RU2280010C1 - Method of production 0f trichlorosilane - Google Patents
Method of production 0f trichlorosilane Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280010C1 RU2280010C1 RU2004136121/15A RU2004136121A RU2280010C1 RU 2280010 C1 RU2280010 C1 RU 2280010C1 RU 2004136121/15 A RU2004136121/15 A RU 2004136121/15A RU 2004136121 A RU2004136121 A RU 2004136121A RU 2280010 C1 RU2280010 C1 RU 2280010C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trichlorosilane
- hydrogen
- silicon
- synthesis
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано в производстве полупроводникового кремния для получения трихлорсилана, являющегося исходным сырьем для получения полупроводникового кремния.The invention relates to the technology of semiconductor materials and can be used in the manufacture of semiconductor silicon to produce trichlorosilane, which is the feedstock for producing semiconductor silicon.
Технической задачей, решаемой изобретением, является получение трихлорсилана полупроводниковой чистоты, создание технологии замкнутого цикла с возвратом в процесс токсичных промежуточных продуктов и, кроме того, в качестве дополнительного положительного эффекта повышение экологической безопасности производства.The technical problem solved by the invention is the production of semiconductor-grade trichlorosilane, the creation of a closed-loop technology with the return of toxic intermediate products into the process, and, in addition, as an additional positive effect, improving the environmental safety of production.
Известен способ получения трихлорсилана, включающий синтез хлористого водорода взаимодействием водорода и хлора, гидрохлорирование кремнийсодержащего сырья синтетическим хлористым водородом с содержанием водорода 1-8% в реакторе кипящего слоя при температуре 300-320°С, конденсацию образовавшейся парогазовой смеси с получением конденсата, содержащего 85% трихлорсилана, 14,8% тетрахлорида кремния, 0,1% дихлорсилана, 0,1% полисиланхлоридов, примесей углерода, бора и фосфора и др.A known method of producing trichlorosilane, including the synthesis of hydrogen chloride by the interaction of hydrogen and chlorine, hydrochlorination of silicon-containing raw materials with synthetic hydrogen chloride with a hydrogen content of 1-8% in a fluidized bed reactor at a temperature of 300-320 ° C, condensation of the resulting vapor-gas mixture to obtain a condensate containing 85% trichlorosilane, 14.8% silicon tetrachloride, 0.1% dichlorosilane, 0.1% polysilane chlorides, impurities of carbon, boron and phosphorus, etc.
Конденсат после выдержки подают на трехстадийную ректификационную очистку. Ректификацию проводят в трех последовательно установленных колоннах при давлении в кубе 1,8-3,0 кгс/см2 с отводом тяжелых фракций из кубов второй и третьей стадий ректификации. В первой колонне отгоняют легкую фракцию (низкокипящие примеси), обогащенную бором и углеводородами, и дихлорсиланом. Из дистилляционного куба первой колонны отбирают продукт и подают на вторую колонну, на которой происходит разделение трихлорсилана и тетрахлорида кремния вместе с высококипящими примесями. Из куба второй колонны отбирают тяжелую фракцию (тетрахлорид кремния с высококипящими примесями), а из верха колонны отбирают продукт, который подают на третью колонну, из куба которой отбирают тяжелую фракцию (трихлорсилан и высококипящие примеси), а из верхней части колонны отбирают целевой продукт - высокочистый трихлорсилан.The condensate after exposure is fed to a three-stage distillation treatment. The distillation is carried out in three successively installed columns at a pressure in the cube of 1.8-3.0 kgf / cm 2 with removal of heavy fractions from the cubes of the second and third stages of distillation. In the first column, the light fraction (low boiling impurities) enriched in boron and hydrocarbons and dichlorosilane is distilled off. The product is taken from the distillation cube of the first column and fed to the second column, where trichlorosilane and silicon tetrachloride are separated together with high boiling impurities. A heavy fraction is taken from the cube of the second column (silicon tetrachloride with high boiling impurities), and a product is taken from the top of the column, which is fed to the third column, from which are taken the heavy fraction (trichlorosilane and high boiling impurities), and the target product is taken from the top of the column - high purity trichlorosilane.
Тяжелая фракция из куба второй колонны представляет собой тетрахлорид кремния, содержащий 0,2% трихлорсилана и 1·10-2% метилдихлорсилана. Тяжелая фракция из куба третьей колонны представляет собой трихлорсилан с содержанием не более 1·10-7% примеси бора и примеси метилхлорсиланов.The heavy fraction from the bottom of the second column is silicon tetrachloride containing 0.2% trichlorosilane and 1 · 10 -2 % methyldichlorosilane. The heavy fraction from the cube of the third column is trichlorosilane with a content of not more than 1 · 10 -7 % of boron impurity and methylchlorosilane impurity.
Использование водорода на стадии гидрохлорирования позволяет обеспечить перевод примесей бора в стабильные формы, легко отделяемые на ректификации, и, кроме того, создает условия для преимущественного образования на стадии гидрохлорирования кремния низкокипящих соединений углерода.The use of hydrogen at the hydrochlorination stage allows the transfer of boron impurities into stable forms that can be easily separated by distillation, and, in addition, creates the conditions for the predominant formation of low-boiling carbon compounds at the silicon hydrochlorination stage.
Ректификацию проводят под давлением низа колонны 1,8-3,0 ати, что позволяет использовать дешевые хладоагенты и создает условия для эффективного удаления бора (см. патент РФ № 2214363, С 01 В 33/107, опубл. 20.10. 2003 г.).The distillation is carried out under a pressure of the bottom of the column 1.8-3.0 ati, which allows the use of cheap refrigerants and creates the conditions for the effective removal of boron (see RF patent No. 2214363, C 01 B 33/107, publ. 20.10. 2003) .
Недостатком способа является следующее.The disadvantage of this method is as follows.
В данном способе очистку трихлорсилана ведут только на третьей стадии ректификации, т.к. сначала (на первой стадии ректификации) проводят очистку от низкокипящих примесей полученного после синтеза трихлорсилана конденсата, который представляет собой преимущественно смесь тетрахлорида кремния и трихлорсилана.In this method, trichlorosilane is purified only at the third stage of rectification, because first (at the first stage of rectification), the low-boiling impurities obtained after the synthesis of trichlorosilane are condensed, which is mainly a mixture of silicon tetrachloride and trichlorosilane.
На второй стадии ректификации ведут разделение тетрахлорида кремния и трихлорсилана и только на третьей стадии ректификации ведут очистку трихлорсилана от высококипящих примесей.At the second stage of rectification, silicon tetrachloride and trichlorosilane are separated, and only at the third stage of rectification, trichlorosilane is purified from high boiling impurities.
Одностадийная очистка трихлорсилана не может обеспечить требуемую для производства полупроводникового кремния чистоту исходного трихлорсилана, т.к. в способе не предусмотрена очистка индивидуального трихлорсилана от низкокипящих примесей.The one-step purification of trichlorosilane cannot provide the purity of the initial trichlorosilane required for the production of semiconductor silicon, since the method does not provide for the purification of individual trichlorosilane from low-boiling impurities.
Известен способ получения трихлорсилана, включающий синтез хлористого водорода, гидрохлорирование измельченного технического кремния синтезированным хлористым водородом в реакторе кипящего слоя с получением парогазовой смеси, содержащей трихлорсилан, тетрахлорид кремния, хлористый водород, водород, твердые пылевидные частицы кремния и хлориды примесей, очистку парогазовой смеси от пыли в циклонах, выделение целевого продукта путем ректификации и конденсации газообразных продуктов реакции. Ректификацию проводят путем барботажа парогазовой смеси через куб ректификационной колонны, содержащий жидкие хлорсиланы, а выходящую из колонны парогазовую смесь конденсируют в четыре стадии, на первой стадии при температуре 22-32°С, на второй стадии - при температуре (-5)-(-10)°С с возвратом части сконденсированных продуктов в виде флегмы в колонну. Флегму формируют из потоков конденсата первой и второй стадий в соотношении 1:(0,6-5,9).A known method of producing trichlorosilane, including the synthesis of hydrogen chloride, hydrochlorination of crushed technical silicon with synthesized hydrogen chloride in a fluidized bed reactor to obtain a vapor-gas mixture containing trichlorosilane, silicon tetrachloride, hydrogen chloride, hydrogen, solid dust particles of silicon and impurity chlorides, cleaning the vapor-gas mixture from dust in cyclones, the selection of the target product by rectification and condensation of gaseous reaction products. The distillation is carried out by bubbling a vapor-gas mixture through a cube of a distillation column containing liquid chlorosilanes, and the vapor-gas mixture leaving the column is condensed in four stages, in the first stage at a temperature of 22-32 ° С, in the second stage at a temperature of (-5) - (- 10) ° С with the return of part of the condensed products in the form of reflux to the column. Phlegm is formed from condensate streams of the first and second stages in a ratio of 1: (0.6-5.9).
После сформирования флегмы несконденсированную парогазовую смесь направляют на конденсацию при (-40°С) и далее на конденсацию при (-80°С). На этих стадиях происходит конденсация целевого продукта трихлорсилана (см. патент РФ № 2214364, С 01 В 33/107, опубл. 20.10.2003 г.).After the formation of phlegm, the non-condensed vapor-gas mixture is sent for condensation at (-40 ° C) and then for condensation at (-80 ° C). At these stages, condensation of the target product of trichlorosilane occurs (see RF patent No. 2214364, C 01 B 33/107, publ. 10/20/2003).
Способ позволяет снизить потери трихлорсилана и возможность проскока труднолетучих углерод- и борсодержащих примесей.The method allows to reduce the loss of trichlorosilane and the possibility of a breakthrough of volatile carbon and boron impurities.
Способ не может обеспечить полупроводниковую чистоту трихлорсилана, т.к. отсутствуют необходимые для этого стадии ректификационной очистки.The method cannot ensure the semiconductor purity of trichlorosilane, because there are no distillation stages necessary for this.
Известен способ получения трихлорсилана, включающий синтез хлористого водорода взаимодействием хлора и водорода, синтез трихлорсилана взаимодействием измельченного технического кремния крупностью ~0,8 мм с синтезированным хлористым водородом.A known method of producing trichlorosilane, including the synthesis of hydrogen chloride by the interaction of chlorine and hydrogen, the synthesis of trichlorosilane by the interaction of crushed technical silicon with a particle size of ~ 0.8 mm with synthesized hydrogen chloride.
Процесс гидрохлорирования кремния вели в кипящем слое. Полученную в процессе синтеза парогазовую смесь (ПГС), содержащую трихлорсилан (ТХС), тетрахлорид кремния (ТК), водород и хлористый водород, а также другие хлорсилана конденсировали на трех теплообменниках: при температуре (-5°С), при температуре (-15°С) и при температуре (-52°С), соответственно, с получением двух потоков: жидкого конденсата хлорсиланов и газообразного, содержащего водород, хлористый водород и 3 об.% хлорсиланов.The process of hydrochlorination of silicon was carried out in a fluidized bed. The vapor-gas mixture (PGS) obtained during the synthesis, containing trichlorosilane (TCS), silicon tetrachloride (TC), hydrogen and hydrogen chloride, as well as other chlorosilane, was condensed on three heat exchangers: at a temperature (-5 ° С), at a temperature (-15 ° C) and at a temperature (-52 ° C), respectively, to obtain two streams: a liquid condensate of chlorosilanes and a gaseous one containing hydrogen, hydrogen chloride and 3 vol.% Chlorosilanes.
Газообразный поток, содержащий в основном смесь водорода и хлористого водорода, смешивали с исходным водородом и направляли на синтез хлористого водорода.A gaseous stream containing mainly a mixture of hydrogen and hydrogen chloride was mixed with the starting hydrogen and sent to the synthesis of hydrogen chloride.
Жидкий конденсат хлорсиланов, содержащий в основном трихлорсилан в смеси с тетрахлоридом кремния, подвергали периодической ректификации. Сначала отбирали легкую фракцию в количестве 5 мас.% (очистка от низкокипящих примесей), затем из верха колонны отбирали целевой продукт - трихлорсилан, а в кубе колонны концентрировали тетрахлорид кремния и другие высококипящие примеси (см. а.с. SU № 1432951, С 01 В 33/107, опубл. 1999 г.). Способ принят за прототип.The liquid chlorosilane condensate, containing mainly trichlorosilane mixed with silicon tetrachloride, was subjected to periodic rectification. First, a light fraction in the amount of 5 wt.% Was removed (purification from low-boiling impurities), then the target product trichlorosilane was taken from the top of the column, and silicon tetrachloride and other high-boiling impurities were concentrated in the bottom of the column (see AS SU No. 1432951, С 01 B 33/107, publ. 1999). The method adopted for the prototype.
Способ не позволяет ректификацией в одну стадию получить трихлорсилан полупроводниковой чистоты.The method does not allow distillation in one stage to obtain trichlorosilane of semiconductor purity.
