RU2457178C1 - Method of producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride - Google Patents
Method of producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457178C1 RU2457178C1 RU2011100357/05A RU2011100357A RU2457178C1 RU 2457178 C1 RU2457178 C1 RU 2457178C1 RU 2011100357/05 A RU2011100357/05 A RU 2011100357/05A RU 2011100357 A RU2011100357 A RU 2011100357A RU 2457178 C1 RU2457178 C1 RU 2457178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- monosilane
- silicon tetrachloride
- trichlorosilane
- stream
- dichlorosilane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии неорганических соединений, а именно к технологии получения высокочистого моносилана и тетрахлорида кремния диспропорционированием трихлорсилана на анионообменной смоле.The invention relates to the technology of inorganic compounds, and in particular to a technology for producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride by disproportionation of trichlorosilane on an anion exchange resin.
Высокочистый моносилан и тетрахлорид кремния находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Высокочистый моносилан применяется в процессах газофазного осаждения в полупроводниковой промышленности. Тетрахлорид кремния применяется для получения трихлорсилана, кремнийорганических соединений, силоксанов, этилсиликатов.High purity monosilane and silicon tetrachloride are widely used in various industries. High-purity monosilane is used in gas-phase deposition in the semiconductor industry. Silicon tetrachloride is used to produce trichlorosilane, organosilicon compounds, siloxanes, ethyl silicates.
В настоящее время одним из направлений технологического синтеза поликристаллического кремния (ПКК) является гетерогенное пиролитическое разложение высокочистого моносилана.Currently, one of the areas of technological synthesis of polycrystalline silicon (PAC) is the heterogeneous pyrolytic decomposition of high-purity monosilane.
Существует несколько различных способов получения моносилана. Один из них заключается в получении моносилана из гидридов металлов. Например, в способе [патент РФ 2160706, МПКл C01B 33/04, оп. 20.12.2000] моносилан и дисилан получают взаимодействием силицида магния с минеральной кислотой в атмосфере гелия. Полученные продукты очищают от примесей и разделяют. В качестве минеральной кислоты используют кремнефтористо-водородную кислоту при концентрации кислоты 5-39%, при температуре процесса 40-57°C. Силаны очищают от капельной жидкости в холодильнике при температуре 10-12°C. Очистку от высших силанов проводят при температуре минус 76 - минус 80°C. Очистку от дисилоксанов и фтористых соединений проводят на фториде алюминия и фториде натрия.There are several different methods for producing monosilane. One of them is to obtain monosilane from metal hydrides. For example, in the method [RF patent 2160706, MPKl C01B 33/04, op. 12/20/2000] monosilane and disilane are prepared by reacting magnesium silicide with mineral acid in a helium atmosphere. The resulting products are purified from impurities and separated. Silicon fluorosilicic acid is used as a mineral acid at an acid concentration of 5-39%, at a process temperature of 40-57 ° C. Silanes are cleaned of dropping liquid in the refrigerator at a temperature of 10-12 ° C. Cleaning from higher silanes is carried out at a temperature of minus 76 - minus 80 ° C. Purification from disiloxanes and fluoride compounds is carried out on aluminum fluoride and sodium fluoride.
Известен способ получения моносилана из тетрафторида кремния [патент РФ 2050320, МПКл C01B 33/04, оп. 20.12.1995], заключающийся в превращении смеси водорода и тетрафторида кремния во фторсиланы путем возбуждения неконтрагированного сверхвысокочастотного разряда. Смесь фторсиланов направляют в колонну с фторидом натрия, находящегося при температуре 280-350°C, где осуществляют конверсию фторсиланов в моносилан. Далее смесь направляют на колонну с фторидом натрия, где осуществляют сорбцию фтористого водорода.A known method of producing monosilane from silicon tetrafluoride [RF patent 2050320, MPCl C01B 33/04, op. December 20, 1995], which consists in converting a mixture of hydrogen and silicon tetrafluoride into fluorosilanes by exciting an uncontrolled microwave discharge. A mixture of fluorosilanes is sent to a column with sodium fluoride at a temperature of 280-350 ° C, where the conversion of fluorosilanes to monosilane is carried out. Next, the mixture is sent to a column with sodium fluoride, where sorption of hydrogen fluoride is carried out.
По способу, описанному ранее [патент РФ 2279403, МПКл C01B 33/04, оп. 10.07.2006], моносилан получают каталитическим диспропорционированием триалкоксисилана, в качестве катализатора используют 1-2% раствор трет-бутилата калия в тетраалкоксисилане. Триалкоксисилан получают этерификацией хлорсиланов органическим спиртом или прямым взаимодействием органического спирта с порошкообразным техническим кремнием в присутствии катализатора, а затем очищают от примесей спирта и других нежелательных примесей.By the method described previously [RF patent 2279403, MPKl C01B 33/04, op. 07/10/2006], monosilane is obtained by catalytic disproportionation of trialkoxysilane, a 1-2% solution of potassium tert-butylate in tetraalkoxysilane is used as a catalyst. Trialkoxysilane is obtained by etherification of chlorosilanes with an organic alcohol or by direct interaction of an organic alcohol with powdered technical silicon in the presence of a catalyst, and then it is purified from impurities of alcohol and other undesirable impurities.
Аналогичный способ [патент РФ 2329196, МПКл C01B 33/04, оп. 20.07.2008] заключается в получении водородсодержащих метоксисиланов при взаимодействии технического кремния с метанолом в присутствии катализатора. Моносилан получают каталитическим диспропорционированием водородсодержащих метоксисиланов и очисткой их путем адсорбции на активном угле.A similar method [RF patent 2329196, MPKl C01B 33/04, op. 07/20/2008] is to obtain hydrogen-containing methoxysilanes by the interaction of industrial silicon with methanol in the presence of a catalyst. Monosilane is obtained by catalytic disproportionation of hydrogen-containing methoxysilanes and their purification by adsorption on activated carbon.
Во всех этих способах получения моносилана процесс состоит из нескольких промежуточных стадий, где используются различные вещества, которые могут вносить дополнительные загрязнения в конечный продукт, что требует дополнительных процессов очистки. В результате получение моносилана требуемой чистоты весьма затруднено.In all these methods for producing monosilane, the process consists of several intermediate stages, where various substances are used that can introduce additional contaminants into the final product, which requires additional purification processes. As a result, obtaining monosilane of the required purity is very difficult.
Способ каталитического диспропорционирования трихлорсилана является наиболее предпочтительным для получения моносилана и тетрахлорида кремния с точки зрения требований, предъявляемых к этим веществам в микроэлектронной промышленности и солнечной энергетике, так как позволяет получать продукты более высокого уровня чистоты, по сравнению с другими способами, уже на стадии синтеза.The method of catalytic disproportionation of trichlorosilane is most preferable for producing monosilane and silicon tetrachloride from the point of view of the requirements for these substances in the microelectronic industry and solar energy, since it allows to obtain products of a higher level of purity, compared with other methods, already at the synthesis stage.
