TWI602780B

TWI602780B - 受碳化合物污染的氯矽烷或氯矽烷混合物的後處理方法

Info

Publication number: TWI602780B
Application number: TW105117926A
Authority: TW
Inventors: 安卓亞斯希爾斯雀曼; 詹斯菲利克斯寇斯; 尤維派祖德
Original assignee: 瓦克化學公司
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-10-21
Also published as: TW201643114A; DE102015210762A1; WO2016198264A1

Description

受碳化合物污染的氯矽烷或氯矽烷混合物的後處理方法

本發明係關於一種受碳化合物污染的氯矽烷或氯矽烷混合物的後處理方法。

尤其係關於一種在製備多晶矽的整合系統中產生的受碳化合物所污染的氯矽烷。

通常使用三氯矽烷（TCS）製備多晶矽。

棒狀多晶矽是藉由西門子方法製備的。此方法包含在反應器中在加熱的細棒上沉積多晶矽。所使用的製程氣體（process gas）是TCS，其在氫的存在下作為含矽成分。TCS至沉積矽的轉化（歧化作用）形成了大量的四氯化矽（STC）。

可替代地，可在流化床反應器中製備顆粒狀多晶矽。這是藉由在流化床中使用氣流來流化矽顆粒並使用加熱設備將所述床加熱到高溫而實現的。如TCS的含矽反應氣體之添加造成在熱的顆粒表面發生熱解反應（pyrolysis reaction）。這使得元素矽沉積在該矽顆粒上且個別顆粒的直徑增加。

例如，STC可被用於在燃燒室（combustion chambers）內於高溫下與氫及氧反應來製備細碎的二氧化矽。例如在EP 0 790 213 A1中揭露了藉由火焰水解來製備SiO₂ 粉末（細碎二氧化矽）。除了STC，也可以使用很多其它含矽的化合物及其混合物，如甲基三氯矽烷（MTCS，CH₃ SiCl₃ ）、TCS或其與STC的混合物作為起始原料。也可以使用不含氯的矽烷或矽氧烷。

然而，STC最具有經濟吸引力的使用是將其轉化成TCS。所述的轉化是在TCS及氯化氫中藉由STC與氫的反應而實現的。這使得將沉積過程中形成的STC副產物轉化成TCS並將所述TCS傳送回到該沉積過程以製備元素矽變的可能。

藉由西門子方法或以顆粒形式沉積以製備高純度的多晶矽需要高純度的TCS作為起始材料。

除了傳統的摻雜劑（如硼、磷及砷）之外，碳在多晶矽中作為雜質也扮演重要的角色。

特別是在半導體級的多晶矽中及用於太陽能應用的多晶矽中，碳雜質導致電荷載體的壽命降低並在晶格中產生缺陷。

TCS可基本上藉由三種不同方法製備：(1) Si + 3 HCl --＞ SiHCl₃ （+副產物）+ H₂ (2) Si + 3 SiCl₄ + 2 H₂ --＞ 4 SiHCl₃ （+副產物）(3) SiCl₄ + H₂ --＞ SiHCl₃ （+副產物）+ HCl

為了製備高純度的TCS，每種方法都伴隨著蒸餾過程。

這些方法也形成相對大量的STC及二氯矽烷（DCS）。

方法（ 1 ）及（ 2 ）使用所謂的冶金級矽（mg-Si）作為原料，其純度通常＞ 99重量%。一種 mg-Si雜質為碳，其含量通常為0.02至0.2%。該矽金屬的表面還可能在生產過程中及粉碎過程中被有機物質所污染（例如來自粉碎機的液壓油）。

方法（ 1 ）係用於在流化床過程中由冶金級矽及氯化氫來製備TCS（冶金級矽的氫氯化）。

在方法（ 2 ）及（ 3 ）中，在多晶矽製備過程中產生的大量STC副產物被轉化回TCS（轉化）。

因此已知兩種轉化方法：

第一種方法，所謂的低溫轉化，是在一種或多種催化劑的存在下實施的。

該低溫轉化是在400至700^o C的溫度範圍內，在冶金級矽及催化劑（如銅）的存在下進行的。然而，催化劑（如Cu）的存在對TCS及由其而沉積的矽的純度具不良作用。