Кроме того, возврат водорода в виде смеси с хлористым водородом на стадию синтеза хлористого водорода снижает эффективность процесса синтеза хлористого водорода, т.к. в реакционный объем в качестве исходного компонента подают в том числе и конечный продукт - HCl.In addition, the return of hydrogen in the form of a mixture with hydrogen chloride to the stage of synthesis of hydrogen chloride reduces the efficiency of the process of synthesis of hydrogen chloride, because in the reaction volume as the starting component serves including the final product - HCl.
Способ не решает проблем переработки отходов и возможности использования побочных ценных компонентов в процессе.The method does not solve the problems of waste processing and the possibility of using side valuable components in the process.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение чистоты получаемого трихлорсилана, повышение технико-экономических показателей процесса за счет возврата непрореагировших компонентов на исходные стадии синтеза хлористого водорода и синтеза трихлорсилана, обеспечение высокой чистоты основного побочного продукта - тетрахлорида кремния, качество которого позволяет использовать его либо в виде самостоятельного продукта, либо в виде исходного продукта для конверсии в трихлорсилан.The technical result of the claimed invention is to increase the purity of the resulting trichlorosilane, increase the technical and economic indicators of the process by returning unreacted components to the initial stages of the synthesis of hydrogen chloride and the synthesis of trichlorosilane, ensuring high purity of the main by-product - silicon tetrachloride, the quality of which allows you to use it either as an independent product, or as a starting material for conversion to trichlorosilane.
Технический результат достигается тем, что в способе получения трихлорсилана, включающем синтез хлористого водорода взаимодействием газообразных водорода, оборотного водорода и хлора, синтез трихлорсилана гидрохлорированием измельченного технического кремния хлористым водородом в реакторе кипящего слоя с получением трихлорсилана в парогазовой смеси, содержащей также тетрахлорид кремния, водород и хлористый водород, конденсацию парогазовой смеси с отделением водорода и хлористого водорода, ректификацию полученного конденсата хлорсиланов с разделением трихлорсилана и тетрахлорида кремния и с очисткой трихлорсилана, согласно изобретению синтез трихлорсилана проводят при давлении 3,0-5,0 ата, гидрохлорированию подвергают кремний крупностью 100-1000 мкм и процесс ведут при линейной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора 0,10-0,30 м/с и высоте кипящего слоя 3,5-5,5 м;The technical result is achieved in that in a method for producing trichlorosilane, including the synthesis of hydrogen chloride by the interaction of hydrogen gas, reverse hydrogen and chlorine, the synthesis of trichlorosilane by hydrochlorination of powdered industrial silicon with hydrogen chloride in a fluidized bed reactor to produce trichlorosilane in a vapor-gas mixture also containing silicon tetrachloride, hydrogen and hydrogen chloride, condensation of a gas-vapor mixture with the separation of hydrogen and hydrogen chloride, rectification of the resulting condensate of chlorine rsilanes with separation of trichlorosilane and silicon tetrachloride and purification of trichlorosilane, according to the invention, the synthesis of trichlorosilane is carried out at a pressure of 3.0-5.0 ata, silicon is subjected to hydrochlorination with a grain size of 100-1000 μm and the process is carried out at a linear speed of the formed vapor-gas mixture in the middle part of the reaction zone a reactor of 0.10-0.30 m / s and a fluidized bed height of 3.5-5.5 m;
полученную парогазовую смесь последовательно подвергают «сухой» и «мокрой» пылеочисткам при этом «мокрую» пылеочистку проводят в три стадии: на первой стадии пропусканием парогазовой смеси через полую колонну, орошаемую хлорсиланами, преимущественно тетрахлоридом кремния, с дополнительной подачей увлажненного водорода, на второй стадии барботированием через барботажный куб, заполненный хлорсиланами, преимущественно тетрахлоридом кремния и полисиланхлоридами, на третьей стадии пропусканием через барботажную колонну, орошаемую хлорсиланами, преимущественно тетрахлоридом кремния;the resulting gas-vapor mixture is sequentially subjected to dry and wet dust cleaning, while the wet dust cleaning is carried out in three stages: at the first stage, passing the gas-vapor mixture through a hollow column irrigated with chlorosilanes, mainly silicon tetrachloride, with an additional supply of moistened hydrogen, in the second stage bubbling through a bubbler cube filled with chlorosilanes, mainly silicon tetrachloride and polysilane chlorides, in the third stage, passing through a bubbler column irrigated with chlorine rsilanami, preferably silicon tetrachloride;
конденсацию парогазовой смеси после очистки ведут с раздельным получением водорода, хлористого водорода и конденсата хлорсиланов, водород возвращают на синтез хлористого водорода, а хлористый водород - на синтез трихлорсилана;the condensation of the steam-gas mixture after purification is carried out with separate production of hydrogen, hydrogen chloride and the condensate of chlorosilanes, hydrogen is returned to the synthesis of hydrogen chloride, and hydrogen chloride - to the synthesis of trichlorosilane;
полученный после ректификационного разделения конденсата хлорсиланов тетрахлорид кремния дополнительно подвергают очистке от высококипящих примесей ректификацией и направляют, например, на конверсию водородом до трихлорсилана (или тетрахлорид кремния может быть товарным продуктом), а трихлорсилан подвергают очистке ректификацией, при этом сначала проводят «реакционную» ректификацию при введении увлажненного газа, инертного к хлорсиланам, например азота, полученный дистиллят трихлорсилана подвергают отстаиванию, отбирают верхний слив отстоя и направляют его на глубокую очистку ректификацией в две стадии: на первой стадии ректификацию ведут для отделения низкокипящих примесей с коэффициентом разделения лимитирующих примесей в системе с трихлорсиланом 1,20-1,40, вторую стадию глубокой очистки ведут для отделения высококипящих примесей с коэффициентом разделения лимитирующих примесей в системе с трихлорсиланом 1,10-1,20, при этом все процессы ректификации ведут при давлении верха колонн 1,5-4,0 ати.silicon tetrachloride obtained after distillation separation of the chlorosilane condensate is additionally purified by distillation from high-boiling impurities and sent, for example, to hydrogen to trichlorosilane (or silicon tetrachloride may be a commercial product), and trichlorosilane is subjected to distillation treatment; the introduction of a humid gas inert to chlorosilanes, for example nitrogen, the resulting trichlorosilane distillate is subjected to sedimentation, the upper drain the sludge and direct it to deep cleaning by distillation in two stages: at the first stage, distillation is carried out to separate low-boiling impurities with a separation coefficient of limiting impurities in a system with trichlorosilane 1.20-1.40, the second stage of deep cleaning is carried out to separate high-boiling impurities with a coefficient separation of limiting impurities in a system with trichlorosilane 1.10-1.20, while all distillation processes are carried out at a column top pressure of 1.5-4.0 ati.
Способ предусматривает также возможность переработки твердых отходов отработанного кремния и токсичных жидких отходов технологии производства, что позволяет получить дополнительный результат - повышение экологических показателей процесса.The method also provides for the possibility of processing solid waste waste silicon and toxic liquid waste production technology, which allows to obtain an additional result - improving the environmental performance of the process.
Для этого твердые отходы отработанного кремния из реакторов кипящего слоя и твердые отходы кремния, образующиеся после «сухой» пылеочистки и содержащие хлориды железа, алюминия, кальция, полисиланхлориды, обрабатывают током сухого азота, нагретого до температуры 70-150°С в течение 1-2 часов, и затем выщелачивают раствором соляной кислоты с концентрацией не ниже 0,1 г/л при Т:Ж=1:(5-20) в течение 0,5-3,0 часов, пульпу фильтруют и остаток - измельченный кремний - отмывают, сушат смешивают с исходным кремнием и направляют на гидрохлорирование, а жидкие отходы технологии производства трихлорсилана, содержащие твердые частицы, полисиланхлориды, в виде кубовой жидкости барботажной колонны «мокрой» пылеочистки, в виде нижнего слива после отстаивания трихлорсилана, в виде кубовой жидкости после ректификационной очистки тетрахлорида кремния, а также жидкие отходы в виде кубовых остатков «реакционной» ректификации трихлорсилана подвергают «отжимной» ректификации до концентрации кубовой жидкости по полисиланхлоридам до 15-20%.For this, solid waste silicon from fluidized bed reactors and solid silicon waste resulting from dry dust cleaning and containing iron, aluminum, calcium, polysilane chlorides are treated with a stream of dry nitrogen heated to a temperature of 70-150 ° C for 1-2 hours, and then leached with a solution of hydrochloric acid with a concentration of not less than 0.1 g / l at T: W = 1: (5-20) for 0.5-3.0 hours, the pulp is filtered and the residue, crushed silicon, is washed , dried, mixed with the original silicon and sent for hydrochlorination, and the liquid from odes of trichlorosilane production technology containing solid particles, polysilane chloride, in the form of bottoms liquid of a “wet” dust scavenger column, in the form of a bottom drain after settling trichlorosilane, in the form of bottoms after distillation purification of silicon tetrachloride, as well as liquid waste in the form of bottoms of “reaction "Trichlorosilane rectification is subjected to" squeeze "rectification to a concentration of bottoms liquid by polysilane chloride up to 15-20%.
Изобретение позволяет повысить технико-экономические показатели технологии за счет возврата в процесс ценных продуктов - тетрахлорида кремния и трихлорсилана, и тем самым сократить количество жидких отходов, которые следует утилизировать.The invention improves the technical and economic performance of the technology by returning to the process valuable products - silicon tetrachloride and trichlorosilane, and thereby reduce the amount of liquid waste that should be disposed of.
Для этого полученный дистиллят «отжимной» ректификации, содержащий тетрахлорид кремния и трихлорсилан, направляют на орошение полой и барботажной колонн системы «мокрой» пылеочистки парогазовой смеси после синтеза трихлорсилана.For this, the obtained distillate of "squeezing" rectification, containing silicon tetrachloride and trichlorosilane, is sent to irrigate the hollow and bubble columns of the "wet" steam-gas mixture cleaning system after trichlorosilane synthesis.
Синтез хлористого водорода из водорода и хлора ведут с использованием смеси исходного и оборотного водорода без ограничения их соотношения при давлении 3,0-4,0 ати и избытке водорода от стехиометрии по отношению к хлору 2-6 об.%.The synthesis of hydrogen chloride from hydrogen and chlorine is carried out using a mixture of source and reverse hydrogen without limiting their ratio at a pressure of 3.0-4.0 ati and an excess of hydrogen from stoichiometry with respect to chlorine of 2-6 vol.%.
Экологические показатели повышают также тем, что кубовую жидкость «отжимной» ректификации, содержащую полисиланхлориды, утилизируют путем подачи ее под слой смеси окиси кальция с водой с концентрацией окиси кальция 100-150 г/л при соотношении окиси кальция к кубовой жидкости 1:(0,65-1,30), при поддержании температуры в пульпе не более 90°С, пульпу перемешивают в течение 2-3 часов, образующуюся в процессе обработки парогазовую смесь возвращают в реакционную зону под слой жидкости, процесс прекращают при содержании окиси кальция менее 30 г/л;Environmental indicators are also increased by the fact that the bottoms liquid of the squeezed distillation containing polysilane chloride is disposed of by feeding it under a layer of a mixture of calcium oxide and water with a concentration of calcium oxide of 100-150 g / l with a ratio of calcium oxide to still liquid of 1: (0, 65-1.30), while maintaining the temperature in the pulp no more than 90 ° C, the pulp is stirred for 2-3 hours, the vapor-gas mixture formed during processing is returned to the reaction zone under the liquid layer, the process is stopped when the content of calcium oxide is less than 30 g / l;
или кубовую жидкость «отжимной» ректификации, содержащую полисиланхлориды, утилизируют путем подачи ее под слой водного раствора карбоната натрия с содержанием в воде карбоната натрия 100-150 г/л при соотношении карбоната натрия и кубовой жидкости 1:(0,55-0,85), при поддержании температуры в пульпе не более 90°С, пульпу выдерживают при перемешивании в течение 2-3 часов, образующуюся в процессе обработки парогазовую фазу возвращают в реакционную зону под слой жидкости, процесс обработки прекращают при снижении рН в пульпе менее 7,0.or bottoms liquid of "squeezed" distillation containing polysilane chloride is disposed of by feeding it under a layer of an aqueous solution of sodium carbonate with a sodium carbonate content of 100-150 g / l in water with a ratio of sodium carbonate and bottoms liquid 1: (0.55-0.85 ), while maintaining the temperature in the pulp no more than 90 ° C, the pulp is kept under stirring for 2-3 hours, the vapor-gas phase formed during processing is returned to the reaction zone under the liquid layer, the processing is stopped when the pH in the pulp is less than 7.0 .
