CN221332799U - 硅烷气提纯塔 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种硅烷气提纯塔，包括：塔体主体、气体回路和压力检测组件，通过设置气体回路可以使得塔体主体顶部的硅烷气进行回流加压，压力检测组件用于检测顶部的硅烷气压力是否符合要求，再通过控制阀体将符合要求的硅烷气，向采集通道导通进行采集，这样的设置一方面能够掌控顶部硅烷气的具体压力，以达到采集符合要求的硅烷气的目的，另一方面可以根据实际的需要对压力进行调控，避免加热组件过渡消耗能量，导致硅烷气受到塔体主体底部的气体冲击，最终导致硅烷气纯度不纯的情况。本申请有效地解决了现有技术中硅烷气提纯塔采用持续加热的方式提高硅烷气的压力，导致硅烷气提纯时的质量不稳定，并且能耗升高不利于成本控制的问题。

Description

硅烷气提纯塔

技术领域

本申请涉及电子级硅烷气采集的技术领域，尤其涉及一种硅烷气提纯塔。

背景技术

电子级硅烷气是一种电子特种气体，主要由硅粉、氢气、四氯化硅、催化剂等经过反应、提纯生产的产品，其中纯度在6N以上的硅烷成为电子级硅烷气。电子级硅烷气是一种不可替代的特殊气体，主要用于在颗粒单晶硅、多晶硅的生产中，应用在半导体、光伏、显示面板等领域。

目前国内市场上的硅烷气大都采用的是三氯氢硅歧化法，因硅烷气的生产是连续运行的，在不进行加压处理的情况下，硅烷气的纯度并不太高，一般在3-4N之间，不能够到达电子级。现有技术中采用硅烷提纯塔进行提纯，通常采用低压蒸汽和导热油进行加热，通过底部的电加热器进行温度控制，使得顶部的硅烷气压力达到要求，但是由于硅烷气的含量以及压力并不稳定，过度加压会导致硅烷气的成分不均匀，造成生产波动，产品质量不合格，并且长时间的加热对于提纯的过程能耗非常大，不利于成本控制。

实用新型内容

本申请提供了一种硅烷气提纯塔，以解决现有技术中的硅烷气提纯塔采用持续加热的方式提高硅烷气的压力，导致硅烷气提纯时的质量不稳定，并且能耗升高不利于成本控制的问题。

本申请实施例提供了一种硅烷气提纯塔，包括：塔体主体、气体回路和压力检测组件，所述塔体主体设置有第一出口、回流入口、进料口、第二出口、加热组件，所述第一出口和所述回流入口均设置于所述塔体主体的顶部，所述进料口设置于所述第一出口与所述第二出口之间，所述加热组件与所述第二出口设置于所述塔体主体的底部；所述气体回路包括进气通道、回流通道和采集通道，所述进气通道的入口端与所述第一出口连通，所述进气通道的出口端连通一个控制阀体，所述控制阀体分别连通所述回流通道和所述采集通道，所述回流通道远离所述控制阀体的一端与所述回流入口连通，所述压力检测组件采集所述进气通道内的流体压力。

根据本申请的一些实施例，所述压力检测组件包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述进气通道内。

根据本申请的一些实施例，所述压力检测组件包括第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述回流通道内。

根据本申请的一些实施例，所述进气通道内设置有冷却结构。

根据本申请的一些实施例，所述冷却结构为换热器，所述换热器连接有供液管道，所述供液管道内设置有由下至上的冷却介质。

根据本申请的一些实施例，所述加热组件为电加热器，所述电加热器的加热结构设置于所述塔体主体的内部，且所述加热结构位于所述进料口与所述第二出口之间。

根据本申请的一些实施例，所述硅烷气提纯塔还包括控制组件，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述冷却结构、所述控制阀体以及所述加热组件均与所述控制组件电性连接。

根据本申请的一些实施例，所述塔体主体包括由上至下依次设置的塔体段和塔釜段，沿高度方向，所述塔体段的长度大于所述塔釜段的长度，沿垂直于高度方向上的截面，所述塔体段在所述截面上的投影面积小于所述塔釜段在所述截面上的投影面积。

