[实用新型]一种硅烷的制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及硅烷的制备领域，更具体地说，涉及一种硅烷的制备装置。

背景技术

硅烷, 又名甲硅烷、四氢化硅, 分子式SiH₄, SiH₄是强还原性物质,与氧化性物质、碱或重金属盐类溶液接触，会显示出很强的活泼性，属易燃、易爆的危险性气体。硅烷是生产单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属硅化物、氮化硅、碳化硅、氧化硅等一系列硅化合物的基本原料，广泛应用电子及半导体工业中。

现有硅烷的制备方法，通常以便宜易得的四氯化硅为原料，通过氢化、歧化、热分解、氢回收等工艺步骤，即UCC工艺制备硅烷，由于制备工艺呈闭路循环，几乎无副产物排出，因而在工业上得以大规模应用，该工艺涉及到的反应如下：

其中，第一步反应采用金属Cu催化剂，属于高温（500-700℃）高压合成反应，能耗较高，反应的一次转化率为20~25%；。第二步、第三步为氯硅烷歧化反应，反应条件相当，可采用相同的催化剂，在较低的温度下（60-100℃）进行，转化率较低，一次转化率在8%以下。

在上述工艺中，氯硅烷作为中间产品，整个工艺成闭路循环，相当于H₂与SiH₄的加成反应。然而，该工艺中有两个不足之处：第一，步骤二、三的歧化反应的转化率低，反应物需要不断分离提纯后再反应；第二，副产物主要是SiCl₄，反应结束后需要分离提纯后进一步氢化反应，如此，反应物的一次利用率低，导致了整个反应的能耗较高，而硅烷产品的成本几乎由工艺能耗决定，因此导致了硅烷产品成本的居高不下。

发明内容

本实用新型旨在解决采用现有的硅烷的制备工艺以及与之相应的制备装置制备硅烷，转化效率低、成本高的技术问题。

据此，本实用新型公开了一种硅烷的制备装置，包括：三氯氢硅反应器、二氯氢硅反应器、硅烷反应器、硅烷收集罐；

所述三氯氢硅反应器通过管道连接硅粉和催化剂的供应口，并且通过管道连接氢气供应口、四氯化硅储存罐、以及氯化氢储存罐；

所述二氯氢硅反应器与三氯氢硅反应器通过管道连接，并且二氯氢硅反应器通过管道连接氢气供应口；

所述硅烷反应器与二氯氢硅反应器通过管道连接，并且硅烷反应器通过管道连接氢气供应口；

所述硅烷收集罐与硅烷反应器通过管道连接。

在本实用新型的硅烷的制备装置中，所述三氯氢硅反应器的下端设有气液进口，所述气液进口的外侧设有第一加热器，所述氢气供应口、四氯化硅储存罐、氯化氢储存罐通过管道连接至所述第一加热器，并且连接四氯化硅储存罐、氯化氢储存罐的管道上安装有增压泵。

在本实用新型的硅烷的制备装置中，连接所述三氯氢硅反应器与所述二氯氢硅反应器的管道上依次安装有杂质分离器、第一分离塔、第二分离塔。

在本实用新型的硅烷的制备装置中，所述三氯氢硅反应器设有反应物出口，所述杂质分离器通过管道连接所述反应物出口；所述杂质分离器上连接有换热器，杂质分离器的下端设有固体杂质排出口，杂质分离器的上端设有氢气出口，所述氢气出口通过管道连接至氢气供应口，杂质分离器的侧面还设有混合产物出口，所述混合产物出口通过管道连接至第一分离塔，连接混合产物出口与第一分离塔的管道上安装有第一缓存罐和进料泵。

在本实用新型的硅烷的制备装置中，所述第一分离塔上设有四氯化硅出口和氯硅烷出口，所述氯硅烷出口位于四氯化硅出口的上方，所述四氯化硅出口通过管道连接至所述四氯化硅储存罐，所述氯硅烷出口通过管道连接至第二分离塔，氯硅烷出口与第二分离塔之间的管道上安装有第二缓存罐和进料泵。

在本实用新型的硅烷的制备装置中，所述第二分离塔上设有三氯氢硅出口和二氯氢硅出口，所述二氯氢硅出口位于三氯氢硅出口的上方，所述三氯氢硅出口通过管道连接至所述二氯氢硅反应器，三氯氢硅出口与二氯氢硅反应器之间的管道上安装有第三缓存罐和进料泵；所述二氯氢硅出口通过管道连接至所述硅烷反应器，二氯氢硅出口与硅烷反应器之间的管道上安装有第四缓存罐和进料泵。

在本实用新型的硅烷的制备装置中，所述二氯氢硅反应器的上端设有反应物出口，所述反应物出口连接至所述第一分离塔，所述二氯氢硅反应器的下端设有原料进口，所述原料进口的外侧设有第二加热器，所述氢气供应口、第三缓存罐通过管道连接至所述第二加热器。