CN104080738A - 氢氯硅烷生产中结垢的降低 - Google Patents

氢氯硅烷生产中结垢的降低 Download PDF

Info

Publication number
CN104080738A
CN104080738A CN201280051603.3A CN201280051603A CN104080738A CN 104080738 A CN104080738 A CN 104080738A CN 201280051603 A CN201280051603 A CN 201280051603A CN 104080738 A CN104080738 A CN 104080738A
Authority
CN
China
Prior art keywords
trichlorosilane
silicon tetrachloride
process stream
iron
hcl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201280051603.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104080738B (zh
Inventor
施泰因·朱尔斯鲁德
安娅·奥拉夫森·斯耶斯塔德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rec Silicon Inc
Original Assignee
Rec Silicon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rec Silicon Inc filed Critical Rec Silicon Inc
Publication of CN104080738A publication Critical patent/CN104080738A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104080738B publication Critical patent/CN104080738B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C01B33/10715—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by reacting chlorine with silicon or a silicon-containing material
    • C01B33/10731—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by reacting chlorine with silicon or a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/10778—Purification

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了用于减少氢氯硅烷生产设备中铁硅化物和/或铁磷化物结垢和/或腐蚀的实施方式。在四氯化硅工艺料流中包含充足的三氯硅烷以最小化氯化氢的形成，从而抑制铁(II)氯化物的形成并降低铁硅化物和/或铁磷化物结垢、过热器腐蚀或其组合。

