[發(fā)明專利]硅化鎂法硅烷的制備工藝

有效

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• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN101798085A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 李群;張曉薇;顧克軍;祁宏祥;吳海浪;張曉諭;蔣智慧;殷恒志
• 申請（專利權）人: 江蘇揚農化工集團有限公司;江蘇瑞祥化工有限公司
• 主分類號: C01B33/04
• 分類號: C01B33/04
• 代理公司: 北京金富邦專利事務所有限責任公司 11014
• 代理人: 胡世明;蔡志勇

技術領域

本發(fā)明屬于多晶硅技術領域，涉及一種硅烷的制備工藝，尤其 涉及一種以硅化鎂為原料的制備硅烷的改進工藝。

背景技術

硅烷(SiH₄)廣泛用于外延沉積單晶硅膜和生產多晶硅膜，制 造非晶硅太陽能電池和復印機的光敏部件，以硅鼓代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硒 鼓，以及在玻璃工業(yè)中用于生產茶色玻璃。在高科技領域中，硅烷 和乙烯在激光激活下可生成碳化硅超細粉末，硅烷和氨在激光激活 下可生成氮化硅超細粉末。同時隨著光伏產業(yè)的迅猛發(fā)展，國內硅 烷需求量急速增加。

目前生產硅烷方法主要有：硅化鎂氨解法(簡稱硅化鎂法)、 氯硅烷歧化法(也稱UCC法)和氟化硅氫化法(也稱ETHYL法)。 硅化鎂制備硅烷的方法是早期國際上比較普遍采用的一種生產方 法，后來逐漸被其他方法所取代。國內1960年代開發(fā)成功硅化鎂 方法技術路線，國內目前還是硅化鎂法占主導地位。硅化鎂法生產 硅烷的基本原理為：以硅化鎂和氯化銨為原料，以液態(tài)氨為反應介 質，反應生成硅烷和六氨氯化鎂。該方法具有硅烷產率高、反應原 料易得、操作簡單、溫度和壓力工藝條件容易達到等優(yōu)點。現有硅 化鎂法硅烷的制備方法由于技術及安全等多方面的因素，基本采用 小規(guī)模間歇操作，存在以下幾方面的明顯不足：

1)硅烷發(fā)生過程中出氣量不穩(wěn)，對操作人員及設備要求高， 安全性差；

2)間歇反應時間一般為24h，產率只有70％，產能低，增加了 生產成本；

3)硅烷發(fā)生的反應溫度一般選擇-40～-80℃，如此低溫條件 反應對冷媒降溫要求高，增加了能耗；

4)硅烷發(fā)生后直接進入硅烷精制工序，夾帶液氨量大，增加 了提純難度；

5)間歇操作液氨泄漏較多，環(huán)境污染嚴重。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決現有硅化鎂法小規(guī)模間歇生產硅烷 所存在的勞動強度大、安全性差、產率低、能耗高、環(huán)境污染嚴重 等不足，提供一種硅化鎂法連續(xù)生產硅烷的方法，其包括如下步驟：

將固體氯化銨與液氨配制成質量分數為1％～40％的氯化銨液氨 溶液；將配制好的氯化銨液氨溶液和硅化鎂固體連續(xù)地由多級串聯(lián) 硅烷發(fā)生器的第一級加入或分級限量加入，硅化鎂與氯化銨原料累 計摩爾比為1∶1～8；對各級硅烷發(fā)生器進行攪拌并冷卻，各級硅 烷發(fā)生器的反應溫度為-60～30℃，反應壓力為0.1～1.5MPa，反 應物料停留時間為1～12h；各級硅烷發(fā)生器連續(xù)發(fā)生的硅烷經由 洗滌塔、冷凝器進入硅烷緩沖罐收集，硅烷氣體帶出的氨氣經冷凝 器冷凝后的液氨由洗滌塔返回硅烷發(fā)生器，返回的液氨同時對硅烷 中的硼烷等雜質進行洗滌。

所述的多級串聯(lián)硅烷發(fā)生器優(yōu)選2～4級，最好是3級或4級。 少于3級時，反應時間延長，產率下降，多于4級時，雖然操作更 趨向安全、穩(wěn)定，但存在裝置投資大、占地面積大、能耗高的缺點。 硅烷發(fā)生器的形式通常為反應釜。

所述配制氯化銨液氨溶液的質量分數為1％～40％，優(yōu)選10％～ 30％。氯化銨濃度過低，反應速度慢，不利于產能的提高；而濃度 過高，固液物料接觸不好，對反應速度也有很大的影響。

反應過程中，硅化鎂與氯化銨原料累計摩爾比通常為1∶1～8， 優(yōu)選按累計摩爾比為1∶4～6進行投料。硅化鎂與氯化銨反應的理 論配比為1∶4，氯化銨配比過低，硅化鎂反應不完全；配比過高， 氯化銨原料成本明顯增加。

一種優(yōu)選實施方案中，配制好的氯化銨液氨溶液和硅化鎂分別 用泵和螺旋加料器計量連續(xù)加入硅烷發(fā)生器。

采用3級硅烷發(fā)生器連續(xù)操作時，隨著反應原料的不斷加入， 第一級硅烷發(fā)生器中的物料經泵依次輸入第二、第三級硅烷發(fā)生 器，進行連續(xù)的硅烷發(fā)生反應。3級硅烷發(fā)生器反應物料停留時間 為1～12h，優(yōu)選3～8h。

串聯(lián)的各級硅烷發(fā)生器可以采用一致的操作溫度和壓力，也可 以采用不同的溫度和壓力；優(yōu)選采用反應溫度逐級提高的操作方式 以保證硅烷發(fā)生的產率。