ES2350559B1 - Procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza. - Google Patents

Procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza, que comprende las etapas de a) síntesis (1) de triclorosilano, b) separación y purificación (2) dando lugar a una corriente gaseosa residual (116), que incluye en su composición hidrógeno, cloruro de hidrógeno y clorosilanos que no han podido ser condensados, y una corriente líquida residual rica en diclorosilano (126), y c) deposición (3) de triclorosilano, que comprende las etapas de condensado y reacción química en una columna de destilación reactiva catalítica (21, 41), para la obtención de una corriente de triclorosilano y tetracloruro de silicio líquida (128), que se reintroduce en la etapa de separación y purificación (2) de la planta de producción de silicio de alta pureza.

Description

Procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza.
Campo de la invención
La presenteinvención se refiere a un procesoy equipo parael aprovechamientode corrientes residuales, tanto líquidas comogaseosas, procedentesde un procesode ultra-purificaciónde silicio.
Antecedentes
Dentro del campo de los procesos de obtención de silicio de elevada pureza mediante la deposición de haluros volátiles de silicio, en la actualidad se está dando especial relevancia al funcionamiento del proceso en ciclo cerrado, de maneraquela situación idealesquela única entrada materialal proceso sea siliciodebaja pureza (calidad metalúrgica) yla única salida sea silicio de elevada pureza (calidad electrónica o polisilicio). La operación en ciclo cerrado aporta importantesventajas, tanto desdeel puntode vista económico, conun menor consumode materias primasy energía, como desde el medioambiental, con la reducción del volumen de residuos generados en el proceso de purificación hasta el mínimo imprescindible.
El procesode purificaciónde siliciode grado metalúrgico hasta calidadelectrónica comprendede manera general tres etapas: 1) Síntesis del haluro volátil a partir de silicio de grado metalúrgico, 2) Purificación mediante destilación fraccionadadela corrientegaseosa obteniday3) Obtenciónde siliciode elevada purezapor deposición químicade vapor en atmósfera reductora.
Como subproductos de las diferentes etapas del proceso de obtención de silicio de elevada pureza se obtienen principalmente clorosilanos diferentes al triclorosilano (SiHCl3, TCS) o al silano (SiH4, MS), que son los precursores utilizados habitualmente en la etapa de deposición química de vapor. El principal subproducto es el tetracloruro de silicio (SiCl4, STC), que puede hidrogenarse, tanto en presencia como en ausencia de silicio metalúrgico, paraproducir triclorosilano. Otros subproductos que se generan en menor cantidad son diclorosilano (SiH2Cl2, DCS), cloruro de hidrógeno (HCl), policlorosilanos, ... etc., en diferentes proporciones segúnel proceso particularde purificaciónde silicio de que se trate. El importante crecimiento de la capacidad de producción del sector, debido a su vez al crecimiento del sector de la energía fotovoltaica basada principalmente en silicio, conlleva un incremento en el volumen total de residuos generado, por lo que su aprovechamiento se hace especialmente importante.
Los procesos utilizados en la actualidad se caracterizan por una elevada recirculación interna, dentro del propio proceso, siendo el ejemplo más claro, la utilización de tetracloruro de silicio como reactivo de partida para la síntesis de triclorosilano, ya sea por hidrogenación en presencia de silicio metalúrgico, como en ausencia de éste. Propuestas de procesos caracterizados por su funcionamiento en ciclo cerrado se describen en patentes como US4213937 (Silicon Refinery,Padovani et al., 1980) o US4676967 (High purity silane and silicon production, Breneman et al., 1987).
Sin embargo, los elevados requisitos de pureza del producto finalhacen necesarias unas importantes corrientes de purga, con objeto de mantener unos niveles suficientemente bajos de la concentración de determinadas impurezas, siendo claves lasde boroyfósforo, por su efecto enla calidad del producto final.
El diclorosilanoyel clorurode hidrógenose producenen pequeñascantidades,perode manerainevitable, durante el procesode deposiciónde silicioapartirde triclorosilanoen atmósferade hidrógeno.Trasla purificacióndel efluente del reactor de deposición química de vapor para la recuperación del hidrógeno, que suele reciclarse al sistema, se obtienen unas corrientes residualesque contienen compuestosmás ligerosqueel triclorosilano,ycuyo aprovechamiento esel objetode estainvención. Estas corrientes residuales pueden ser tanto líquidas comogaseosas.
El diclorosilano también es producto secundario de otras etapas del proceso global depurificación de silicio. En las reacciones de síntesis de triclorosilano a partir de silicio de baja pureza (silicio de grado metalúrgico) aparece este compuesto como subproducto, siendo más abundante en el caso de que se utilicen catalizadores metálicos, como puede ser el caso del uso de cobre en la hidrogenación catalítica de tetracloruro de silicio en presencia de silicio de grado metalúrgico para la obtención de triclorosilano.
La patente US4941893 (Processforthe separationofchlorosilanesfromgas streams, Rauleder et al., 2003)explica la importanciadelas pérdidasdelos productosde interés, triclorosilanoytetraclorurode silicio,por arrastreconparte degases incondensables, como el hidrógeno. Por ello, son necesarias elevadas presionesy muy bajas temperaturas para mejorar la eficacia de separación, lo que constituye una desventaja desde un punto de vista económico.
El hidrógeno se puede purificar para su reutilización dentro del proceso mediante la utilización de membranas como se describe, por ejemplo, en la patente US4941893 (Gas separation by semi-permeable membranes, Hsieh et al., 1990). El retenido que se genera contiene cantidades considerables de triclorosilano, tetracloruro de silicio, diclorosilano además de cloruro de hidrógeno.
Sehan descritonumerosas posibilidadesparaelaprovechamientoo tratamientodelos residuos generados,de entre loscualesvarios se fundamentan enla transformación,por reacción química,de los compuestos no deseados en otros compuestosde interésparaelproceso.Loscompuestosatransformarsedividenendoscategorías,segúnsu naturaleza, pudiendo ser compuestos pesados, como los descritos en la patenteUS6013235 (Conversión of direct process highboiling residue to monosilanes, Brinson et al., 2000), o compuestos ligeros, como a los que hace referencia la patente US5118485 (Recovery of lower-boiling silanes in a CVD process, Arvidson et al., 1992).