Description

氢氯硅烷生产中结垢的降低
相关申请交叉引用
本申请要求提交于2011年10月20日的US临时申请No.61/549701的权益，其全文通过参考并入本文。
技术领域
本公开涉及在氢氯硅烷生产设备中用于减少结垢的方法的实施方式。
发明概述
氢氯硅烷生产设备包括例如四卤化硅过热器和氢化反应器的部件。一个或多个生产设备部件可能包含铁。另外，硅进料可能包含痕量的铁。通过在四卤化硅工艺料流中包含充足的三卤硅烷浓度以使卤化氢的形成最小化，从而抑制铁卤化物的形成并减少过热器腐蚀、生产设备组件(例如氢化反应器)的铁硅化物和/或铁磷化物结垢、或其组合，氢卤硅烷生产设备中的铁硅化物结垢和腐蚀被降低。
在一个实施方式中，所述生产设备是氢氯硅烷生产设备，以及所述方法包括：确定存在于四氯化硅(STC)工艺料流中的HCl的分压，确定足以使HCl形成最小化的三氯硅烷(TCS)的浓度，以及在STC工艺料流中加入确定浓度的TCS，从而使HCl的形成和随后的结垢和/或腐蚀最小化。可在四氯化硅过热器的上游将TCS添加到STC工艺料流中。在另一个实施方式中，所述方法包括从四氯化硅蒸馏柱获得STC工艺料流，所述四氯化硅蒸馏柱在适合于提供包含STC和足够浓度的TCS的蒸馏物的蒸馏条件下操作。在一些实施方式中，TCS浓度为0.2mol％至2mol％，例如0.5mol％至1.5mol％，或0.9mol％至1.1mol％。
本发明的上述和其它目的、特征和优势将通过以下参考附图进行的详细描述变得更清楚。
附图说明
图1是氢氯硅烷生产设备的示意性流程图。
图2是HCl分压对H2分数图，其示出了当H2/SiCl4比率、HCl分压和三氯硅烷含量变化时，FeCl2-FeSi的转换。
发明详述
将四卤化硅(例如四氯化硅)氢化以制备氢卤硅烷和硅烷。例如参见美国专利No.4,676,967和国际公开No.WO2006/098722。氢卤硅烷生产设备包括包含四卤硅烷过热器和氢化反应器的组件。在生产设备的构建中使用的合金一般是铁基合金。铁也可能作为痕量组分(例如小于1％(w/w)，或小于0.1％(w/w))存在于在生产设备中使用的硅进料中。
四卤化硅过热器中的温度足以在卤化物的活性高时产生显著的铁卤化物蒸气压。例如，在四氯化硅过热器中，在典型操作温度下产生显著的铁(II)氯化物蒸气压。
参照图1，氢氯硅烷生产设备10包括四氯化硅(STC)过热器20和氢化反应器30。如果四氯化硅工艺料流40是纯净的或包含任意HCl，那么当过热器壁中的铁与氯离子反应时生成FeCl2蒸气。当STC由包含痕量铁的硅进料制成时，铁也可能存在于STC工艺料流40中。STC工艺料流40还可能包括氢气。在STC过热器30中，STC与氢气反应产生三氯硅烷和氯化氢。
氯化氢可以在过热器20中与在STC进料和/或铁合金中存在的铁反应生成铁(II)氯化物。
2HCl(g)+Fe(s)→FeCl2(s)+H2(g)   (2)
在一些条件下，铁(II)氯化物与STC和氢气反应生成铁硅化物
铁硅化物沉积在过热器20上并能随后在过热器壁上形成钝化处理，因而抑制了随后铁(II)氯化物随时间的形成。
然而，在过量HCl的存在下，反应式(3)中的平衡左移，过热器20中FeCl2的浓度增加。FeCl2在过热器20中在操作温度下具有显著的蒸气压力。因而，随着FeCl2量的增加，FeCl2蒸气浓度也增加。随后将FeCl2蒸气与加热过的STC工艺料流45一起输送到反应器的其它区域。例如，可将FeCl2蒸气与加热过的STC工艺料流45一起输送到氢化反应器30中的分配器板区域，在所述区域中，当四氯化硅工艺料流40和氢气工艺料流50在氢化反应器30中混合时可形成铁硅化物和/或磷化物(如果工艺料流中存在磷化氢或其它磷基化合物)。铁硅化物和/或磷化物的沉积导致分配器孔的结垢和生产运行的中断。FeCl2蒸气的形成也导致过热器20的腐蚀。在较小程度上，高的氯化物活性可导致铁以及其它合金元素的运输。长此以往，这种材料的运输和其所导致的结垢和/或腐蚀会减少四氯化硅过热器20和/或氢化反应器30的寿命。
通过保持合适的与HCl相关的分压和浓度，以使得没有允许形成铁(II)氯化物的过量HCl浓度，减少或防止了结垢和/或腐蚀。理想地，在STC工艺料流中的HCl浓度被降至最低，从而驱使反应式(3)中的平衡向右移动，并最小化或防止FeCl2的形成。
在一些实施方式中，向STC工艺料流40加入三氯硅烷(TCS)60和/或将TCS维持在STC工艺料流中，在STC过热器20(以及工艺料流的其它部位)中在增加硅化物的活性的同时降低氯化物的活性，从而减少或防止结垢。在STC工艺料流中存在的TCS与HCl反应并降低HCl分压。
HSiCl3(g)+HCl(g)→SiCl4(g)+H2(g)   (4)
HCl的减少继而降低反应式(2)中的反应程度并使反应式(3)中的平衡右移，从而降低产生的FeCl2的量或甚至防止FeCl2形成。