Дополнительный технический результат изобретения, заключающийся в повышении техники безопасности, может быть получен при новых приемах инициации процесса синтеза хлористого водорода. Для этого перед синтезом хлористого водорода реакционный объем продувают сначала азотом, а затем воздухом, после чего инициируют процесс запальной смесью моносилана и аргона с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси моносилана с аргоном в среде воздуха начинают подавать водород и подачу смеси моносилана с аргоном прекращают, затем начинают подачу хлора; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати и затем водород и хлор начинают подавать в рабочем режиме;An additional technical result of the invention, which consists in improving safety, can be obtained with new methods of initiating the process of synthesis of hydrogen chloride. For this, before the synthesis of hydrogen chloride, the reaction volume is first purged with nitrogen and then with air, after which the process is initiated with an ignition mixture of monosilane and argon with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after ignition of the mixture of monosilane with argon in an air medium they begin to be fed hydrogen and the supply of a mixture of monosilane with argon are stopped, then the flow of chlorine is started; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine begin to be supplied in the operating mode;
или перед синтезом хлористого водорода реакционный объем продувают азотом, затем в реакционный объем начинают подавать хлор, после чего инициируют процесс запальной смесью моносилана и аргона с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси моносилана с аргоном в среде хлора начинают подавать водород и подачу смеси моносилана с аргоном прекращают; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати и затем водород и хлор начинают подавать в рабочем режиме;or before the synthesis of hydrogen chloride, the reaction volume is purged with nitrogen, then chlorine is introduced into the reaction volume, after which the process is initiated with an ignition mixture of monosilane and argon with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after igniting the mixture of monosilane with argon in chlorine medium begin to supply hydrogen and the flow of a mixture of monosilane with argon is stopped; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine begin to be supplied in the operating mode;
синтез трихлорсилана проводят с использованием хлористого водорода, выделенного при конденсации парогазовой смеси, полученной после гидрохлорирования кремния.trichlorosilane synthesis is carried out using hydrogen chloride, isolated by condensation of a vapor-gas mixture obtained after hydrochlorination of silicon.
Сущность способа заключается в новой последовательности операций и в режимах проведения процессов, а также в введении в технологию получения высокочистого трихлорсилана новых операций.The essence of the method lies in the new sequence of operations and in the modes of the processes, as well as in the introduction of new operations into the technology for producing high-purity trichlorosilane.
Трихлорсилан является исходным сырьем для получения поликристаллического кремния водородным восстановлением трихлорсилана, в процессе которого в качестве побочных продуктов реакции восстановления образуются тетрахлорид кремния и хлористый водород в достаточно больших количествах.Trichlorosilane is the feedstock for the production of polycrystalline silicon by hydrogen reduction of trichlorosilane, during which silicon tetrachloride and hydrogen chloride in fairly large quantities are formed as by-products of the reduction reaction.
В процессе синтеза трихлорсилана также образуются тетрахлорид кремния и хлористый водород в достаточно больших количествах.During the synthesis of trichlorosilane, silicon tetrachloride and hydrogen chloride are also formed in sufficiently large quantities.
Для повышения эффективности производств трихлорсилана и поликристаллического кремния в целом побочные продукты возвращают в отдельные участки этих производств. Тетрахлорид кремния, например, возращают путем его водородной конверсии в трихлорсилан (отдельный передел) в производство поликристаллического кремния. Кроме того, он является товарным продуктом для химической промышленности. Хлористый водород, образующийся в процессах получения поликристаллического кремния, конверсии тетрахлорида кремния, синтеза трихлорсилана (по заявляемому способу), возвращают в процесс прямого синтеза трихлорсилана.To increase the efficiency of trichlorosilane and polycrystalline silicon production as a whole, by-products are returned to separate sections of these plants. Silicon tetrachloride, for example, is returned by hydrogen conversion to trichlorosilane (separate redistribution) to produce polycrystalline silicon. In addition, it is a commercial product for the chemical industry. Hydrogen chloride formed in the processes of obtaining polycrystalline silicon, the conversion of silicon tetrachloride, the synthesis of trichlorosilane (by the present method) is returned to the process of direct synthesis of trichlorosilane.
Основными технологическими операциями получения трихлорсилана по прототипу являются: 1) синтез хлористого водорода, 2) синтез трихлорсилана гидрохлорированием измельченного технического кремния синтезированным хлористым водородом с получением трихлорсилана в парогазовой смеси, содержащей также образующиеся в процессе синтеза тетрахлорид кремния и водород, непрореагироваший хлористый водород, другие хлорсиланы (дихлорсилан, полисиланхлориды), хлориды примесей металлов, непрореагировавший кремний, 3) разделение и очистка компонентов парогазовой смеси конденсацией и ректификацией.The main technological operations for the preparation of trichlorosilane according to the prototype are: 1) synthesis of hydrogen chloride, 2) synthesis of trichlorosilane by hydrochlorination of crushed technical silicon with synthesized hydrogen chloride to produce trichlorosilane in a vapor-gas mixture also containing silicon tetrachloride and hydrogen, unreacted hydrogen chloride and other chlorosilanes formed during the synthesis. (dichlorosilane, polysilane chloride), metal impurity chlorides, unreacted silicon, 3) separation and purification of components condensing vapor mixture and distillation.
Отличием заявленного способа является:The difference of the claimed method is:
- новые режимы проведения синтеза хлористого водорода;- new modes for the synthesis of hydrogen chloride;
- новые режимы проведения гидрохлорирования кремния;- new modes of hydrochlorination of silicon;
- использование оборотного водорода на стадии синтеза хлористого водорода без ограничения соотношения с исходным водородом;- the use of reverse hydrogen at the stage of the synthesis of hydrogen chloride without limiting the ratio with the original hydrogen;
- введение операций «сухой» и «мокрой» пылеочисток перед разделением компонентов парогазовой смеси и приемы проведения «мокрой» пылеочистки;- the introduction of the operations of “dry” and “wet” dust cleaners before separation of the components of the gas-vapor mixture and techniques for conducting “wet” dust cleaning;
- последовательность операций и режимов процессов разделения хлорсиланов и очистки трихлорсилана и тетрахлорида кремния;- the sequence of operations and modes of separation of chlorosilanes and purification of trichlorosilane and silicon tetrachloride;
- режимы проведения синтеза трихлорсилана с использованием оборотного хлористого водорода из различных стадий производства трихлорсилана и поликристаллического кремния;- modes for the synthesis of trichlorosilane using reverse hydrogen chloride from various stages of the production of trichlorosilane and polycrystalline silicon;
- введение операций утилизации твердых и жидких отходов, образующихся на всех стадиях получения высокочистого трихлорсилана, с оборотом и использованием в основном процессе водорода, хлористого водорода, тетрахлорида кремния, отходов кремния и с выводом из процесса взрывоопасных полисиланхлоридов в химически безопасной форме;- the introduction of operations for the disposal of solid and liquid wastes generated at all stages of the production of high-purity trichlorosilane, with the circulation and use mainly of hydrogen, hydrogen chloride, silicon tetrachloride, silicon wastes and with the removal of explosive polysilane chlorides in a chemically safe form;
- новые приемы инициирования процесса синтеза хлористого водорода.- new techniques for initiating the process of synthesis of hydrogen chloride.
В процессе гидрохлорирования в качестве одного из побочных продуктов реакции образуется водород, находящийся в парогазовой фазе вместе с непрореагировавшим хлористым водородом.In the process of hydrochlorination, hydrogen is formed as one of the reaction by-products, which is in the vapor-gas phase together with unreacted hydrogen chloride.
Заявленный способ предусматривает полное разделение водорода и хлористого водорода, которые возвращают на синтез хлористого водорода и синтез трихлорсилана соответственно.The claimed method provides for the complete separation of hydrogen and hydrogen chloride, which are returned to the synthesis of hydrogen chloride and the synthesis of trichlorosilane, respectively.
В прототипе, на стадии синтеза хлористого водорода, также используют оборотный водород, но в реактор синтеза его вводят в смеси с оборотным же хлористым водородом и в строго ограниченном количестве.In the prototype, at the stage of the synthesis of hydrogen chloride, reverse hydrogen is also used, but it is introduced into the synthesis reactor in a mixture with reverse hydrogen chloride and in a strictly limited quantity.
В заявленном способе оборотный водород вводят в процесс синтеза без примесей хлористого водорода. Это имеет существенное преимущество перед прототипом. С одной стороны, введение оборотного водорода в процесс без ограничения соотношения с исходным водородом позволяет полностью использовать побочный продукт, с другой стороны, отсутствует разубоживание исходных компонентов за счет введения хлористого водорода в реактор его синтеза (как в прототипе) и не происходит, соответственно, снижения показателей процесса синтеза.In the inventive method, reverse hydrogen is introduced into the synthesis process without impurities of hydrogen chloride. This has a significant advantage over the prototype. On the one hand, the introduction of recycled hydrogen into the process without limiting the ratio of the starting hydrogen allows the by-product to be fully utilized, on the other hand, there is no dilution of the starting components due to the introduction of hydrogen chloride into its synthesis reactor (as in the prototype) and, accordingly, there is no reduction synthesis process indicators.
В изобретении предложены параметры процесса синтеза хлористого водорода, который проводят в избытке водорода от стехиометрического (2,0-6,0 об.%), предупреждающий проскок непрореагировавшего хлора, который недопустим из-за возникновения опасности взрыва. Это же относится и к проведению синтеза хлористого водорода под заданным давлением (3,0-4,0 ати). Отклонение от заданного давления является аварийным положением и требует остановки процесса.The invention proposed the parameters of the process for the synthesis of hydrogen chloride, which is carried out in excess of hydrogen from stoichiometric (2.0-6.0 vol.%), Preventing the breakthrough of unreacted chlorine, which is unacceptable due to the danger of an explosion. The same applies to the synthesis of hydrogen chloride under a given pressure (3.0-4.0 ati). Deviation from the set pressure is an emergency situation and requires a process stop.
Введение операций «сухой» и «мокрой» пылеочисток парогазовой смеси, образующейся в процессе гидохлорирования кремния, позволяет удалить крупные твердые частицы в системе «сухой» пылеочистки и мелкие твердые частицы, а также высококипящие примеси в системе «мокрой» пылеочистки.The introduction of “dry” and “wet” dust cleanings of the vapor-gas mixture formed during silicon hydrochlorination allows the removal of large solid particles in the dry dust cleaning system and small solid particles, as well as high-boiling impurities in the wet dust cleaning system.
Особенностью «мокрой» пылеочистки является дополнительная подача увлажненного водорода при орошении парогазовой смеси хлорсиланами, преимущественно тетрахлоридом кремния, на первой стадии «мокрой» пылеочистки.A feature of “wet” dust cleaning is the additional supply of humidified hydrogen during the irrigation of the gas-vapor mixture with chlorosilanes, mainly silicon tetrachloride, in the first stage of “wet” dust cleaning.
Введение увлажненного водорода служит для осуществления предварительной стадии стабилизации химических форм примесей (главным образом примесей бора), что позволяет снизить количество образующихся твердых продуктов, которые забивают тарелки колонн на стадии «реакционной» ректификации, что приводит к остановке процесса.The introduction of humidified hydrogen serves to carry out the preliminary stage of stabilization of the chemical forms of impurities (mainly boron impurities), which reduces the amount of solid products formed that clog the column plates at the stage of “reactive” distillation, which leads to a shutdown of the process.
На первой стадии «мокрой» пылеочистки орошающие хлорсиланы увлекают собой мелкие твердые частицы, легкоконденсируемые примеси (AlCl3, высшие полисиланхлориды и т.п.). В качестве хлорсиланов используют преимущественно тетрахлорид кремния или возможно смесь тетрахлорида кремния и трихлорсилана.At the first stage of “wet” dust cleaning, irrigating chlorosilanes entrain small solid particles, easily condensable impurities (AlCl 3 , higher polysilane chlorides, etc.). Silicon tetrachloride or, possibly, a mixture of silicon tetrachloride and trichlorosilane are preferably used as chlorosilanes.
Заявленный способ предусматривает оригинальные приемы розжига реактора синтеза хлористого водорода. Предложено два варианта розжига.The claimed method provides for original methods of ignition of a hydrogen chloride synthesis reactor. Two ignition options are proposed.
1-ый вариант. Перед синтезом хлористого водорода реакционный объем продувают сначала азотом, а затем воздухом, после чего инициируют процесс запальной смесью моносилана и аргона с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси моносилана с аргоном в среде воздуха начинают подавать водород и подачу смеси моносилана с аргоном прекращают, затем начинают подачу хлора; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати и затем водород и хлор начинают подавать в рабочем режиме.1st option. Before the synthesis of hydrogen chloride, the reaction volume is first purged with nitrogen and then with air, after which the process is initiated with an ignition mixture of monosilane and argon with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after igniting the mixture of monosilane with argon in air, hydrogen is introduced and the supply of a mixture of monosilane with argon is stopped, then the flow of chlorine begins; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine begin to be supplied in the operating mode.