La reacciónde clorurode hidrógeno con clorosilanosesconocidaenla bibliografía como cloraciónyconsisteen la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de cloro, obteniéndose como productos de reacción clorosilanos demayor pesomolecularquelosde partida, comose describeenlas patentes US5401872(Treatmentofventgasto removehydrogen chloride, Burgie et al., 1995)yUS5869017(Methodof producing thriclorosilanehavinga reduced content of dichlorosilane, Oda, 1999). La reacción entre estas especies se realiza enfasegas, poniendo en contacto una corrientegaseosadelosreactivosconun catalizadorsólido,quepuedeono contenermetalesactivos.Lapresencia de metales, comopor ejemplo paladio, níqueloplatino, afectaala selectividaddela reacción, aumentandoel número de átomos de hidrógeno sustituidos por cloro, obteniéndose preferentemente el compuesto más clorado, que es el tetraclorurode silicio,SiCl4(STC).Particularmente,latransformaciónde diclorosilanoen triclorosilanoesposiblea presionesytemperaturasbajasen presenciade catalizadoresde naturaleza carbonosa.La reacción catalítica transcurre enfasegaseosa, siendo los reactivosque toman parte el propio diclorosilanoycloruro de hidrógeno,ylos productos finales triclorosilano e hidrógeno, de acuerdo a la siguiente ecuación estequiométrica:
SiH2Cl2 +HCl→ SiHCl3+H2 [ecuación1]
Existen muchas configuraciones posibles para un equipo de destilación reactiva catalítica. En la más habitual, la columna de destilación reactiva catalítica está constituida por un sector reactivo en la zona central del equipoylos correspondientes sectoresde agotamientoyenriquecimiento en losextremos inferiorysuperior, respectivamente, como se detalla por ejemplo en EP0633048 (Method of carrying out chemical reactions in reaction distillation columns, Kashnitz et al., 1996). Otras posibilidades se describen, entre otros, en la patente EP0781829 (Process and apparatus for the selectivehydrogenationby catalytic distillation,Travers et al., 1996).
Descripción detallada de la invención
La presenteinvenciónse centraenun procesoparaaprovechar simultáneamente diclorosilanoyclorurode hidrógeno presentes en las corrientes residuo generadas durante el proceso de purificación de silicio, obteniendo preferentemente triclorosilano e hidrógeno que, en la medida de lo posible, se recirculan dentro del propio proceso.
El objeto es transformar el diclorosilano, presente en las mismas, en otros cloruros volátiles de silicio, preferentemente triclorosilano, pudiendo ser también el tetracloruro de silicio el producto de interés. Este proceso puede utilizar el cloruro de hidrógeno procedente de una corriente residual o este compuesto puede ser alimentado en la cantidad que sea necesaria sin proceder de un residuo, en el caso que sea conveniente.
Al proceso se pueden alimentar doso más corrientes, una en estado líquidoy otra en estadogaseoso, como mínimo, compuestas por tetracloruro de silicio, triclorosilano, diclorosilano, cloruro de hidrógeno e hidrógeno. Estas corrientes pueden contener además algunas impurezas ligeras, como pueden ser cloruros de boro o de fósforo, procedentes de otras etapas del proceso de purificación de silicio. El producto obtenido, compuesto mayoritariamentepor triclorosilanoytetraclorurode silicio sedevuelvea un punto conveniente del mismoproceso.
La operaciónclave dentrodel procedimiento descritoesla destilación reactiva catalítica,quepermitellevaracabo simultáneamente las dos operaciones principales del proceso: separacióny reacción. El equipo en el que se realiza está dividido en dos partes: el sector inferior corresponde al sector de agotamiento de una columna de destilación convencionalyel sectorsuperior(sectorreactivo)eslazona catalíticamenteactiva,dondetienelugarla transformación de diclorosilano, preferentementeen triclorosilanopor reacción con clorurode hidrógeno,y su purificación.
El equipo utilizado es una columna de destilación constituida por un sector de agotamientoy un sector reactivo, estando la etapa de reacción integrada en el mismo equipo, pudiéndose realizar el aporte de energía para la separación de forma externa al propio equipo.
El procesoy equipo así definidos tienen como objetivo mejorar el aprovechamiento de algunos de los residuos generados en el proceso de purificación de silicio, mediante la aplicación de la tecnología másfavorable, siendo las etapas necesarias, destilacióny reacción, realizadas de manera simultánea dentro del mismo equipo,y el aporte de energíaal mismo realizadode maneraexternaal equipo,facilitando su integracióndentro del proceso global.
Enel procesoyequipodescritosenla presenteinvención,al sector reactivodela columnallegala corrientegaseosa que asciende por el sector de agotamiento de la misma, habiéndose enriquecido en el ascenso en los productos más ligeros, que incluyen precisamente losde mayor interés, diclorosilanoyclorurode hidrógeno, acompañados porel hidrógeno que se encuentrepresente.La corrientegaseosa que abandona la columna por su parte superior, después de atravesar el sector reactivo, contiene el producto de interés, triclorosilano, pudiendo contener además tetracloruro desilicio,enfuncióndelas característicasdel catalizadoro catalizadores empleados.Tras mezclarloconla corriente líquida procedente de otros puntos del proceso, se obtiene una corriente que se alimenta de nuevo a la columna. La corrientegaseosasealimentaala columnaenalgúnpunto intermedio, delimitando,desdeelmismoyhastaelextremo inferior,el sectorde agotamiento,yhastaelextremo superiorel sectorde reactivo.
El líquido que desciende por el sector de agotamiento se enriquece en los componentes más pesados, obteniéndose por la parte inferior una corriente líquida que es el producto final del proceso, en el que se recoge el triclorosilano producido por reacción.La columna funciona en condicionesde presiónytemperatura tales queel componenteclave pesado es el triclorosilano, mientras que el componente clave ligero es el diclorosilano. Como es sabido, estos compuestosse separandemanera habitualenla industria utilizando esta técnica.Se caracterizanporla proximidad entre sus temperaturas de ebullición, por lo que para que la separación sea suficiente se debe recurrir a un número elevado de platos teóricosy a razonesde reflujo elevadas, debiendo esto conllevar unos costes, tanto fijos comode operación, moderados.
La corrientegaseosa que abandonala columna por su parte superior se alimentaa uncondensador (separadorgaslíquido) en el que puede existir transmisión de calor por contacto directo con una corriente líquida procedente del proceso,que ademáspuede enfriarsepreviamenteasu alimentaciónal condensador.Aéstaselepuede añadirparte del producto que abandona la columna por su parte inferior en forma de líquido.
El producto líquido obtenido en el condensador, tras una purga si fuera necesario, se alimenta a la zona superior del sector reactivodela columna.Lafasegaseosa, tras una purga, se mezcla conla corrientede alimentacióngaseosa al proceso, introduciéndose en la zona inferior del sector de agotamiento de la columna.
Los catalizadores carbonosos a utilizar pueden ser carbones activados, tamices moleculares de carbón o fibras de carbón, entre otros. En el caso de que el tetracloruro de silicio sea el compuesto de interés, el catalizador contendría adicionalmente en su composición un metal activo, introducido por alguna de las técnicas convencionales, como puede ser la impregnación.
El equipo clave del proceso esla columna de destilación reactiva catalítica. Las columnas de destilación reactiva catalítica se diferencian de las columnas de destilación convencionales en que incluyen una o varias zonas activas desde un punto de vista de la reacción química. Como es sabido, una columna de destilación está constituida por una carcasa cilíndrica, cuyo espesor depende de la presión de operación, con sus correspondientes fondos. Según el tamaño delequipola carcasapuedeser embridada,para pequeños diámetros,o soldada,enel casode tamaños grandes.Enese caso dispone también de las correspondientes bocas de hombre para permitir el acceso al interior del equipo para su mantenimiento.El equipohade tenerel númeronecesariode bocasde entradaysalida, para unaovarias corrientes alimento,parael reflujo líquido,paralas salidasdelvaporporsuparte superior (destilado)ydel líquidoporsuparte inferior.