根据本申请的一些实施例，所述塔体段和所述塔釜段之间设置有过渡段，沿所述塔体段靠近所述塔釜段的方向，所述过渡段的横截面积逐渐增大。

根据本申请的一些实施例，所述控制阀体与所述采集通道之间设置有气动溢流阀，以及/或者，所述控制阀体为气动溢流阀。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的一种硅烷气提纯塔，包括：塔体主体、气体回路和压力检测组件，塔体主体设置有第一出口、回流入口、进料口、第二出口、加热组件，第一出口和回流入口均设置于塔体主体的顶部，进料口设置于第一出口与第二出口之间，加热组件与第二出口设置于塔体主体的底部；气体回路包括进气通道、回流通道和采集通道，进气通道的入口端与第一出口连通，进气通道的出口端连通一个控制阀体，控制阀体分别连通回流通道和采集通道，回流通道远离控制阀体的一端与回流入口连通，压力检测组件采集进气通道内的流体压力。通过设置气体回路可以使得塔体主体顶部的硅烷气进行回流加压，压力检测组件用于检测顶部的硅烷气压力是否符合要求，再通过控制阀体将符合要求的硅烷气，向采集通道导通进行采集，这样的设置一方面能够掌控顶部硅烷气的具体压力，以达到采集符合要求的硅烷气的目的，另一方面可以根据实际的需要对压力进行调控，避免加热组件过渡消耗能量，导致硅烷气受到塔体主体底部的气体冲击，最终导致硅烷气纯度不纯的情况。本申请有效地解决了现有技术中硅烷气提纯塔采用持续加热的方式提高硅烷气的压力，导致硅烷气提纯时的质量不稳定，并且能耗升高不利于成本控制的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出了本申请实施例提供的一种硅烷气提纯塔的原理示意图；

图2示出了图1硅烷气提纯塔的结构示意简图。

其中，上述附图包含如下的附图标记：

10、塔体主体；11、第一出口；12、回流入口；13、进料口；14、第二出口；15、加热组件；16、塔体段；17、塔釜段；18、过渡段；20、气体回路；21、进气通道；22、回流通道；23、采集通道；24、控制阀体；25、冷却结构；30、压力检测组件；31、第一压力传感器；32、第二压力传感器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的相对位置关系或运动情况，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”、“前”、“后”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置发生了位置翻转或者姿态变化或者运动状态变化，那么这些方向性的指示也相应的随着变化，例如：描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种硅烷气提纯塔，包括：塔体主体10、气体回路20和压力检测组件30，塔体主体10设置有第一出口11、回流入口12、进料口13、第二出口14、加热组件15，第一出口11和回流入口12均设置于塔体主体10的顶部，进料口13设置于第一出口11与第二出口14之间，加热组件15与第二出口14设置于塔体主体10的底部；气体回路20包括进气通道21、回流通道22和采集通道23，进气通道21的入口端与第一出口11连通，进气通道21的出口端连通一个控制阀体24，控制阀体24分别连通回流通道22和采集通道23，回流通道22远离控制阀体24的一端与回流入口12连通，压力检测组件30采集进气通道21内的流体压力。

通过设置气体回路20可以使得塔体主体10顶部的硅烷气进行回流加压，压力检测组件30用于检测顶部的硅烷气压力是否符合要求，再通过控制阀体24将符合要求的硅烷气，向采集通道23导通进行采集，这样的设置一方面能够掌控顶部硅烷气的具体压力，以达到采集符合要求的硅烷气的目的，另一方面可以根据实际的需要对压力进行调控，避免加热组件15过渡消耗能量，导致硅烷气受到塔体主体10底部的气体冲击，最终导致硅烷气纯度不纯的情况。本申请有效地解决了现有技术中硅烷气提纯塔采用持续加热的方式提高硅烷气的压力，导致硅烷气提纯时的质量不稳定，并且能耗升高不利于成本控制的问题。

需要说明的是，本实施例中的硅烷气提纯属于精馏方法，利用物料的沸点不同，使得高纯度的硅烷气聚集在塔体主体10的顶部，塔体主体10的顶部的操作压力为0.2Mpa至0.5Mpa，塔顶温度为-90℃至-60℃，塔体主体10的底部温度为40℃至85℃，塔底得到氯硅烷混合物(含有四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅以及硅烷气)。