По одному из способов [патент РФ 2313485, МПК C01B 33/04, оп. 27.12.2007] для получения кремния «солнечного» сорта производят моносилан чистотой 99,5% каталитическим диспропорционированием трихлорсилана с образованием тетрахлорида кремния, моносилана и хлорсиланов в противоточном реакторе с катализатором. Ступенчатую конденсацию продуктов реакции диспропорционирования для отделения газообразного моносилана ведут с возвратом образовавшегося конденсата через слой катализатора реакционной зоны реактора в испаритель. Конденсат нагревают в испарителе с получением паров хлорсиланов, после чего их подают в реакционную зону реактора противотоком нисходящему потоку конденсата. Моносилан направляют в ректификационную колонну для очистки от следов хлорсиланов. Катализатор в противоточном реакторе размещают в трубчатых элементах. Исходный трихлорсилан предварительно нагревают потоком жидкого продукта, отбираемым из испарителя, а жидкий продукт затем направляют в межтрубное пространство противоточного реактора с выводом его из верхней части реактора.In one of the ways [RF patent 2313485, IPC C01B 33/04, op. December 27, 2007] to obtain “solar” grade silicon, monosilane is produced with a purity of 99.5% by catalytic disproportionation of trichlorosilane to form silicon tetrachloride, monosilane and chlorosilanes in a countercurrent reactor with a catalyst. The stepwise condensation of the products of the disproportionation reaction to separate gaseous monosilane is carried out with the return of the condensate formed through the catalyst bed of the reaction zone of the reactor to the evaporator. The condensate is heated in an evaporator to produce chlorosilane vapors, after which they are fed into the reaction zone of the reactor in a countercurrent downward flow of condensate. Monosilane is sent to a distillation column to remove traces of chlorosilanes. The catalyst in a countercurrent reactor is placed in tubular elements. The initial trichlorosilane is preheated with a stream of liquid product taken from the evaporator, and the liquid product is then sent to the annulus of the countercurrent reactor with its output from the upper part of the reactor.
Недостатком рассматриваемого способа является невысокая степень чистоты получаемого моносилана и тетрахлорида кремния. Получаемый по этому способу моносилан чистотой 99,5% можно использовать только для производства солнечных батарей и нельзя использовать для получения кремния для электронной промышленности, где требуется моносилан чистотой 99,99% и выше. В процессе образуется в значительном количестве тетрахлорид кремния - 16 мас. частей на 1 мас. часть моносилана, который выводится из процесса с содержанием основного вещества не более 90%, и поэтому, либо является отходом производства, либо требуется его дополнительная очистка для товарного продукта.The disadvantage of this method is the low degree of purity of the resulting monosilane and silicon tetrachloride. The monosilane obtained by this method with a purity of 99.5% can only be used for the production of solar cells and cannot be used to produce silicon for the electronic industry, where monosilane with a purity of 99.99% and higher is required. In the process, silicon tetrachloride is formed in a significant amount - 16 wt. parts per 1 wt. part of monosilane, which is removed from the process with a basic substance content of not more than 90%, and therefore, is either a production waste, or requires additional purification for a marketable product.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения моносилана, включающий каталитическое диспропорционирование трихлорсилана с образованием моносилана, тетрахлорида кремния и хлорсиланов с использованием двух реакторов и разделением продуктов на ректификационных колоннах [патент США №4340574, МПКл C01B 33/04, Оп. 20.07.1982]. Смесь исходных трихлорсилана и тетрахлорида кремния с узла гидрирования тетрахлорида кремния (после очистки от легкокипящих соединений с летучестью выше летучести сероводорода) и продукты диспропорционирования из первого реактора поступают на первую ректификационную колонну для очистки от тетрахлорида кремния (при давлении 0,345 МПа), а затем на следующую колонну для отделения трихлорсилана от остальных хлорсиланов (при давлении 2,07 МПа). Трихлорсилан поступает в первый реактор, а другие хлорсиланы со второй колонны подаются во второй реактор. Продукты диспропорционирования из второго реактора поступают на третью ректификационную колонну для отделения чистого моносилана от хлорсиланов (при давлении 2,415 МПа), которые возвращаются во вторую колонну. Таким образом, в первом реакторе происходит диспропорционирование трихлорсилана с образованием в основном дихлорсилана и тетрахлорида кремния, а во втором - диспропорционирование дихлорсилана с образованием моносилана, монохлорсилана и трихлорсилана. Большая часть образующегося тетрахлорида кремния и весь моносилан выводятся из процесса, а остальные продукты участвуют в рецикле.The closest in technical essence to the claimed method is a method for producing monosilane, including catalytic disproportionation of trichlorosilane with the formation of monosilane, silicon tetrachloride and chlorosilanes using two reactors and separation of products on distillation columns [US patent No. 4340574, MPKl C01B 33/04, Op. 07/20/1982]. A mixture of the starting trichlorosilane and silicon tetrachloride from the hydrogenation site of silicon tetrachloride (after purification from boiling compounds with volatility higher than the volatility of hydrogen sulfide) and the disproportionation products from the first reactor go to the first distillation column for purification from silicon tetrachloride (at a pressure of 0.345 MPa), and then to the next a column for separating trichlorosilane from other chlorosilanes (at a pressure of 2.07 MPa). Trichlorosilane enters the first reactor, and other chlorosilanes from the second column are fed into the second reactor. Disproportionation products from the second reactor go to the third distillation column to separate pure monosilane from chlorosilanes (at a pressure of 2.415 MPa), which are returned to the second column. Thus, in the first reactor, trichlorosilane is disproportionated to form mainly dichlorosilane and silicon tetrachloride, and in the second reactor, dichlorosilane is disproportionated to form monosilane, monochlorosilane and trichlorosilane. Most of the resulting silicon tetrachloride and all monosilane are removed from the process, and the remaining products are involved in recycling.
Недостатком данного способа является отсутствие в технологической схеме стадии очистки товарного моносилана от низкокипящих соединений: водорода, азота, метана, и др.; и соединений с температурой кипения выше, чем у моносилана, но ниже, чем у монохлорсилана: хлороводород, этан, пропан, диборан, фосфин, арсин и др. Эти соединения не только поступают в процесс с исходным трихлорсиланом, частичная предварительная очистка которого предусмотрена в данном способе, но и могут образовываться в процессе диспропорционирования за счет пиролиза хлорсиланов и термического разложения катализатора - анионообменной смолы.The disadvantage of this method is the absence in the technological scheme of the stage of purification of commercial monosilane from low-boiling compounds: hydrogen, nitrogen, methane, and others; and compounds with a boiling point higher than that of monosilane, but lower than that of monochlorosilane: hydrogen chloride, ethane, propane, diborane, phosphine, arsine, etc. These compounds not only enter the process with the starting trichlorosilane, a partial preliminary purification of which is provided for in this method, but can also be formed in the process of disproportionation due to the pyrolysis of chlorosilanes and thermal decomposition of the catalyst - anion-exchange resin.
Другим недостатком способа является рециклизация части тетрахлорида кремния, связанная с организацией потоков реагентов, в соответствии с которой часть продуктов реакции из реактора 54 (Фигура 4 из описания к патенту США №4340574), содержащих SiCl4, после прохождения ректификационных колонн 52 и 53, поступает на вход в реактор 55. Наличие конечного продукта диспропорционирования в исходной смеси, поступающей в реактор 55, приводит к уменьшению степени превращения SiHCl3, и как следствие - к падению производительности реактора.Another disadvantage of this method is the recycling of part of silicon tetrachloride associated with the organization of the flow of reagents, according to which part of the reaction products from the reactor 54 (Figure 4 from the description of US patent No. 4340574) containing SiCl 4 , after passing the distillation columns 52 and 53, comes at the entrance to the reactor 55. The presence of the final disproportionation product in the initial mixture entering the reactor 55 leads to a decrease in the degree of conversion of SiHCl 3 and, as a consequence, to a decrease in the productivity of the reactor.