Los elementos internos de la columna de destilación reactiva dependen del tipo de contacto elegido en diseño; la columna puede ser de platos o de relleno, dependiendo de los caudales a manejar. Los dos requisitos imprescindibles que deben producirse en la columna de destilación reactiva catalítica son una correcta proporción entre los caudales delas alimentacionesgaseosaylíquida,así comounbuengradode mezcladelasdosfasesalolargodela columna. Para ello el sector de agotamiento puede contar con cualquiera de los elementos internos habituales en las columnas de destilación. En general se prefiere la configuración del equipo como columna de relleno.
Es posible utilizar rellenosal azaro estructurados siempreycuando les corresponda una baja pérdidade carga, tanto para el sector de agotamiento como para el sector reactivo, preferiblemente iguales si esto es posible. En la zona correspondienteal sector reactivose introduceel catalizador carbonoso,bienimpregnadoenel relleno,obien creando una estructura en forma de capas.
La tasadepurgadelgasmás adecuadaparala operación dependedelas característicasdelaalimentación. Cuando el aporte de cloruro de hidrógeno procede de corrientes residuales del proceso, puede o no ser suficiente para transformar el diclorosilano presente en las mismas, pudiendo ser en algunos casos el reactivo limitante. Si no se dispone de HCl procedente del propio proceso, se puede alimentar de forma independiente, ajustando la cantidad necesaria para la máxima conversión de diclorosilano.
Esteproceso tiene comoventaja adicional,si biennoesel objeto principaldel mismo,la separacióndelas impurezas de boro de la corriente de triclorosilano. Esta impureza, en forma de tricloruro de boro, tiene un comportamiento similar al del diclorosilano en las operaciones de destilación. Abandona la columna por su parte superior en lafase gaseosa,purgándose partede esta corriente.Enel producto líquidoqueabandonala columnaporsu parte inferior,rico en triclorosilanoytetraclorurode silicio, su presencia es muy pequeña.
La solución aportada para el aprovechamiento de compuestos ligeros presentes en corrientes residuales en una plantade purificaciónde siliciosecaracterizaporlaintegracióndelas tres etapasque constituyenagrandesrasgos el proceso, separacióndelos componentesdela alimentación, reacción químicayseparacióndelos productos.Estas operaciones se realizan todas en un mismo equipo, una columna de destilación reactiva catalítica, en la que el sector reactivo catalíticamente activo está situadoenla zona superior mientrasqueel productodeseadoserecogeporlaparte inferior. Así el procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros de la invención, en una planta de producción de silicio de alta pureza que comprende las etapas de
-
síntesis de triclorosilano,
-
separaciónypurificación dandolugara una corrientegaseosa residual,que incluyeensu composición hidrógeno, cloruro de hidrógeno, y clorosilanos que no han podido ser condensados, y una corriente líquida residual rica en diclorosilano,y
-
deposición de triclorosilano,
comprende:
-
una primera etapa de condensación en el condensador, de las corrientes que no han podido ser condensados en la etapade separaciónypurificación(2),enelquela transferenciade calorse realizapor contacto directo conla corriente líquida residual rica en diclorosilano, de la etapa de separacióny purificación del procedimiento de producciónde silicio de alta pureza, dando lugar a:
-
una corriente líquida compuesta por clorosilanos condensadosy
-
una corrientegaseosaqueespurgadaenun separadordandolugarauna corrientegaseosadehidrógeno mayoritariamenteyclorurode hidrógeno
-
una segunda etapa de reacción catalítica en una columna de destilación catalítica, compuesta por un sector de agotamientoyun sectorreactivo catalítico,cuyas corrientesde entradasonlas corrienteslíquidasygaseosas obtenidas enlaetapade condensación,conuna corrientegaseosade salidaporlaparte superioryuna corrientelíquidadesalida por la parte inferior de la columna,
-
una tercera etapa de:
-
recirculacióndela corrientegaseosade salidadela columnade destilación reactiva catalíticaalaprimera etapade condensacióny
-
reintroducción de la corriente líquida de salida de la columna de destilación reactiva catalítica a la etapa de separaciónypurificacióndela plantade producciónde siliciode alta pureza parasu aprovechamiento.
El equipo, por tanto para poder llevar a cabo dicho procedimiento comprende al menos:
a) un condensador que se alimenta al menos de la corriente residual rica en diclorosilano de la etapa de separación ypurificación del procedimiento de producción de silicio de alta pureza, dando lugar a:
-
una corriente líquida compuesta por los clorosilanos condensadosy
-
una corrientegaseosa de hidrógenoycloruro de hidrógeno mayoritariamenteyadicionalmente clorosilanos no condensados,
b) al menos un separador de corrientes de salida del condensador
c) una columna de destilación reactiva catalítica que comprende al menos:
-
un sectorde agotamiento situado enla parte inferiordela columna,y
-
un sector reactivo situado en la parte superior de la columna.
La integracióndelas diferentes etapas necesariasenunmismo equipo supone unaevidenteydeseable reducción de costes, tanto de construcción del propio equipo como de operación.
Portodolo anterior,el procedimiento propuesto,yelequipoparasu realización, contribuyenalaprovechamiento de corrientes residualesde una plantade purificaciónde siliciode una manera eficazyeconómica.La utilizacióndela destilación reactiva catalítica permite mejorar las conversiones alcanzadas en la reacción, reducir el coste inmovilizado de los equiposy aumentar la vida de los catalizadores utilizados. Las ventajas que presenta, especialmente frente tecnologíasdelechofijo,hacen preferiblesu aplicación.Unaspectomuy importantedela destilaciónreactivacatalítica esla transferenciade calorintegrada entre etapasde separaciónyetapasde reacción dentrode un mismo equipo.
Breve descripción de los dibujos
Acontinuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invenciónyque se relacionanexpresamente con una realizaciónde dichainvención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura1muestra un diagramade bloquesde un proceso genéricode ultrapurificaciónde silicio enel que seha implementado el procedimiento de aprovechamiento de compuestos ligeros de la invención.
LaFigura2muestraun esquemadel procedimientodeaprovechamientode compuestosligeroscon realimentación, porla parte inferiordela columnade destilación,del hidrógenoyclorurode hidrógenono convertido mezcladocon el residuo de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, y clorosilanos que no han podido ser condensados en la etapa de separación de compuestos ligeros del procedimiento de purificación de Si de la figura 1.
La Figura3muestra un esquema del procedimientode aprovechamientode compuestos ligeros enel que se mezclan inicialmentela corrientede residuode hidrógeno, clorurode hidrógeno,yclorosilanos que no han podidoser condensadosenla etapade separaciónde compuestos ligerosdel procedimientodepurificacióndeSidela figura1, con el residuo de diclorosilano.
La Figura4muestra un esquemadela columnade destilación reactiva catalíticadelainvención.