第二種方法，所謂的高溫轉化，是一個吸熱製程，其中產物的形成係受平衡限制（equilibrium-limited）的。用氫將STC轉化以提供TCS通常是在至少600°C的高溫下（理想地是在至少850°C）於反應器中進行的（高溫轉化）。

由於能源經濟的原因，通常藉助反應器的熱廢氣（產物及反應物的殘留物，即主要是TCS、氯化氫、STC及氫）來加熱該反應的反應物（STC及氫）。

DE 30 24 320 C2 要求保護一種使用熱交換器將STC轉化至TCS的對應的設備。該熱交換器可由，例如一組未電加熱的石墨管構成，該石墨管作為氣體出口，並具有新鮮氣體以逆流的方式流過它們的外部。

為了實現顯著的TCS製備，必須在該反應器中使用非常高的溫度（通常至少是900°C）。

例如，US 3933985 A描述了在900至1200°C的溫度範圍且H₂ :SiCl₄ 莫耳比為1:1 至 3:1下，STC與氫反應以提供TCS。描述的產率為12至13%。

由多晶矽沉積所得的STC只含有微量的碳雜質。

在（ 2 ）中引入碳化合物的主要途徑是透過所用的mg-Si／透過反應物H₂ 中的碳雜質，如甲烷。

在方法（ 3 ）中，已知的碳源包含反應物H₂ 中的碳雜質及使用作為反應器構造材料的石墨。

基於所用原料的品質及方法（ 3 ）的構造材料以及特定的反應條件的不同，在反應產物中會發現不同含量的碳雜質。

在該氯矽烷反應產物中，碳雜質的總量可以是1至1000 ppmw。

根據反應式（ 3 ），STC至TCS的高溫轉化需要反應產物中有盡可能低的甲基二氯矽烷（MDCS）含量，因而盡可能地降低後續分離TCS及MDCS所需的蒸餾費用。這可以藉由使用僅含有小量碳化合物的反應物或藉由用陶瓷材料（如SiC）來代替石墨以作為反應器構造材料而實現。例如，EP 0 294 047 A1對此進行了揭露，這些方法的目的在於最小化反應產物中的甲基氯矽烷含量。然而，儘管降低了碳雜質的含量，仍然必須從產物中蒸餾除去所述雜質，並將富含甲基氯矽烷的級分從該整合系統（integrated system）中排出。

這是因為用來沉積多晶矽的TCS中碳雜質含量應顯著地低於1 ppmw，較佳地甚至低於 0.1 ppmw。

此處應該考慮各種雜質的不同碳含量（例如烴為80重量% ／ MTCS為10重量%）。

理想情況下，TCS的總碳含量小於10 ppbw （TCS中所有雜質的碳含量之和）。

習慣上，要對該方法（ 1 至 3 ）所得的粗產物進行蒸餾純化。

然而，從氯矽烷中除去特定的碳雜質是特別困難的或至少意味著很大的技術複雜性。

例如，很難實現從二氯矽烷（DCS，沸點8.4°C ）中蒸餾除去新戊烷（沸點9.5°C），從TCS（沸點32°C）中蒸餾除去異戊烷（沸點28°C）、正戊烷（沸點36°C）、1,1-二氯乙烯（32°C）及甲基二氯矽烷（MDCS，CH₃ SiHCl₂ ，沸點42°C），以及從STC（58°C）中蒸餾除去2-甲基戊烷（沸點60°C）或MTCS（沸點66°C）。

