專利名稱：含硅鹵化物脫鹵加氫的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高純度元素硅的制備領域，特別涉及改良西門子工藝中含硅鹵化物脫鹵加氫工藝。
背景技術：
目前，高純度元素硅生產(chǎn)主要采用改良西門子法和流化床法。所謂西門子法的原理就是在800-110(TC左右的高純硅芯上用高純氫還原高純含硅化合物，生成高純度元素硅并沉積在硅芯上。改良西門子法則是在西門子法的基礎上，增加了還原尾氣干法回收系統(tǒng)、 四氯化硅(SiCl4)氫化工藝，實現(xiàn)閉路循環(huán)，通過采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。 流化床法則是以含硅化合物為原料，在800-1100°C的流化床中用高純氫還原高純含硅化合物生成單質硅并沉積在籽晶上，形成500-2000微米的高純度元素硅顆粒。改良西門子工藝原料主要為三氯氫硅，采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2 氣氛中還原沉積而生成多晶硅。反應產(chǎn)物中有大量四氯化硅生成；同時在硅烷法制備多晶硅中，采用歧化法制備硅烷時，也有大量的四氯化硅生成。四氯化硅目前被用來制備乙硅酸乙酯、氣相白炭黑等，但目前在高純度元素硅制備工藝中，四氯化硅被氫化轉化為原料三氯氫硅，重新投入生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)使用。目前四氯化硅沉積工藝主要為三種，熱氫化、氯氫化和等離子氫化。其中熱氫化反應清潔、幾乎不向系統(tǒng)引入雜質、反應壓力較低，但四氯化硅單程轉化率較低、單臺熱氫化爐處理能力較小、關鍵設備依賴進口，同時反應溫度較高，達到600°C以上，工業(yè)化工藝的熱氫化為溫度在一般在900-1200°C，反應能耗高。與四氯化硅熱氫化相比，四氯化硅氯氫化反應雖然反應溫度較低，單套裝置處理量大，但反應壓力高，一般在2. OMPa-4. OMPa左右，對設備要求也高。此外，等離子氫化雖然單程轉化率高，已經(jīng)發(fā)展近30年，但仍處于研究發(fā)展中，尚不成熟，不能工業(yè)化規(guī)模使用。眾所周知，含氮化合物可以用于三氯氫硅和二氯二氫硅的歧化反應，制備硅烷，同時也可以用于二氯二氫硅和四氯化硅的反岐化反應，制備三氯氫硅。而本發(fā)明的發(fā)明人進一步研究發(fā)現(xiàn)Si-Cl鍵很容易被氨解(可參考文獻Aminolysis of the Si - Cl bond and ligand exchange reaction between silicon amido derivatives and SiC14: synthetic applications and kinetic investigations, Vincenzo Passarelli, Giovanni Carta, Gilberto Rossetto and Pierino Zanella; Dalton Trans. , 2003, 413-419，issue 3)； 同時，N-Cl鍵中氯可以被容易的脫除形成HCl (進一步可以參考Paul Kevin Barnes的博士論文 The synthesis and parctical applications of novel N-halamine biocides, AUBURN UNIVERSITY, 2006)。在此基礎上，進一步研究發(fā)現(xiàn)，含氮化合物和鎳、鈀、釕等金屬和/或其化合物形成的配合物催化劑可以在溫和、低壓下催化四氯化硅脫氯并進行加氫反應，生成含1-3個氫原子的含娃齒化物和副產(chǎn)物氯化氫。因此，出于持續(xù)不斷降低的能耗、提高操作安全的需求，急需一種新的四氯化硅氫化技術路線，進一步降低四氯化硅脫氯加氫的溫度和壓力，實現(xiàn)降低成本的同時提高安全性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，和熱氫化和氯氫化相比，使得既能降低反應溫度，又能降低反應壓力，使得四氯化硅的氫化生成三氯氫硅的反應能在溫和的條件下進行。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下的技術方案
