CN204022481U - 一种四氯化硅提纯系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种提纯四氯化硅的系统，包括依次连接的：用于将工业级四氯化硅汽化的汽化器；供氯气和汽化后的工业级四氯化硅反应的固定床反应器；用于将从固定床反应器输出的气相产物冷凝并分离获得液化的四氯化硅粗品的气液分离器；以及对液化的四氯化硅粗品进行吸附或精馏纯化的活性氧化铝吸附柱、第一级精馏塔、活性硅胶吸附柱、第二级精馏塔。本实用新型由固定床反应器以及胶体设置的吸附柱和精馏塔组成，利用固定床反应器可以让粗四氯化硅中的含氢化合物与氯气发生反应生成氯化氢而除去，而吸附柱和精馏塔胶体使用不仅可以除去氯化氢，也可以除去粗四氯化硅中的金属氯化物、非金属氯化物以及络合物，从而获得高纯度的四氯化硅。
Description
技术领域
本实用新型涉及高纯化合物提纯技术领域，尤其涉及一种四氯化硅提纯系统。
背景技术
四氯化硅(Silicon Tetrachloride，SiCl4)，是氯与硅结合的最简单化合物，分子量：160.9，熔点-70℃，沸点56.8℃。工业级的SiCl4在常温下是无色透明发烟性液体，有窒息性刺激气味，遇水激烈反应并分解成硅酸和盐酸；能与苯、醚、三氯甲烷和石油醚相混溶，有强腐蚀性。
目前，四氯化硅的来源主要是多晶硅副产、三氯氢硅生产和歧化时的副产四氯化硅。这两种来源所提供的四氯化硅粗产物都含有一定的过渡金属离子杂质和含氢杂质等，这些杂质是引起光纤损耗，石英晶体不纯的关键因素。因此四氯化硅必须经过严格提纯，以除去其中的有害杂质，确保产品质量不受影响。
CN103738966A高纯度四氯化硅的提纯方法，具体步骤如下：(1)以工业级四氯化硅为原料进料，经第一个精馏塔加压精馏，塔顶采出的低沸物进入低沸物储罐；(2)将步骤(1)得到的塔釜采出物经第二个精馏塔加压精馏，塔釜采出的高沸物，进入高沸物储罐；(3)将步骤(2)得到的塔顶采出物经第三个精馏塔加压精馏，塔釜采出物，回到第二个精馏塔，循环提纯；(4)、将步骤(3)得到的塔顶采出物经第四个精馏塔加压精馏，塔顶采出物进入高沸物储罐；(5)、将步骤(4)得到的塔釜采出物经第五个精馏塔加压精馏，塔釜采出物进入高沸物储罐，塔顶采出物即为质量浓度大于99.9999％的高纯度四氯化硅产品。
CN102642839A公开了一种将工业级四氯化硅处理成高纯四氯化硅工艺，该工艺步骤如下：先将粗四氯化硅进入脱重塔，脱重塔塔顶采出物作为初级产品进入缓冲罐，脱重塔塔釜采出物为高沸点杂质和固体杂质；缓冲罐中的初级产品再进入脱轻塔，脱轻塔塔顶的气相物料作为热源进入脱重塔的再沸器，再经过冷凝器冷却，脱轻塔塔釜采出物通过压差进入二级脱重塔；二级脱重塔塔釜采出物回流作为脱重塔的进料，二级脱重塔塔顶采出物即为最终产品。
CN101920964A公开了一种双效精馏提纯四氯化硅方法，它包括以下步骤：(1)前段工艺得到的粗四氯化硅先进入喷淋塔，喷淋塔塔顶冷的分凝器采出的气相为不凝气并且经分凝器冷凝得到的液相粗四氯化硅部分回流，部分作为出料进入脱轻塔；喷淋塔塔釜出料部分进入喷淋塔塔釜再沸器，部分采出；(2)脱轻塔顶气相采出作为热源进入脱重塔塔釜冷凝再沸器，换热后成为液相的热源部分作为脱轻塔塔顶回流液回流，部分采出；脱轻塔塔釜中的粗四氯化硅部分进入脱轻塔塔釜再沸器并且部分作为出料进入脱重塔；(3)脱重塔塔顶采出气相进入脱重塔塔顶全凝器，经全凝器冷凝得到的液相部分回流，部分以产品四氯化硅出料。