該等雜質通常被濃縮至含量不超過5%，否則蒸餾費用會極大地增加。

其結果是，大量的氯矽烷會與碳雜質一起從該整合蒸餾系統中被除去。

為了使用受碳化合物污染的氯矽烷，JP 2007269679 A 建議，例如，從這些二級料流中回收MDCS及MTCS，並將其用於烷基矽烷的製備中。

然而，這需要額外的及複雜的甲基矽烷的萃取蒸餾步驟。

JP 2004149351 A 描述了藉由矽膠或活性碳的吸附來降低氯矽烷料流中之甲基氯矽烷類（甲基二氯矽烷、甲基三氯矽烷、二甲基二氯矽烷及三甲基氯矽烷）的含量。

然而，這些化合物的吸附並不完全，且該吸附劑必須進行複雜的再生或被送去進行昂貴的處理。

US 2013／0001063 A1揭露了對包含TCS、STC及MDCS的氯矽烷料流進行如（ 4 ）的歧化反應。

(4) SiCl₄ + MeHSiCl₂ --＞ SiHCl₃ + MeSiCl₃

MTCS由MDCS所形成，且選擇率大於60%。

基於MTCS比MDCS具有更高的沸點，此方法中形成的MTCS因此可更容易被除去。

然而，該方法需要額外的300至600°C 的高溫反應步驟，其需要顯著地更高的的能量輸入（用於加熱反應物及冷卻產物）。

DE 10 2011 005 643 A1 要求保護在其中製備含氫之氯矽烷的設備，在操作該設備過程中，可以降低矽基底（Si-based）的固體的沉積。在該設備中，至少一種有機氯矽烷（OCS）至少間歇性地與氫反應，並至少間歇性地供給額外的HCl。較佳地藉由用氫使STC進行氫脫鹵反應（hydrodehalogenation）而在反應器的一個反應空間內製備所述HCl。

DE 10 2011 002 436 A1係關於一種藉由至少氫與OCS在由陶瓷材料所製的加壓反應器中反應而製備TCS的方法。在與該至少一種有機氯矽烷混合時，STC可額外地與氫反應以得到TCS。

在該反應中，含氫反應氣體、包含至少一種有機氯矽烷的反應氣體及任選的含有STC的反應氣體在反應器中藉由加熱而發生反應以形成含TCS的產物氣體，含OCS的反應氣體及／或含氫的反應氣體及／或含STC的反應氣體作為加壓料流被導入到該加壓反應器中，而該產物氣體作為加壓料流被傳遞出該反應器。氫對OCS與STC之和的莫耳比例較佳地在1:1 至 8:1的範圍內。該反應在700至1000°C的溫度及1至10 巴的壓力下，在包含氣密性陶瓷組件（SiC、Si₃ N₄ 或混合陶瓷SiCN）的反應器內實施。

MTCS的反應根據（ 5 ）或（ 6 ）進行：(5) CH₃ SiCl₃ + H₂ --＞ CH₄ + HSiCl₃ (6) CH₃ SiCl₃ + HCl --＞ CH₄ + SiCl₄ 反應（ 5 ）及（ 6 ）中所形成的甲烷可以容易地從所得氯矽烷中去除。

MTCS及氫以1:4的比例在950°C的溫度下反應。然而，該反應在產物中會形成大量的碳雜質，例如，可見高達25重量% 的MTCS及高達2重量%的MDCS，後者特別難從TCS中去除，因而顯著地降低該方法的經濟可行性。

DE 10 2011 005 647 A1要求保護一種藉由使用氫以使STC及MTCS中之至少一種反應物進行氫化反應而在整合系統中製備至少一種含氫之氯矽烷的方法，該方法的反應器係在壓力下操作且由氣密性陶瓷材料所製的反應器管所組成。且該方法使得高效且非常經濟地利用含STC之二級料流及含MTCS之二級料流而製備含氫之氯矽烷變得可能。特別是用於製備矽烷的最重要原料二甲基二氯矽烷的Müller-Rochow合成中，作為副產物的MTCS會相對大量地形成。此份文件揭露了在該整合系統外使用DCS及MDCS作為反應物及／或作為後續過程的添加劑。