La Figura5muestra un esquemadela columnade destilación reactiva catalíticadelainvención.
La Figura6 es una representación gráfica del efectodela tasade purgadela corrientegaseosa enla recuperación
de triclorosilano del ejemplo 1. La Figura7 es una representación gráfica del efectodela tasade purgadela corrientegaseosa enla recuperación
de triclorosilano del ejemplo 2.
En las figuras se identifican una serie de referencias que corresponden a los elementos indicados a continuación:
1.-etapa de síntesis
2.-etapade separaciónypurificación
3.-etapa de deposición
11.-silicio ultrapuro
12.-silicio de baja pureza
13.-corriente pura de triclorosilano
14.-etapa depósito de triclorosilano
15.-hidrógeno
16.-corrientegaseosa que contiene hidrógeno, triclorosilano, tetraclorurode silicioydiclorosilano, principal
mente 17.-etapa de síntesis de triclorosilano 18.-HCl 19.-tetracloruro de silicio 110.-H2 111.-corrientegaseosa que contiene hidrógeno, triclorosilano, tetraclorurode silicioydiclorosilano, principal
mente 112.-etapa de separación de compuestos ligeros (hidrógeno) 113.-componentes ligeros separados 114.-compuestos condensados 115.-etapa de purificación de hidrógeno 116.-corrientegaseosade residuoque incluyeensu composición, ademásde hidrógeno,clorurode hidrógeno
yclorosilanos que no han podido ser condensados en la etapa de separación de compuestos ligeros
117.-etapa de separación de compuestos pesados 118.-corriente enla que se han concentradoel triclorosilanoyel diclorosilano 119.-corriente compuesta mayoritariamente por tetracloruro de silicio 120.-etapa de purificación de tetracloruro de silicio 121.-corrientede residuo rica entetraclorurode silicio 122.-separación de triclorosilano 123.-diclorosilano 124.-purificación de triclorosilano 125.-corriente de residuo 126.-corriente líquida rica en diclorosilano 127.-etapa aprovechamiento de compuestos ligeros 128.-corriente líquidade salidaporla parte inferiordela columnade destilación catalítica 129.-cloruro de hidrógeno 130.-purga enfasegas compuestamayoritariamente por hidrógeno 131.-purga enfase líquida compuesta por una mezclade clorosilanos 21.-columna de destilación reactiva catalítica 21a.-sector de agotamiento de la columna de destilación reactiva catalítica 21b.-sector reactivo de la columna de destilación reactiva catalítica 22.-corrientegaseosade salidadela columnade destilación catalítica 23.-condensador 25.-cambiador de calor 26.-corriente líquida de entrada igual que la 24 pero con la temperatura ajustada para el correcto funciona
miento del condensador (23)
27.-corriente líquidade salidadel condensador,formadapor clorosilanos, mayoritariamentetriydiclorosilano
28.-separador o purgador de corrientes
29.-corriente de purga enfase líquida con la misma composición que la corriente (27) para el ajuste de los
caudales de funcionamiento de la columna.
210.-corriente líquida de-triydiclorosilanoque constituyeel reflujodela columna
211.-corrientegaseosa procedente del condensador
212.-separador o purgador
213.-corrientegaseosade purga hidrógeno mayoritariamenteyclorurode hidrógeno
214.-corrientegaseosade hidrógeno mayoritariamenteyclorurode hidrógeno
215.-mezclador
217.-sumade alimentaciónyreciclo
218.-producto final líquido con el triclorosilano procedente de la transformación de diclorosilanoyel alimen
tado, acompañado de tetracloruro de silicio.
219.
caldera
37.
clorosilanos condensado
314.
corriente gaseosa de hidrógeno mayoritariamente ycloruro de hidrógeno
319.
caldera
320.
corriente de producto final realimentada
321.
corriente líquida residual
41.-
Columna de destilación reactiva catalítica de relleno
42.
sector reactivo catalítico
43.
sector de agotamiento
44.
carcasa cilíndrica
44a.
fondo inferior
44b.
fondo superior
45.
boca de alimentación de líquido
46.
boca de salida de líquido
47.
boca de alimentación de gas
47a
distribuidor
48.
boca de salida
4i1.
módulo de relleno estructurado
4i2.
zona catalítica
4i3.
limitador
4i4.
colector
4i5.
soporte
4i6.
distribuidor de líquido
4i7.
eliminador de niebla
4e1.
soporte o faldón
4e2.
oreja de izaje
4e3.
brida
5i1.
relleno estructurado
5i2.
platos
5i3.
elemento de anclaje
5e3.
bocas de hombre
55a.
distribuidor
59.
boca de alimentación
59a.
distribuidor
Descripción de una realización preferida de la invención
El procedimiento para el aprovechamiento de compuestos ligeros se incluye dentro de un proceso cuyo producto finales silicioultrapuro(11),quese obtieneapartirde siliciodebajapureza(12),talycomose representaenlafigura 1,ycomprende las etapasde síntesis (1), separaciónypurificación (2),ydeposición (3).El producto intermedio más importantees triclorosilanodeelevada pureza(13),quese deposita(14)en atmósfera reductoradehidrógeno(15)para darlugaral producto finalen estado sólido, silicio ultrapuro(11)yuna corrientegaseosa(16)que contiene hidrógeno, triclorosilano, tetraclorurode silicioydiclorosilano, principalmente.
Etapa de síntesis (1)
El triclorosilano se sintetiza en una etapade síntesisde triclorosilano (17)a partirde siliciode baja pureza (12) por reaccióncon HCl (18)o tetraclorurode silicio (19)e hidrógeno (110)o ambas, obteniendo una corrientegaseosa (111).
Etapade separaciónypurificación(2)
La corriente (111),gaseosa, que se obtiene del bloque de síntesis (17)yla corriente (16), tambiéngaseosa, que abandona el bloque dedeposición de triclorosilano (14), están formadas por lo que se denomina compuestos ligeros, entre los quese considera principalesel hidrógenoyel clorurode hidrógeno,ypor clorosilanos, triclorosilano, diclorosilanoytetraclorurode silicio.Parala obtencióndeuna corrientepurade triclorosilano(13)es necesario separarlo del resto de los componentes de la mezcla.Para ello se realizan etapas sucesivas de separación, comenzando por la separación de los compuestos más ligeros (112) de los que el mayoritario es el hidrógeno.
En el bloque se separación de compuestos ligeros (112) se produce la condensación de los compuestos más pesados, obteniéndosedos corrientes,laque correspondealos componentes ligerosseparados(113)ylaquerecoge,en faselíquida,los compuestos condensados(114).La corrientede compuestosligeros obtenida(113), compuestamayoritariamente por hidrógeno (en volumen) se somete a una purificación (115) para poder ser utilizada en otros puntos del proceso, ya sea en la etapa de síntesis (17) o en la etapa de deposición (14). La purificación puede realizarse por diversos métodos, pero independientemente del que se utilice se genera una corriente de residuo (116), que incluye en su composición, ademásde hidrógeno, clorurode hidrógenoyclorosilanos que no han podido ser condensados enla etapa de separación de compuestos ligeros (112).