2-ой вариант. Перед синтезом хлористого водорода реакционный объем продувают азотом, затем в реакционный объем начинают подавать хлор, после чего инициируют процесс запальной смесью моносилана и аргона с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси моносилана с аргоном в среде хлора начинают подавать водород и подачу смеси моносилана с аргоном прекращают; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати и затем водород и хлор начинают подавать в рабочем режиме.2nd option. Before the synthesis of hydrogen chloride, the reaction volume is purged with nitrogen, then chlorine is introduced into the reaction volume, after which the process is initiated with an ignition mixture of monosilane and argon with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after ignition of the mixture of monosilane with argon in chlorine medium, supply hydrogen and the supply of a mixture of monosilane with argon is stopped; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine begin to be supplied in the operating mode.
Указанные приемы розжига существенно повышают уровень безопасности процесса синтеза хлористого водорода.These ignition techniques significantly increase the safety level of the process of synthesis of hydrogen chloride.
Отличительные признаки заявленного изобретения, помимо получения трихлорсилана полупроводниковой чистоты, также повышают технико-экономическую эффективность процесса в целом за счет:Distinctive features of the claimed invention, in addition to obtaining trichlorosilane of semiconductor purity, also increase the technical and economic efficiency of the process as a whole due to:
- существенного снижения энергозатрат благодаря использованию для охлаждения дефлегматоров колонн технической оборотной воды (вместо захоложенной);- a significant reduction in energy costs due to the use of technical recycled water columns (instead of cold water) for cooling reflux condenser columns;
- использования технологии замкнутого цикла по водороду и хлористому водороду;- the use of closed cycle technology for hydrogen and hydrogen chloride;
- очистки образующегося тетрахлорида кремния и возможности использования его в качестве исходного продукта для получения трихлорсилана;- purification of the resulting silicon tetrachloride and the possibility of using it as a starting product to obtain trichlorosilane;
- использования большей части твердых отходов, образующихся в реакторе кипящего слоя и в процессе «сухой» пылеочистки и содержащих в основном непрореагировавший кремний, который после выделения и очистки от примесей хлоридов металлов и полисиланхлоридов, возвращают на стадию гидрохлорирования;- the use of most of the solid waste generated in the fluidized bed reactor and in the process of “dry” dust cleaning and containing mainly unreacted silicon, which, after separation and purification from impurities of metal chlorides and polysilane chlorides, is returned to the hydrochlorination stage;
- использования жидких отходов, образующихся на различных стадиях и содержащих трихлорсилан, тетрахлорид кремния и полисиланхлориды. Ценные компоненты жидких отходов, а именно тетрахлорид кремния и трихлорсилан, после их выделения на стадии «отжимной» ректификации возвращают на стадию «мокрой» пылеочистки в качестве орошающей жидкости, а остаток - кубовую жидкость, утилизируют.- the use of liquid waste generated at various stages and containing trichlorosilane, silicon tetrachloride and polysilane chloride. Valuable components of liquid waste, namely silicon tetrachloride and trichlorosilane, after their separation at the stage of "squeeze" rectification, are returned to the stage of "wet" dust cleaning as an irrigation liquid, and the remainder is still bottoms liquid, disposed of.
Вышеуказанные отличия заявленного изобретения обеспечивают не только полноту использования образующихся побочных продуктов и полупродуктов основных стадий процесса, но и экологическую безопасность технологии, так как и твердые, и жидкие отходы являются токсичными и взрывоопасными, а в изобретении на стадиях обработки отходов предусмотрен перевод токсичных взрывоопасных компонентов в химически нейтральную форму.The above differences of the claimed invention provide not only the full use of the resulting by-products and intermediates of the main stages of the process, but also the environmental safety of the technology, since both solid and liquid wastes are toxic and explosive, and the invention involves the conversion of toxic explosive components into waste stages chemically neutral form.
После процессов «сухой» и «мокрой» пылеочисток осуществляют разделение компонентов парогазовой смеси конденсацией с получением жидких и газообразных продуктов. В процессе конденсации получают три потока: газообразный поток хлористого водорода, который полностью рециркулируют на стадию гидрохлорирования, газообразный поток водорода, который полностью рециркулируют на стадию синтеза хлористого водорода, и жидкий конденсат хлорсиланов, содержащий в основном трихлорсилан и тетрахлорид кремния.After the processes of “dry” and “wet” dust cleaners, the components of the vapor-gas mixture are separated by condensation to produce liquid and gaseous products. Three streams are obtained in the condensation process: a gaseous stream of hydrogen chloride, which is completely recycled to the hydrochlorination step, a gaseous stream of hydrogen, which is completely recycled to the stage of hydrogen chloride synthesis, and a liquid chlorosilane condensate, which contains mainly trichlorosilane and silicon tetrachloride.
Для повышения эффективности в заявленном способе (в отличие от прототипа) ведут не только разделение тетрахлорида кремния и трихлорсилана с одновременным отделением тетрахлорида кремния от низкокипящих примесей, но и раздельную очистку выделенных тетрахлорида кремния и трихлорсилана.To improve the efficiency in the claimed method (in contrast to the prototype), not only the separation of silicon tetrachloride and trichlorosilane is carried out with the simultaneous separation of silicon tetrachloride from low-boiling impurities, but also separate purification of the isolated silicon tetrachloride and trichlorosilane.
Тетрахлорид кремния очищают ректификацией от высококипящих примесей и получают высокочистый продукт, который может быть исходным компонентом для конверсии в трихлорсилан гидрированием или самостоятельным высококачественным продуктом.Silicon tetrachloride is purified by distillation from high-boiling impurities to obtain a high-purity product, which can be the starting component for conversion to trichlorosilane by hydrogenation or an independent high-quality product.
Заявленное изобретение направлено также на повышение безопасности технологии, т.к. процесс синтеза хлористого водорода является взрыво- и пожароопасным. Заявленный способ обеспечивает существенное повышение безопасности за счет предложенных приемов инициирования процесса, резко снижающих возможность возникновения аварийной ситуации на стадии синтеза хлористого водорода.The claimed invention is also aimed at improving the safety of technology, because the process of synthesis of hydrogen chloride is explosive and fire hazard. The claimed method provides a significant increase in safety due to the proposed methods of initiating the process, dramatically reducing the possibility of an emergency at the stage of synthesis of hydrogen chloride.
Изобретение повышает экологическую безопасность, снижает взрывоопасность производства и обеспечивает возвращение максимально возможного количества ценных побочных и промежуточных продуктов в процесс для повторного их использования и при этом, соответственно, повышается выход целевого продукта.The invention improves environmental safety, reduces the explosiveness of production and ensures that the maximum possible amount of valuable by-products and intermediates is returned to the process for reuse and, accordingly, the yield of the target product is increased.
Кроме новой совокупности операций существенными отличиями заявленного способа являются также и режимы проведения различных стадий процесса.In addition to the new set of operations, the essential differences of the claimed method are also the modes of the various stages of the process.
Стадия гидрохлорирования кремния имеет свои особенности. Для проведения гидрохлорирования в реакторе кипящего слоя используют технический кремний крупностью существенно меньшей, чем в прототипе, и процесс гидрохлорирования осуществляют при заявленных давлении, высоте кипящего слоя и при определенной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора. Установлено, что совокупность параметров давления в реакционной зоне 3,0-5,0 ата, грансостава исходного кремния 100-1000 мкм, высоты кипящего слоя 3,5-5,5 м и линейной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора 0,10-0,30 м/с интенсифицируют процесс тепломассообмена. Поддержание в заявленных интервалах значений этих параметров в процессе синтеза трихлорсилана обеспечивает повышение скорости реакции гидрохлорирования и полноту взаимодействия кремния и хлористого водорода с образованием минимального количества полисиланхлоридов, что позволяет в 1,2-1,5 раза повысить производительность и на 1-5% повысить степень конверсии хлористого водорода.The silicon hydrochlorination step has its own characteristics. To carry out hydrochlorination in a fluidized bed reactor, technical silicon is used with a grain size significantly smaller than in the prototype, and the hydrochlorination process is carried out at the stated pressure, height of the fluidized bed and at a certain speed of the vapor-gas mixture formed in the middle part of the reaction zone of the reactor. It has been established that the set of pressure parameters in the reaction zone is 3.0-5.0 atm, the composition of the initial silicon is 100-1000 μm, the height of the fluidized bed is 3.5-5.5 m and the linear velocity of the formed vapor-gas mixture in the middle part of the reaction zone of the reactor 0 , 10-0.30 m / s intensify the process of heat and mass transfer. Maintaining the values of these parameters in the declared intervals during the synthesis of trichlorosilane provides an increase in the rate of hydrochlorination reaction and the completeness of the interaction of silicon and hydrogen chloride with the formation of a minimum amount of polysilane chlorides, which allows a productivity increase of 1.2-1.5 times and an increase of 1-5% hydrogen chloride conversion.
Ректификационная очистка трихлорсилана до полупроводниковой степени чистоты также имеет существенные отличия. Сначала трихлорсилан подвергают «реакционной» ректификации путем осуществления контакта трихлорсилана с увлажненным азотом. При этом происходит перевод легкогидролизуемых примесей (в основном примесей бора) в труднолетучие формы.The distillation purification of trichlorosilane to a semiconductor degree of purity also has significant differences. First, trichlorosilane is subjected to "reactive" distillation by contacting trichlorosilane with moistened nitrogen. In this case, the conversion of readily hydrolyzable impurities (mainly boron impurities) to non-volatile forms occurs.
Затем полученный дистиллят трихлорсилана отстаивают. Система отстаивания предназначена для отделения от трихлорсилана мелкодисперсных частиц и стабилизации химических форм микропримесей.Then, the resulting trichlorosilane distillate is defended. The sedimentation system is designed to separate fine particles from trichlorosilane and stabilize the chemical forms of trace elements.
После отстаивания верхний слив трихлорсилана направляют на глубокую очистку двухстадийной ректификацией.After settling, the upper trichlorosilane discharge is sent for deep cleaning by two-stage rectification.
На первой стадии глубокой очистки ректификацией отделяют низкокипящие примеси (в основном дихлорсилан, примеси бора и углерода). Установлено, что для глубокой очистки от низкокипящих примесей на этой стадии необходимо отделять примеси с коэффициентами разделения по лимитирующим примесям в интервале 1,20-1,40.In the first stage of deep purification by distillation, low-boiling impurities (mainly dichlorosilane, boron and carbon impurities) are separated. It was found that for deep cleaning from low-boiling impurities at this stage, it is necessary to separate impurities with separation coefficients by limiting impurities in the range of 1.20-1.40.
На второй стадии глубокой очистки ректификацией трихлорсилан очищают от высококипящих примесей (в основном от углеродсодержащих примесей, главным образом от метилдихлорсилана). Установлено, что для глубокой очистки от высококипящих примесей на этой стадии необходимо отделять примеси с коэффициентами разделения по лимитирующим примесям в интервале 1,10-1,20.In the second stage of deep purification by distillation, trichlorosilane is purified from high-boiling impurities (mainly from carbon-containing impurities, mainly from methyldichlorosilane). It was established that for deep cleaning from high-boiling impurities at this stage, it is necessary to separate impurities with separation coefficients by limiting impurities in the range of 1.10-1.20.
Для повышения производительности и снижения энергозатрат все процессы ректификации проводят при давлении верха колонн 1,5-4,0 ати и при использовании для охлаждения технической оборотной воды.To increase productivity and reduce energy costs, all rectification processes are carried out at a column top pressure of 1.5-4.0 ati and when using technical recycled water for cooling.
В процессе «сухой» пылеочистки парогазовой смеси, полученной при гидрохлорировании измельченного технического кремния, а также в самом реакторе кипящего слоя, в котором происходит гидрохлорирование кремния, образуется значительное количество твердых отходов.In the process of “dry” dust cleaning of a gas-vapor mixture obtained by hydrochlorination of ground technical silicon, as well as in the fluidized bed reactor itself, in which silicon hydrochlorination occurs, a significant amount of solid waste is generated.
В системе «сухой» пылеочистки отходы представляют собой пыли циклонов, в реакторе - отработанный кремний (измельченный непрореагировавший кремний).In the “dry” dust cleaning system, the waste is cyclone dust, and in the reactor, spent silicon (crushed unreacted silicon).
Кремний в этих отходах загрязнен хлоридами железа, алюминия, кальция, а также полисиланхлоридами. Эти отходы токсичны и взрывоопасны.Silicon in this waste is contaminated with iron, aluminum, calcium chlorides, as well as polysilane chlorides. This waste is toxic and explosive.
Заявленный способ предусматривает переработку твердых отходов для перевода полисиланхлоридов и хлоридов примесей в химически безопасную форму с отделением кремния и возвратом его на стадию гидрохлорирования.The claimed method involves the processing of solid waste to convert polysilane chloride and chloride impurities in a chemically safe form with the separation of silicon and its return to the stage of hydrochlorination.