整體來說，先前技術中將碳雜質轉化成其它化合物（其仍然保留在主要氯矽烷產物中）的經濟可行性似乎不足。

個別氯矽烷料流需要從該系統中排出並可能被送去處理，或者包含新形成的碳化合物的氯矽烷料流需要複雜的純化。

本發明的目的是提供經濟上可行的將被污染的氯矽烷回收的方法。特別是包含碳雜質且在生產高純度TCS過程中作為副產物而產生的氯矽烷。

本發明的目的是藉由一種受碳化合物污染的氯矽烷或氯矽烷混合物的後處理方法而實現的，其包含下列步驟 a）藉由冶金級矽的氫氯化或藉由STC至TCS的轉化而製備TCS， b) 從經由製備TCS所得到的產物混合物中去除包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物，該至少一種碳化合物係選自由異戊烷、MDCS及MTCS所組成的群組， c) 在氫的存在下及至少750°C的溫度下，將被去除的包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物進行熱處理，以至少部分地將該至少一種碳化合物轉化成甲烷， d) 藉由將熱處理過的氯矽烷或氯矽烷混合物冷凝以除去甲烷，其中該冷凝物包含不超過500 ppmw 的有機氯矽烷。

本發明同樣地係關於一種受碳化合物污染的氯矽烷或氯矽烷混合物的後處理方法，其包含下列步驟 - 在氫的存在下及至少750°C的溫度下，將包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物進行熱處理，以至少部分地將該至少一種碳化合物轉化成甲烷，其中該至少一種碳化合物係選自由異戊烷、MDCS及MTCS所組成的群組， - 藉由將該熱處理過的氯矽烷或氯矽烷混合物冷凝以除去甲烷，其中所述冷凝物包含少於200 ppmw 的新形成的有機氯矽烷，以及總共不超過500 ppmw的有機氯矽烷。

包含碳雜質的含氯矽烷的二級料流係在用於製備高純度TCS的蒸餾系統中產生。

因為這些雜質含量通常只存在於ppm的範圍而且需要不成比例的高技術支出來將其完全分離，該碳雜質通常在二級料流中（因此碳雜質在主體料流中被耗盡）僅被濃縮至該雜質在主體料流中目標含量所需的程度。

由於具有不同沸點，該整合蒸餾系統提供不同的氯矽烷級分，其中各種雜質被富集至不同的含量： a) DCS二級料流主要包含C4級分及C5級分的烴，如正丁烷、異丁烷、新戊烷、異戊烷 b) TCS二級料流主要包含C5級分的烴（如異戊烷及正戊烷）、氯烴（如1,1-二氯乙烯）及有機氯矽烷（如 MDCS） c) STC二級料流主要包含C6級分的烴（如2-甲基戊烷）、氯烴（如1,1-二氯乙烷）及有機氯矽烷（如甲基三氯矽烷、二甲基二氯矽烷、三甲基氯矽烷）