Ректификационные колонны 52 и 53, и как следствие - реактор 54, работают при относительно высоком давлении - от 2,1 до 2,4 МПа, что является еще одним недостатком процесса.The distillation columns 52 and 53, and as a result, the reactor 54, operate at a relatively high pressure - from 2.1 to 2.4 MPa, which is another disadvantage of the process.
Целью предлагаемого изобретения является разработка непрерывного способа получения высокочистого тетрахлорида кремния и моносилана (с содержанием основного вещества не менее 99,99%), свободного от низко- и среднекипящих примесей: водорода, азота, метана, хлороводорода, этана, пропана, диборана, фосфина, арсина и др., проводимого при низком давлении.The aim of the invention is the development of a continuous method for producing high-purity silicon tetrachloride and monosilane (with a basic substance content of at least 99.99%), free of low and medium boiling impurities: hydrogen, nitrogen, methane, hydrogen chloride, ethane, propane, diborane, phosphine, arsine and others conducted at low pressure.
Сущность изобретения состоит в том, что проводят способ получения высокочистого моносилана и тетрахлорида кремния двухстадийным диспропорционированием хлорсиланов на анионообменной смоле, причем на первой стадии проводят диспропорционирование трихлорсилана, предварительно очищенного от тетрахлорида кремния в первой ректификационной колонне, с получением преимущественно дихлорсилана и тетрахлорида кремния, и выведение тетрахлорида кремния в качестве товарного продукта из куба первой ректификационной колонны, и отделение дихлорсилана во второй ректификационной колонне от непрореагировавшего трихлорсилана и тетрахлорида кремния, с проведением на второй стадии диспропорционирования дихлорсилана, с отделением моносилана в третьей ректификационной колонне от хлорсиланов, отличающийся тем, что в первый реактор подают только дистиллят из первой ректификационной колонны, не содержащий тетрахлорид кремния, а после выделения моносилана проводят его очистку от низкокипящих примесей в отдувочной ректификационной колонне, а затем очистку от соединений с температурой кипения выше, чем у моносилана, но ниже, чем у монохлорсилана, в пятой ректификационной колоннеThe essence of the invention lies in the fact that a method for producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride is carried out by two-stage disproportionation of chlorosilanes on an anion-exchange resin, and in the first stage, disproportionation of trichlorosilane, previously purified from silicon tetrachloride in the first distillation column, is carried out to obtain mainly dichlorosilane and silicon tetrachloride, and removal silicon tetrachloride as a commercial product from the cube of the first distillation column, and separation of dichloros silane in the second distillation column from unreacted trichlorosilane and silicon tetrachloride, with dichlorosilane disproportionation in the second stage, with separation of monosilane in the third distillation column from chlorosilanes, characterized in that only distillate from the first distillation column that does not contain silicon tetrachloride is fed to the first reactor and after the separation of monosilane, it is purified from low-boiling impurities in a distillation distillation column, and then it is purified from compounds with a temperature boiling point higher than that of monosilane, but lower than that of monochlorosilane, in the fifth distillation column
При этом в реакторах и в ректификационных колоннах для разделения хлорсиланов поддерживают давление 0,3-0,6 МПа, а в ректификационных колоннах для выделения и очистки моносилана - давление 1,2-1,6 МПа.Moreover, in reactors and distillation columns for the separation of chlorosilanes, a pressure of 0.3-0.6 MPa is maintained, and in distillation columns for the separation and purification of monosilane, a pressure of 1.2-1.6 MPa is maintained.
Таким образом, двухстадийный способ проводят диспропорционированием трихлорсилана в две стадии: на первой стадии в первом реакторе происходит диспропорционирование трихлорсилана, очищенного от терахлорида кремния в первой ректификационной колонне, до преимущественно тетрахлорида кремния и дихлорсилана; при этом товарный тетрахлорид кремния выводится из куба первой ректификационной колонны; на второй стадии дихлорсилан, после удаления из продуктов реакции непрореагировавшего трихлорсилана и образующегося тетрахлорида кремния во второй ректификационной колонне, поступает во второй реактор, где происходит диспропорционирование дихлорсилана преимущественно до моносилана и трихлорсилана; моносилан в третьей ректификационной колонне отделяется от хлорсиланов, являющихся продуктами реакции; преимущество и отличие предлагаемого способа от существующих заключается в том, что, во-первых, для дальнейшей очистки моносилана от низкокипящих примесей: водорода, азота, метана, и др., его направляют в отдувочную ректификационную колонну, а затем в следующую ректификационную колонну для удаления соединений с температурой кипения выше, чем у моносилана, но ниже, чем у монохлорсилана: хлороводорода, этана, пропана, диборана, фосфина, арсина и др.; во-вторых, для увеличения степени превращения трихлорсилана в первом реакторе, в него подают только дистиллят из первой ректификационной колонны, не содержащий тетрахлорид кремния, в-третьих, в первой и второй ректификационных колоннах, служащих для разделения хлорсиланов, и в реакторах поддерживают давление 0,3-0,6 МПа, а в третьей, четвертой и пятой ректификационных колоннах, служащих для выделения и очистки моносилана - давление 1,2-1,6 МПа, что значительно снижает стоимость изготовления указанного оборудования и расходы на его эксплуатацию.Thus, the two-stage method is carried out by disproportioning trichlorosilane in two stages: in the first stage, in the first reactor, trichlorosilane purified from silicon terachloride in the first distillation column is disproportionated to predominantly silicon tetrachloride and dichlorosilane; while commodity silicon tetrachloride is removed from the cube of the first distillation column; in the second stage, dichlorosilane, after removal of the unreacted trichlorosilane from the reaction products and the resulting silicon tetrachloride in the second distillation column, enters the second reactor, where dichlorosilane is disproportionated predominantly to monosilane and trichlorosilane; monosilane in the third distillation column is separated from chlorosilanes, which are reaction products; The advantage and difference of the proposed method from the existing ones is that, firstly, for further purification of monosilane from low-boiling impurities: hydrogen, nitrogen, methane, etc., it is sent to a stripping distillation column, and then to the next distillation column for removal compounds with a boiling point higher than monosilane, but lower than monochlorosilane: hydrogen chloride, ethane, propane, diborane, phosphine, arsine, etc .; secondly, to increase the degree of conversion of trichlorosilane in the first reactor, only distillate from the first distillation column containing no silicon tetrachloride is fed into it; thirdly, in the first and second distillation columns used to separate chlorosilanes, the pressure is maintained in the reactors 0 , 3-0.6 MPa, and in the third, fourth and fifth distillation columns used for the separation and purification of monosilane - pressure 1.2-1.6 MPa, which significantly reduces the cost of manufacturing the specified equipment and the cost of its operation .