图2示出了就工艺料流的H2/SiCl4比率、HCl含量和TCS含量而言，在反应式(3)所示的反应期间FeCl2-FeSi的关系。图2中的数据在30bar总压下，823K温度下得到。参照图2，曲线A表明在过热器中FeCl2相和FeSi相之间的界限。在给定的H2分数下，如果HCl分压在曲线A以上，则FeCl2为多数。如果HCl分压在曲线A以下，则FeSi为多数。曲线B代表STC/H2混合物中HCl分压作为H2分数的函数。例如，当H2分数为0.1时，HCl的分压为～0.3；当H2分数为0.7时，HCl的分压为～0.45。
通过维持反应条件以使HCl分压曲线(例如曲线B)在曲线A以下来减少或消除结垢和/或腐蚀。当HCl分压曲线在曲线A以下时，有较少的可与在过热器合金中的铁反应的HCl(反应式(2))，并且反应式(3)中的平衡也向右移动，有利于形成FeSi而不是形成FeCl2。如图2所示，只要H2分数小于0.4，曲线B(HCl分压)就在曲线A之上，表示不需要的操作条件。
在STC过热器中提供TCS降低HCl分压，因为TCS与HCl反应(反应式(4))。例如，当向过热器加入0.5mol％TCS时，HCl分压由曲线C代表。如图2中所见，0.5mol％TCS的加入相对于曲线B(不含TCS)降低了整个的HCl分压曲线。在氢气分数为0.2-1时，曲线C在曲线A以下并且操作条件有利于最小化或防止FeCl2产生。
包含1mol％TCS进一步降低HCl分压，如曲线D所示。在所有H2浓度下曲线D低于曲线A。因此，添加1mol％TCS到STC过热器中非常有利于形成FeSi而不是FeCl2，从而最小化或防止FeCl2的形成。
在一些实施方式中，HCl分压与添加的TCS的量成正比变化。当0.5mol％HCl和1mol％TCS被加入STC过热器中时，HCl分压(曲线E)等同于加入0.5mol％TCS时产生的HCl分压(曲线C)。
过热器中FeCl2形成的减少继而降低FeCl2蒸气向氢化反应器中分配器板的输送，在所述分配器板其可反应以沉积铁硅化物，从而淤塞分配器孔。然而，包含TCS降低STC过程的效率。因此，有利的是在维持足够浓度以有效地减少和/或防止结垢的同时将TCS浓度降至最低。
在一些实施方式中，TCS被加入和/或保持在STC工艺料流中，浓度为至少0.2mol％，至少0.5mol％，0.2mol％至2mol％，0.5mol％至1.5mol％，0.7mol％至1.2mol％，或0.9-1.1mol％。所述浓度至少部分基于在STC工艺料流中存在的HCl浓度。在一些实施方式中，TCS作为分开的组分在STC工艺料流进入过热器之前或之后被添加到STC工艺料流中。在图1中，在STC工艺料流40进入过热器20之前加入TCS60。在其它实施方式中，通过改变STC蒸馏柱70中的条件以使得STC蒸馏物包含所需水平的TCS，在STC工艺料流中保持所需水平的TCS。
本发明公开了用于减少氢氯硅烷生产设备中铁硅化物和/或铁磷化物结垢和腐蚀的方法的实施方式，所述生产设备包括四氯化硅过热器和氢化反应器，其中一个或多个生产设备组件包含铁和/或其中硅进料包含痕量铁，所述方法包括：在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷以抑制HCl形成，从而抑制FeCl2蒸气形成并减少铁硅化物和/或铁磷化物结垢、过热器腐蚀、或其组合。在以上任一或全部实施方式中，三氯硅烷的浓度可为0.2mol％至2mol％，例如0.5mol％至1.5mol％，或0.9mol％至1.1mol％。
在一些实施方式中，包含足够浓度的三氯硅烷包括确定四氯化硅工艺料流中存在的HCl分压；至少部分基于所述HCl分压，确定用于抑制HCl形成的足够浓度的三氯硅烷；以及将所述足够浓度的三氯硅烷加入四氯化硅工艺料流，从而抑制HCl形成。在某些实施方式中，在四氯化硅过热器的上游将三氯硅烷加到四氯化硅工艺料流中。
在一些实施方式中，在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷包括接收来自于四氯化硅蒸馏柱的四氯化硅工艺料流，所述四氯化硅蒸馏柱在适合于提供包含四氯化硅和足够浓度的三氯硅烷的蒸馏物的蒸馏条件下操作。
在以上任一或全部实施方式中，在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷可抑制过热器腐蚀。在以上任一或全部实施方式中，在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷可抑制氢化反应器中的铁硅化物结垢、铁磷化物结垢或其组合。
鉴于本发明的原理可以应用于许多可能的实施方式，应该认识到所说明的实施方式仅是本发明的优选实例而不应被用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书限定。因此我们主张所有来自于这些权利要求的范围和精神内的均是我们的发明。