La corrientede clorosilanos condensados(114)se alimentaaunaetapadeseparaciónde compuestospesados(117), que se realiza por destilación, obteniéndose por cabeza una corriente en la que se han concentrado el triclorosilano yel diclorosilano (118),ypor cola una corriente compuesta mayoritariamente por tetracloruro de silicio (119), que puede ser purificado (120), realimentándose a la etapa de síntesis (19), generando una corriente de residuo (121) rica en tetracloruro de silicio.
La corriente de producto (118) obtenida por cabeza en la etapa de separación de compuestos pesados (117) se alimenta a una etapa de separación de triclorosilano (122), de la que se obtiene una corriente de triclorosilano del que se ha separado el diclorosilano que lo acompañaba (123), que puede alimentarse a una etapa de purificación adicional(124),paradarlugar finalmente alacorrientede triclorosilanopuro(13) necesariaparala deposiciónde silicio ultrapuro (11)yotracorrientede residuo (125).
Etapa de deposición (3)
La corriente de triclorosilano puro (13) se deposita en una etapa de deposición de triclorosilano (14), dando lugar a silicio ultrapuro (11).
Etapa de aprovechamiento de compuestos ligeros (127)
De la etapa de separación de triclorosilano (TCS) (122) se obtiene una corriente rica en diclorosilano (126) que junto con la corriente residual (116) de la purificación de hidrógeno (115), son las que constituyen el alimento principal a la etapa de aprovechamiento de compuestos ligeros (127), de la que es objeto esta patente.
Ala etapa de aprovechamiento (127) puede alimentarse adicionalmente cloruro de hidrógeno (129) en el caso de que no estuviera disponible por la configuración del proceso en particular en el que se implementara esta etapa de aprovechamiento. El producto principal del aprovechamiento es una corriente líquida (128) compuesta por triclorosilanoytetraclorurode silicio,enlaquese recoge,de forma separadadel restodeloscompuestosaexcepcióndel tetraclorurode silicio,el triclorosilano obtenido por reacción química entreel diclorosilanoyel clorurode hidrógeno unidoal triclorosilano presente en las corrientes alimentadas (116y 126). Esta corrientehade ser sometida auna etapa de separación de tetracloruro de silicio (STC) para obtener triclorosilano, pudiendo realimentarse a la etapa del proceso general destinada a tal fin (117).La purga enfasegas (130), compuesta mayoritariamentepor hidrógeno, puede alimentarse a otros puntos del proceso, como la etapa de separación de ligeros (112) o a la de purificación de hidrógeno (115), en función de la concentración de hidrógeno que tenga. Podría existir además una purga enfase líquida (131), compuesta por una mezcla de clorosilanos.
Talycomopuedeverseenlasfiguras2y3elequipo propuestoparael desarrollodel procedimientodeaprovechamiento de compuestos ligeros de la invención comprende:
-
un condensador (23)
-
al menos un separador (212)
-
una columna de destilación reactiva catalítica (1) dividida en dos partes:
-
un sectorde agotamiento (21a)y
-
un sector reactivo (21b)
-
opcionalmente un intercambiador de calor (25)
El procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros procedentes de la planta de producción de silicio de alta pureza comienza, talycomo se muestra en las figuras2y3, conla entrada,al menos,dela corriente residualgaseosa rica en hidrógenoycloruro de hidrógeno (116) entre otrosyla corriente residual líquida rica en diclorosilano (126) del procedimiento de purificación de silicio de la figura 1.
Ambas corrientes de entrada (116 y 126) pueden introducirse de manera independiente (figura 2) o mezcladas (figura 3) para su tratamiento en una columna de destilación reactiva catalítica (21) de características determinadas.
La columna reactiva tiene como producto de salida una corriente gaseosa que sale por la parte superior de la columna(22),y una corrientelíquidadesalidaporlaparte inferiordela columna(128), compuestade triclorosilano ytetracloruro de silicio.
El producto gaseoso de la columna reactiva catalítica (22), compuesto por los compuestos ligeros: hidrógeno, diclorosilanoyclorurosde hidrógeno no convertidos por reacción, es alimentadoa un condensador (23), enel quela transferencia de calor se realiza por contacto directo con la corriente líquida rica en diclorosilano (126) procedente de una etapade separaciónde triclorosilanoydiclorosilanodel procedimientode purificaciónde silicio,que puedehaber sido refrigerada en un cambiador de calor convencional (25), obteniéndose una corriente líquida de igual composición
(26) a menor temperatura que se introduce en el condensador (23), obteniéndose:
a) una corriente líquida compuesta por los clorosilanos condensados (27, 37) que puede ser
-
introducida (37) directamente en el sector reactivo (21b) de la columna de destilación (21), como se muestra en la figura 3, o
-
introducida(27)enunseparador(28)parasupurgado,talycomose muestraenlafigura2,dandolugaruna corrientedepurga enfase líquida (29)y una corriente líquidade clorosilanos condensados (210) purgada que se introduce en el sector reactivo (21b) de la columna de destilación (21) a modo de reflujo
b) una corrientegaseosade hidrógenoyclorurode hidrógeno mayoritariamenteyadicionalmente clorosilanos no condensados (211), que se divide en dos en un divisor (212), generando una corrientegaseosa de purga (213)yotra corrientegaseosadela misma composición purgado (214, 314), que puede:
-
ser introducida(314) directamenteenel sector reactivo(21b)dela columnade destilación(21),talycomo se muestra en la figura 3, o
-
mezclarse (214) conla corrientegaseosa residual (116) compuesta, entre otros, por hidrógenoy cloruro de hidrógeno procedente de la etapa de purificación de hidrógeno del proceso de obtención de silicio ultrapuro,enun mezclador (215), dandolugara una corriente sumadela alimentaciónyel reciclo
(217) que se introduce en la zona inferior del sector de agotamiento (21a)de la columna de destilación (21).
La corriente líquidade salidaporlaparte inferiordela columna(128) compuestade triclorosilanoytetraclorurode silicio, corresponde al producto de salida de la etapa de aprovechamiento de compuestos ligeros de la invención realimentándose esta corriente líquida que se obtiene (128) a la etapa del proceso que le corresponde por su composición, queesla separacióndeetapade separacióndecompuestospesados(117),delaetapade separaciónypurificación(2). Esta corriente líquida (128) puede ser previamente introducida opcionalmente en una caldera (319), como muestra la figura3,paradarlugarauna corrientede productofinalvaporizadoquese realimentadenuevo(320)ala columnade destilación (21) por su parte inferior para una mayor purificación, dando lugar a una corriente líquida (128) purificada (321).
La figura4representa,de manera esquemática, los elementos constructivosde unade las posibles configuraciones de la columna de destilación reactiva catalítica de relleno (41), dividida en dos sectores, el sector superior (42) que correspondeal sector reactivoyelsectorde agotamiento(43)enla zona inferior.El principalelementoque constituye el equipo es una carcasa cilíndrica (44) con sus correspondientes fondos (44a, 44b). La columna dispone en la parte superiorde una bocadealimentaciónde líquido(45)y enla zona inferiorde una bocadesalidade líquido(46).La bocade alimentacióndegas (47) se encuentra situada enla zona inferior,contando con un distribuidor (47a) para una correcta distribucióndelgasentodala sección transversaldela columna.Labocade salidadegas(48)se encuentra situada en la parte superior.
