[发明专利]一种氯硅烷混合物的分离方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅生产领域，尤其是涉及一种多晶硅生产过程中氯硅烷混合物的分离方法。

背景技术

在我国当前的多晶硅行业里，改良西门子工艺被广泛采用。主要原料是高纯度氢气和高纯度三氯氢硅，其原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。目前三氯氢硅的生产工艺主要有两种，三氯氢硅合成工艺和冷氢化工艺。三氯氢硅合成工艺是通过硅粉和氯化氢反应来生产三氯氢硅，但是此反应还会产生副产物二氯二氢硅和四氯化硅，所以最终的反应产物是氯硅烷的混合物。冷氢化工艺是四氯化硅和硅粉还有氢气一起反应，最终产物也是氯硅烷混合物，所以氯硅烷混合物的分离在多晶硅的生产中是必不可少的步骤。

常规的三组分分离塔是通过两塔流程完成的，原料进入第一个塔分离出最轻组分或者最重组分，然后通过第二个塔实现其它两个组分的分离。常规的分离流程中间馏分三氯氢硅需要被汽化两次，冷凝两次，这在热力学上是不利的，浪费了一部分分离功。

隔板精馏工艺是在精馏塔中加一垂直挡板，将精馏塔分为塔顶分离段、塔底分离段以及由隔板分开的进料侧与采出侧。隔板精馏塔一般应用于三组分分离，轻组分从塔顶采出，中间组分由隔板采出侧采出，重组分由塔釜采出。在热力学上隔板塔等同于一个完全热耦合塔，只需要一套塔系统就能实现三组分的分离。

近年来，多晶硅的发展日趋规模化，平凡化，以致成本问题愈来愈突出，节能降耗的要求也越来越高。目前尚未见将隔板精馏塔用于氯硅烷的分离的报道，更未见采用将隔板精馏塔同时分离三氯氢硅、二氯二氢硅和四氯化硅的技术报道。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种氯硅烷混合物的节能分离方法，主要解决了现有多晶硅生产中氯硅烷精馏分离工艺的流程长，投资大，能耗高等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氯硅烷混合物的分离方法，包括如下步骤：

以含有二氯二氢硅、四氯化硅和三氯氢硅的氯硅烷混合物为原料，原料首先进入隔板精馏塔的隔板段进料侧，经分离后在隔板段采出侧得到三氯氢硅；塔顶得到二氯二氢硅；塔底得到四氯化硅。

优选的，原料在隔板段进料侧进行二氯二氢硅和四氯化硅预分离(主要是实现二氯二氢硅和四氯化硅的分离)，二氯二氢硅和部分三氯氢硅以气相的形式，从隔板段进料侧的精馏段进入塔顶分离段；四氯化硅和部分三氯氢硅以液相的形式，从隔板段进料侧的提馏段进入塔底分离段；三氯氢硅从隔板段采出侧的精馏段底部采出。

塔顶分离段主要任务是分离气相中的三氯氢硅。

优选的，二氯二氢硅气相经塔顶冷凝器冷凝后按照回流比1-200(以重量计)，部分作为产品采出，另一部分回流；塔顶分离段底部的二氯二氢硅和三氯氢硅混合物液相按照液相分流比0.01-0.99(以重量计)，部分流到隔板段进料侧，另一部分流到隔板段采出侧；

隔板段采出侧的精馏段主要分离液相中二氯二氢硅。在隔板段采出侧的精馏段，三氯氢硅以液相形式从隔板段采出侧的精馏段底部侧线采出，部分作为隔板段采出侧的提馏段回流液；

隔板段采出侧的提馏段主要是分离气相中的四氯化硅。隔板段采出侧的提馏段中，三氯氢硅气相去隔板段采出侧的精馏段，三氯氢硅和四氯化硅的混合液相进入塔底分离段；

塔底分离段主要是分离液相中的三氯氢硅。在塔底分离段，四氯化硅液相部分从塔底直接采出，另一部分经再沸器汽化后回到塔釜，四氯化硅和三氯氢硅混合物气相按照气相分流比0.01-0.99(以重量计)，部分去隔板段进料侧，另一部分去隔板段采出侧。

优选的，所述原料是来自冷氢化或者三氯氢硅合成的氯硅烷混合物；所述原料中，二氯二氢硅为0-50wt％(质量百分比，下同)，三氯氢硅为5-90wt％，四氯化硅为1-85wt％，杂质含量≤0.1wt％。

优选的，隔板精馏塔的操作压力为2-10bar。

优选的，隔板精馏塔共有30-500块理论塔板，其中，隔板段有10-350块理论塔板，塔顶分离段有1-200块理论塔板，塔底分离段有1-200块理论塔板。

优选的，原料进料位置位于隔板段高度的1/3-2/3处，三氯氢硅采出位置位于隔板段采出侧高度的1/3-2/3处。