Claims (9)

1.一种用于减少氢氯硅烷生产设备中铁硅化物和/或铁磷化物结垢和腐蚀的方法，所述生产设备包括四氯化硅过热器和氢化反应器，其中一个或多个生产设备组件包含铁和/或其中硅进料包含痕量铁，所述方法包括：在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷以抑制HCl形成，从而抑制FeCl2蒸气形成并减少铁硅化物和/或铁磷化物结垢、过热器腐蚀、或其组合。
2.权利要求1的方法，其中包含足够浓度的三氯硅烷进一步包括：
确定四氯化硅工艺料流中存在的HCl分压；
至少部分基于所述HCl分压，确定用于抑制HCl形成的足够浓度的三氯硅烷；以及
将所述足够浓度的三氯硅烷加入四氯化硅工艺料流，从而抑制HCl形成。
3.权利要求2的方法，其中在四氯化硅过热器的上游将三氯硅烷加到四氯化硅工艺料流中。
4.权利要求1的方法，其中在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷包括接收来自于四氯化硅蒸馏柱的四氯化硅工艺料流，所述四氯化硅蒸馏柱在适合于提供包含四氯化硅和足够浓度的三氯硅烷的蒸馏物的蒸馏条件下操作。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷抑制过热器腐蚀。
6.权利要求1-4任一项的方法，其中在四氯化硅工艺料流中包含足够浓度的三氯硅烷抑制氢化反应器中铁硅化物结垢、铁磷化物结垢或其组合。
7.权利要求1-4任一项的方法，其中三氯硅烷的浓度为0.2mol％至2mol％。
8.权利要求1-4任一项的方法，其中三氯硅烷的浓度为0.5mol％至1.5mol％。
9.权利要求1-4任一项的方法，其中三氯硅烷的浓度为0.9mol％至1.1mol％。
CN201280051603.3A 2011-10-20 2012-10-19 氢氯硅烷生产中结垢的降低 Active CN104080738B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161549701P 2011-10-20 2011-10-20
US61/549,701 2011-10-20
PCT/US2012/061150 WO2013059686A1 (en) 2011-10-20 2012-10-19 Fouling reduction in hydrochlorosilane production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104080738A true CN104080738A (zh) 2014-10-01
CN104080738B CN104080738B (zh) 2015-12-23

Family

ID=48136135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280051603.3A Active CN104080738B (zh) 2011-10-20 2012-10-19 氢氯硅烷生产中结垢的降低

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9463982B2 (zh)
EP (1) EP2768774B1 (zh)
JP (1) JP5876581B2 (zh)
KR (1) KR101987396B1 (zh)
CN (1) CN104080738B (zh)
TW (1) TWI574915B (zh)
WO (1) WO2013059686A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321246A (en) * 1980-05-09 1982-03-23 Motorola, Inc. Polycrystalline silicon production
US4676967A (en) * 1978-08-23 1987-06-30 Union Carbide Corporation High purity silane and silicon production
JPH1149508A (ja) * 1997-06-03 1999-02-23 Tokuyama Corp 多結晶シリコンの廃棄物の少ない製造方法
WO2006098722A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Rec Advanced Silicon Materials Llc Process for the production of hydrochlorosilanes
US20110110839A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Gt Solar Incorporated Systems and methods of producing trichlorosilane

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE795913A (fr) 1972-02-26 1973-06-18 Degussa Procede de preparation de chlorosilanes
FR2530638A1 (fr) * 1982-07-26 1984-01-27 Rhone Poulenc Spec Chim Procede de preparation d'un melange a base de trichlorosilane utilisable pour la preparation de silicium de haute purete
DE3828344C1 (zh) * 1988-08-20 1989-07-06 Huels Ag, 4370 Marl, De
DE102008041974A1 (de) * 2008-09-10 2010-03-11 Evonik Degussa Gmbh Vorrichtung, deren Verwendung und ein Verfahren zur energieautarken Hydrierung von Chlorsilanen
US8178051B2 (en) 2008-11-05 2012-05-15 Stephen Michael Lord Apparatus and process for hydrogenation of a silicon tetrahalide and silicon to the trihalosilane
JP5368909B2 (ja) 2009-08-12 2013-12-18 信越化学工業株式会社 クロロシラン類の精製方法
CN101905888A (zh) * 2010-08-23 2010-12-08 湖北新蓝天新材料股份有限公司 一种三氯氢硅的生产方法
US8226920B1 (en) * 2011-01-07 2012-07-24 Mitsubishi Polycrystalline Silicon America Corporation (MIPSA) Apparatus and method for producing polycrystalline silicon having a reduced amount of boron compounds by venting the system with an inert gas