En el caso esquematizado se utiliza una configuración por capas para el sector reactivo catalítico (42), de manera que se alterna un módulo de relleno estructurado (4i1) con una zona catalítica (4i2) formada por partículas de catalizador aglomeradas dispuestasal azar,que estáconfinadapordos limitadores (4i3).Parala correcta distribucióndel líquido se dispone de unos distribuidores de líquido (4i6) Cada sector empaquetado requiere al menos de un soporte (4i5), disponiéndose cuantos sean necesarios en funcióndela alturadela columna.La correcta recoleccióndelafase líquida descendentese realiza mediantelos correspondientes colectores(4i4).Paraevitarel arrastrede pequeñasgotas de líquido enel seno delgasque abandonala columna se utiliza un eliminadorde nieblas (4i7)(demister).
Los elementosexternosdela columnasonlos habitualesenequiposdeestetipo,un soporteofaldón(4e1), unas orejasde izaje (4e2)ybridas (4e3) parael ensamblajede sus diferentes partes.
La figura5representade manera esquemáticalos elementos constructivosde otradelas posibles configuraciones de la columna de destilación reactiva catalítica (41), con el sector de agotamiento de platos, en lugar de relleno.
La columna estádivididaendos sectores,el sector superiorque correspondeal sector reactivo(42)yel sectorde agotamiento (43) en la zona inferior. Al igual que en la figura 4, el principal elemento que constituye el equipo es una carcasa cilíndrica (54) con sus correspondientes fondos (44a, 44b). La columna dispone en la parte superior de una bocade alimentación(45)yde distribución(55a)delíquidoyenlazona inferiordeunabocadesalidadelíquido(46). La bocadealimentacióndegas(47) procedentedela calderase encuentra situadaenla zona inferior, contandocon un distribuidor (47a) para una correcta distribución delgas enla sección transversaldela columna.La bocade salida degas(48)se encuentra situadaenlaparte superior.Tieneunbocade alimentación(59) situadaenunpiso intermedio (con su distribuidor (59a), delimitando el sector reactivo (42) del sector de agotamiento (43).
En el caso esquematizado se utiliza un relleno estructurado (5i1) con el catalizador incorporado en superficie en el sector reactivo catalítico (42). En el sector de agotamiento se dispone de platos (5i2) junto con sus elementos de anclaje a la columna (5i3). Al igual que en la figura anterior, para la correcta distribución del líquido se dispone de unos colectoresdelíquido(4i4)ydistribuidores(4i6).Cadasectorempaquetadorequierealmenosdeunsoporte(4i5), disponiéndose cuantos sean necesariosen funcióndela alturadela columna.Paraevitarel arrastrede pequeñasgotas de líquido enel seno delgasque abandonala columna se utiliza un eliminadorde nieblas (4i7)(demister).
Los elementosexternosdela columnasonlos habitualesenequiposdeestetipo,un soporteofaldón(5e1), unas orejasdeizaje(5e2)ylas correspondientesbocasdehombre(5e3)parael mantenimientodelequipoyla introducción de accesorios.
Los ejemplos1y 2 que siguen muestran la utilización de una columna de destilación reactiva para el aprovechamiento del diclorosilano de corrientes residuales de una planta de producción de silicio de elevada pureza. En el ejemplo1 se ilustrael efectodela reutilizacióndelgaspara obtenerla máxima cantidad posiblede triclorosilano.El ejemplo2ilustrael modode operación que correspondeala ausenciade HCl disponible como residuo.
Ejemplo1
El alimentoal proceso está constituidopor tres corrientes residuales(A,ByC)deun procesode purificaciónde silicio cuya composición, expresada en fracciones másicas, se recoge en la tabla 1.
TABLA1
Composición (fracción másica) de las corrientes residuales alimentadas al proceso
Enel presente ejemplola corrienteA,se encuentra a 15ºCy3,4baren estado líquido.Las corrientesByC se alimentana7 bary másde 50ºC, porlo que su temperatura se reduce previamente hasta una temperatura inferior a 30ºC. Los caudales molares de estas corrientes son de 2.286 mol/h para la corriente A, 845 mol/h para la B y
8.421 mol/h para la corriente C. La alimentación a la columna de destilación reactiva catalítica se realiza por la parte intermediadela misma enfase líquidayporla parte superior enfasegaseosa,proviniendo ambasdela alimentación al sistemaydel propio reflujodela columna.
La columna de destilación reactiva catalítica de pequeño diámetro, 0,30 m, opera a una presión comprendida entre 2,0y1,3bar, siendola temperaturadelacorriente líquidade aproximadamente 70ºC.La columnaen este caso,con un relleno estructurado, SULZER MELLAPACK® 250Y, tiene una altura de 9,8 metros. La corrientegaseosa que atraviesa el sector reactivo de la columna, catalíticamente activo, está constituida por 63,40% de diclorosilano, un 8,20%de triclorurode boro, un 23,70%de triclorosilano, un 0,10%de fosfinay un 4,60%declorurode hidrógeno.
Para una tasade recirculacióndegasal proceso, definida comoel cociente entreelgasquese recirculaala columna yla corriente total de salida de la columna tras el condensador, igual a 65%, la composición de las corrientes de salida que se obtiene es como se muestra en la tabla 2.
Eltiempode residenciaenelsectorsuperior,dondeseproducelareacción,enestas condicionesesde6,3srespecto de la sección vacía de la columna.
TABLA2
Composición (fracción másica) de las corrientes de salida del sistema (ejemplo 1)
La tasade purgadegas más adecuada dependedelas concentracionesycaudalesde las corrientes alimento.Para el caso analizado en este ejemplo la recuperación de triclorosilano (línea discontinua) máxima se produce cuando la tasadepurgaestá comprendida entreel55yel65%, comose muestraenlafigura6, debidoalas diferentes relaciones de concentraciónde diclorosilanoyclorurode hidrógeno,variandosegúnla tasadepurgaelreactivo limitantedela reacción de transformación del DCS (diclorosilano) en TCS (triclorosilano) (ecuación 1). En la figura6 se muestra tambiénel consumode energíaenla etapade condensación (línea continua),expresadapormoldeTCSenel producto, que corresponde a cada tasa de purga, observándose que es mayor cuanto menor es el porcentaje recirculado.
Ejemplo2
El alimentoal proceso estáconstituidopor tres corrientes:A,ByD.Las corrientesAyBson corrientes residuales deunprocesode purificaciónde silicio, igualesalasdel ejemplo1.Su composición,expresadaen fracciones másicas, se recogeenla tabla1.LacorrienteD, constituidaporHCl puro,se alimentaenfasegasal proceso conun caudal molar de 1.000 mol/h.