Принципиальная схема установки для получения высокочистого моносилана и тетрахлорида кремния приведена на Фигуре, гдеThe schematic diagram of the installation for producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride is shown in the Figure, where
1 - линия подачи исходного вещества (трихлорсилана),1 - feed line of the starting material (trichlorosilane),
2 - ректификационная колонна,2 - distillation column,
3 - линия вывода кубовой жидкости (тетрахлорида кремния),3 - line output bottoms liquid (silicon tetrachloride),
4 - линия потока дистиллята (смеси трихлорсилана и дихлорсилана),4 - line flow of distillate (a mixture of trichlorosilane and dichlorosilane),
5 - линия потока кубовой жидкости (смеси трихлорсилана и тетрахлорида кремния),5 is a flow line of bottoms liquid (a mixture of trichlorosilane and silicon tetrachloride),
6 - реактор (каталитического диспропорционирования трихлорсилана),6 - reactor (catalytic disproportionation of trichlorosilane),
7 - линия потока продуктов реакции,7 is a flow line of reaction products,
8 - линия потока жидкой фазы из конденсатора,8 - line flow of the liquid phase from the condenser,
9 - ректификационная колонна,9 - distillation column,
10 - линия потока кубовой жидкости (смеси трихлорсилана, дихлорсилана и монохлорсилана),10 is a flow line of bottoms liquid (a mixture of trichlorosilane, dichlorosilane and monochlorosilane),
11 - линия потока дистиллята (смеси дихлорсилана, монохлорсилана и моносилана),11 is a flow line of a distillate (a mixture of dichlorosilane, monochlorosilane and monosilane),
12 - реактор (каталитического диспропорционирования дихлорсилана),12 - reactor (catalytic disproportionation of dichlorosilane),
13 - линия потока продуктов реакции,13 is a stream line of reaction products,
14 - линия потока кубовой жидкости (смеси трихлорсилана, дихлорсилана и монохлорсилана),14 is a flow line of bottoms liquid (mixture of trichlorosilane, dichlorosilane and monochlorosilane),
15 - конденсатор,15 is a capacitor
16 - линия потока газовой фазы из конденсатора,16 - line flow of the gas phase from the condenser,
17 - ректификационная колонна,17 - distillation column
18 - линия потока дистиллята (моносилана-сырца),18 is a flow line of distillate (raw monosilane),
19 - ректификационная колонна,19 - distillation column,
20 - линия сдувки низкокипящих примесей,20 - line blowing low-boiling impurities,
21 - линия потока кубовой жидкости (моносилана-сырца),21 is a line of flow of bottoms liquid (raw monosilane),
22 - ректификационная колонна,22 - distillation column
23 - линия вывода товарного моносилана,23 - output line commodity monosilane,
24 - линия вывода кубового остатка,24 - line withdrawal of bottoms,
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Поток исходного вещества (1), содержащий трихлорсилан (ТХС) с основной примесью тетрахлорида кремния (ТХК), подают на смешение с потоком (5) кубовой жидкости из колонны поз.9, состоящим из трихлорсилана, тетрахлорида кремния и дихлорсилана (ДХС). После смешения суммарный поток подают в ректификационную колонну поз.2 для отделения тетрахлорида кремния. Из куба выводят поток (3) кубовой жидкости, состоящий из чистого тетрахлорида кремния с содержанием основного вещества не менее 99,5%. Из дефлегматора выводят поток дистиллята (4), состоящий из трихлорсилана с примесью дихлорсилана.The feed stream (1) containing trichlorosilane (TCS) with a basic admixture of silicon tetrachloride (TCA) is mixed with a stream (5) of bottoms from the column of pos. 9, consisting of trichlorosilane, silicon tetrachloride and dichlorosilane (DCS). After mixing, the total flow is fed into the distillation column pos.2 for separation of silicon tetrachloride. A stream (3) of bottoms liquid consisting of pure silicon tetrachloride with a basic substance content of at least 99.5% is removed from the cube. A distillate stream (4) consisting of trichlorosilane mixed with dichlorosilane is removed from the reflux condenser.
Этот поток испаряют и подают в реактор поз.6, заполненный катализатором - анионообменной смолой. В реакторе проходит процесс каталитического диспропорционирования трихлорсилана и его превращения в дихлорсилан и тетрахлорид кремния. Выходящую из реактора смесь хлорсиланов (поток 7) охлаждают, конденсируют и направляют на смешение с жидкой фазой, выходящей из конденсатора поз.15 (поток 8).This stream is evaporated and fed into the reactor pos.6, filled with a catalyst - anion exchange resin. The reactor undergoes a process of catalytic disproportionation of trichlorosilane and its conversion to dichlorosilane and silicon tetrachloride. The chlorosilane mixture exiting the reactor (stream 7) is cooled, condensed and sent to mix with the liquid phase exiting the condenser pos.15 (stream 8).
После смешения продукты поступают в ректификационную колонну поз.9 для отделения дихлорсилана, монохлорсилана и моносилана от трихлорсилана и тетрахлорида кремния. Поток (5) кубовой жидкости поступает на смешение с исходным веществом (поток 1) и затем в колонну поз.2. Поток (11) из дефлегматора колонны поз.9, состоящий в основном из дихлорсилана, монохлорсилана и моносилана, поступает на смешение с кубовым остатком из ректификационной колонны поз.17 (поток 14), состоящим из смеси хлорсиланов.After mixing, the products enter the distillation column,
Суммарный поток испаряют и подают в реактор поз.12. В реакторе проходит процесс каталитического диспропорционирования дихлорсилана с получением моносилана и трихлорсилана. Выходящая из реактора смесь хлорсиланов и моносилана (поток 13) поступает в конденсатор поз.15, где происходит частичная конденсация.The total stream is evaporated and fed into the reactor pos.12. The reactor undergoes a process of catalytic disproportionation of dichlorosilane to produce monosilane and trichlorosilane. The mixture of chlorosilanes and monosilane exiting the reactor (stream 13) enters the condenser pos.15, where partial condensation occurs.
Жидкую фазу из конденсатора (поток 8), состоящую в основном из дихлорсилана и трихлорсилана, возвращают в колонну поз.9. Газовую фазу (поток 16), состоящую из моносилана и смеси хлорсиланов (в основном монохлорсилана и дихлорсилана), компримируют и конденсируют, после чего подают в ректификационную колонну поз.17 для отделения моносилана от хлорсиланов. Кубовый остаток из колонны поз.17 возвращают в реактор поз.12 (поток 14) или в колонну поз.9 (поток 10). Дистиллят из колонны поз.17 (поток 18), содержащий моносилан с низкокипящими и высококипящими примесями, подают для дальнейшей очистки на ректификационную отдувочную колонну поз.19.The liquid phase from the condenser (stream 8), consisting mainly of dichlorosilane and trichlorosilane, is returned to the column,
В колонне происходит отделение моносилана от низкокипящих примесей: азота, аргона, гелия, монооксида углерода, метана и т.д. Дистиллят выводят на рассеивание (поток 20). Жидкую фазу из куба колонны (поток 21) направляют на ректификационную колонну поз.22.The column separates monosilane from low-boiling impurities: nitrogen, argon, helium, carbon monoxide, methane, etc. The distillate is taken to dispersion (stream 20). The liquid phase from the cube of the column (stream 21) is sent to the distillation column pos.22.
