物，含有大量的B、P等杂质，导致二氯二氢硅产品质量难以保证，导致多晶硅产品质量出现很大滑坡。为了解决二氯二氢硅产品质量问题，国内已经开展了一些研究工作，主要都是通过改变二氯二氢硅提纯形式，想达到提升产品质量的目的。而实际取得的效果如下：

1、采用筛板塔提纯二氯二氢硅。这种属于传统的精馏技术，其效率低下，耗能高，产品质量差。

2、采用提纯塔提纯二氯二氢硅。提纯塔近年来在三氯氢硅提纯领域已经取得很大成效，于是就有研究人员将这种技术应用于二氯二氢硅提纯，从提纯效果来看，能耗较筛板塔有很大优化，但提纯产品的B、P、金属杂质含量仍然很高，无法达到生产高纯多晶硅所需。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

为此，本发明的一个目的在于提出一种除杂效果好、效率高、能耗低且产品质量好的二氯二氢硅除杂方法。

根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法，包括以下步骤：a)对待除杂的液态二氯二氢硅通过金属丝网填料进行粗提纯，得到气态二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物；和b)通过吸附剂吸附除去所述气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅。

根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法，首先通过粗提纯的方法将沸点较低的二氯二氢硅汽化分离出来，再通过吸附剂除去气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅，该方法操作简单，所用设备投资少，能耗低，且得到产物二氯二氢硅纯度较高，产品质量好，可以带来一定经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的二氯二氢硅除杂方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述步骤a）具体包括：将所述液态二氯二氢硅送入提纯塔内的填料提纯区进行粗提纯，其中，所述填料提纯区内设置有金属丝网填料。

根据本发明的一个实施例，所述步骤b）包括：b-1)使所述气态的二氯二氢硅通过提纯塔内的吸附区进行精提纯以除去所述二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅；和b-2）使所述高纯二氯二氢硅冷凝，得到液态高纯二氯二氢硅。

根据本发明的一个实施例，所述步骤b）还包括：b-3)将所述液态高纯二氯二氢硅的一部分作为产品采出，另一部分作为回流液回流至所述提纯塔的填料提纯区。

根据本发明的一个实施例，所述高沸物为富含杂质的液相氯硅烷。

根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤：c）将所述液相氯硅烷加热成气相氯硅烷并与塔顶回流液进行传质、传热。

根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤：d）对所述液态的氯硅烷的一部分进行冷却后作为高沸物采出。

根据本发明的一个实施例，所述金属丝网填料为波纹板金属丝网填料。

根据本发明的一个实施例，所述吸附剂为活性炭吸附剂。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法流程示意图；

图2是根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法中所用除杂设备结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

首先，参考图1描述根据本发明的二氯二氢硅除杂方法的流程。

具体地，根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法包括以下步骤：

a)对待除杂的液态二氯二氢硅通过金属丝网填料进行粗提纯，得到气态二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物；和

b)通过吸附剂吸附除去所述气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅。

由此，根据本发明实施例的二氯二氢硅除杂方法，首先通过粗提纯的方法将沸点较低的二氯二氢硅汽化分离出来，再通过吸附剂除去气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅，该方法操作简单，所用设备投资少，能耗低，且得到产物二氯二氢硅纯度较高，产品质量好，可以带来一定经济效益。

其中，所述步骤a）具体可以包括：将所述液态二氯二氢硅送入提纯塔内的填料提纯区进行粗提纯，其中，所述填料提纯区内设置有金属丝网填料。

将液态的二氯二氢硅送入提纯塔内的填料提纯区进行粗提纯，可得到气态二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物。关于粗提纯，可以采用在所述填料提纯区内设置金属丝网填料的方法，将液态的二氯二氢硅通入填料提纯区，在金属丝网填料的提纯下得到并分离出气态二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物。为了进一步提高粗提纯的效果，所述金属丝网填料可以为波纹板金属丝网填料，该填料可以有效去除二氯二氢硅中的部分杂质。

关于步骤b），需要理解的是，通过吸附剂吸附除去所述气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质的方法没有特殊限制，例如可以将气态的二氯二氢硅通过提纯塔内的吸附区进行精提纯以除去所述二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅。关于吸附区内吸附剂的选择，可以采用能够有效吸附硼、磷、以及金属杂质的吸附剂，优选地，本发明采用特殊活性炭作为吸附区的吸附剂。