在一個實施態樣中，該氯矽烷／氯矽烷混合物包含DCS及異戊烷，還有可選擇地存在的MDCS及MTCS。

在一個實施態樣中，該氯矽烷/氯矽烷混合物包含DCS及MDCS，還有可選擇地存在的異戊烷及MTCS。

在一個實施態樣中，該氯矽烷/氯矽烷混合物包含DCS及MTCS，還有可選擇地存在的異戊烷及MDCS。

在一個實施態樣中，藉由去除甲烷所得到的氯矽烷/氯矽烷混合物被返回到用於製備高純度TCS的蒸餾過程中。

與先前技術相比，被污染的氯矽烷級分可被再利用且不需要被送去處理。使得該整合系統中的氯損失及矽損失及所產生的廢料量有可能顯著地降低。

將碳導入到該高溫反應器中同時會降低反應器材料的腐蝕。

被去除的甲烷可從該迴路中被排出。

較佳地，其被送至熱回收或者以本領域技術人員所熟悉的方式有利地使用。

該副產物料流的回收使得有可能將雜質(在這些料流中)富集到較低的程度而不導致較高的Si/Cl損失。

因此可以將更大量的污染度較輕的氯矽烷從主體料流中去除，並以降低用於除去碳雜質的蒸餾支出，這進一步提高了本發明方法的經濟可行性。

方法(1至3)所得的產物可一起蒸餾。這是藉由將從冶金級矽之氫氯化及低溫轉化及高溫轉化所得到的產物混合物一同送至該蒸餾柱而實現的。

在一個實施態樣中，來自(3)(即該高溫轉化的所得產物)分開進行蒸餾的，因為存在的碳雜質實際上只有甲基氯矽烷。

根據(1)的冶金級矽與HCl的反應得到的產物包含，例如，約90%的TCS、10%的STC、0.5%的DCS及0.2%的高沸點矽化合物。

該產物中存在的典型碳雜質是，例如，0至10 ppmw 的烴（異戊烷、正戊烷、新戊烷、2-甲基丁烷），0至2 ppmw的氯烴及1至100 ppmw的甲基氯矽烷。

藉由分餾將該混合物分離成主級分DCS、TCS及STC。

已證實特別難除去的碳雜質是異戊烷、MDCS及MTCS。

異戊烷特別是在含DCS的級分中進行富集，MDCS在TCS級分中富集，及MTCS在STC級分中富集。

這些在下方以示例性的方式進行說明，且本發明方法並非限定於這些混合物。

在一個實施態樣中，對被去除的氯矽烷混合物的熱處理係在氫的存在下及至少750°C的溫度下在一反應器中進行，該反應器也被用於氫化STC以製得TCS。

在一個實施態樣中，藉由將上述包含碳雜質的氯矽烷料流添加至氫化反應的反應器的STC進料中而一同實施裂解碳化合物及氫化STC的反應。

不排除在裂解碳化合物中會涉及主反應中的反應物／反應產物，但也不是絕對必須的。

因此，類似於氫，氫化STC所形成的氯化氫可以導致甲基氯矽烷的裂解。

即使在該反應器中使用陶瓷元件來代替石墨也不能完全避免形成甲烷及因此接續而形成的甲基氯矽烷。

令人驚奇的是，此現象是在與產品接觸的部件只是由SiC製成的實驗室反應器中的測試過程中發現的。

當石墨被用作建造材料時，其與氫的反應導致更多的甲烷的形成及因此導致增高的MDCS及MTCS濃度。

因此內部材料為石墨的反應器的冷凝反應產物中，MDCS的典型含量為0.1至10.0 ppmw／MTCS為10至300 ppmw 。

本發明方法特別較佳地在高溫反應器中實施，該高溫反應器中至少部分與產物接觸的元件是由石墨製成的。

碳化合物的供給及其分解以得到甲烷會抑制反應器構造的碳材料與氫形成新鮮的甲烷。特別地，其大幅地延長含石墨元件的使用壽命，並因此以經濟上有利的方式提高反應器的可用時間。

所選的反應溫度越高，進料中碳雜質的轉化度也越高。

為了經濟的原因，希望在盡可能最低的溫度下實施該分解反應。

非常高的溫度還會更嚴重地損害反應器的構造材料，且因此導致反應器過早失效。

較佳地，在關鍵的碳雜質最可能發生完全分解的溫度下實施該反應。

已經顯示對高純度TCS蒸餾特別關鍵的雜質，特別是異戊烷及MDCS，在低至約1000°C的溫度下會發生幾乎完全的分解，且所形成的碳化合物主要是MTCS及甲烷。

該反應的實施溫度為750至1300°C，較佳地為900至1200°C，特別較佳地為900至1100°C。

MTCS與氫在高溫下的反應導致形成甲烷及MDCS。

取決於反應條件，只有部分提供的MTCS被轉化：(7) CH₃ SiCl₃ + H₂ --＞ CH₃ SiCl₃ （未轉化的）、CH₄ 、CH₃ SiHCl₂ 、SiHCl₃

MTCS的轉化程度主要取決於溫度、停留時間及反應器中的其它碳化合物（石墨、H₂ 進料中的甲烷）的存在。

MDCS與氫在高溫下的反應導致形成甲烷及MTCS：(8) CH₃ SiHCl₂ + H₂ --＞微量CH₃ SiHCl₂ （未轉化的）、CH₄ 、CH₃ SiCl₃ 、SiHCl₃