В колонне поз.22 отделяются среднекипящие примеси - соединения с температурой кипения выше, чем у моносилана, но ниже, чем у монохлорсилана, образующиеся в процессе синтеза моносилана и поступающие с исходным трихлорсиланом. Примеси в виде кубового остатка выводят из колонны (поток 24). Дистиллят, содержащий чистый моносилан (поток 23), является готовым продуктом с содержанием основного вещества не менее 99,99%.In the column pos.22, medium boiling impurities are separated - compounds with a boiling point higher than that of monosilane, but lower than that of monochlorosilane, formed during the synthesis of monosilane and supplied with the starting trichlorosilane. Impurities in the form of VAT residue are removed from the column (stream 24). The distillate containing pure monosilane (stream 23) is a finished product with a basic substance content of at least 99.99%.
Ниже приведены примеры конкретной реализации процесса.The following are examples of specific process implementations.
Пример 1.Example 1
Исходный поток (поток 1), состоящий из 95% трихлорсилана и 5% тетрахлорида кремния, смешивают с потоком кубовой жидкости из ректификационной колонны поз.9 (поток 5), состоящим из 87% трихлорсилана, 11,4% тетрахлорида кремния, 1,6% дихлорсилана, и с суммарным расходом 242,2 кг/час при температуре 80°C подают в ректификационную колонну поз.2. В колонне поддерживают давление (Р), равное 0,6 МПа. В кубе колонны, имеющем температуру 124°C, собирается тетрахлорид кремния с содержанием основного вещества не менее 99,5% и с расходом 25,7 кг/час выводится из колонны в качестве товарного продукта (поток 3). Из дефлегматора, в котором поддерживают температуру 93°C, выходит жидкая фаза, состоящая преимущественно из трихлорсилана. Этот поток (поток 4) с расходом 216,5 кг/час поступает в испаритель, а затем в реактор поз.6, предварительно загруженный катализатором - анионообменной смолой марки ВП-ЗАп. В реакторе проходит диспропорционирование трихлорсилана при температуре 140°C и давлении 0,6 МПа. На выходе из реактора поз.6. смесь имеет следующий состав трихлорсилан - 77,092 об.%, дихлорсилан - 13,852 об.%, монохлорсилан - 0,205 об.%, моносилан - 0,019 об.% и тетрахлорид кремния - 8,811 об.%.The feed stream (stream 1), consisting of 95% trichlorosilane and 5% silicon tetrachloride, is mixed with a bottoms liquid stream from a distillation column, item 9 (stream 5), consisting of 87% trichlorosilane, 11.4% silicon tetrachloride, 1.6 % dichlorosilane, and with a total flow rate of 242.2 kg / h at a temperature of 80 ° C serves in a distillation column pos.2. The column support pressure (P) equal to 0.6 MPa. In the cube of the column having a temperature of 124 ° C, silicon tetrachloride is collected with a basic substance content of at least 99.5% and with a flow rate of 25.7 kg / h is withdrawn from the column as a commercial product (stream 3). From the reflux condenser, in which the temperature is maintained at 93 ° C, a liquid phase emerges, consisting mainly of trichlorosilane. This stream (stream 4) with a flow rate of 216.5 kg / h enters the evaporator, and then into the reactor pos.6, previously loaded with a catalyst - VP-Zap brand anion exchange resin. The reactor undergoes a disproportionation of trichlorosilane at a temperature of 140 ° C and a pressure of 0.6 MPa. At the outlet of the reactor pos.6. the mixture has the following composition trichlorosilane - 77.092 vol.%, dichlorosilane - 13.852 vol.%, monochlorosilane - 0.205 vol.%, monosilane - 0.019 vol.% and silicon tetrachloride - 8.811 vol.%.
Продукты диспропорционирования из реактора поз.6. (поток 7) охлаждают до температуры 80°C и с расходом 216,5 кг/час подают на смешение с рециркулирующей частью продуктов реакции диспропорционирования, протекающей в реакторе поз.12. Рециркулирующая часть продуктов в количестве 63,8 кг/час состоит в основном из монохлорсилана, дихлорсилана и трихлорсилана (поток 8).Disproportionation products from the reactor pos.6. (stream 7) is cooled to a temperature of 80 ° C and at a flow rate of 216.5 kg / h serves to mix with the recycle portion of the disproportionation reaction products taking place in the reactor pos.12. The recycle portion of the products in an amount of 63.8 kg / h consists mainly of monochlorosilane, dichlorosilane and trichlorosilane (stream 8).
Полученная смесь с расходом 280,3 кг/час и с температурой 70°C поступает в ректификационную колонну поз.9 для выделения дихлорсилана. В кубе колонны поз.9, имеющем температуру 89°C, собирается смесь, состоящая в основном из трихлорсилана и тетрахлорида кремния, поток (поток 5) по уровню, которую с расходом 214,8 кг/час выводят из куба колонны на смешение с исходным трихлорсиланом (поток 1). Из дефлегматора, в котором поддерживают температуру 47°C, выходит жидкая фаза, состоящая преимущественно из дихлорсилана (поток 11).The resulting mixture with a flow rate of 280.3 kg / h and with a temperature of 70 ° C enters the distillation column pos.9 for the separation of dichlorosilane. A mixture consisting mainly of trichlorosilane and silicon tetrachloride is collected in a column cube of pos. 9, having a temperature of 89 ° C, a stream (stream 5) at a level that, with a flow rate of 214.8 kg / h, is removed from the column cube to mix with the original trichlorosilane (stream 1). From the reflux condenser, in which the temperature is maintained at 47 ° C, a liquid phase emerges, consisting mainly of dichlorosilane (stream 11).
Этот поток (11) с расходом 65,4 кг/час смешивается с рециркулирующей частью продуктов из куба колонны поз.17, состоящей в основном из монохлорсилана, дихлорсилана и трихлорсилана (поток 14), поступающей с расходом 3,1 кг/час. Суммарный поток нагревают до 100°C, продукты испаряются и поступают в реактор поз.12, предварительно загруженный катализатором - анионообменной смолой марки ВП-ЗАп. В реакторе проходит диспропорционирование дихлорсилана при температуре 100°C и давлении 0,6 МПа. На выходе из реактора поз.12 смесь имеет следующий состав трихлорсилан - 19,695 об.%, дихлорсилан - 57,508 об.%, монохлорсилан - 14,911 об%, моносилан - 7,689 об.% и тетрахлорид кремния - 0,148 об.%.This stream (11) with a flow rate of 65.4 kg / h is mixed with the recycle part of the products from the cube of the column pos.17, consisting mainly of monochlorosilane, dichlorosilane and trichlorosilane (stream 14), supplied with a flow rate of 3.1 kg / hour. The total flow is heated to 100 ° C, the products evaporate and enter the reactor pos.12, previously loaded with a catalyst - VP-Zap brand anion-exchange resin. The reactor undergoes a disproportionation of dichlorosilane at a temperature of 100 ° C and a pressure of 0.6 MPa. At the outlet of the reactor,
Продукты диспропорционирования из реактора поз.12 (поток 13) при температуре 100°C с расходом 68,5 кг/час поступают в теплообменник-конденсатор поз.15, в котором охлаждаются до 30°C и частично конденсируются. Затем жидкая часть (поток 8) в количестве 63,8 кг/час поступает на рециркуляцию. После смешения с продуктами из реактора поз.6 эта жидкость поступает в колонну поз.9. Газовую фазу, выходящую из конденсатора, поз.15 с расходом 4,74 кг/час (поток 16), состоящую в основном из моносилана, монохлорсилана, дихлорсилана и содержащую низкокипящие примеси, компримируют до давления 1,6 МПа, конденсируют и подают на ректификационную колонну поз.17 для выделения моносилана.Disproportionation products from the reactor pos.12 (stream 13) at a temperature of 100 ° C with a flow rate of 68.5 kg / h enter the heat exchanger-condenser pos.15, in which they are cooled to 30 ° C and partially condensed. Then, the liquid part (stream 8) in the amount of 63.8 kg / h enters recycling. After mixing with products from the reactor pos.6 this liquid enters the column pos.9. The gas phase leaving the condenser,
В колонне при давлении 1,6 МПа происходит отделение моносилана от хлорсиланов. В дефлегматоре колонны поддерживают температуру минус 44°C. В кубе колонны поддерживают температуру 65°C. Смесь хлорсиланов (поток 14) с расходом 3,1 кг/час выводят из куба и подают в качестве рецикла в смеси с дистиллятом из колонны поз.9 в реактор поз.12. При увеличении содержания тетрахлорида кремния в потоке продуктов, подаваемых на колонну поз.17 до 0,1 мас.%, смесь хлорсиланов (поток 10) из куба колонны поз.17 подают на колонну поз.9.In the column at a pressure of 1.6 MPa, monosilane is separated from chlorosilanes. In the reflux condenser columns maintain a temperature of minus 44 ° C. In the cube columns maintain a temperature of 65 ° C. A mixture of chlorosilanes (stream 14) with a flow rate of 3.1 kg / h is removed from the cube and fed as a recycle in a mixture with distillate from the column pos. 9 to the reactor pos. 12. With an increase in the content of silicon tetrachloride in the product stream fed to the column pos.17 to 0.1 wt.%, A mixture of chlorosilanes (stream 10) from the cube of the column pos.17 is fed to the column pos.9.