为了得到液态高纯二氯二氢硅，可以将所述高纯气相二氯二氢硅进行冷凝。关于冷凝的方法及装置没有特殊限制，例如可以采用冷凝器将其冷凝。

关于冷凝得到的液态高纯二氯二氢硅，可以将其一部分作为产品采出，另一部分作为回流液回流至所述提纯塔，回流至提纯塔的回流液流量可以适当调整，从而增大气液交换效率，提高整体运行效率。

关于所述液态高沸物，需要理解的是，所述液态高沸物为富含杂质的液相氯硅烷，所述液相氯硅烷主要为液态三氯氢硅，并含有少量的液态二氯二氢硅。

将所述液相氯硅烷的至少一部分加热成气相氯硅烷并与塔顶回流液进行传质、传热。

所述气相氯硅烷主要包括气相二氯二氢硅和三氯氢硅，将气相二氯二氢硅和三氯氢硅送至所述提纯塔内以与所述填料提纯区的液态二氯二氢硅进行传质、传热，可以增加气液交换效率，提高整体运行效率。

为了充分利用除杂过程产生的富含杂质的液态高沸物，降低对环境的污染，可以将所述液态高沸物进行进一步处理。其处理方法具体可以包括：

优选地，可以将所述液态氯硅烷的一部分进行冷却后作为高沸物采出。高沸物中主要为富含杂质的液相三氯氢硅和二氯二氢硅的混合物。冷却方法和设备也没有特殊限制，例如可以将液态氯硅烷通入高沸物冷却器得到低温的富含杂质的液相三氯氢硅和二氯二氢硅的混合物。低温的液相三氯氢硅和二氯二氢硅的混合物可以进入三氯氢硅提纯塔中进行二次提纯，以得到高品质的三氯氢硅，用于生产多晶硅。

由此，可以对提纯产生的富含杂质的液态高沸物进行充分利用，不仅减少了环境污染，还提高了整体运行效率。

下面结合图2描述根据本发明的二氯二氢硅除杂方法中使用到的二氯二氢硅除杂设备。

所述二氯二氢硅除杂设备包括提纯塔10，提纯塔10包括：填料提纯区20和吸附区30。

填料提纯区20设有将待除杂的液相二氯二氢硅输送进提纯塔10内的进料口21，填料提纯区20对由进料口21提供的液相二氯二氢硅进行粗提纯，得到气相二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物。

吸附区30设在填料提纯区20上方且吸附区30内配置有吸附剂，以对所述气相二氯二氢硅进行精提纯来除去其中的杂质。

其中，填料提纯区20的下方设有进气口22，通过进气口22向提纯塔10内提供气相的二氯二氢硅，吸附区30的上方设有出气口31，以将经精提纯的气相二氯二氢硅排出提纯塔10。

由此，通过所述二氯二氢硅除杂设备可以实现二氯二氢硅的除杂，得到高纯二氯二氢硅，该设备结构简单，投资少，能耗低，且得到产物二氯二氢硅纯度较高，产品质量好，适合推广使用。

在一个示例中，提纯塔10还具有排液口11，排液口11设在提纯塔10的底部以将粗提纯所产生的液态高沸物排出提纯塔10。

在一个示例中，所述除杂设备还包括再沸器60，再沸器60与排液口11相连以将提纯塔10排出高沸物，同时将其中的液态氯硅烷转变为气相氯硅烷。气相氯硅烷可以送至提纯塔10与填料提纯区20的液态二氯二氢硅进行传质、传热，以增加气液交换效率，提高整体运行效率。

为了将高沸物中液相氯硅烷冷却为容易储存的富含杂质的液相三氯氢硅和二氯二氢硅的混合物，在一个示例中，优选地，所述除杂设备还包括高沸物冷却器50，高沸物冷却器50与排液口11相连以将其中的高温三氯氢硅冷却为容易储存的低温三氯氢硅。

在一个示例中，所述除杂设备还包括冷凝器70，冷凝器70可以将所述高纯二氯二氢硅进行冷凝。由此，冷凝得到的液态高纯二氯二氢硅，可以将其一部分作为产品采出，另一部分作为回流液回流至提纯塔10，回流至提纯塔10的回流液流量可以适当调整，从而增大气液交换效率，提高整体运行效率。