以上均是采用多次精馏除去四氯化硅中的杂质，虽然利用精馏方法可以将与SiCl4挥发度相差较大的杂质去除，而对BCl3、PCl3以及产生OH的含氢化合物SiHCl3分离较难。
为了解决该问题，在多次精馏法基础上发展了络合精馏法和吸附精馏法。络合精馏法是利用络合剂与杂质形成高沸点大分子物质，然后采用精馏法分离，该种方法对于去除硼杂质效果理想，但除磷效果较差。吸附精馏法是让活性Al2O3和硅胶作为吸附剂，让四氯化硅通过填充有吸附剂的填料柱，AlCl3，FeCl3，PCl3，BCl3和PCl3等很容易被吸附，但容易引入新的杂质，且吸附剂处理困难。
CN103183350A公开了一种光纤用四氯化硅制备方法，它以多晶硅生产过程中产生的高沸点四氯化硅为原料，以不活泼或惰性气体作为保护气氛，在光照的情况下，通入氯气，使四氯化硅中的杂质三氯氢硅在光化反应器内进行光化反应，同时控制光照强度和光照时间，去除三氯氢硅而得到中间产品；将中间产品进一步精馏提纯，通过控制控制塔釜温度和塔顶温度，选择适宜的回流比将四氯化硅取出，得到高纯度四氯化硅。但杂质去除效果还不是很理想。
实用新型内容
本实用新型提供了一种四氯化硅提纯系统，以解决现有方法制得的四氯化硅纯度不高的问题。
一种四氯化硅提纯系统，包括依次连接的：
用于将工业级四氯化硅汽化的汽化器；
供氯气和汽化后的工业级四氯化硅反应的固定床反应器；
用于将从固定床反应器输出的气相产物冷凝并分离获得液化的四氯化硅粗品的气液分离器；
以及对液化的四氯化硅粗品进行吸附或精馏纯化的活性氧化铝吸附柱、第一级精馏塔、活性硅胶吸附柱、第二级精馏塔。
为了使反应更为充分，所述固定床反应器由串联的两段组成，两段之间的管路上设有屏蔽泵。设置屏蔽泵的目的是上一段固定化床反应器中的四氯化硅会有部分液化，需要重新打入下一段固定化床反应器。
所述汽化器连接氮气罐、氯气罐和工业级四氯化硅罐，氮气罐、氯气罐与汽化器之间的管路上有流量计。
因四氯化硅中含有含氢化合物，如三氯氢硅、二氯氢硅等，该部分含氢化合物与四氯硅烷沸点相近，通过精馏较难以去除，而与过量氯气反应可以生成氯化氢和四氯硅烷，因此气相产物中包含四氯化硅、氯气、氯化氢。为实现氯气的循环利用，所述气液分离器的气相出口连接冷凝收集氯气的冷凝器，也可以连接氯化氢吸收装置。
所述气液分离器的液相出口连接四氯化硅中间储罐，四氯化硅中间储罐的出口连接活性氧化铝吸附柱。
所述第一级精馏塔和第二级精馏塔为填料塔。
所述活性氧化铝吸附柱、第一级精馏塔、活性硅胶吸附柱、第二级精馏塔之间的连通管路上设有屏蔽泵。
与现有技术相比较，本实用新型有益效果为：
本实用新型由固定床反应器以及胶体设置的吸附柱和精馏塔组成，利用固定床反应器可以让粗四氯化硅中的含氢化合物与氯气发生反应生成氯化氢而除去，而吸附柱和精馏塔胶体使用不仅可以除去氯化氢，也可以除去粗四氯化硅中的金属氯化物、非金属氯化物以及络合物，从而获得高纯度的四氯化硅。
附图说明
图1为本实用新型四氯化硅提纯系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种四氯化硅提纯系统，包括氯气罐1、氮气罐2、汽化器3、工业级四氯化硅罐4、第一固定床反应器5、第二固定床反应器6、气液分离器7、活性氧化铝吸附柱9、第一级精馏塔10、活性硅胶吸附柱11、第二级精馏塔12。