Дистиллят, содержащий 99,41 мас.% моносилана и 0,59 мас.% низкокипящих газов - азота, аргона, гелия, монооксида углерода, метана и т.д., в количестве 1,63 кг/час выводят из дефлегматора (поток 18) и подают для дальнейшей очистки на ректификационную колонну поз.19.The distillate containing 99.41 wt.% Monosilane and 0.59 wt.% Low boiling gases - nitrogen, argon, helium, carbon monoxide, methane, etc., in the amount of 1.63 kg / h is removed from the reflux condenser (stream 18 ) and served for further purification on the distillation column pos.19.
В колонне при давлении 1,6 МПа происходит отделение моносилана от низкокипящих примесей: азота, аргона, гелия, монооксида углерода, метана и т.д. В дефлегматоре колонны поддерживают температуру минус 50°C. Дистиллят, содержащий 84,21 мас.% моносилана и 15,79 мас.% низкокипящих газов, в количестве 0,062 кг/час выводят в систему очистки газов от моносилана, и далее на рассеивание (поток 20). Жидкую фазу из куба колонны, который имеет температуру минус 44°C, в количестве 1,571 кг/час (поток 21) направляют на ректификационную колонну поз.22.In the column at a pressure of 1.6 MPa, monosilane is separated from low-boiling impurities: nitrogen, argon, helium, carbon monoxide, methane, etc. In the reflux condenser columns maintain a temperature of minus 50 ° C. The distillate containing 84.21 wt.% Monosilane and 15.79 wt.% Low boiling gases, in the amount of 0.062 kg / h, is discharged into the gas purification system from monosilane, and then dispersed (stream 20). The liquid phase from the cube of the column, which has a temperature of minus 44 ° C, in an amount of 1.571 kg / h (stream 21) is sent to the distillation column pos.22.
В колонне отделяются все оставшиеся примеси, образующиеся в процессе синтеза моносилана и поступающие с исходным трихлорсиланом. В дефлегматоре колонны поддерживают температуру минус 48°C, в кубе колонны минус 44°C. Примеси в качестве кубового остатка выводятся из колонны (поток 24). Дистиллят, содержащий не менее 99,995% моносилана, в количестве 1,480 кг/час (поток 23), является готовым продуктом.In the column, all remaining impurities formed during the synthesis of monosilane and supplied with the starting trichlorosilane are separated. The temperature in the column reflux condenser is minus 48 ° C, and in the column cube minus 44 ° C. Impurities as bottoms are removed from the column (stream 24). A distillate containing at least 99.995% monosilane in an amount of 1.480 kg / hr (stream 23) is a finished product.
Пример 2.Example 2
Исходный поток (поток 1), состоящий из 95% трихлорсилана и 5% тетрахлорида кремния, смешивают с потоком кубовой жидкости из ректификационной колонны поз.9 (поток 5), состоящим из 85,9% трихлорсилана, 12,6% тетрахлорида кремния, 1,5% дихлорсилана, и с суммарным расходом 109,6 кг/час при температуре 80°C подают в ректификационную колонну поз.2. В колонне поддерживают давление Р=0,3 МПа. В кубе колонны, имеющем температуру 95°C, собирается тетрахлорид кремния с содержанием основного вещества не менее 99,5% и по уровню с расходом 12,8 кг/час выводится из колонны в качестве товарного продукта (поток 3). Из дефлегматора, в котором поддерживают температуру 66°C, выходит жидкая фаза, состоящая преимущественно из трихлорсилана. Этот поток (поток 4) с расходом 96,7 кг/час поступает в испаритель, а затем в реактор поз.6, предварительно загруженный катализатором - анионообменной смолой марки ВП-ЗАп. В реакторе проходит диспропорционирование трихлорсилана при температуре 135°C и давлении 0,3 МПа. На выходе из реактора поз.6. смесь имеет следующий состав трихлорсилан - 81,378 об.%, дихлорсилан - 11,360 об.%, монохлорсилан - 0,122 об.%, моносилан - 0,008 об.% и тетрахлорид кремния - 7,132 об.%.The feed stream (stream 1), consisting of 95% trichlorosilane and 5% silicon tetrachloride, is mixed with a bottoms stream from a distillation column, item 9 (stream 5), consisting of 85.9% trichlorosilane, 12.6% silicon tetrachloride, 1 , 5% dichlorosilane, and with a total flow rate of 109.6 kg / h at a temperature of 80 ° C served in a distillation column pos.2. In the column support pressure P = 0.3 MPa. In the cube of the column, having a temperature of 95 ° C, silicon tetrachloride is collected with a basic substance content of at least 99.5% and is discharged from the column as a marketable product at a rate of 12.8 kg / h (stream 3). A liquid phase consisting mainly of trichlorosilane leaves the reflux condenser, in which a temperature of 66 ° C is maintained. This stream (stream 4) with a flow rate of 96.7 kg / h enters the evaporator, and then into the reactor pos.6, pre-loaded with a catalyst - anion-exchange resin brand VP-ZAP. The reactor undergoes a disproportionation of trichlorosilane at a temperature of 135 ° C and a pressure of 0.3 MPa. At the outlet of the reactor pos.6. the mixture has the following composition trichlorosilane - 81.378 vol.%, dichlorosilane - 11.360 vol.%, monochlorosilane - 0.122 vol.%, monosilane - 0.008 vol.% and silicon tetrachloride - 7.132 vol.%.