令人驚奇的是，發現在低至約1000°C的溫度下，MDCS進行幾乎完全的分解而得到甲烷及MTCS。

少於20%的MDCS反應物被轉化成MTCS，多於80%進行了分解而得到不冷凝的甲烷。

異戊烷與氫在高溫下的反應導致形成甲烷及在隨後的反應中形成MDCS及MTCS：(9) C₅ H₁₂ + H₂ --＞ CH₄ --＞ CH₃ SiCl₃ 、CH₃ SiHCl₂ 烴（如異戊烷）在低至約1000°C的溫度下發生分解而得到甲烷。

在反應產物中不再能夠探測到反應料流所提供的烴。

在反應區提高的甲烷含量依序藉由與氯矽烷反應，形成新的MDCS 及MTCS。

該反應（ 7 至 9 ）大致上與壓力無關。

實施本發明方法中反應（ 7 至 9 ）的較佳壓力因此不受限制。

然而，一般來講，壓力的增加會導致反應器中甲烷的平衡濃度發生移動，因為碳與H₂ 的反應是與壓力有關的。

因此較高的壓力會利於含石墨元件的破壞。

在一個實施態樣中，在碳化合物裂解過程中，反應器中建立的壓力小於25 巴，較佳地為1至20 巴。

在一個實施態樣中，建立的壓力為5至20 巴，較佳地為10至20 巴。這實現了特別有利的經濟的生產能力。

反應氣體中更高的氫比例有利於碳雜質的分解以得到甲烷，但也會加速反應器構造材料的分解。

本文中的術語碳化合物應被理解為是指烷烴、烯烴、炔烴、鹵代烷烴、鹵代烯烴、有機氯矽烷。

本方法的一個實施態樣中該碳化合物包含MTCS 或 MDCS 或二者。

在一個實施態樣中，所提供的碳化合物在反應器中被裂解，在其中同時實施STC的氫化以得到TCS。例如，該反應器在DE 30 24 320 C2中進行了描述，其可由石墨、SiC、SiC－塗覆的石墨或本領域技術人員所知的其它材料所製，並被用來進行STC的脫鹵氫作用（dehydrohalogenation）。

從目標產物（TCS及STC）中除去以甲烷形式存在的大多數碳是以簡單的方式藉由將目標產物冷凝而實現的。

在一個實施態樣中，與STC與氫的反應中所形成的混合物（其中沒有二級料流中的其它碳化合物被供給到TCS的蒸餾中）相比，少於200 ppmw 的其它有機氯矽烷存在於產物混合物中。較佳地存在少於50 ppmw的其它有機氯矽烷，特別較佳地少於10 ppmw的其它有機氯矽烷。