Указанные примеси выщелачивают соляной кислотой, затем кремний фильтруют, сушат и возвращают в реактор гидрохлорирования.These impurities are leached with hydrochloric acid, then the silicon is filtered, dried and returned to the hydrochlorination reactor.
Для того, чтобы удалить сорбированные на поверхности кремния трихлорсилан, тетрахлорид кремния и полисиланхлориды и, таким образом, избежать их гидролиза в процессе выщелачивания, перед выщелачиванием отходы обрабатывают нагретым сухим азотом.In order to remove trichlorosilane, silicon tetrachloride and polysilane chloride adsorbed on the surface of silicon and, thus, to avoid their hydrolysis during the leaching process, the waste is treated with heated dry nitrogen before leaching.
Помимо твердых отходов в процессе получения высокочистого трихлорсилана образуются жидкие отходы, содержащие тетрахлорид кремния, трихлорсилан, полисиланхлориды, а также твердые частицы кремния и примесей.In addition to solid waste, the process of producing high-purity trichlorosilane produces liquid waste containing silicon tetrachloride, trichlorosilane, polysilane chloride, as well as solid particles of silicon and impurities.
Жидкие отходы образуются на различных стадиях технологического процесса:Liquid waste is generated at various stages of the process:
- в виде кубовой жидкости барботажного куба колонны системы «мокрой» пылеочистки;- in the form of bottoms liquid bubbler cube columns of the system of "wet" dust cleaning;
- в виде нижнего слива после отстаивания трихлорсилана;- in the form of a lower discharge after settling trichlorosilane;
- в виде кубовой жидкости после ректификационной очистки тетрахлорида кремния;- in the form of bottoms liquid after distillation purification of silicon tetrachloride;
- в виде кубовой жидкости «реакционной» ректификации.- in the form of still liquid of "reaction" rectification.
Жидкие отходы объединяют и из них выделяют трихлорсилан и тетрахлорид кремния в виде дистиллята «отжимной» ректификации, а кубовую жидкость «отжимной» ректификации, в которой концентрируются полисиланхлориды и твердые частицы, утилизируют, переводя токсичные и взрывоопасные компоненты в химически безопасную форму.Liquid wastes are combined and trichlorosilane and silicon tetrachloride are isolated as distillate of "squeeze" distillation, and bottoms liquid of "squeeze" distillation, in which polysilane chlorides and solid particles are concentrated, are disposed of, converting toxic and explosive components into a chemically safe form.
Для утилизации жидких отходов предложены два варианта. Один из них заключается в дезактивации водным раствором окиси кальция, другой - раствором карбоната натрия.For disposal of liquid waste, two options are proposed. One of them consists in decontamination with an aqueous solution of calcium oxide, the other with a solution of sodium carbonate.
Обоснование параметров.Justification of the parameters.
Процесс гидрохлорирования измельченного кремния проводят при давлении 3,0-5,0 ата при крупности кремния 100-1000 мкм, линейной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора 0,10-0,30 м/с и высоте кипящего слоя 3,5-5,5 м.The process of hydrochlorination of crushed silicon is carried out at a pressure of 3.0-5.0 atm with a grain size of 100-1000 microns, a linear velocity of the formed vapor-gas mixture in the middle part of the reaction zone of the reactor 0.10-0.30 m / s and a height of the fluidized bed 3, 5-5.5 m.
Заявленные параметры обеспечивают повышение производительности процесса гидрохлорирования, наиболее полное прохождение реакции образования трихлорсилана и с одновременной максимальной конверсией хлористого водорода. Установлено необходимое и достаточное соотношение между этими четырьмя параметрами (давлением в реакторе кипящего слоя, крупностью кремния, линейной скоростью образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора и высотой кипящего слоя).The claimed parameters provide an increase in the productivity of the hydrochlorination process, the most complete reaction of the formation of trichlorosilane and with the maximum conversion of hydrogen chloride. The necessary and sufficient correlation between these four parameters (pressure in the reactor of the fluidized bed, coarseness of silicon, linear velocity of the formed vapor-gas mixture in the middle part of the reaction zone of the reactor and the height of the fluidized bed) is established.
Проведение процесса гидрохлорирования кремния при давлении выше 5 ата приведет к уменьшению срока эксплуатации реактора, проведение процесса при давлении ниже 3 ата приведет к снижению единичной производительности реактора и к повышению энергозатрат на конденсации образующейся парогазовой смеси.Carrying out the process of silicon hydrochlorination at a pressure above 5 ata will lead to a decrease in the life of the reactor, carrying out the process at a pressure below 3 ata will reduce the unit productivity of the reactor and increase the energy consumption for condensation of the resulting vapor-gas mixture.
Проведение процесса при крупности кремния выше 1000 мкм приведет к нарушению режима кипения и, следовательно, к снижению производительности, при крупности кремния ниже 100 мкм - к высокому пылеуносу кремния из реактора и, следовательно, к снижению выхода целевого продукта.Carrying out the process with silicon fineness above 1000 microns will lead to a violation of the boiling mode and, consequently, to a decrease in productivity, with silicon fineness below 100 microns - to high dust removal of silicon from the reactor and, therefore, to reduce the yield of the target product.
Проведение процесса при линейной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора ниже 0,10 м/с приведет к нарушению режима кипения и, следовательно, к снижению производительности, проведение процесса при линейной скорости образованной парогазовой смеси в средней части реакционной зоны реактора выше 0,30 м/с - к снижению степени конверсии хлористого водорода и к высокому пылеуносу кремния из реактора и, следовательно, к снижению выхода целевого продукта.Carrying out the process at a linear velocity of the formed gas-vapor mixture in the middle part of the reaction zone of the reactor below 0.10 m / s will lead to a violation of the boiling mode and, consequently, to reduce productivity, carrying out the process at a linear velocity of the formed gas-vapor mixture in the middle part of the reaction zone of the reactor above 0 , 30 m / s - to reduce the degree of conversion of hydrogen chloride and to high dust removal of silicon from the reactor and, therefore, to reduce the yield of the target product.
Проведение процесса при высоте кипящего слоя выше 5,5 м приведет к необоснованному возрастанию габаритных размеров реактора, проведение процесса при высоте кипящего слоя ниже 3,5 м - к снижению степени конверсии хлористого водорода.Carrying out the process at a fluidized bed height above 5.5 m will lead to an unreasonable increase in the overall dimensions of the reactor, carrying out the process at a fluidized bed height below 3.5 m will reduce the degree of conversion of hydrogen chloride.
Все процессы ректификации проводят при давлении верха колонн 1,5-4,0 ати.All rectification processes are carried out at a column top pressure of 1.5-4.0 ati.
Проведение процессов ректификации при давлении, меньшем, чем 1,5 ати потребует для конденсации паров использовать захоложенную воду, а не техническую оборотную, что резко увеличивает энергозатраты.Conducting rectification processes at a pressure of less than 1.5 MPa will require refrigerated water to be used for condensation of the vapors, rather than technical recycled water, which dramatically increases energy costs.
Проведение процессов ректификации при давлении, большем, чем 4,0 ати, приведет к возникновению опасности снижения коэффициентов разделения лимитирующих примесей в системах с хлорсиланами, что снижает степень очистки трихлорсилана и тетрахлорида кремния.Conducting rectification processes at a pressure greater than 4.0 bar, will lead to the danger of reducing the separation coefficients of limiting impurities in systems with chlorosilanes, which reduces the degree of purification of trichlorosilane and silicon tetrachloride.
Синтез хлористого водорода осуществляют с использованием смеси исходного и оборотного водорода. При этом количество оборотного водорода в смеси может быть любым.The synthesis of hydrogen chloride is carried out using a mixture of source and reverse hydrogen. The amount of circulating hydrogen in the mixture can be any.
Процесс синтеза хлористого водорода проводят при давлении 3,0-4,0 ати и избытке водорода по отношению к хлору 2-6 об.% от стехиометрии.The process of synthesis of hydrogen chloride is carried out at a pressure of 3.0-4.0 bar and an excess of hydrogen relative to chlorine 2-6 vol.% Of stoichiometry.
Уменьшение избытка водорода ниже 2,0 об.% от стехиометрии может привести к проскоку хлора в образующуюся парогазовую смесь, содержащую водород, вследствие чего возникнет вероятность взрыва.A decrease in the excess of hydrogen below 2.0 vol.% From stoichiometry can lead to the leakage of chlorine into the resulting vapor-gas mixture containing hydrogen, as a result of which there is a possibility of an explosion.
Увеличение избытка водорода более 6,0 об.% от стехиометрии приведет к снижению эффективности гидрохлорирования кремния за счет снижения производительности процесса и к ухудшению конденсации образующейся парогазовой смеси.An increase in hydrogen excess of more than 6.0 vol.% From stoichiometry will lead to a decrease in the efficiency of silicon hydrochlorination due to a decrease in the process productivity and to a decrease in the condensation of the resulting vapor-gas mixture.
Уменьшение давления в реакторе синтеза хлористого водорода ниже 3,0 ати не позволит проводить синтез трихлорсилана, который необходимо вести при давлении не ниже 3 ати.A decrease in pressure in the hydrogen chloride synthesis reactor below 3.0 ati will not allow the synthesis of trichlorosilane, which must be carried out at a pressure of at least 3 ati.
Увеличение давления выше 4,0 ати повышает опасность возникновения взрыва.An increase in pressure above 4.0 bar increases the risk of explosion.
Процесс инициинирования синтеза хлористого водорода, который осуществляют с помощью запальной смеси аргона с моносиланом, содержащей 5-25% моносилана, существенно повышает безопасность процесса, так как предотвращает образование взрывоопасной газовой смеси. Кроме того, розжиг печи синтеза осуществляют без ее разгерметизации с постепенным увеличением количества подаваемых хлора и водорода до рабочих расходов.The process of initiating the synthesis of hydrogen chloride, which is carried out using an ignition mixture of argon with monosilane containing 5-25% monosilane, significantly increases the safety of the process, as it prevents the formation of an explosive gas mixture. In addition, the synthesis furnace is ignited without depressurization with a gradual increase in the amount of chlorine and hydrogen supplied to operating costs.
Перед введением запальной смеси при 1-ом варианте инициирования процесса синтеза хлористого водорода реакционный объем продувают сначала азотом, а затем воздухом, после чего инициируют процесс запальной смесью моносилана и аргона с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси моносилана с аргоном в среде воздуха начинают подавать водород и подачу смеси моносилана с аргоном прекращают, затем начинают подачу хлора; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати, и затем водород и хлор начинают подавать в рабочем режиме.Before introducing the ignition mixture in the first embodiment of initiating the process of hydrogen chloride synthesis, the reaction volume is first purged with nitrogen and then air, after which the process is initiated with an ignition mixture of monosilane and argon with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after ignition of the mixture monosilane with argon in the air begin to supply hydrogen and the mixture of monosilane with argon is stopped, then the flow of chlorine; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine begin to be fed in the operating mode.
При втором варианте инициирования процесса синтеза хлористого водорода перед введением запальной смеси реакционный объем продувают азотом, затем в реакционный объем начинают подавать хлор, после чего инициируют процесс запальной смесью аргона с моносиланом с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси аргона с моносиланом в среде хлора начинают подавать водород и подачу смеси аргона с моносиланом прекращают; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати, и затем в рабочем режиме начинают подавать водород и хлор.In the second variant of initiating the process of hydrogen chloride synthesis, the reaction volume is purged with nitrogen before the introduction of the ignition mixture, then chlorine is introduced into the reaction volume, after which the process is initiated with the ignition mixture of argon and monosilane with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after ignition mixtures of argon with monosilane in a chlorine medium begin to supply hydrogen and the flow of a mixture of argon with monosilane was stopped; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then, in the operating mode, hydrogen and chlorine are supplied.
Заявленная последовательность введения газообразных реагентов позволяет обезопасить операцию инициирования процесса синтеза хлористого водорода.The claimed sequence of introducing gaseous reagents allows you to secure the operation of initiating the process of synthesis of hydrogen chloride.
Параметры процесса утилизации твердых отходов обеспечивают практически полный возврат непрореагировавшего кремния на стадию гидрохлорирования, очистив его от полисиланхлоридов и хлоридов примесей с переводом взрывоопасных полисиланхлоридов в химически безопасную форму.The parameters of the solid waste disposal process provide an almost complete return of unreacted silicon to the hydrochlorination stage, purifying it from polysilane chlorides and impurity chlorides with the conversion of explosive polysilane chlorides to a chemically safe form.