在一个示例中，填料提纯区20填充有金属丝网填料。由此，所述金属丝网填料可以为波纹板金属丝网填料，该填料提纯塔可以有效去除部分杂质，杂质进入高沸物中排出。

在一个示例中，所述吸附剂为活性炭吸附剂。由此，可以有效吸附二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到纯度较高的二氯二氢硅。

下面结合具体实施例和实验例描述根据本发明的二氯二氢硅除杂方法。

实施例1

所述二氯二氢硅除杂所用设备如图2所示，所述二氯二氢硅除杂设备包括提纯塔10，提纯塔10包括：填料提纯区20、吸附区30、高沸物冷却器50、再沸器60和冷凝器70。

填料提纯区20设有将待除杂的液相二氯二氢硅输送进提纯塔10内的进料口21，吸附区30设在填料提纯区20上方且吸附区30内配置有吸附剂，填料提纯区20的下方设有进气口22，再沸器60将液相氯硅烷转变为气相氯硅烷，通过进气口22进入提纯塔10内，吸附区30的上方设有出气口31。

所述除杂设备还包括高沸物冷却器50，高沸物冷却器50与排液口11相连以将其中的液相氯硅烷冷却为容易储存的低温富含杂质的液相三氯氢硅和二氯二氢硅的混合物。

采用如图2所示的二氯二氢硅除杂设备进行除杂，液态二氯二氢硅送入提纯塔10内的填料提纯区20进行粗提纯，填料提纯区20内设置有金属丝网填料提纯，得到气态二氯二氢硅和富含杂质的液相高沸物。

将气态的二氯二氢硅通过提纯塔10内的吸附区30进行精提纯以除去二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅；将高纯二氯二氢硅经冷凝器70冷凝，得到液态高纯二氯二氢硅，并将液态高纯二氯二氢硅的一部分作为产品采出，另一部分作为回流液回流至提纯塔10。

将液相氯硅烷的至少一部分加热成气相氯硅烷并回流至提纯塔10以便与填料提纯区20的液态二氯二氢硅进行传质、传热；液相氯硅烷的另一部分可以进行冷却后作为高沸物采出。

由此，可以实现二氯二氢硅的除杂提纯。

实验例1

采用实施例1所述方法及设备将样品1、样品2和样品3进行除杂提纯，提纯结果见表1、表2、表3所示。

表1样品1提纯前后杂质变化表

表2样品2提纯前后杂质变化表

表3样品3提纯前后杂质变化表

由上述实施例和实验例可以看出，根据本发明的二氯二氢硅除杂方法，可以有效除去气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅，该方法操作简单，所用设备投资少，能耗低，且得到产物二氯二氢硅纯度较高，产品质量好，可以带来一定经济效益。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种二氯二氢硅除杂方法，其特征在于，由以下步骤组成：

a)对待除杂的液态二氯二氢硅通过金属丝网填料进行粗提纯，得到气态二氯二氢硅和富含杂质的液态高沸物；和

b)通过吸附剂吸附除去所述气态二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅,所述步骤b)包括：

b-1)使所述气态的二氯二氢硅通过提纯塔内的吸附区进行精提纯以除去所述二氯二氢硅中的硼、磷、以及金属杂质，得到高纯二氯二氢硅；

b-2)使所述高纯二氯二氢硅冷凝，得到液态高纯二氯二氢硅；和

b-3)将所述液态高纯二氯二氢硅的一部分作为产品采出，另一部分作为回流液回流至所述提纯塔的填料提纯区；

c)将所述液相氯硅烷的至少一部分加热成气相氯硅烷并与塔顶回流液进行传质、传热；

d)对所述液态的氯硅烷的一部分进行冷却后作为高沸物采出。

2.根据权利要求1所述的二氯二氢硅除杂方法，其特征在于，所述步骤a)包括：将所述液态二氯二氢硅送入提纯塔内的填料提纯区进行粗提纯，其中，所述填料提纯区内设置有金属丝网填料。

3.根据权利要求1所述的二氯二氢硅除杂方法，其特征在于，所述高沸物为富含杂质的液相氯硅烷。

4.根据权利要求1所述的二氯二氢硅除杂方法，其特征在于，所述金属丝网填料为波纹板金属丝网填料。

5.根据权利要求1所述的二氯二氢硅除杂方法，其特征在于，所述吸附剂为活性炭吸附剂。