La columna, de menor tamaño que la del ejemplo 1, es de unas dimensiones tales que el gas en el sector de reaccióntieneelmismotiempode residencia,6,3s,queenelejemplo1.Conunatasadepurgadelafasegasdel65%, la composición de las corrientes de salida se recoge en la tabla 3.
TABLA3
Composición (fracción másica) de las corrientes de salida del sistema (ejemplo 2)
Como se muestra en la figura 7, en este caso la recuperación de triclorosilano (línea discontinua) alcanza valores mayores del 100%, porque la cantidad de diclorosilano convertida en éste es del mismo orden de magnitud quela que se introduce en la alimentación, siendo el diclorosilano, en este ejemplo, el reactivo limitante de la reacciónde transformaciónde diclorosilano en triclorosilano, en todoel intervalode tasade purgadegas.

Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza que comprende las etapas de:
    -
    síntesis (1) de triclorosilano,
    -
    separaciónypurificación(2) dandolugara una corrientegaseosa residualde hidrógeno, clorurode hidrógeno,y clorosilanos no condensados (116),y una corriente liquida residual (126) rica en diclorosilano,y
    -
    deposición (3) de triclorosilano
    caracterizado por comprender:
    -
    unaprimeraetapade condensacióndelas corrientesgaseosas residualesno condensadasenlaetapade separación ypurificación (2), en el quela transferenciade calor se realiza por contacto directo con la corriente liquida residual (126), rica endiclorosilano,dela etapade separaciónypurificación(2) del procedimientode producciónde siliciode alta pureza, dando lugar a:
    -
    una corriente liquida compuesta por los clorosilanos condensados (27, 37)y
    -
    una corrientegaseosaqueespurgadaenun separador(212)dandolugarauna corrientegaseosade hidrógeno mayoritariamentey clorurode hidrógeno (214, 314)
    -
    una segunda etapa de reacción catalítica en una columna de destilación catalítica (21, 41), compuesta por un sectorde agotamiento (21a,43)yun sector reactivo catalítico (21b, 42), cuyas corrientesde entrada son las corrientes liquidas (27,37)ygaseosas (214, 314) obtenidas enla primera etapade condensación, dandolugara una corriente gaseosa de salida (22) por la parte superior de la columnayuna corriente liquida de salida por la parte inferior de la columna (128) que comprende triclorosilanoytetraclorurode silicio
    -
    una tercera etapa de:
    -
    recirculacióndela corrientegaseosa de salidadela columnade destilación reactiva catalítica (22)ala primera etapade condensacióny
    -
    reintroducción de la corriente liquida de salida de la columna de destilación reactiva catalítica (128) a la etapade separaciónypurificación(2)dela plantade producciónde siliciode altapureza.
  2. 2.
    Procedimiento según reivindicación1 caracterizado porque comprende una etapa, previa a la primera etapa de condensación,demezcladode clorurode hidrógenoola corrientegaseosa residualde hidrógeno, clorurode hidrógeno, yclorosilanosquenohanpodidosercondensados(116)enlaetapade separaciónypurificación(2)del procedimiento de producción de silicio de alta pureza, con la corriente liquida residual rica en diclorosilano (126) para su condensado enel condensador (23)delaprimera etapa.
  3. 3.
    Procedimiento según reivindicación1 caracterizado porque comprende una etapa, previa a la segunda etapa de reacción catalítica,de mezcladodela corriente residualde hidrógeno, clorurode hidrógeno,yclorosilanosquenohan podidoser condensados(116)enlaetapade separaciónypurificacióndel procedimientode producciónde siliciode alta pureza, conla corrientegaseosapurgada(214)de salidadel condensadordela primera etapa, dandolugara una corriente sumade alimentaciónyreciclo (217).
  4. 4.
    Procedimiento según reivindicación3 caracterizado porque la mezcla suma de alimentacióny reciclo (217) obtenida se introduce en la columna de destilación de la etapa segunda por el sector de agotamiento (21a, 41) de la columna de destilación.
  5. 5.
    Procedimiento según reivindicaciones 1-4 caracterizado porque la corriente liquida (27, 37) obtenida de la primera etapa de condensación, se introduce en la columna de destilación de la segunda etapa por el sector reactivo (42, 21b) de la columna de destilación.
  6. 6.
    Procedimiento según reivindicaciones 1-5 caracterizado porque incluye una etapa de refrigeración de la corriente previa a la primera etapa de condensación.
  7. 7.
    Columna de destilación reactiva catalítica (41) para el aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende al menos:
    -
    un sectorde agotamiento(21a,43) situadoenla parte inferiordela columna,y
    -
    un sector reactivo (21b, 42) situado en la parte superior de la columna (41, 21),
    caracterizado porque cada sector de la columna de destilación reactivacatalítica (41) contiene al menos un soporte (4i5)y un distribuidorde liquido (4i6).
  8. 8. Columnade destilación reactiva catalítica(41)segúnlareivindicación7 caracterizada porque el sector reactivo
    (42) comprende al menos un módulo de relleno estructurado (411) alternado con una zona catalítica (412) formada por partículas de catalizador aglomeradas dispuestas al azar, que está confinada por dos limitadores (4i3).
  9. 9.
    Columnade destilación reactiva catalítica (41) segúnla reivindicaciones7-8 caracterizado porque el sector reactivo (42) comprende al menos un módulo de relleno estructurado (5il) con el catalizador incorporado en superficie en el sector reactivo catalítico (42).
  10. 10.
    Columna de destilación reactiva catalítica (41) según la reivindicaciones7-9 caracterizado porque el sector de agotamiento (43) se dispone de platos (512) junto con sus elementos de anclaje a la columna (5i3).
  11. 11.
    Columna de destilación reactiva catalítica (41) según la reivindicaciones7-9 caracterizado porque el sector de agotamiento (43) comprende una pluralidad de módulos de relleno estructurado.
  12. 12.
    Columna de destilación reactivacatalítica (41) según la reivindicaciones7-11 caracterizado porque comprende un eliminador de nieblas (417).
  13. 13.
    Columna de destilación reactivacatalítica (41) según la reivindicaciones 7-12 caracterizado porque comprende un boca de alimentación (59) situada en un piso intermedio, con su distribuidor (59a), delimitando el sector reactivo
    (42) del sector de agotamiento (43).
  14. 14.
    Columna de destilación reactivacatalítica (41) según la reivindicaciones 7-13 caracterizado porque comprende una carcasa cilíndrica exterior (54) con al menos una boca de entrada superior de liquido (45), una boca de salida inferiorde liquido (46), una bocade alimentacióndegas (47) enla zona inferior con un distribuidor (47a)y unaboca de salidadegas (48) situada enla parte superiordela columna (41).
  15. 15.