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4676967A (en) * 1978-08-23 1987-06-30 Union Carbide Corporation High purity silane and silicon production
US4321246A (en) * 1980-05-09 1982-03-23 Motorola, Inc. Polycrystalline silicon production
JPH1149508A (ja) * 1997-06-03 1999-02-23 Tokuyama Corp 多結晶シリコンの廃棄物の少ない製造方法
WO2006098722A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Rec Advanced Silicon Materials Llc Process for the production of hydrochlorosilanes
US20110110839A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Gt Solar Incorporated Systems and methods of producing trichlorosilane

Also Published As

Publication number Publication date
JP5876581B2 (ja) 2016-03-02
TWI574915B (zh) 2017-03-21
CN104080738B (zh) 2015-12-23
US20130101489A1 (en) 2013-04-25
EP2768774A4 (en) 2015-07-22
KR101987396B1 (ko) 2019-06-10
US9463982B2 (en) 2016-10-11
WO2013059686A1 (en) 2013-04-25
EP2768774A1 (en) 2014-08-27
EP2768774B1 (en) 2017-03-22
KR20140077969A (ko) 2014-06-24
WO2013059686A9 (en) 2013-08-29
TW201331130A (zh) 2013-08-01
JP2014534155A (ja) 2014-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7708970B2 (en) Process for depositing polycrystalline silicon
JP5101532B2 (ja) クロロシランコンビナート内での高沸点化合物の再利用
US8293076B2 (en) Method for producing trichlorosilane and method for producing polycrystalline silicon
EP1882675B1 (en) Method for producing silicon
EP2778131B1 (en) Trihalosilane refining device
CN101378991B (zh) 在综合氯硅烷厂中回收利用高沸点化合物的方法
CN102390836B (zh) 三氯氢硅合成工艺和设备
Pakuła et al. Direct Synthesis of Silicon Compounds—From the Beginning to Green Chemistry Revolution
CN104080738B (zh) 氢氯硅烷生产中结垢的降低
EP2778133A1 (en) Trihalosilane refining device
JPH1149508A (ja) 多結晶シリコンの廃棄物の少ない製造方法
Ye et al. Competitive adsorption and two-site occupation effects in metal-organic chemical vapor deposition of ZnO
JP2016521241A (ja) ヒドロクロロシラン生産における腐食及びファウリングを低減する方法
JP2006169012A (ja) ヘキサクロロジシラン及びその製造方法
JP2006176357A (ja) ヘキサクロロジシランの製造方法
CN104640810B (zh) 借助高沸点氯代硅烷或者含氯代硅烷的混合物制备氯代硅烷的方法
JP6283482B2 (ja) トリクロロシラン製造方法
WO2023074872A1 (ja) トリクロロシランの製造方法及び多結晶シリコンロッドの製造方法
TWI682052B (zh) 製造結晶矽的系統及製造結晶矽的方法
WO2011132621A1 (ja) 水素化ハロゲン化シランの不均化反応用の触媒及びそれを用いたモノシランの製造方法
KR101242437B1 (ko) 삼염화실란의 제조 방법
Mulla et al. Reaction of Magnesium Silicide & Silicon Tetrachloride/Trichlorosilane in Presence of Hydrogen
JP2007284280A (ja) 六塩化二珪素の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151228

Address after: 719314 Yulin City, Zhejiang Province, Yu Jia Industrial Park

Patentee after: REC SILICON INC

Address before: Washington State

Patentee before: Rec Silicon Inc.