Температурный интервал обработки твердых отходов азотом (70-150°С) и время, в течение которого эту обработку проводят (1-2 часа), определяют достаточную степень удаления сорбированных хлорсиланов и полисиланхлоридов с поверхности кремния.The temperature interval for the treatment of solid waste with nitrogen (70-150 ° C) and the time during which this treatment is carried out (1-2 hours) determine the sufficient degree of removal of sorbed chlorosilanes and polysilane chlorides from the surface of silicon.
Концентрация солянокислого раствора (не ниже 0,1 г/л), которым выщелачивают примеси из отходов, соотношение Т:Ж=1:(5-20) в процессе выщелачивания и время выщелачивания (0,5-3,0 часа) определяют достаточную степень очистки твердых отходов с переводом примесей хлоридов металлов в солянокислый раствор.The concentration of hydrochloric acid solution (not lower than 0.1 g / l), which impurities are leached from the waste, the ratio T: W = 1: (5-20) during the leaching process and the leaching time (0.5-3.0 hours) determine the sufficient the degree of purification of solid waste with the transfer of metal chloride impurities into a hydrochloric acid solution.
Уменьшение значений указанных параметров приводит к образованию твердых гидратированных соединений, не позволяющих получать кремний заданной чистоты.A decrease in the values of these parameters leads to the formation of solid hydrated compounds that do not allow to obtain silicon of a given purity.
Увеличение значений параметров не приводит к улучшению результата очистки, но увеличивает безвозвратные потери измельченного кремния, а также непроизводительные расходы реагентов и электроэнергии.An increase in the parameter values does not lead to an improvement in the cleaning result, but increases the irretrievable losses of crushed silicon, as well as unproductive expenses of reagents and electricity.
Жидкие отходы технологии производства трихлорсилана содержат тетрахлорид кремния и трихлорсилан с большим содержанием полисиланхлоридов, а также твердые частицы. Высокое содержание полисиланхлоридов делает жидкие отходы пожаро-взрывоопасными и токсичными. Для их первоначальной обработки проводят «отжимную» ректификацию до содержания полисиланхлоридов не выше 15-20%. Эти значения концентрациий являются безопасными, а полученный дистиллят пригоден к использованию в системе «мокрой» пылеочистки в качестве орошающей жидкости.Liquid wastes of trichlorosilane production technology contain silicon tetrachloride and trichlorosilane with a high content of polysilane chlorides, as well as solid particles. The high content of polysilane chlorides makes liquid waste flammable and toxic. For their initial processing, “squeezing” distillation is carried out until the polysilane chloride content is not higher than 15-20%. These concentration values are safe, and the resulting distillate is suitable for use in a wet dust cleaning system as an irrigation fluid.
Проведение «отжимной» ректификации до меньшего значения содержания полисиланхлоридов (ниже 15%) приводит к неоправданным потерям трихлорсилана и тетрахлорида кремния.Carrying out "squeezing" rectification to a lower polysilane chloride content (below 15%) leads to unjustified losses of trichlorosilane and silicon tetrachloride.
Проведение «отжимной» ректификации до содержания полисиланхлоридов выше 20% недопустимо по нормам безопасности.Carrying out "squeezing" distillation to a polysilane chloride content higher than 20% is unacceptable according to safety standards.
Образующуюся после «отжимной» ректификации кубовую жидкость, в которой сконцентрированы полисиланхлориды, утилизируют путем обработки раствором окиси кальция с водой с концентрацией окиси кальция 100-150 г/л, при соотношении окиси кальция и кубовой жидкости 1:(0,65-1,30), при температуре не выше 90°С и при перемешивании в течение 2-3 часов.The bottoms liquid formed after the "squeeze" rectification, in which the polysilane chlorides are concentrated, is disposed of by treatment with a solution of calcium oxide with water with a concentration of calcium oxide of 100-150 g / l, with a ratio of calcium oxide and still liquid of 1: (0.65-1.30 ), at a temperature not exceeding 90 ° C and with stirring for 2-3 hours.
Меньшая концентрация окиси кальция (ниже 100 г/л), меньшее соотношение окиси кальция к кубовой жидкости (менее 1:1,30), меньшее время обработки (менее 2 часов) недостаточны для перевода всех полисиланхлоридов в химически нейтральную форму.A lower concentration of calcium oxide (below 100 g / l), a lower ratio of calcium oxide to bottoms liquid (less than 1: 1.30), shorter processing times (less than 2 hours) are insufficient to convert all polysilane chlorides to a chemically neutral form.
Превышение указанных значений параметров обработки кубовой жидкости выше заявленных не улучшает показатели по нейтрализации полисиланхлоридов и неоправданно увеличивает расходы на утилизацию.Exceeding the specified values for the treatment of bottoms liquid above the stated does not improve the neutralization of polysilane chlorides and unnecessarily increases the cost of disposal.
Прекращение обработки при содержании окиси кальция 30 г/л обеспечивает полный перевод полисиланхлоридов в химически нейтральную форму.The termination of processing at a content of calcium oxide of 30 g / l provides a complete conversion of polysilane chlorides into a chemically neutral form.
Другой вариант утилизации кубовой жидкости «отжимной» ректификации заключается в обработке ее водным раствором карбоната натрия с содержанием карбоната натрия 100-150 г/л, при соотношении карбоната натрия к кубовой жидкости [1:(0,55-0,85)] и времени перемешивания 2-3 часа. Заявленные значения параметров обработки обеспечивают перевод полисиланхлоридов в химически нейтральную форму.Another option for the disposal of bottoms liquid "squeeze" rectification is to treat it with an aqueous solution of sodium carbonate with a sodium carbonate content of 100-150 g / l, with a ratio of sodium carbonate to bottoms [1: (0.55-0.85)] and time mixing for 2-3 hours. The declared values of the processing parameters ensure the conversion of polysilane chlorides into a chemically neutral form.
Меньшая концентрация карбоната натрия (ниже 100 г/л), меньшее соотношение карбоната натрия к кубовой жидкости (менее 1:0,85), меньшее время обработки (менее 2 часов) недостаточны для перевода всех полисиланхлоридов в химически нейтральную форму.A lower concentration of sodium carbonate (below 100 g / l), a lower ratio of sodium carbonate to bottoms liquid (less than 1: 0.85), shorter processing time (less than 2 hours) are insufficient to convert all polysilane chlorides to a chemically neutral form.
Превышение указанных значений выше заявленных не улучшает показатели по нейтралицазии полисиланхлоридов и неоправданно увеличивают расходы на утилизацию.Exceeding the indicated values above the stated ones does not improve the indicators of neutralization of polysilane chlorides and unnecessarily increase the cost of disposal.
Прекращение обработки при достижении в пульпе значения рН менее 7,0 обеспечивает достижение полного перевода полисиланхлоридов в химически нейтральную форму.The termination of processing when the pulp reaches a pH value of less than 7.0 ensures the complete conversion of polysilane chlorides to a chemically neutral form.
Совокупность вышеописанных операций и режимов их осуществления позволяет получить трихлорсилан высокой степени чистоты - полупроводникового качества.The combination of the above operations and the modes of their implementation allows to obtain trichlorosilane of high purity - semiconductor quality.
Пример.Example.
Способ получения трихлорсилана включает в себя следующие основные стадии (см. фиг.1):The method of producing trichlorosilane includes the following main stages (see figure 1):
- синтез хлористого водорода;- synthesis of hydrogen chloride;
- синтез трихлорсилана;- synthesis of trichlorosilane;
- пылеочистка парогазовой смеси хлорсиланов;- dust cleaning gas-vapor mixture of chlorosilanes;
- конденсация хлорсиланов и регенерация водорода и хлористого водорода;- condensation of chlorosilanes and regeneration of hydrogen and hydrogen chloride;
- ректификационное разделение конденсата хлорсиланов на трихлорсилан и тетрахлорид кремния;- distillation separation of the chlorosilane condensate into trichlorosilane and silicon tetrachloride;
- ректификационная очистка трихлорсилана;- distillation purification of trichlorosilane;
- ректификационная очистка тетрахлорида кремния;- distillation purification of silicon tetrachloride;
- концентрация жидких отходов;- concentration of liquid waste;
- переработка жидких и твердых отходов производства трихлорсилана.- processing of liquid and solid wastes of trichlorosilane production.
Хлористый водород получают путем сжигания водорода в хлоре по следующей реакции:Hydrogen chloride is obtained by burning hydrogen in chlorine according to the following reaction:
Н2+Cl2=2HCl+Q.H 2 + Cl 2 = 2HCl + Q.
Исходные водород и хлор подают в реактор синтеза хлористого водорода. Также используют оборотный водород.The starting hydrogen and chlorine are fed to a hydrogen chloride synthesis reactor. Reverse hydrogen is also used.
Процесс синтеза хлористого водорода проводят в избытке водорода - 2-6 об.% от стехиометрического. Соотношение хлора и водорода на входе в реактор поддерживают автоматически. Синтез ведут под давлением 3,0-4,0 ати.The process of synthesis of hydrogen chloride is carried out in an excess of hydrogen - 2-6 vol.% Of the stoichiometric. The ratio of chlorine and hydrogen at the inlet to the reactor is maintained automatically. The synthesis is carried out under a pressure of 3.0-4.0 bar.
Существует два варианта дистанционного розжига реактора синтеза хлористого водорода. В реактор подают смесь аргона с моносиланом, которая самовоспламеняется либо в присутствии воздуха, либо в присутствии хлора.There are two options for remote ignition of a hydrogen chloride synthesis reactor. A mixture of argon and monosilane is fed into the reactor, which spontaneously ignites either in the presence of air or in the presence of chlorine.
1-й вариант.1st option.
Перед синтезом хлористого водорода реакционный объем продувают сначала азотом, а затем воздухом, после чего инициируют процесс запальной смесью моносилана и аргона с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси моносилана с аргоном в среде воздуха начинают подавать водород и подачу смеси моносилана с аргоном прекращают, затем начинают подачу хлора; при этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати и затем водород и хлор начинают подавать в рабочем режиме.Before the synthesis of hydrogen chloride, the reaction volume is first purged with nitrogen and then with air, after which the process is initiated with an ignition mixture of monosilane and argon with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after igniting the mixture of monosilane with argon in air, hydrogen is introduced and the supply of a mixture of monosilane with argon is stopped, then the flow of chlorine begins; the amount of hydrogen and chlorine supplied is uniformly increased and the pressure in the reaction volume is increased to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine begin to be supplied in the operating mode.
2-й вариант.2nd option.
Перед синтезом хлористого водорода реакционный объем продувают азотом, затем в реакционный объем начинают подавать хлор, после чего инициируют процесс запальной смесью аргона с моносиланом с содержанием моносилана 5-25%, смесь вводят в реакционный объем, после воспламенения смеси аргона с моносиланом в среде хлора начинают подавать водород и подачу смеси аргона с моносиланом прекращают. При этом количество подаваемых водорода и хлора равномерно повышают и увеличивают давление в реакционном объеме до 3,0-4,0 ати, и затем в рабочем режиме начинают подавать водород и хлор.Before the synthesis of hydrogen chloride, the reaction volume is purged with nitrogen, then chlorine is introduced into the reaction volume, after which the process is initiated with an ignition mixture of argon and monosilane with a monosilane content of 5-25%, the mixture is introduced into the reaction volume, after ignition of the mixture of argon and monosilane in chlorine medium, supply hydrogen and the flow of a mixture of argon with monosilane is stopped. At the same time, the amount of hydrogen and chlorine supplied uniformly increase and increase the pressure in the reaction volume to 3.0-4.0 ati, and then hydrogen and chlorine are started to be supplied in the operating mode.
Продукты горения из реактора синтеза хлористого водорода через воздушный холодильник направляют в ресивер, который предназначен для сглаживания колебаний давления и состава хлористого водорода. В этот ресивер, после вывода реактора на рабочий режим, подают также оборотный хлористый водород от синтеза трихлорсилана и хлористый водород из производства поликристаллического кремния и конверсии тетрахлорида кремния.The combustion products from the hydrogen chloride synthesis reactor are sent through an air cooler to a receiver, which is designed to smooth out pressure fluctuations and the composition of hydrogen chloride. After the reactor is put into operation, recycled hydrogen chloride from the synthesis of trichlorosilane and hydrogen chloride from the production of polycrystalline silicon and the conversion of silicon tetrachloride are also fed into this receiver.
Получение трихлорсилана осуществляют в реакторе непрерывного действия гидрохлорированием измельченного технического кремния в кипящем слое.The preparation of trichlorosilane is carried out in a continuous reactor by hydrochlorination of ground technical silicon in a fluidized bed.