    Equipo de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza que utiliza el procedimiento descrito en las reivindicaciones 1-6 caracterizado por comprender, al menos:
    a-un condensador (23) que se alimenta al menos de la corriente residual rica en diclorosilano (126) de la etapa de separaciónypurificacióndel procedimientode producciónde siliciodealta pureza,dandolugara:
    -
    una corriente liquida compuesta por los clorosilanos condensados (27,37)y
    -
    una corrientegaseosa de hidrógenoycloruro de hidrógeno mayoritariamenteyadicionalmente clorosilanos no condensados (211),
    b-al menos un separador (212,28)de corrientesde salida del condensador,
    c-una columna de destilación reactiva catalítica (41, 21) descrita en las reivindicaciones 7-14.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud:200930215
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 28.05.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : C01B33/107 (01.01.2006)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    RECAMÁN PAYO, M.J. "Purificación de triclorosilano por destilación en el proceso de obtención de silicio de grado solar". Tesis UCM. 2008. [en línea] [recuperado el 15.11.2010]. Recuperado de Internet: http://eprints.ucm.es/8612/1/T30791.pdf. páginas 141-150; páginas 213-217. 1-6,15
    Y
    7-14
    Y
    MÜLLER, D. et al. "Development and economic evaluation of a reactive distillation process for silane production". [en línea] [recuperado el 15.11.2010]. Recuperado de Internet: http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/distillation02/dokument/4-1.pdf 7-14
    Y
    ES 2317557 T3 (EVONIK DEGUSSA GMBH) 11.06.2008, página 3, línea 59 – página 4, línea 56. 7-14
    Y
    US 2004091412 A1 (MULLER, D. et al.) 13.05.2004, párrafos [30-36],[48]. 7-14
    A
    US 4092446 A (TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED) 30.05.1978, columna 7, línea 26 – columna 10, línea 56. 1-15
    A
    US 4676967 A (UNION CARBIDE CORPORATION) 30.06.1987, reivindicación 1. 1-15
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
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    Fecha de realización del informe 23.12.2010
    Examinador B. Aragón Urueña Página 1/5
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud:200930215
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) C01B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, LNP
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/5
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud:200930215
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.12.2010
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-15 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-6, 15 7-14 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/5
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud:200930215
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    RECAMÁN PAYO, M.J. "Purificación de triclorosilano por destilación en el proceso de obtención de silicio de grado solar". Tesis UCM. 2008. [en línea] [recuperado el 15.11.2010]. Recuperado de Internet: http://eprints.ucm.es/8612/1/T30791.pdf. páginas 141 -150; páginas 213 -217. 2008
    D02
    US 4092446 A (TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED) 30.05.1978
    D03
    US 4676967 A (UNION CARBIDE CORPORATION) 30.06.1987
    D04
    MÜLLER, D. et al. "Development and economic evaluation of a reactive distillation process for silane production". [en línea] [recuperado el 15.11.2010]. Recuperado de Internet: http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/distillation02/dokument/4-1.pdf 29.01.2007
    D05
    ES 2317557 T3 (EVONIK DEGUSSA GMBH) 11.06.2008
    D06
    US 2004091412 A1 (MULLER, D. et al.) 13.05.2004
  16. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la presente invención es un procedimiento de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio de alta pureza.
    El documento D01 divulga un proceso de separación y purificación de triclorosilano por destilación en el proceso de obtención de silicio de grado solar. Posterior a la etapa de síntesis se realiza un proceso de separación y purificación del efluente del reactor de síntesis. La corriente líquida procedente del reactor de síntesis se alimenta a una columna de destilación cuya corriente de cabeza se introduce en una segunda columna de destilación obteniéndose por el fondo SiHCl3 y por la cabeza las impurezas más volátiles, las cuales partes se purga y el resto se recircula de nuevo a la columna de destilación. Las columnas de destilación empleadas son de relleno e incluyen soportes, distribuidores y/o colectores.
    El documento D02 divulga un procedimiento de fraccionamiento de silicio industrial para producir silicio puro. Tras la reacción del silicio metalúrgico con HCl tiene lugar la etapa de separación de productos mediante destilación. Primero tiene lugar la separación del tetracloruro del triclorosilano y a continuación, en la siguiente columna de destilación, tiene lugar la separación de la fracción ligera, diclorosilano, del triclorosilano.
    El documento D03 divulga un procedimiento de producción de silicio y silano de alta pureza. Tras la reacción del silicio metalúrgico con hidrógeno y tetracloruro de hidrógeno la corriente de productos es sometida a destilación. La corriente ligera formada por triclorosilano y por diclorosilano es de nueva llevada a destilación para obtener una corriente rica en silano y una corriente secundaria de monoclorosilano, diclorosilano, triclorosilano y tetracloruro de silano es recirculada a dicha torre de destilación.
    Ninguno de los documentos citados, D01, D02 ni D03, muestra un tratamiento de los residuos ligeros en una planta de producción de silicio tal y como se recoge en la reivindicación 1. Además no se considera obvio que un experto en la materia conciba dicho tratamiento con las etapas reivindicadas. Por lo tanto la invención reivindicada en la reivindicación 1 es nueva e implica actividad inventiva. Las reivindicaciones 2-6 son dependientes de la reivindicación 1, en consecuencia, también cumplen los requisitos de novedad y actividad inventiva. (Art. 6.1 y Art. 8.1 de la Ley de Patentes).
    El documento D04 divulga un proceso de destilación para la producción de silano. La tecnología particular que aplica es la destilación reactiva.
    El documento D05 divulga un proceso para la producción de silano y tetracloruro de silicio empleando una columna de destilación reactiva que se encuentra equipada por un lecho de catalizador y por placas de separación y/o rellenos de separación.
    El documento D06 divulga un proceso para la producción de silano empleando una columna de destilación reactiva donde además se integra a la columna una sección de rectificación y uno o varios condensadores. Además, se introducirán platos y rellenos para favorecer la transferencia de masa entre las fases líquidas y gaseosas.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/5
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud:200930215
    Con respecto a la reivindicación 7 relativa a la columna reactiva catalítica donde se transforma el diclorosilano en otros cloruros volátiles de silicio, preferentemente triclorosilano, es frecuente utilizar este tipo de columnas en plantas de producción de silicio como se recoge en el estado de la técnica (ver documentos D04, D05 y D06). En dichas columnas reactivas catalíticas tiene lugar la dismutación catalítica de corrientes de triclorosilano, por tanto, el experto en la materia podría emplearlas para la transformación del diclorosilano en otros cloruros de silicio. En cuanto a su diseño el experto en la materia podría considerar la yuxtaposición de los elementos divulgados en el documento D01, como columna de destilación, y los divulgados en D04, D05 o D06 resultando la columna reivindicada en las reivindicaciones 7-14. Por tanto, dichas reivindicaciones carecen de actividad inventiva. (Art. 6.1 y Art. 8.1 de la Ley de Patentes).
    La reivindicación 15 referente al equipo de aprovechamiento de residuos ligeros en una planta de producción de silicio que se utiliza en el procedimiento descrito en la reivindicación 1 y considerando los documentos citados, no es obvia dicha disposición de elementos para un experto en la materia, ya que no hay información en los documentos citados que dirijan al experto a dicha configuración. Por tanto, la reivindicación 15 cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva. (Art. 6.1 y Art. 8.1 de la Ley de Patentes).
    Informe del Estado de la Técnica Página 5/5
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