在本实施例的技术方案中，硅烷气提纯塔中，塔体主体10的顶部压力较大时进行硅烷气的采集，而顶部压力较小的时候，说明塔体主体10内尤其是靠近底部的位置杂质较多，此时可以通过第二出口14加速杂质的排出，这样提高了硅烷气的含量，同时可以产生压差，使得进料口13处可以加速物料的进入，增加硅烷气提纯的效率。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，压力检测组件30包括第一压力传感器31，第一压力传感器31设置于进气通道21内。第一压力传感器31用于检测从塔体主体10出来的气体压力，以便于判断是否需要提纯后的硅烷气的压力状态。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，压力检测组件30包括第二压力传感器32，第二压力传感器32设置于回流通道22内。第二压力传感器32检测回流通道22内的压力，这样的设置有利于检测气体回路20内的流体压力，进而配合第一压力传感器31更加精准地检测塔体主体10的顶部是否需要提高压力。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，进气通道21内设置有冷却结构25。冷却结构25的设置能够进一步降低气体回路20中的硅烷气温度，一方面能够降低因为回流导致的热量变化，另一方面能够进一步提纯的作用，有利于硅烷气生产的质量。降温后的硅烷气可以回到塔体主体10的顶部给顶部的硅烷气降温，能够使得回流的硅烷气与塔顶的硅烷气结合后在温度的差异下与其他气体分层提高纯度，以便于后续采出的硅烷气纯度更高。

在本实施例的技术方案中(图中未示出)，冷却结构25为换热器，换热器连接有供液管道，供液管道内设置有由下至上的冷却介质。换热器的设置原理简单，并且现有技术中可以选择的较为成熟的换热器众多，这样的设置效果稳定并且利于控制。供液管道内设置有由下至上的冷却介质，这样能够增加冷却介质的作用效果，提高冷却的效果。冷却介质可以选择氟利昂，氟利昂不会与硅烷气等产物进行反应，化学稳定性良好，对金属的设备也不会产生腐蚀作用，适用于本实施例中对硅烷气的提纯。

在本实施例的技术方案中(图中未示出)，加热组件15为电加热器，电加热器的加热结构设置于塔体主体10的内部，且加热结构位于进料口13与第二出口14之间。电加热器采用电能作为供应能源，能源获取方便，稳定性强，进行加热的可控性更强，与硅烷气的提纯相适配。在一个优选的实施例中，硅烷提纯塔的顶部压力为0.1Mpa，温度为-20℃，硅烷塔塔顶得到高纯硅烷气，纯度达电子级，塔底温度为40℃，塔底得到氯硅烷混合气(含有四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅以及硅烷气)。

在本实施例的技术方案中(图中未示出)，硅烷气提纯塔还包括控制组件，第一压力传感器31、第二压力传感器32、冷却结构25、控制阀体24以及加热组件15均与控制组件电性连接。控制组件可以实现整个硅烷气提纯塔的自动控制操作，基于第一压力传感器31以及第二压力传感器32可判断实际的硅烷气出口是否需要增压，通过控制冷却结构25以及加热组件15的配合实现硅烷气的高纯度提纯。

需要说明的是，在一个具体的实施例中，混合的气体可以通过加压的方式进入气体回路20，此时控制阀体24关闭采集通道23的连通，进行混合气体的流体降温，降温后的流体在气象的物理作用下逐渐分离，硅烷气上浮，从而实现分离，经过多次循环降温，使得硅烷气的纯度更高，以便于满足硅烷气制备的要求。本实施方案仅为一个应用本申请所能达到的技术效果，并非对硅烷气的制备技术进行改进。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，塔体主体10包括由上至下依次设置的塔体段16和塔釜段17，沿高度方向，塔体段16的长度大于塔釜段17的长度，沿垂直于高度方向上的截面，塔体段16在截面上的投影面积小于塔釜段17在截面上的投影面积。这样的设置一方面能够在塔体段16增加气体的流动性，从大口径转换为小口径时流体会进行加速。此外，由于底部的气体属于物理质量较重的气体，因此，选择大口径的塔釜段17能够降低其流动性能，避免窜动到顶部影响硅烷气的成品质量。