Продукты диспропорционирования из реактора поз.6. (поток 7) охлаждают до температуры 80°C и с расходом 216,5 кг/час подают на смешение с рециркулирующей частью продуктов реакции диспропорционирования, протекающей в реакторе поз.12, и кубовым остатком из ректификационной колонны поз.17. Рециркулирующая часть продуктов и кубовым остатком из ректификационной колонны поз.17 в суммарном количестве 30,1 кг/час состоит в основном из монохлорсилана, дихлорсилана и трихлорсилана (поток 8 и поток 11).Disproportionation products from the reactor pos.6. (stream 7) is cooled to a temperature of 80 ° C and at a flow rate of 216.5 kg / h is fed into the mixture with the recycle portion of the disproportionation reaction products proceeding in the reactor pos.12 and the bottom residue from the distillation column pos.17. The recycle portion of the products and the bottom residue from the distillation column pos. 17 in a total amount of 30.1 kg / h consists mainly of monochlorosilane, dichlorosilane and trichlorosilane (stream 8 and stream 11).
Полученная смесь с расходом 126,8 кг/час и с температурой 40°C поступает в ректификационную колонну поз.9 для выделения дихлорсилана. В кубе колонны поз.9, имеющем температуру 68°C, собирается смесь, состоящая в основном из трихлорсилана и тетрахлорида кремния, поток (поток 5) по уровню с расходом 96,5 кг/час выводят из куба колонны на смешение с исходным трихлорсиланом (поток 1). Из дефлегматора, в котором поддерживают температуру 24°C, выходит жидкая фаза, состоящая преимущественно из дихлорсилана (поток 11).The resulting mixture with a flow rate of 126.8 kg / h and with a temperature of 40 ° C enters the distillation column pos.9 for the separation of dichlorosilane. A mixture consisting mainly of trichlorosilane and silicon tetrachloride is collected in a column cube of pos. 9, having a temperature of 68 ° C, a stream (stream 5) with a flow rate of 96.5 kg / h is removed from the column cube for mixing with the initial trichlorosilane ( stream 1). From the reflux condenser, in which the temperature is maintained at 24 ° C, a liquid phase emerges, consisting mainly of dichlorosilane (stream 11).
Этот поток (11) с расходом 29,1 кг/час нагревают до 100°C, продукты испаряются и поступают в реактор поз.12, предварительно загруженный катализатором - анионообменной смолой марки ВП-ЗАп. В реакторе проходит диспропорционирование дихлорсилана при температуре 100°C и давлении 0,3 МПа. На выходе из реактора поз.12 смесь имеет следующий состав: трихлорсилан - 18,167 об.%, дихлорсилан - 62,740 об.%, монохлорсилан - 15,788 об%, монохлорсилан - 3,202 об.% и тетрахлорид кремния - 0,130 об.%.This stream (11) with a flow rate of 29.1 kg / h is heated to 100 ° C, the products evaporate and enter the reactor pos.12, previously loaded with a catalyst - VP-Zap brand anion exchange resin. In the reactor, dichlorosilane is disproportionated at a temperature of 100 ° C and a pressure of 0.3 MPa. At the outlet of the reactor,
Продукты диспропорционирования из реактора поз.12 (поток 13) при температуре 100°C с расходом 29,1 кг/час поступают в теплообменник-конденсатор поз.15, в котором охлаждаются до 22°C и частично конденсируются. Затем жидкая часть (поток 8) в количестве 27,5 кг/час поступает на рециркуляцию. После смешения с продуктами из реактора поз.6 эта жидкость поступает в колонну поз.9. Газовую фазу, выходящую из теплообменника поз.15 с расходом 1,57 кг/час (поток 16), состоящую в основном из монохлорсилана, дихлорсилана и содержащую низкокипящие примеси, компримируют до давления 1,2 МПа, конденсируют и подают на ректификационную колонну поз.17 для выделения моносилана.Disproportionation products from the reactor pos.12 (stream 13) at a temperature of 100 ° C with a flow rate of 29.1 kg / h enter the heat exchanger-condenser pos.15, in which they are cooled to 22 ° C and partially condensed. Then, the liquid part (stream 8) in the amount of 27.5 kg / h enters recycling. After mixing with products from the reactor pos.6 this liquid enters the column pos.9. The gas phase leaving the heat exchanger pos.15 with a flow rate of 1.57 kg / h (stream 16), consisting mainly of monochlorosilane, dichlorosilane and containing low-boiling impurities, is compressed to a pressure of 1.2 MPa, condensed and fed to the distillation column pos. 17 to isolate monosilane.
В колонне при давлении 1,2 МПа происходит отделение моносилана от хлорсиланов. В дефлегматоре колонны поддерживают температуру минус 91°C. В кубе колонны поддерживают температуру 14°C. Смесь хлорсиланов (поток 14) с расходом 1,36 кг/час выводят из куба и подают в качестве рецикла в смеси с дистиллятом из колонны поз.9 в реактор поз.12.In the column at a pressure of 1.2 MPa, monosilane is separated from chlorosilanes. In the reflux condenser columns maintain a temperature of minus 91 ° C. In the cube columns maintain a temperature of 14 ° C. A mixture of chlorosilanes (stream 14) with a flow rate of 1.36 kg / h is removed from the cube and fed as a recycle in a mixture with distillate from the column pos. 9 to the reactor pos. 12.
Дистиллят, содержащий 99,41 мас.% моносилана и 0,59 мас.% низкокипящих газов - азота, аргона, гелия, монооксида углерода, метана и т.д., в количестве 0,21 кг/час выводят из дефлегматора (поток 18) и подают для дальнейшей очистки на ректификационную колонну поз.19.A distillate containing 99.41 wt.% Monosilane and 0.59 wt.% Low boiling gases - nitrogen, argon, helium, carbon monoxide, methane, etc., in an amount of 0.21 kg / h is removed from the reflux condenser (stream 18 ) and served for further purification on the distillation column pos.19.
В колонне при давлении 1,2 МПа происходит отделение моносилана от низкокипящих примесей: азота, аргона, гелия, монооксида углерода, метана и т.д. В дефлегматоре колонны поддерживают температуру минус 61°C. Дистиллят, содержащий 77,76 мас.% моносилана и 22,24 мас.% низкокипящих газов, в количестве 0,003 кг/час выводят в систему очистки газов от моносилана, и далее на рассеивание (поток 20). Жидкую фазу из куба колонны, который имеет температуру минус 72°C, в количестве 0,207 кг/час (поток 21) направляют на ректификационную колонну поз.22.In the column at a pressure of 1.2 MPa, monosilane is separated from low-boiling impurities: nitrogen, argon, helium, carbon monoxide, methane, etc. In the reflux condenser columns maintain a temperature of minus 61 ° C. A distillate containing 77.76 wt.% Monosilane and 22.24 wt.% Low boiling gases in an amount of 0.003 kg / h is discharged into the gas purification system from monosilane, and then dispersed (stream 20). The liquid phase from the cube of the column, which has a temperature of minus 72 ° C, in an amount of 0.207 kg / h (stream 21) is sent to the distillation column pos.22.
В колонне отделяются все оставшиеся примеси, образующиеся в процессе синтеза моносилана и поступающие с исходным трихлорсиланом. В дефлегматоре колонны поддерживают температуру минус 70°C, в кубе колонны минус 66°C. Примеси в качестве кубового остатка выводятся из колонны (поток 24). Дистиллят, содержащий не менее 99,995% моносилана, в количестве 0,205 кг/час (поток 23) является готовым продуктом.In the column, all remaining impurities formed during the synthesis of monosilane and supplied with the starting trichlorosilane are separated. The temperature in the column reflux condenser is minus 70 ° C, and in the column cube minus 66 ° C. Impurities as bottoms are removed from the column (stream 24). A distillate containing at least 99.995% monosilane in an amount of 0.205 kg / h (stream 23) is a finished product.