一種含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，它包括采用含氮化合物與金屬和/或金屬化合物形成的金屬配合物為催化劑，以氫氣和/或甲酸為氫源，在反應精餾反應器中將含硅鹵化物Rn - SiHaXb反應生成分子式中具有a+1個氫原子的含硅鹵化物和氯化氫的步驟，其中， X=F、Cl、Br、I, R為烴基，n、a、b各自獨立地選自n=0 I、a =0 3、b=l 4,且n+a+b=4。其中，所述金屬、金屬化合物或金屬配合物中的金屬選自鎳、鈀、銅、釕、銠、銥、鉬、 欽、鐵、鉆中的任意一種或幾種。其中，所述金屬化合物為金屬氯化物、金屬溴化物、金屬氟化物、金屬碘化物。其中，所述反應溫度在0-200°C，反應壓力0-2.010^，優(yōu)選反應溫度在30-1501， 優(yōu)選反應壓力為0. 1-1. 2MPa。其中，所述R代表的烴基選自甲基、乙基、丙基或苯基中的任意一種，R優(yōu)選為甲基或乙基。其中，所述氫源和含硅鹵化物以0. 5: f 5:1的摩爾配比持續(xù)通入反應器中。其中，所述催化劑與含硅鹵化物的配比為I: f 1:5000，優(yōu)選所述催化劑與含硅鹵化物的摩爾配比為l:20(Tl:1000。其中，所述含氮化合物為以伯胺、仲胺、叔胺、季胺、亞胺或以吡啶、嘧啶、咪唑、喹啉、酰腙含氮雜環(huán)形式存在，優(yōu)選所述含氮化合物為以伯胺或亞胺的形式存在，例如吡啶二亞胺。進一步地，所涉及的含氮化合物分子結構式包括而不限于以下幾種
權利要求
1.一種含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，它包括采用含氮化合物與金屬和/或金屬化合物形成的金屬配合物為催化劑，以氫氣和/或甲酸為氫源，在反應精餾反應器中將含硅鹵化物Rn - SiHaXb反應生成分子式中具有a+Ι個氫原子的含硅鹵化物和氯化氫的步驟，其中， X=F> Cl、Br、I, R 為烴基,n、a、b 各自獨立選自 n=0 I、a =0 3、b=l 4,且 n+a+b=4。
2.根據(jù)權利要求I所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述金屬、金屬化合物或金屬配合物中的金屬選自鎳、鈀、銅、釕、銠、銥、鉬、鈦、鐵、鈷中的任意一種或幾種。
3.根據(jù)權利要求2所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述金屬化合物為金屬氯化物。
4.根據(jù)權利要求I所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述反應溫度在 0-200 0C，反應壓力 0-2. OMPa0
5.根據(jù)權利要求4所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述反應溫度在 30-150。。，反應壓力 O. 1-1. 2MPa。
6.根據(jù)權利要求I所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述R代表的烴基選自甲基、乙基、丙基或苯基中的任意一種。
7.根據(jù)權利要求I所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述含氮化合物為以伯胺、仲胺、叔胺、季胺、亞胺或吡啶、嘧啶、咪唑、喹啉、酰腙含氮雜環(huán)形式存在。
8.根據(jù)權利要求7所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述含氮化合物為以伯胺或亞胺的形式存在。
9.根據(jù)權利要求I所述的含娃齒化物脫齒加氫的方法，其特征在于所述氫源和含娃齒化物以O. 5:1飛I的摩爾配比持續(xù)通入反應器中。
10.根據(jù)權利要求I所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述催化劑與含硅鹵化物的配比為I: f 1:5000。
11.根據(jù)權利要求10所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述催化劑與含硅鹵化物的摩爾配比為l:20(Tl:1000。
12.根據(jù)權利要求I所述的含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，其特征在于所述催化劑固載在催化劑載體上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含硅鹵化物脫鹵加氫的方法，它包括采用含氮化合物和鎳、鈀、釕等金屬和/或其化合物形成的金屬配合物為催化劑，以氫氣/甲酸為氫源，在0-200℃，壓力0-2.0MPa的條件下，反應生成分子式中具有1-3個氫原子的含硅鹵化物和氯化氫，反應降低了含硅鹵化物脫鹵加氫的溫度和壓力，有助于降低含硅鹵化物脫鹵加氫單位能耗和成本的同時，提高操作安全性。
文檔編號C01B33/107GK102583392SQ20111043850
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權日2011年12月24日
發(fā)明者陳其國 申請人:江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司