將氯矽烷級分冷凝後所形成的產物混合物包含不多於500 ppmw 的有機氯矽烷。

在一個實施態樣中，存在不超過200 ppmw的有機氯矽烷，特別較佳地不超過100 ppmw及非常特別較佳地不超過50 ppmw。

一個實施態樣提供了包含MDCS殘留量少於2 ppmw 及 MTCS殘留量少於100 ppmw及少於0.1 ppmw的異戊烷的氯矽烷。

進一步的一個實施態樣提供了MDCS殘留量少於1 ppmw及MTCS殘留量少於50 ppmw及殘留量低於探測極限的異戊烷的氯矽烷。

一個實施態樣中，載有由碳化合物分解所得甲烷的料流被送至該整合材料系統中單獨使用，其避免了在循環過程中由該甲烷形成難以去除的碳雜質。

因此，可以經濟的方式來顯著地降低生產多晶矽的整合系統中碳雜質的含量／顯著地降低為了降低碳化合物濃度而需要的氯矽烷材料排放（及矽損失）。

在一個實施態樣中，在去除HCl後，載有甲烷的氫被熱回收。特別較佳地將該載有甲烷的氫作為燃料被送去合成熱解二氧化矽。

與上述本發明兩個方法的實施態樣相關的所列舉的特徵可單獨實現或以本發明實施態樣組合的方式實現。該等特徵可進一步說明有利的實施方式以保護它們各自的權益。

實施例

下面列出的實施例1至3及實施例5是在氫對STC與碳雜質之和的物質量比為2:1的情況下實施的。

各碳雜質的含量係基於對應所述的氯矽烷以ppbw為單位示於表中。

所有的分析值都是在-45°C下冷凝後於反應器出口處確定的。

廢氣包含H₂ 、HCl、及甲烷；只保留了微量的氯矽烷。

實施例 1

在實施例 1 中，MTCS作為碳化合物被添加。

MTCS的降解速率係基於導入的MTCS而計算。MDCS的形成係按照式n(MDCS)／n0(MTCS) 的莫耳轉化來計算。

表 1

在1000°C溫度下，降解了29.9%的MTCS。

在1300°C溫度下，裂解了89.6%的MTCS。

在兩種情況下，都只形成了少量的MDCS。

因此MTCS非常主要是被裂解以得到甲烷。

實施例 2

在實施例 2 中，MDCS作為碳化合物被添加。

MDCS的降解速率基於導入的MDCS而計算。MTCS的形成係按照式(n(MTCS)-n0(MTCS))／(n0(MDCS)-n(MDCS)) 的莫耳轉化來計算。

表 2

在1000°C溫度下，降解了99.1%的MDCS。

在1300°C溫度下，MTCS完全降解。

在兩種情況下，基於導入的MDCS只形成了少於15%的MDCS。

因此MDCS主要是被裂解以得到甲烷。

實施例 3

在實施例 3 中，異戊烷作為碳化合物被添加。

異戊烷的降解速率係基於導入的異戊烷而計算。MTCS／MDCS的形成係按照式(n(MTCS)-n0(MTCS))／(n0(異戊烷)-n(異戊烷)) ／ (n(MDCS)-n0(MDCS))／(n0(異戊烷)-n(異戊烷)) 的莫耳轉化計算。

