CN216191107U

CN216191107U - 一种提高三氯氢硅品质的装置

Info

Publication number: CN216191107U
Application number: CN202122392192.3U
Authority: CN
Inventors: 官健; 袁野; 陈明亮
Original assignee: Sichuan Yongxiang Poly Silicon Co ltd
Current assignee: Sichuan Yongxiang Poly Silicon Co ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2031-09-30

Abstract

本实用新型公开了一种提高三氯氢硅品质的装置，包括依次连接的混合器、树脂吸附柱和反歧化树脂柱，反歧化树脂柱的物料出口连接合成精馏原料罐，混合器上设三氯氢硅重组分进料管和四氯化硅产品液进料管，所述三氯氢硅重组分进料管连接合成精馏3级塔釜和合成精馏5级塔釜，所述四氯化硅产品液连接合成精馏的渣浆处理装置。本实用新型通过将合成精馏中得到的三氯氢硅重组分与四氯化硅混合，再进行脱硼磷等杂质处理后，再重复用于合成精馏进行处理，具有提升精制三氯氢硅及多晶硅产品质量的目的。

Description

一种提高三氯氢硅品质的装置

技术领域

本实用新型属于多晶硅生产设备领域，具体的说，是一种提高三氯氢硅品质的装置。

背景技术

随着光伏产业的发展，特别是电子行业，其对多晶硅品质的要求不断提高，而作为主要原材料的三氯氢硅的品质直接影响着多晶硅产品的品质及产量。目前由于原材料生产厂家品质良莠不齐，特别是原料里面三氯化硼、三氯化磷等杂质含量超高，对企业的量产及品质的提高产生了一定的影响。在此情况下，各多晶硅企业寻求新的技术方法，期望通过前处理或后精制的方法来祛除一部分三氯化硼、三氯化磷等杂质，提高和稳定原料品质，保证产品质量。

大孔吸附树脂作为一种新型的吸附材料，可以有选择性的吸附处理目标物，达到纯化分离的目的，在去除硼磷等杂质方面，有很好的效果，可作为三氯氢硅原料纯化的前处理工艺。专用吸附树脂是一类能与离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料。机理是树脂上的功能原子与目标离子发生配位反应，形成类似小分子的稳定结构，与目标物的结合力更强，选择性也更高，适合于低浓度下物质的吸附，主要用于高纯产品大的除杂和精制。目前，部分树脂企业经过不断努力，已经开发出了树脂处理技术去除三氯氢硅中杂质的工艺技术，并通过实验得到了验证，取得了准确详尽的工艺技术参数。

例如：公布号为CN105329902A的实用新型专利公开的一种三氯氢硅中ppb级硼和磷元素杂质的吸附除杂工艺，将工业三氯氢硅先经过精馏，再经过改性树脂，吸附除去三氯氢硅中的含硼和磷元素杂质，可以得到高纯三氯氢硅，并使得最终多晶硅产品的质量稳定达到电子级的水平。

但在多晶硅生产过程中，硼、磷杂质的主要来源除工业硅粉带入外，还有氢气及氯化氢的带入，以及少量从设备的带入。硅粉中的硼磷杂质在三氯氢硅合成炉中及冷氢化炉中参与反应，形成硼磷化合物及甲基硅烷而存在于三氯氢硅液体中，可通过多级精馏进行去除，但在高纯精馏体系中，轻重组分的硼、磷及甲基硅烷仍然不易脱除干净。这些杂质在系统内参与物料循环的杂质，随物料一并进入了精馏单元，最后进入还原工序，再随还原尾气进入回收精馏单元，最后形成了一个杂质循环累积。

现有技术中，为解决高纯精馏体系中硼、磷及甲基硅烷等杂质的脱除，公布号为CN103553058A的实用新型专利公开了一种高纯精制三氯氢硅的生产工艺，采用吸附和精馏工艺联合，通过树脂对粗三氯氢硅中的杂质进行吸附后，再通过精馏分离粗三氯氢硅中的四氯化硅、二氯氢硅、三氯二氢硅及氯化氢，精馏得到的三氯氢硅纯度大于99.9999%。除此之外，公布号为CN109205627A的实用新型专利公开了一种吸附脱除甲基氯硅烷杂质制备高纯三氯氢硅的装置和方法，以多级精馏后的三氯氢硅作为吸附原料，采用定向吸附剂对甲基氯硅烷杂质进行分级吸附，吸附后的三氯氢硅物料无需再经过精馏可直接作为还原工序的原料。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提高三氯氢硅品质的装置，通过将合成精馏中得到的三氯氢硅重组分与四氯化硅混合，再进行脱硼磷等杂质处理后，再重复用于合成精馏进行处理，具有提升精制三氯氢硅及多晶硅产品质量的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种提高三氯氢硅品质的装置，包括依次连接的混合器、树脂吸附柱和反歧化树脂柱，反歧化树脂柱的物料出口连接合成精馏原料罐，混合器上设三氯氢硅重组分进料管和四氯化硅产品液进料管，所述三氯氢硅重组分进料管连接合成精馏3级塔釜和合成精馏5级塔釜，所述四氯化硅产品液连接合成精馏的渣浆处理装置。