Таким образом, решена задача, стоящая перед разработчиками: разработан непрерывный способ получения моносилана, свободного от низко- и среднекипящих примесей: водорода, азота, метана, хлороводорода, этана, пропана, диборана, фосфина, арсина и др. Способ характеризуется высокой степенью конверсии трихлорсилана и проводится при относительно невысоких давлениях в реакторах и ректификационных колоннах. При реализации этого способа получен продукт с содержанием основного вещества не менее 99,99%.Thus, the task facing the developers was solved: a continuous method was developed for producing monosilane free of low and medium boiling impurities: hydrogen, nitrogen, methane, hydrogen chloride, ethane, propane, diboran, phosphine, arsine, etc. The method is characterized by a high degree of trichlorosilane conversion and is carried out at relatively low pressures in the reactors and distillation columns. When implementing this method, a product with a basic substance content of at least 99.99% is obtained.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100357/05A RU2457178C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method of producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100357/05A RU2457178C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method of producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457178C1 true RU2457178C1 (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011100357/05A RU2457178C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method of producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457178C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593634C2 (en) * | 2014-12-25 | 2016-08-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" | Method for deep purification of monosilane |
| RU2608523C1 (en) * | 2015-07-30 | 2017-01-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "ХОРСТ" | Method of producing silane and chlorosilanes |
| RU2681016C1 (en) * | 2015-02-27 | 2019-03-01 | Шмид Силикон Текнолоджи Гмбх | Column and method for disproportionation of chlorosilanes to monosilane and tetrachlorosilane and installation for producing monosilane |
| CN110371985A (en) * | 2019-08-27 | 2019-10-25 | 天津中科拓新科技有限公司 | A kind of synthetic method of silicon tetrachloride |
| CN113233422A (en) * | 2021-06-02 | 2021-08-10 | 四川大学 | Method and system for separating SiF4 and HF mixed gas |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4340574A (en) * | 1980-08-28 | 1982-07-20 | Union Carbide Corporation | Process for the production of ultrahigh purity silane with recycle from separation columns |
| RU2152902C2 (en) * | 1998-05-13 | 2000-07-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью фирма "ХОРСТ" | Method of preparing silanes |
| DE10017168A1 (en) * | 2000-04-07 | 2001-10-11 | Bayer Ag | Continuous production of silane, useful in production of silicon for semiconductors, involves catalytic disproportionation of trichlorosilane over solid catalyst in 2 or more zones with intermediate condensation |
| RU54933U1 (en) * | 2006-02-03 | 2006-07-27 | Юрий Александрович Касаткин | PLANT FOR PRODUCING MONOSILANE BY CATALYTIC DISPROPORTATION OF TRICHLOROSILANE |
| RU2313485C2 (en) * | 2005-10-10 | 2007-12-27 | Юрий Александрович Касаткин | Monosilane preparation process |
-
2011
- 2011-01-11 RU RU2011100357/05A patent/RU2457178C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4340574A (en) * | 1980-08-28 | 1982-07-20 | Union Carbide Corporation | Process for the production of ultrahigh purity silane with recycle from separation columns |
| RU2152902C2 (en) * | 1998-05-13 | 2000-07-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью фирма "ХОРСТ" | Method of preparing silanes |
| DE10017168A1 (en) * | 2000-04-07 | 2001-10-11 | Bayer Ag | Continuous production of silane, useful in production of silicon for semiconductors, involves catalytic disproportionation of trichlorosilane over solid catalyst in 2 or more zones with intermediate condensation |
| RU2313485C2 (en) * | 2005-10-10 | 2007-12-27 | Юрий Александрович Касаткин | Monosilane preparation process |
| RU54933U1 (en) * | 2006-02-03 | 2006-07-27 | Юрий Александрович Касаткин | PLANT FOR PRODUCING MONOSILANE BY CATALYTIC DISPROPORTATION OF TRICHLOROSILANE |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593634C2 (en) * | 2014-12-25 | 2016-08-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" | Method for deep purification of monosilane |
| RU2681016C1 (en) * | 2015-02-27 | 2019-03-01 | Шмид Силикон Текнолоджи Гмбх | Column and method for disproportionation of chlorosilanes to monosilane and tetrachlorosilane and installation for producing monosilane |
| US10384182B2 (en) | 2015-02-27 | 2019-08-20 | Schmid Silicon Technology Gmbh | Column and process for disproportionation of chlorosilanes into monosilane and tetrachlorosilane and plant for production of monosilane |
| RU2608523C1 (en) * | 2015-07-30 | 2017-01-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "ХОРСТ" | Method of producing silane and chlorosilanes |
| CN110371985A (en) * | 2019-08-27 | 2019-10-25 | 天津中科拓新科技有限公司 | A kind of synthetic method of silicon tetrachloride |
| CN113233422A (en) * | 2021-06-02 | 2021-08-10 | 四川大学 | Method and system for separating SiF4 and HF mixed gas |
| CN113233422B (en) * | 2021-06-02 | 2023-03-31 | 四川大学 | Method and system for separating SiF4 and HF mixed gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2503616C2 (en) | Method and system for obtaining pure silicon | |
| US8298490B2 (en) | Systems and methods of producing trichlorosilane | |
| EP2033937B1 (en) | Method for producing trichlorosilane and method for producing polycrystalline silicon | |
| US20110150739A1 (en) | Method for removing boron-containing impurities from halogen silanes and apparatus for performing said method | |
| EP1912720B1 (en) | Process for removing carbon and/or phosphorus impurities from a silicon production facility | |
| CA2648378C (en) | Process for depositing polycrystalline silicon | |
| CA2764171C (en) | Process for purifying chlorosilanes by distillation | |
| RU2457178C1 (en) | Method of producing high-purity monosilane and silicon tetrachloride | |
| JP5419456B2 (en) | Continuous production method of monosilane | |
| JP5879283B2 (en) | Method for producing trichlorosilane | |
| EP2036859B1 (en) | Method for producing polycrystalline silicon | |
| US8404205B2 (en) | Apparatus and method for producing polycrystalline silicon having a reduced amount of boron compounds by forming phosphorus-boron compounds | |
| US10294109B2 (en) | Primary distillation boron reduction | |
| US20130121908A1 (en) | Method for producing trichlorosilane with reduced boron compound impurities | |
| JP5573852B2 (en) | Polycrystalline silicon manufacturing apparatus and manufacturing method with reduced boron compound content by a bending system using an inert gas | |
| US20120082609A1 (en) | Method for producing trichlorosilane with reduced boron compound impurities | |
| RU107520U1 (en) | DEVICE FOR IMPLEMENTING TECHNOLOGIES FOR PRODUCING HIGH PURE MONOSILANE AND SILICON TETRACHLORIDE | |
| US20240182497A1 (en) | Method and system for selective recovery of monochlorosilane and dichlorosilane in polysilicon production process | |
| CN116640164A (en) | Electronic grade methylsilane preparation method with high safety and low cost and electronic grade methylsilane | |
| RU2341457C1 (en) | Method of isolating high-purity trichlorosilane from reaction mixture of methylchlorosilanes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130112 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131110 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20220425 |