氯气罐1、氮气罐2、工业级四氯化硅罐4通过管路与汽化器3连通，其中氯气罐1、氮气罐2与汽化器之间的管路上有流量计21，工业级四氯化硅罐4与汽化器3的管路上设有屏蔽泵20，屏蔽泵20用于将液化的工业级四氯化硅打入汽化器3。
汽化器3通过管路依次连接第一固定床反应器5、第二固定床反应器6、气液分离器7，第一固定床反应器5、第二固定床反应器6之间的管路上有屏蔽泵26，用于将第一固定床反应器5的产物打入第二固定床反应器6的顶部，第二固定床反应器6流出的气相产物依靠重力流入气液分离器7。气液分离器7外部设有冷凝装置，能够将反应物中的四氯化硅液化，而反应生成的氯化氢和氯气以气态形式排出，排出的气相组分可以通入冷凝器，经多级冷凝，收集获得氯气，以实现循环利用。
液化的四氯化硅粗品存储于四氯化硅中间储罐8中，然后分别通过屏蔽泵27、28、29、30依次通入活性氧化铝吸附柱9、第一级精馏塔10、活性硅胶吸附柱11、第二级精馏塔12中，进一步除去杂质，杂质包括氯化氢、金属氯化物、非金属氯化物、络合物等。
第一级精馏塔10顶部设有冷凝器14、泵23、回流罐15，底部设有再沸器22和高沸物储罐13，第二级精馏塔12顶部设有冷凝器17、泵25和回流罐18，底部设有再沸器24和高沸物储罐16。两个精馏塔为填料塔，具体工作过程为：先利用再沸器将底部的物料汽化，物料汽化后被顶部的冷凝器冷凝，泵打入回流罐中，回流罐中的物料部分回流到塔体，与上升的汽化物料相遇发生热交换，从而使低沸组分被汽化，高沸组分被液化，随着时间推移，低沸组分和高沸组分完全分离。回流罐18通过管路还连接高纯四氯化硅储罐19，之间的管路上设有屏蔽泵31。
本实用新型提纯系统工作原理如下：
先打开氮气罐2，对系统进行吹扫，去除多余的空气，然后打开氯气罐1和工业级四氯化硅罐4，将它们打入汽化器3，汽化后再通入固定床反应器反应，气相产物经气液分离器7冷凝，分离获得液化的四氯化硅粗品，液化的四氯化硅粗品再依次通入活性氧化铝吸附柱9、第一级精馏塔10、活性硅胶吸附柱11、第二级精馏塔12除杂。
Claims (7)
1.一种四氯化硅提纯系统，其特征在于，包括依次连接的：
用于将工业级四氯化硅汽化的汽化器；
供氯气和汽化后的工业级四氯化硅反应的固定床反应器；
用于将从固定床反应器输出的气相产物冷凝并分离获得液化的四氯化硅粗品的气液分离器；
以及对液化的四氯化硅粗品进行吸附或精馏纯化的活性氧化铝吸附柱、第一级精馏塔、活性硅胶吸附柱、第二级精馏塔。
2.如权利要求1所述的四氯化硅提纯系统，其特征在于，所述固定床反应器由串联的两段组成，两段之间的管路上设有屏蔽泵。
3.如权利要求1所述的四氯化硅提纯系统，其特征在于，所述汽化器连接氮气罐、氯气罐和工业级四氯化硅罐，氮气罐、氯气罐与汽化器之间的管路上有流量计。
4.如权利要求1所述的四氯化硅提纯系统，其特征在于，所述气液分离器的气相出口连接冷凝收集氯气的冷凝器。
5.如权利要求1所述的四氯化硅提纯系统，其特征在于，所述气液分离器的液相出口连接四氯化硅中间储罐，四氯化硅中间储罐的出口连接活性氧化铝吸附柱。
6.如权利要求1所述的四氯化硅提纯系统，其特征在于，所述第一级精馏塔和第二级精馏塔为填料塔。
7.如权利要求1所述的四氯化硅提纯系统，其特征在于，所述活性氧化铝吸附柱、第一级精馏塔、活性硅胶吸附柱、第二级精馏塔之间的连通管路上设有屏蔽泵。
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