所述混合器与树脂吸附柱的进料口的管道上设冷却器，用于控制树脂吸附柱的进料温度在60～70℃。

所述树脂吸附柱的出料口与反歧化树脂柱的进料口的管道上设换热器，用于控制反歧化树脂柱的进料温度在40～70℃。

所述树脂吸附柱采用除硼螯合吸附材料为填料，除硼螯合吸附材料的参数满足以下条件：

（1）外观：球状颗粒，无任何树脂颗粒破损、变形；

（2）含水量：干基<1.2wt%，湿基48-54 wt%；

（3）交换容量：≥3.5mmol/g

（4）颗粒大小：0.315～1.26mm（50～14目）；

（5）最高工作温度：≤50℃；

（6）pH值：0～14。

所述反歧化树脂柱采用反歧化催化剂为填料，反歧化树脂柱的参数满足以下条件：

（1）外观：不透明球状颗粒，无任何材料颗粒破损、变形；

（2）含水量：干基<1.0wt%；

（3）主要成分：弱碱性的聚合树脂，游离碱；

（4）交换容量：全交换容量≥5mmol/g，体积交换容量≥1.4mmol/ml；

（5）颗粒大小：平均值0.4-0.7mm，均一系数≤1.8，细粒含量（<0.3mm）≤1.0%,粗粒含量（<1.18mm）≤2%；

（6）最高工作温度：120℃；

（7）pH值：0～14；

（8）堆积密度：0.3～0.35g/ml；

（9）比表面积：35㎡/g；

（10）总孔容积：0.1cc/g，平均孔直径：110A。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型通过在现有的合成精馏系统中设置树脂吸附柱和反歧化树脂柱，可以极大程度的脱除系统循环物料三氯氢硅重组分中的硼磷等杂质以及有机硅，继而降低合成精馏系统中的杂质平衡浓度，从而达到提高精制三氯氢硅及多晶硅产品质量的目的。

（2）本实用新型采用的树脂吸附柱是利用催化树脂的化学吸附反应特性，对主体存在于硅烷系统中的硼磷杂质化合物进行有效脱除，使其含量大幅降低。通过冷却器控制树脂吸附温度在60～70℃，可以达到催化树脂理想的反应温度。

（3）本实用新型采用反歧化催化剂的催化反应特性，可以除去物料中的有机硅杂质。使用时，通过换热器将反歧化催化温度控制在40～70℃，能更有利于催化树脂的反应，从而发挥最大的吸附反应能力。

综上所述，本实用新型通过在合成精馏系统中增加树脂吸附和反歧化催化处理，可以有效降低原合成精馏中三氯氢硅重组分的杂质含量，同时，还能有效降低合成精馏系统中的杂质平衡浓度，从而达到提高精制三氯氢硅及多晶硅产品质量的目的。

附图说明

图1为本实用新型的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

本实施例是一种提高三氯氢硅品质的装置。

该装置包括在合成精馏系统中增设的混合器、反歧化树脂柱、树脂吸附柱、冷却器、换热器等设备。如图1结构所示，合成精馏工艺流程包括合成精馏原料罐、合成精馏1级塔、合成精馏2级塔、合成精馏3级塔、合成精馏4级塔、合成精馏5级塔和合成精馏6级塔。

使用时，将合成、冷氢化的产品液送至合成精馏原料罐（V9101）后再进入合成精馏1级塔进行分离，塔釜采出STC，塔顶采出TCS和DCS。分离得到的STC及渣浆蒸发机（807-3、807-4）分离的STC一起进入合成精馏6级塔进行脱高，将重组分和金属杂质从塔釜采出，输送至807-4进行渣浆处理，塔顶采出符合产品质量要求的STC（四氯化硅产品液）供冷氢化和反歧化工序使用。

上述从合成精馏1级塔塔顶分采出的TCS和DCS，进入合成精馏2级塔进行分离，DCS从合成精馏2级塔顶采出并送至反歧化工序，TCS从合成精馏2级塔釜采出，再依次进入合成精馏3级塔、合成精馏4级塔、合成精馏5级塔进行提纯。其中，合成精馏3级塔用于脱重，合成精馏4级塔用于脱轻，合成精馏5级塔用于再次脱重，得到的精制TCS从合成精馏5级塔塔顶采出，输送至成品储罐，作为还原的原料进行生产。

将上述合成精馏3级塔釜和合成精馏5级塔釜采出的三氯氢硅重组分通过三氯氢硅重组分进料管送至混合器，与渣浆处理装置处理后的四氯化硅产品液进行混后，通过冷却器控制温度在60～70℃下，送入树脂吸附柱进行处理，得到硼含量≤0.3ppb 、磷含量≤1.3ppb的硅烷物料。然后再通过换热器控制处理后硅烷物料的温度在40～70℃下，送入反歧化树脂柱进行反歧化催化反应，得到有机硅含量≤50ppm的硅烷物料再返回至V9101循环使用。

随着系统物料的不断循环，杂质平衡浓度得到控制，使得合成精馏的精制三氯氢硅品质得以提升，其中硼含量≤0.06ppb、磷含量为0.2～0.5ppb、有机硅含量为1～5ppm，有利于多晶硅产品质量的提升。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种提高三氯氢硅品质的装置，其特征在于：包括依次连接的混合器、树脂吸附柱和反歧化树脂柱，反歧化树脂柱的物料出口连接合成精馏原料罐，混合器上设三氯氢硅重组分进料管和四氯化硅产品液进料管，所述三氯氢硅重组分进料管连接合成精馏3级塔釜和合成精馏5级塔釜，所述四氯化硅产品液连接合成精馏的渣浆处理装置。

2.根据权利要求1所述的一种提高三氯氢硅品质的装置，其特征在于：所述混合器与树脂吸附柱的进料口的管道上设冷却器。

3.根据权利要求1所述的一种提高三氯氢硅品质的装置，其特征在于：所述树脂吸附柱的出料口与反歧化树脂柱的进料口的管道上设换热器。

4.根据权利要求1所述的一种提高三氯氢硅品质的装置，其特征在于：所述树脂吸附柱采用除硼螯合吸附材料为填料。

5.根据权利要求1所述的一种提高三氯氢硅品质的装置，其特征在于：所述反歧化树脂柱采用反歧化催化剂为填料。