При взаимодействии кремния с хлористым водородом образуется трихлорсилан (основная реакция гидрохлорирования):When silicon interacts with hydrogen chloride, trichlorosilane is formed (the main hydrochlorination reaction):
Si+3HCl=SiHCl3=H2+QSi + 3HCl = SiHCl 3 = H 2 + Q
Наряду с трихлорсиланом образуются также дихлорсилан и тетрахлорид кремния (побочные реакции):Along with trichlorosilane, dichlorosilane and silicon tetrachloride are also formed (side reactions):
Si+2HCl=SiH2Cl2+QSi + 2HCl = SiH 2 Cl 2 + Q
Si+4HCl=SiCl4+2H2+QSi + 4HCl = SiCl 4 + 2H 2 + Q
В процессе синтеза трихлорсилана образуются и другие химические вещества: полисиланхлориды кремния, хлориды металлов и ряд других соединений.In the process of trichlorosilane synthesis, other chemicals are also formed: silicon polysilane chlorides, metal chlorides, and a number of other compounds.
Процесс гидрохлорирования кремния с максимальным выходом трихлорсилана проводят в интервале температур 290-330°С. При температуре ниже 290°С в продуктах реакций заметно увеличивается содержание дихлорсилана и полисиланхлоридов, а при температурах выше 330°С - содержание тетрахлорида кремния.The process of hydrochlorination of silicon with a maximum yield of trichlorosilane is carried out in the temperature range 290-330 ° C. At temperatures below 290 ° C, the content of dichlorosilane and polysilane chlorides noticeably increases in the reaction products, and at temperatures above 330 ° C, the content of silicon tetrachloride.
Начало интенсивного гидрохлорирования кремния проходит при температурах 270-280°С, поэтому при пуске реактора кремний предварительно нагревают.The onset of intense hydrochlorination of silicon takes place at temperatures of 270-280 ° C, so when starting up the reactor, silicon is preheated.
Непрореагировавший кремний (образовавшийся за время работы реактора) выводят из реактора.Unreacted silicon (formed during reactor operation) is removed from the reactor.
Нагрев кремния при пуске реактора осуществляют потоком горячего азота. При достижении в реакторе температуры порядка 290-330°С вместо горячего азота подают подогретый хлористый водород.The heating of silicon when starting the reactor is carried out by a stream of hot nitrogen. When the temperature in the reactor reaches about 290-330 ° C, heated hydrogen chloride is fed instead of hot nitrogen.
После начала реакции все подогреватели отключают.After the start of the reaction, all heaters are turned off.
Регулирование температуры процесса синтеза трихлорсилана осуществляют подачей воды в рубашки реактора.The temperature control of the synthesis process of trichlorosilane is carried out by supplying water to the jacket of the reactor.
Количество кремния в реакторе поддерживают постоянным за счет непрерывной подачи его в нижнюю часть аппарата.The amount of silicon in the reactor is kept constant by continuously feeding it to the bottom of the apparatus.
Выходящая из реактора парогазовая смесь содержит водород, хлористый водород, пары трихлорсилана, тетрахлорида кремния, дихлорсилана, полисиланхлоридов, хлоридов металлов. Этой смесью уносится из реактора кремниевая пыль и другие твердые частицы. Парогазовую смесь после реактора подвергают «сухой» и «мокрой» пылеочистке и конденсации.The vapor-gas mixture leaving the reactor contains hydrogen, hydrogen chloride, vapors of trichlorosilane, silicon tetrachloride, dichlorosilane, polysilane chlorides, and metal chlorides. This mixture carries away silicon dust and other solid particles from the reactor. The gas-vapor mixture after the reactor is subjected to “dry” and “wet” dust cleaning and condensation.
Очистку парогазовой смеси от твердых частиц осуществляют последовательно в системе «сухой» пылеочистки (циклоны) для удаления из парогазовой смеси крупных твердых частиц и в системе «мокрой» пылеочистки (контактирование парогазовой смеси с жидкими хлорсиланами в массообменных аппаратах) для удаления из парогазовой смеси самых мелких твердых частиц и легкоконденсируемых соединений.Purification of a gas-vapor mixture from solid particles is carried out sequentially in a “dry” dust-cleaning system (cyclones) to remove large solid particles from a gas-vapor mixture and in a “wet” dust-cleaning system (contacting a gas-vapor mixture with liquid chlorosilanes in mass transfer apparatuses) to remove the smallest particulate matter and readily condensable compounds.
«Сухую» пылеочистку осуществляют в 3-х последовательно установленных циклонах."Dry" dust cleaning is carried out in 3 sequentially installed cyclones.
«Мокрую» пылеочистку осуществляют в трех аппаратах. Первый из них представляет собой полый колонный царговый аппарат, в который сверху подают парогазовую смесь и дистиллят установки «отжимной» ректификации, который содержит, преимущественно, тетрахлорид кремния и, частично, трихлорсилан."Wet" dust cleaning is carried out in three devices. The first of them is a hollow column collet apparatus, into which a vapor-gas mixture and distillate of a squeeze rectification unit are fed from above, which mainly contains silicon tetrachloride and, in part, trichlorosilane.
В полую колонну также подают увлажненный водород для контактирования с хлорсиланами в парогазовой смеси (предварительная стадия стабилизации форм примесей).Humidified hydrogen is also fed into the hollow column for contacting with chlorosilanes in the vapor-gas mixture (preliminary stage of stabilization of the forms of impurities).
Жидкость из полой колонны сливается в барботажный куб, парогазовая смесь проходит барботажем через барботажный куб (вторая стадия «мокрой» пылеочистки) и далее через барботажную колонну, которая также орошается таким же дистиллятом «отжимной» ректификационной установки, что и полая колонна. При этом парогазовая смесь более тонко очищается от твердых частиц. Примеси накапливаются в барботажном кубе, откуда кубовую жидкость (жидкие отходы) направляют на дальнейшую переработку.The liquid from the hollow column is discharged into a bubbler cube, the vapor-gas mixture passes through the bubbler cube (the second stage of “wet” dust cleaning) and then through the bubbler column, which is also irrigated with the same distillate of the “squeeze” distillation unit as the hollow column. In this case, the gas-vapor mixture is more finely cleaned of solid particles. Impurities accumulate in the bubbler cube, from where the bottoms liquid (liquid waste) is sent for further processing.
После «мокрой» пылеочистки парогазовую смесь направляют в конденсационную систему для полной конденсации хлорсиланов и отделения хлористого водорода и водорода.After “wet” dust cleaning, the gas-vapor mixture is sent to a condensation system for the complete condensation of chlorosilanes and the separation of hydrogen chloride and hydrogen.
Сконденсированные хлорсиланы направляют на ректификацию, оборотный водород - на синтез хлористого водорода, а оборотный хлористый водород - на синтез трихлорсилана.Condensed chlorosilanes are sent for distillation, recycled hydrogen for the synthesis of hydrogen chloride, and recycled hydrogen chloride for the synthesis of trichlorosilane.
Ректификационную очистку трихлорсилана и тетрахлорида кремния, а также концентрирование жидких отходов осуществляют на нескольких установках ректификации. Все установки ректификации работают в непрерывном режиме при повышенном давлении. Конденсаторы (дефлегматоры) установок охлаждают технической оборотной водой с температурой ~32°С (температура на выходе из конденсаторов на 5-10° выше).Rectification purification of trichlorosilane and silicon tetrachloride, as well as the concentration of liquid waste is carried out at several distillation plants. All distillation units operate continuously at elevated pressure. The condensers (reflux condensers) of the plants are cooled with technical circulating water with a temperature of ~ 32 ° C (the temperature at the outlet of the condensers is 5-10 ° higher).
Одна установка предназначена для разделения трихлорсилана и тетрахлорида кремния, одна установка предназначена для очистки тетрахлорида кремния, одна установка - для концентрирования жидких отходов («отжимная» колонна), а остальные установки предназначены для получения трихлорсилана очищенного.One unit is designed to separate trichlorosilane and silicon tetrachloride, one unit is used to purify silicon tetrachloride, one unit is used to concentrate liquid waste (squeezing column), and the remaining units are used to produce purified trichlorosilane.
Первая ректификационная установка предназначена для разделения тетрахлорида кремния и трихлорсилана.The first distillation unit is designed to separate silicon tetrachloride and trichlorosilane.
На эту установку подают конденсат хлорсиланов из системы конденсации парогазовой смеси синтеза трихлорсилана.Chlorosilane condensate from the condensation system of a gas-vapor mixture of trichlorosilane synthesis is fed to this installation.
Дистиллят первой установки ректификации направляют в куб следующей установки ректификации («реакционной» ректификации).The distillate of the first distillation unit is sent to the cube of the next distillation unit (“reaction” rectification).
Кубовую жидкость первой установки ректификации, содержащую преимущественно тетрахлорид кремния, направляют в установку для очистки тетрахлорида кремния.The bottom liquid of the first distillation unit, containing mainly silicon tetrachloride, is sent to the installation for the purification of silicon tetrachloride.
Вторая ректификационная установка предназначена для проведения «реакционной» ректификации (переведение легкогидролизуемых примесей в труднолетучие формы) путем осуществления контакта трихлорсилана с увлажненным азотом из специальных установок увлажнения, вводимым в нижнюю часть колонн.The second distillation unit is designed to carry out “reactive” distillation (conversion of easily hydrolyzable impurities to non-volatile forms) by contacting trichlorosilane with moistened nitrogen from special humidification units introduced into the lower part of the columns.
В куб установки подают дистиллят первой установки ректификации.The distillate of the first distillation unit is fed into the cube of the installation.
Кубовую жидкость установки «реакционной» ректификации подают на «отжимную» ректификацию.The bottom liquid of the "reaction" rectification unit is fed to the "squeeze" rectification.
Дистиллят «реакционной» ректификации подают на отстаивание.The distillate of the "reaction" distillation is fed to sedimentation.
Система отстаивания предназначена для отделения от трихлорсилана мелкодисперсных частиц и стабилизации химических форм микропримесей.The sedimentation system is designed to separate fine particles from trichlorosilane and stabilize the chemical forms of trace elements.
Продолжительность операции отстаивания трихлорсилана 8 суток.The duration of the operation of settling trichlorosilane 8 days.
Верхний слив отстаивания направляют на первую стадию глубокой очистки трихлорсилана (очистка от низкокипящих примесей).The upper discharge of sedimentation is sent to the first stage of deep purification of trichlorosilane (purification from low-boiling impurities).
Нижний слив отстаивания направляют на установку «отжимной» ректификации.The bottom discharge of sedimentation is sent to the installation of "squeeze" rectification.
Дистиллят установки очистки от низкокипящих примесей, обогащенный этими примесями, выводят из схемы и направляют в сборник трихлорсилана технического (самостоятельный продукт), а кубовую жидкость направляют на вторую стадию глубокой очистки трихлорсилана (очистка трихлорсилана от высококипящих примесей).The distillate of the low-boiling impurities purification unit, enriched with these impurities, is removed from the circuit and sent to the technical trichlorosilane collection (stand-alone product), and bottoms liquid is sent to the second stage of deep purification of trichlorosilane (purification of trichlorosilane from high-boiling impurities).
Дистиллят второй стадии глубокой очистки трихлорсилана представляет собой очищенный трихлорсилан полупроводникового качества.The distillate of the second stage of deep purification of trichlorosilane is a purified semiconductor-grade trichlorosilane.
Кубовую жидкость этой стадии выводят из схемы и направляют в сборник трихлорсилана технического (самостоятельный продукт).VAT liquid of this stage is removed from the circuit and sent to the collection of technical trichlorosilane (stand-alone product).
Для отделения тетрахлорида кремния и трихлорсилана от полисиланхлоридов и твердых частиц и для концентрирования полисиланхлоридов до заданных безопасных значений используют «отжимную» ректификацию.For the separation of silicon tetrachloride and trichlorosilane from polysilane chlorides and solid particles, and for the concentration of polysilane chlorides to the specified safe values, squeezing rectification is used.
На эту установку подают продукты из различных участков производства трихлорсилана, содержащие полисиланхлориды и твердые частицы:This plant serves products from various trichlorosilane production sites containing polysilane chloride and solid particles:
- кубовую жидкость барботажного куба из передела «мокрой» пылеочистки парогазовой смеси процесса синтеза трихлорсилана;- still liquid bubbler cubes from the redistribution of the "wet" dust cleaning gas-vapor mixture of the synthesis process of trichlorosilane;
- нижний слив отстаивания трихлорсилана;- lower discharge of trichlorosilane sedimentation;
- кубовую жидкость после «реакционной» ректификации;- still liquid after "reaction" rectification;
- кубовую жидкость установки ректификационной очистки тетрахлорида кремния.- bottoms liquid distillation purification installation of silicon tetrachloride.
Дистиллят данной колонны направляют на орошение полой и барботажной колонн в систему «мокрой» пылеочистки.The distillate of this column is sent for irrigation of the hollow and bubble columns in the system of "wet" dust cleaning.
Кубовую жидкость (жидкие отходы) направляют на переработку.VAT liquid (liquid waste) is sent for processing.
