[發明專利]雙塔熱耦反應精餾除去氯硅烷體系中硼雜質的方法和裝置

有效

• 申請號: 201010546176.9
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN102030335A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 黃國強;石秋玲;王紅星;華超;蘇國良
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;B01D3/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種采用改良西門子法生產多晶硅技術領域硼雜質的去除方法和裝置。提出雙塔熱耦反應精餾除去氯硅烷體系中硼雜質的方法和裝置。其中反應劑與三氯氫硅中的雜質硼化合物在反應精餾塔T1中形成高沸物而除去。采用雙塔熱耦合技術，在節能的同時，提高了含硼雜質的去除效率，使硼含量達到太陽能級或電子級多晶硅的要求。

背景技術

目前，國內供給多晶硅的市場缺口巨大，半導體和太陽能電池工業對多晶硅的純度要求越來越高，而其中的金屬雜質和碳等的含量是影響其性能的重要參數。因此，如何有效地除去多晶硅中金屬雜質成為多晶硅行業的難題。其中含硼化合物成分復雜多樣，與氯硅烷體系的沸點十分接近，用多級精餾的方法去除三氯氫硅中含硼雜質的化合物的方法需要較大的回流比和較大的理論板數，致使能耗及固定投資較高。因此，如何更有效地去除含硼雜質化合物，同時降低能耗成為制約我國多晶硅生產企業發展的瓶頸之一。

國內多采用改良西門子法生產多晶硅。此方法是將冶金級的硅粉與氯化氫在流化床反應器中反應得到以三氯氫硅為主的氯硅烷，再將三氯氫硅提純后與氫氣在還原爐內進行CVD反應得到多晶硅，并將尾氣進行干法回收。其中的硼雜質含量是影響產品質量的重要因素。

國內外的專利已經公開了很多除含硼雜質化合物的方法，如CN101607712A所公開的方法和裝置，將水引入三氯氫硅體系，除去含硼化合物，再用吸附塔或是固定床吸附除硼。但是將水引入該體系具有一定的危險性，所以國內目前較少采用。根據US3126248所采用的反應物為含至少一個電子的原子組成的有機化合物，將其與氯代硅烷混合，再分離氯代硅烷和硼化合物，所用的有機化合物為苯甲醛，甲乙酮，丁二酮肟，戊內酯，二氧六環等。專利還公開了用吸附劑除去三氯氫硅中的硼雜質的方法和裝置。但是以上方法并未考慮裝置的熱集成問題和含硼化合物的去除效率。要求也越來越高，如何有效地除去多晶硅中的雜質成為我國多晶硅行業的難題。尤其是含硼化合物種類繁多，成分復雜，與氯硅烷體系沸點十分接近，如何有效地去除含硼雜質化合物是各個多晶硅生產企業面臨的主要問題。

發明內容

本發明涉及一種新的工藝方法，采用兩個熱耦精餾塔，節省了一個冷凝器，在節能的同時，提高了含硼雜質的去除效率，使硼含量達到了太陽能級或電子級多晶硅的要求。

本裝置區別于以往的熱耦合精餾塔，本裝置是在精餾塔T1塔底設置循環泵，將含有未反應的反應劑的物料部分泵循回精餾塔T1，循環量為進料量的6％～7％。且精餾塔T1為板式塔，精餾塔T2塔為填料塔或是板式塔。精餾塔T1采用板式塔是為了提高氣液接觸時間，使反應更充分。本發明的技術方案如下：

本裝置包括反應精餾塔T1和精餾塔T2，T1塔再沸器E1，精餾塔T1塔底循環泵P，精餾塔T2的再沸器E2和精餾塔T2的冷凝器E3，及相關的進料管線及連接以上設備的管線。

三氯氫硅原料(1)管線連接到精餾塔T1的中部，反應劑(2)管線連接到精餾塔T1的上部，精餾塔T1塔底與循環泵P和再沸器E1通過管線連接，換熱器E1設置在精餾塔T1塔底。塔底采出物料(5)管線與循環泵P相連，塔底采出物料(5)管線與反應劑(2)管線通過回流管線(8)相連，精餾塔T1塔頂蒸汽(3)和塔頂采出部分液體(4)管線與精餾塔T2中部連接，換熱器E3安置在精餾塔T2塔頂，換熱器E2安置在精餾塔T2塔底。T2塔輕組分(6)管線與換熱器E3連接，T2塔底物料(7)管線與換熱器E2連接。

本工藝是將含有硼雜質的三氯氫硅原料(1)由精餾塔T1塔中部進料，反應劑(2)由精餾塔T1塔頂進入，目的是延長接觸時間，讓含硼化合物能與反應劑反應得更完全。精餾塔T1塔頂蒸汽(3)進入精餾塔T2塔中部，并且在此處采出部分液體(4)作為精餾塔T1塔塔頂的回流。塔底采出物料(5)為反應得到的高沸物及重組分，精餾塔T2塔頂物料為輕組分(6)，塔底物料(7)為高純的三氯氫硅產品。

操作工藝條件為：精餾塔T1和精餾塔T2塔操作壓力相同，為100KPa～300KPa；精餾塔T1塔頂溫度為32.2℃～68.0℃；精餾塔T2塔頂溫度為29.9℃～64.0℃。精餾塔T2回流比為11～40。