[发明专利]一种多补多排生产多晶硅和硅烷偶联剂的方法

说明书

本发明提供了一种多补多排生产多晶硅和硅烷偶联剂的方法，涉及多晶硅生产技术领域，包括步骤：将多补三氯氢硅与原料粗氯硅烷通入粗分塔中进行粗提纯后，通入精馏塔中提纯，得到高纯三氯氢硅和含杂质的三氯氢硅；高纯三氯氢硅通入还原炉生产多晶硅；含杂质的三氯氢硅通入高低沸塔中提纯，提纯后的三氯氢硅回到精馏塔提纯再用于生产多晶硅，未回到精馏塔的三氯氢硅多排出系统，生产硅烷偶联剂。本发明将高低沸塔中反复循环富集的杂质排出系统，从根本上解决多晶硅系统P杂质不易去除等问题；并将高低沸塔中未回到系统中的高杂质含量的三氯氢硅再多排出系统用于硅烷偶联剂的生产，增加了硅基产品的高附加值。

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多补多排生产多晶硅和硅烷偶联剂的方法。

背景技术

高纯多晶硅和硅衍生物是光纤和半导体制造中的关键原材料，全球95％以上的半导体芯片和器件是用硅作为基底功能材料生产出来的。区熔级多晶硅是整个半导体产业链的关键基础材料。光伏级多晶硅的制备仍是重点攻关方向。

目前，多晶硅生产主要有两种工艺：改良西门子工艺和硅烷法工艺，从产能比较上看，改良西门子工艺占总产能90％以上，硅烷法不到10％。

改良西门子工艺是从传统西门子工艺改进而成，是当前主流成熟的生产太阳能级多晶硅生产技术。改良西门子法是利用三氯氢硅(TCS)和氢气在还原炉发生气相沉积反应，生成多晶硅的技术。高纯多晶硅的制备主要受原料三氯氢硅和氢气品质、还原炉结构和工艺以及控制系统、系统的洁净程度等多个方面的影响。高纯多晶硅制备多通过对还原炉结构或工艺进行优化的方式实现质量提升。但现有技术中往往未充分考虑在不同规格炉型的适应性，应用受限，同时，也未考虑还原炉内热场的优化措施，不利于设备内部热场分离和能力的回收利用。

对于原料三氯氢硅的品质，通常会携带硼、磷、碳等杂质，在冷氢化高温下反应生成BCI₃，PCI₃，PCI₅，POCI₃，甲基氯硅烷等杂质。三氯氢硅的纯化主要通过精馏、吸附、络合等方式。目前吸附除杂在光伏级产品的制备上应用比较广泛，主要进行ppm级别杂质的吸附分离，但是对ppb甚至ppt级别的痕量杂质分离极限难度很大，同时，吸附剂的使用本身也容易引入杂质，造成污染。也受吸附容量、选择性、磨损产品微颗粒等影响。反应除杂是通过向原料中加入相应的试剂与目标杂质进行反应，实现物性的转化，从而有利于分离，但是存在反应试剂选择性不强，转化率低，同时，反应试剂本身也是杂质，需要进行分离。

精馏多采用串联多次提纯方法对原料进行纯化，三氯氢硅精馏提纯优点是能够实现工业化生产，降低提纯单位能耗，但是串联级数多，投资高，稳定运行控制难度大，产品质量容易受操作条件影响。

中国发明专利CN108467042A公布了一种电子级多晶硅的制备方法，将三氯氢硅液体和/或氯硅烷液体进行提纯，得到三氯氢硅，氯硅烷液体包括三氯氢硅；及采用氢气与三氯氢硅进行还原反应，得到电子级多晶硅，提纯步骤包括：对三氯氢硅液体和/或氯硅烷液体进行第一精馏过程，得到三氯氢硅粗产品；将三氯氢硅粗产品与络合剂发生络合反应，以使三氯氢硅粗产品中的杂质转化为络合物，得到中间产物，其中杂质包括B、P和Fe、Al组成的组中的一种或多种；及将中间产物进行第二精馏过程，以去除络合物，得到三氯氢硅。将纯度较高的三氯氢硅原料与氢气发生还原反应，得到电子级多晶硅。

中国发明专利CN114180578A公布了一种超高纯多晶硅及硅衍生物生产工艺及生产系统，将三氯氢硅、二氯二氢硅和氢气通入还原炉中制备多晶硅。电子级三氯氢硅的制备方法为：间壁精馏塔采出的三氯氢硅依次通入吸附反应器、三氯氢硅脱轻塔和三氯氢硅脱重塔，其中吸附反应器内装填有负载试剂的吸附剂，吸附反应器内通入氧气、臭氧或二者的混合物。但是，上述精馏和络合联用、或者精馏和吸附联用纯化方法，容易引入杂质，在生产多晶硅的工艺流程中仍然存在一定的局限性。