Для очистки тетрахлорида кремния (после разделения трихлорсилана и тетрахлорида кремния) от полисиланхлоридов и других высококипящих примесей используют ректификационную установку, на которую подают кубовую жидкость после разделения трихлорсилана и тетрахлорида кремния.For purification of silicon tetrachloride (after separation of trichlorosilane and silicon tetrachloride) from polysilane chlorides and other high boiling impurities, a distillation unit is used, to which bottoms are fed after separation of trichlorosilane and silicon tetrachloride.
Дистиллят данной колонны (тетрахлорид кремния очищенный) направляют в приемные емкости.The distillate of this column (purified silicon tetrachloride) is sent to a receiving tank.
Характеристика тетрахлорида кремния
Содержание примесей, % мас.:Table 1
Characterization of silicon tetrachloride
The content of impurities,% wt .:
Кубовую жидкость этой установки направляют на «отжимную» ректификацию.The bottom liquid of this installation is sent to the "squeeze" distillation.
Жидкости питания ректификационных установок подогревают в специальных теплообменниках перед вводом в колонны.The distillation unit feed liquids are heated in special heat exchangers before entering the columns.
Все процессы ректификации проводят при давлении верха колонны 2,5 ати.All rectification processes are carried out at a column top pressure of 2.5 ati.
В таблице 2 представлена характеристика трихлорсилана, очищенного полупроводникового качества.Table 2 presents the characteristics of trichlorosilane, purified semiconductor quality.
Характеристика трихлорсилана очищенного полупроводникового качества
Состав, % мас:table 2
Characteristics of trichlorosilane purified semiconductor quality
Composition,% wt:
Образующийся трихлорсилан технический является самостоятельным продуктом и составляет 10-15% от полученного целевого трихлорсилана полупроводниковой чистоты.The resulting technical trichlorosilane is an independent product and accounts for 10-15% of the obtained target semiconductor trichlorosilane purity.
Отработанный кремний из реактора синтеза трихлорсилана и пыли из циклонов системы «сухой» пылеочистки представляют собой твердые отходы производства трихлорсилана, которые направляют на переработку следующим образом.The spent silicon from the reactor for the synthesis of trichlorosilane and dust from cyclones of the "dry" dust cleaning system is solid waste from the production of trichlorosilane, which is sent for processing as follows.
Твердые отходы обрабатывают током сухого азота, нагретым до 100°С, в течение 1,5 часов. Выщелачивание проводят раствором соляной кислоты в эмалированном реакторе с мешалкой, а фильтрование осуществляют на фильтре при остаточном давлении 0,6 мм рт.ст. В качестве фильтрующего материала используют стеклоткань.Solid waste is treated with a stream of dry nitrogen heated to 100 ° C for 1.5 hours. Leaching is carried out with a solution of hydrochloric acid in an enameled reactor with a stirrer, and filtering is carried out on the filter at a residual pressure of 0.6 mm Hg. As the filter material using fiberglass.
Условия выщелачивания: t=30°С; Т:Ж=1:12; τ=2 ч.Leaching conditions: t = 30 ° C; T: W = 1: 12; τ = 2 hours
Концентрацию соляной кислоты в водном растворе поддерживают равной 0,2 г/л. Степень очистки от примесей (в основном - от примесей алюминия, железа и кальция) составляет 87%.The concentration of hydrochloric acid in an aqueous solution is maintained at 0.2 g / L. The degree of purification from impurities (mainly from impurities of aluminum, iron and calcium) is 87%.
Полученный кремний после сушки направляют частями в реактор синтеза трихлорсилана, подмешивая его к исходному кремнию.After drying, the obtained silicon is sent in parts to the trichlorosilane synthesis reactor, mixing it with the starting silicon.
Экономия кремния составляет примерно 3-5% в год от количества исходного технического кремния, используемого в производстве трихлорсилана.Silicon savings are approximately 3-5% per year of the amount of initial technical silicon used in the production of trichlorosilane.
Кубовую жидкость «отжимной» колонны, представляющая собой жидкие отходы производства трихлорсилана, перерабатывают следующим образом (два варианта).The bottoms liquid of the "squeeze" column, which is the liquid waste from the production of trichlorosilane, is processed as follows (two options).
Вариант 1.Option 1.
Жидкие отходы направляют на технологическую цепочку, состоящую из промежуточной емкости, дозирующей емкости, реактора с мешалкой и барботера. Реактор и барботер предварительно продувают азотом, а затем заполняют смесью СаО и воды с концентрацией СаО 125 г/л. Реактор с мешалкой эмалирован изнутри и снабжен водоохлаждающей рубашкой.Liquid waste is sent to a process chain consisting of an intermediate tank, a metering tank, a stirred reactor and a bubbler. The reactor and bubbler are pre-flushed with nitrogen, and then filled with a mixture of CaO and water with a CaO concentration of 125 g / L. The stirred reactor is internally enameled and equipped with a water jacket.
Жидкие отходы (кубовая жидкость «отжимной» ректификации) поступают в промежуточную емкость, откуда их загружают в дозирующую емкость и через сифон подают в эмалированный реактор с мешалкой под слой жидкости, где поддерживают соотношение окиси кальция к кубовой жидкости 1,0:1,1. Температуру в реакционной зоне поддерживают равной 83°С, за счет регулирования количества подаваемой воды в рубашку реактора и количества жидких отходов, подаваемых под слой раствора СаО в воде.Liquid waste (distillation distillation bottoms) is transferred to an intermediate tank, from where they are loaded into a metering tank and fed through an siphon to an enameled reactor with a stirrer under a layer of liquid, where the ratio of calcium oxide to bottoms is 1.0: 1.1. The temperature in the reaction zone is maintained equal to 83 ° C, by controlling the amount of water supplied to the reactor jacket and the amount of liquid waste supplied under a layer of a CaO solution in water.
Парогазовая смесь, образующаяся в процессе нейтрализации, поступает в барботер через сифон, где происходит ее очистка от следов хлорсиланов и соляной кислоты за счет их взаимодействия с раствором СаО в воде. Реакционную массу, полученную после ввода жидких отходов в реактор, перемешивают в течение 2,0 часов с подачей газообразного азота, после чего контролируют отходящий азот на содержание водорода (предельно допустимая концентрация водорода в азоте равна 0,35 об.%).The gas-vapor mixture formed in the process of neutralization enters the bubbler through a siphon, where it is purified from traces of chlorosilanes and hydrochloric acid due to their interaction with a solution of CaO in water. The reaction mass obtained after entering the liquid waste into the reactor is stirred for 2.0 hours with the supply of gaseous nitrogen, after which the exhaust nitrogen is monitored for hydrogen content (the maximum permissible concentration of hydrogen in nitrogen is 0.35 vol.%).
При содержании окиси кальция 29 г/л реакционную массу перекачивают на станцию нейтрализации сточных вод.With a calcium oxide content of 29 g / l, the reaction mass is pumped to a wastewater neutralization station.
Процесс нейтрализации кубовых остатков периодический.The process of neutralizing bottoms remains periodic.
Вариант 2.
Все технологическое оборудование и технологические режимы проведения процесса утилизации жидких отходов, аналогичны варианту № 1.All technological equipment and technological modes of the liquid waste disposal process are similar to option No. 1.
В качестве нейтрализующего агента используют раствор соды с содержанием Na2СО3 в воде 125 г/л. Соотношение жидких отходов и Na2CO3 равно 1:0,8. При достижении рН образующейся пульпы, равном 6, реакционную массу передают на станцию нейтрализации сточных вод.As a neutralizing agent, a solution of soda with a content of Na 2 CO 3 in water of 125 g / l is used. The ratio of liquid waste and Na 2 CO 3 is 1: 0.8. When the pH of the resulting pulp is 6, the reaction mass is transferred to a wastewater neutralization station.
Таким образом заявленное изобретение позволяет следующее.Thus, the claimed invention allows the following.
1. Получить высококачественный трихлорсилан полупроводникового качества при существенном снижении энергетических затрат.1. Get high-quality semiconductor trichlorosilane with a significant reduction in energy costs.
2. Создать технологию замкнутого цикла по побочным продуктам производства с возвратом их в основной процесс, снизить расходные нормы исходных материалов.2. Create a closed-loop technology for by-products of production with their return to the main process, reduce the consumption rates of raw materials.
3. Обеспечить высокую экологическую безопасность производства.3. Ensure high environmental safety of production.
4. Обеспечить снижение пожаро- и взрывоопасности производства в целом.4. To reduce the fire and explosion hazard of production as a whole.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004136121/15A RU2280010C1 (en) | 2004-12-10 | 2004-12-10 | Method of production 0f trichlorosilane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004136121/15A RU2280010C1 (en) | 2004-12-10 | 2004-12-10 | Method of production 0f trichlorosilane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004136121A RU2004136121A (en) | 2006-05-20 |
| RU2280010C1 true RU2280010C1 (en) | 2006-07-20 |
Family
ID=36658174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004136121/15A RU2280010C1 (en) | 2004-12-10 | 2004-12-10 | Method of production 0f trichlorosilane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280010C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA011971B1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-06-30 | Открытое Акционерное Общество «Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Редкометаллической Промышленности "Гиредмет"» | Method for the production of polycrystalline silicon |
| RU2504515C2 (en) * | 2008-01-14 | 2014-01-20 | Эвоник Дегусса Гмбх | Method of reducing content of boron-type elements in halosilanes and apparatus for realising said method |
| RU2535218C1 (en) * | 2013-07-05 | 2014-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Method of solid phase neutralisation of liquid and solid wastes of synthesis of chlorosilanes and alkyl chlorosilanes |
| RU2674955C1 (en) * | 2018-03-26 | 2018-12-13 | Акционерное общество "Управляющая компания "АКЦЕНТ" | Method of obtaining polycrystalline silicon |
-
2004
- 2004-12-10 RU RU2004136121/15A patent/RU2280010C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504515C2 (en) * | 2008-01-14 | 2014-01-20 | Эвоник Дегусса Гмбх | Method of reducing content of boron-type elements in halosilanes and apparatus for realising said method |
| EA011971B1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-06-30 | Открытое Акционерное Общество «Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Редкометаллической Промышленности "Гиредмет"» | Method for the production of polycrystalline silicon |
| RU2535218C1 (en) * | 2013-07-05 | 2014-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП ГНИИХТЭОС) | Method of solid phase neutralisation of liquid and solid wastes of synthesis of chlorosilanes and alkyl chlorosilanes |
| RU2674955C1 (en) * | 2018-03-26 | 2018-12-13 | Акционерное общество "Управляющая компания "АКЦЕНТ" | Method of obtaining polycrystalline silicon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004136121A (en) | 2006-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6887448B2 (en) | Method for production of high purity silicon | |
| US3878291A (en) | Process for the production of metal free chlorosilane by the chlorination or hydrochlorination of ferrosilicon | |
| KR20070086356A (en) | Process and plant for the purification of trichlorosilane and silicon tetrachloride | |
| CN110589838B (en) | Method for treating chlorosilane residual liquid | |
| CN100556507C (en) | A kind of method for recovering tail gas of trichlorosilane production | |
| CN109081351B (en) | System and method for treating high-boiling-point substances generated by cold hydrogenation system | |
| CN210825446U (en) | Cold hydrogenation slag slurry zero-emission treatment system | |
| JP5344113B2 (en) | Hydrogen separation and recovery method and hydrogen separation and recovery equipment | |
| RU2280010C1 (en) | Method of production 0f trichlorosilane | |
| CN110627069B (en) | System for handle chlorosilane raffinate | |
| RU2394762C2 (en) | Method of producing trichlorosilane | |
| WO2014100705A1 (en) | Conserved off gas recovery systems and processes | |
| CN102030335B (en) | Method and device for removing boron impurity in chlorosilane system by rectification through double-tower thermocouple reaction | |
| CN109467089B (en) | Polycrystalline silicon production method | |
| CN114956092A (en) | Method for separating monomethyldichlorosilane impurities from trichlorosilane | |
| CN101913609A (en) | Method and device for removing impurities from trichlorosilane mixed gas | |
| CN211078489U (en) | System for handle chlorosilane raffinate | |
| EA011971B1 (en) | Method for the production of polycrystalline silicon | |
| CN111533164B (en) | Vanadium removal method for titanium tetrachloride in boiling chlorination system | |
| JPH026318A (en) | Method of removing n type doping impurity from liquefied or gaseous substance generated by vapor phase precipitation of silicon | |
| CN103482573B (en) | Method and device for drying hydrogen chloride gas in polysilicon production | |
| CN209242693U (en) | Purify the device of trichlorosilane | |
| WO2008059887A1 (en) | Hydrogen separation/collection method and hydrogen separation/collection facility | |
| JP5566290B2 (en) | Method for producing hydrogen gas from hydrogen halide, mixed gas containing hydrogen and silicon halide, method for producing silicon compound using the hydrogen gas, and plant for the method | |
| CN219429719U (en) | Cold hydrogenation slag slurry treatment system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20100504 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131211 |