[发明专利]双塔热耦反应精馏除去氯硅烷体系中硼杂质的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用改良西门子法生产多晶硅技术领域硼杂质的去除方法和装置。提出双塔热耦反应精馏除去氯硅烷体系中硼杂质的方法和装置。其中反应剂与三氯氢硅中的杂质硼化合物在反应精馏塔T1中形成高沸物而除去。采用双塔热耦合技术，在节能的同时，提高了含硼杂质的去除效率，使硼含量达到太阳能级或电子级多晶硅的要求。

背景技术

目前，国内供给多晶硅的市场缺口巨大，半导体和太阳能电池工业对多晶硅的纯度要求越来越高，而其中的金属杂质和碳等的含量是影响其性能的重要参数。因此，如何有效地除去多晶硅中金属杂质成为多晶硅行业的难题。其中含硼化合物成分复杂多样，与氯硅烷体系的沸点十分接近，用多级精馏的方法去除三氯氢硅中含硼杂质的化合物的方法需要较大的回流比和较大的理论板数，致使能耗及固定投资较高。因此，如何更有效地去除含硼杂质化合物，同时降低能耗成为制约我国多晶硅生产企业发展的瓶颈之一。

国内多采用改良西门子法生产多晶硅。此方法是将冶金级的硅粉与氯化氢在流化床反应器中反应得到以三氯氢硅为主的氯硅烷，再将三氯氢硅提纯后与氢气在还原炉内进行CVD反应得到多晶硅，并将尾气进行干法回收。其中的硼杂质含量是影响产品质量的重要因素。

国内外的专利已经公开了很多除含硼杂质化合物的方法，如CN101607712A所公开的方法和装置，将水引入三氯氢硅体系，除去含硼化合物，再用吸附塔或是固定床吸附除硼。但是将水引入该体系具有一定的危险性，所以国内目前较少采用。根据US3126248所采用的反应物为含至少一个电子的原子组成的有机化合物，将其与氯代硅烷混合，再分离氯代硅烷和硼化合物，所用的有机化合物为苯甲醛，甲乙酮，丁二酮肟，戊内酯，二氧六环等。专利还公开了用吸附剂除去三氯氢硅中的硼杂质的方法和装置。但是以上方法并未考虑装置的热集成问题和含硼化合物的去除效率。要求也越来越高，如何有效地除去多晶硅中的杂质成为我国多晶硅行业的难题。尤其是含硼化合物种类繁多，成分复杂，与氯硅烷体系沸点十分接近，如何有效地去除含硼杂质化合物是各个多晶硅生产企业面临的主要问题。

发明内容

本发明涉及一种新的工艺方法，采用两个热耦精馏塔，节省了一个冷凝器，在节能的同时，提高了含硼杂质的去除效率，使硼含量达到了太阳能级或电子级多晶硅的要求。

本装置区别于以往的热耦合精馏塔，本装置是在精馏塔T1塔底设置循环泵，将含有未反应的反应剂的物料部分泵循回精馏塔T1，循环量为进料量的6％～7％。且精馏塔T1为板式塔，精馏塔T2塔为填料塔或是板式塔。精馏塔T1采用板式塔是为了提高气液接触时间，使反应更充分。本发明的技术方案如下：

本装置包括反应精馏塔T1和精馏塔T2，T1塔再沸器E1，精馏塔T1塔底循环泵P，精馏塔T2的再沸器E2和精馏塔T2的冷凝器E3，及相关的进料管线及连接以上设备的管线。

三氯氢硅原料(1)管线连接到精馏塔T1的中部，反应剂(2)管线连接到精馏塔T1的上部，精馏塔T1塔底与循环泵P和再沸器E1通过管线连接，换热器E1设置在精馏塔T1塔底。塔底采出物料(5)管线与循环泵P相连，塔底采出物料(5)管线与反应剂(2)管线通过回流管线(8)相连，精馏塔T1塔顶蒸汽(3)和塔顶采出部分液体(4)管线与精馏塔T2中部连接，换热器E3安置在精馏塔T2塔顶，换热器E2安置在精馏塔T2塔底。T2塔轻组分(6)管线与换热器E3连接，T2塔底物料(7)管线与换热器E2连接。

本工艺是将含有硼杂质的三氯氢硅原料(1)由精馏塔T1塔中部进料，反应剂(2)由精馏塔T1塔顶进入，目的是延长接触时间，让含硼化合物能与反应剂反应得更完全。精馏塔T1塔顶蒸汽(3)进入精馏塔T2塔中部，并且在此处采出部分液体(4)作为精馏塔T1塔塔顶的回流。塔底采出物料(5)为反应得到的高沸物及重组分，精馏塔T2塔顶物料为轻组分(6)，塔底物料(7)为高纯的三氯氢硅产品。

操作工艺条件为：精馏塔T1和精馏塔T2塔操作压力相同，为100KPa～300KPa；精馏塔T1塔顶温度为32.2℃～68.0℃；精馏塔T2塔顶温度为29.9℃～64.0℃。精馏塔T2回流比为11～40。