需要说明的是，进料口13设置于塔体段16，第一出口11和回流入口12均设置于塔体段16远离塔釜段17的一侧，加热组件15与第二出口14设置于塔釜段17远离塔体段16的一侧。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，塔体段16和塔釜段17之间设置有过渡段18，沿塔体段16靠近塔釜段17的方向，过渡段18的横截面积逐渐增大。这样的设置使得塔体段16与塔釜段17之间属于逐步变化的结构，这样有利于消耗流体的动能，仅通过体积改变进行加压，这样能够使得顶部的硅烷气状态更加稳定，并且动能的变化幅度较小，使得物理质量较重的气体不会直接冲上塔体主体10的顶部，进而实现塔体主体10顶部的硅烷气质量控制，使得提出纯度更高，产品质量更佳。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，控制阀体24与采集通道23之间设置有气动溢流阀，气动溢流阀的设置可以平衡回流通道22与采集通道23之间的气压平衡，也就是气动溢流阀的设置使得气体压力达到预设的值时，才会形成采集通道23的通路，这样的设置一方面使得硅烷气必须要加压到设定值时，才能够被采集，这样不仅控制了硅烷气的采集质量，还能够保证回流通道22与采集通道23之间的流体压力保持平衡不会引起硅烷气质量波动的情况。

在一个可选择的实施例中，控制阀体24为气动溢流阀。这样的设置结构紧凑采用气动溢流阀直接进行控制，效果稳定，管路布置与安装也相对简单。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种硅烷气提纯塔，其特征在于，包括：

塔体主体(10)，所述塔体主体(10)设置有第一出口(11)、回流入口(12)、进料口(13)、第二出口(14)、加热组件(15)，所述第一出口(11)和所述回流入口(12)均设置于所述塔体主体(10)的顶部，所述进料口(13)设置于所述第一出口(11)与所述第二出口(14)之间，所述加热组件(15)与所述第二出口(14)设置于所述塔体主体(10)的底部；

气体回路(20)，所述气体回路(20)包括进气通道(21)、回流通道(22)和采集通道(23)，所述进气通道(21)的入口端与所述第一出口(11)连通，所述进气通道(21)的出口端连通一个控制阀体(24)，所述控制阀体(24)分别连通所述回流通道(22)和所述采集通道(23)，所述回流通道(22)远离所述控制阀体(24)的一端与所述回流入口(12)连通；

压力检测组件(30)，所述压力检测组件(30)采集所述进气通道(21)内的流体压力。

2.根据权利要求1所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述压力检测组件(30)包括第一压力传感器(31)，所述第一压力传感器(31)设置于所述进气通道(21)内。

3.根据权利要求2所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述压力检测组件(30)包括第二压力传感器(32)，所述第二压力传感器(32)设置于所述回流通道(22)内。

4.根据权利要求3所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述进气通道(21)内设置有冷却结构(25)。

5.根据权利要求4所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述冷却结构(25)为换热器，所述换热器连接有供液管道，所述供液管道内设置有由下至上的冷却介质。

6.根据权利要求5所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述加热组件(15)为电加热器，所述电加热器的加热结构设置于所述塔体主体(10)的内部，且所述加热结构位于所述进料口(13)与所述第二出口(14)之间。

7.根据权利要求6所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述硅烷气提纯塔还包括控制组件，所述第一压力传感器(31)、所述第二压力传感器(32)、所述冷却结构(25)、所述控制阀体(24)以及所述加热组件(15)均与所述控制组件电性连接。

8.根据权利要求1所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述塔体主体(10)包括由上至下依次设置的塔体段(16)和塔釜段(17)，沿高度方向，所述塔体段(16)的长度大于所述塔釜段(17)的长度，沿垂直于高度方向上的截面，所述塔体段(16)在所述截面上的投影面积小于所述塔釜段(17)在所述截面上的投影面积。

9.根据权利要求8所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述塔体段(16)和所述塔釜段(17)之间设置有过渡段(18)，沿所述塔体段(16)靠近所述塔釜段(17)的方向，所述过渡段(18)的横截面积逐渐增大。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的硅烷气提纯塔，其特征在于，所述控制阀体(24)与所述采集通道(23)之间设置有气动溢流阀，以及/或者，所述控制阀体(24)为气动溢流阀。