表 3

在1300°C溫度下，異戊烷幾乎完全降解。

基於導入的異戊烷，只形成了很少量的MDCS及約20% MTCS。

與先前技術相比，本發明的反應因此實現了小於21%的MTCS選擇率，及不冷凝的且易於除去的甲烷的大於79%的選擇率。

比較實施例 4

圖 1 是生產氯矽烷及去除及排放包含碳混合物的二級料流的示意圖。

圖中所繪各系統（A／B／C）及系統D之間的連接僅是示例性的，不應被認為僅是以這種配置存在。

還可以互相獨立地包含系統A、B及／或C，特別是三種系統中的至少兩種系統的組合。

設備系統A至C所產生的至少一種氯矽烷料流（包含碳化合物）在純化步驟D中被分離。

這通常產生三個不同的排放料流。

與本發明的實施相比，該方法的缺點在於大量的氯矽烷需要被排放。

因此造成了整個整合系統的Si／Cl損失。

實施例 5

在圖 2 中，圖中所繪各體系（A／B／C）及系統D之間的連接僅是示例性的，不應被認為僅是以這種配置存在。

還可以互相獨立地包含系統A、B及／或C，特別是三種系統中至少兩種系統的組合。

所繪料流1、2及／或3及系統C之間的連接僅是示例性的，不應受該配置所限制。

該料流1、2及3還可相互分離。

也有可能合併三個料流中的其中兩個。

該方法在低溫轉化的應用對本領域技術人員而言也是顯而易見的。因此，該料流1、2及3還可被連接到系統B（低溫轉化）上。

在系統D中，該碳雜質轉化至易於去除的甲烷使得二級料流循環進入氯矽烷製備系統B／C中（較佳地進入系統C中（如此處所示））變的可能。

這使得有可能顯著地降低Si／Cl損失並因此降低產生的廢料量。

例如，去除的甲烷可以被熱回收。

實施例 5 的分析資料顯示如下：

導入了包含異戊烷、MDCS及MTCS的氯矽烷混合物。

基於導入的異戊烷計算異戊烷的降解速率。

基於導入的MDCS計算MDCS的降解速率。

基於導入的MTCS計算MTCS的降解速率。

表 4

在1000°C溫度下，異戊烷完全降解。

MDCS及MTCS的降解程度分別為64.1% 及69.9%。

對說明性實施態樣的上文描述應被理解為是示例性的。由此公開的內容可使本領域技術人員能夠理解本發明及與其相關的優點，並且也涵蓋對本領域技術人員明顯的對所述結構及方法的改變及修改。因此，所有這些改變及修改及其均等物應因此由當被申請專利範圍的保護範圍所涵蓋。

工廠系統
A‧‧‧TCS合成
B‧‧‧低溫轉化
C‧‧‧高溫轉化
D‧‧‧分離／純化

排放料流
1‧‧‧含STC並包含烴雜質（較佳C6級分及／或有機矽烷）
2‧‧‧含TCS並包含烴雜質（較佳C5級分及／或有機矽烷）
3‧‧‧含DCS並包含烴雜質（較佳C4／C5級分及／或有機矽烷）

圖 1 為比較實施例 4 的設備系統及排放料流的示意圖。

圖 2 為根據本發明的一個實施態樣（實施例 5 ）的設備系統及排放料流的示意圖。

：無。

A‧‧‧TCS合成

B‧‧‧低溫轉化

C‧‧‧高溫轉化

D‧‧‧分離/純化

1‧‧‧含STC並包含烴雜質(較佳C6級分及/或有機矽烷)

2‧‧‧含TCS並包含烴雜質(較佳C5級分及/或有機矽烷)

3‧‧‧含DCS並包含烴雜質(較佳C4/C5級分及/或有機矽烷)

Claims

一種對於受碳化合物污染的氯矽烷或氯矽烷混合物的後處理方法，其包含下列步驟：-在氫的存在下及至少750℃的溫度下，在藉由冶金級矽的氫氯化或藉由STC至TCS的轉化而製備TCS的反應器中，將包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物進行熱處理，以至少部分地將該至少一種碳化合物轉化成甲烷，其中該至少一種碳化合物係選自由烴、氯烴與有機氯矽烷所組成的群組，-藉由將熱處理過的氯矽烷或氯矽烷混合物冷凝以除去甲烷，其中冷凝物包含少於200ppmw的新形成的有機氯矽烷，以及總共不超過500ppmw的有機氯矽烷。
如請求項1所述的方法，其包含下列步驟：-藉由冶金級矽的氫氯化或藉由STC至TCS的轉化而製備TCS，-從經由製備TCS所得到的產物混合物中去除包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物，該至少一種碳化合物係選自由烴、氯烴與有機氯矽烷所組成的群組，-將該包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物回收至反應器中，-在氫的存在下及至少750℃的溫度下，將被去除的包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物進行熱處理，以至少部分地將該至少一種碳化合物轉化成甲烷，-藉由將熱處理過的氯矽烷或氯矽烷混合物冷凝以去除甲烷，其中冷凝物包含不超過500ppmw的有機氯矽烷。
如請求項1或2所述的方法，其中該氯矽烷或氯矽烷混合物包含DCS及異戊烷。
如請求項1或2所述的方法，其中氯矽烷或氯矽烷混合物包含TCS及MDCS。
如請求項1或2所述的方法，其中氯矽烷或氯矽烷混合物包含STC及MTCS。
如請求項1或2所述的方法，其中該熱處理是STC至TCS在至少600℃溫度下的高溫轉化，其中該包含至少一種碳化合物的氯矽烷或氯矽烷混合物作為反應物氣體被添加。
如請求項1或2所述的方法，其中從該熱處理得到的甲烷-氫混合物被熱回收。
如請求項7的方法，其中該甲烷-氫混合物作為燃料被送至熱解二氧化矽的合成中。
如請求項1或2所述的方法，其中在去除甲烷後，該冷凝物包含少於2ppmw的MDCS、少於100ppmw的MTCS及少於0.1ppmw的異戊烷。