專利名稱：一種甲硅烷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甲硅烷的制備方法，屬于無機合成技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)：
硅烷是一種重要的化工產(chǎn)品，經(jīng)提純后得到的超高純電子氣體，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個極為重要的中間產(chǎn)品，是制備電子級多晶硅、非晶硅薄膜電池、硅片外延、腹膜玻璃、納米硅材料等產(chǎn)品的主要原料，對信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。目前硅烷僅在美國、日本等國家少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。其方法主要有美國UCC公司采用的氯硅烷歧化法和MEMC公司采用的氫化鋁鈉還原四氟化硅法。這兩種方法適合規(guī)?；a(chǎn)并已有千噸級規(guī)模硅烷生產(chǎn)線的成功案例，但投資、技術(shù)、設(shè)備等門檻高限制了其推廣；日本采用小松法即以氯化銨和硅化鎂為原料制備硅烷生產(chǎn)工藝，雖然投資小、但其副產(chǎn)物六氨氯化鎂結(jié)晶易堵塞反應(yīng)釜、氨回收困難、生產(chǎn)成本高等缺點限制了其發(fā)展。因此，開發(fā)低成本、投資小、易規(guī)?；a(chǎn)的硅烷生產(chǎn)工藝成為了一種迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種純度高、副反應(yīng)少、環(huán)境友好的甲硅烷制備方法，并降低甲硅烷制備的成本。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種甲硅烷的制備方法，硅化鎂與過量的無水氟化氫反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)冷凝除氟化氫，得到甲硅烷。對冷凝除氟化氫后的氣體進行分子篩吸附除雜。所述反應(yīng)溫度為-20 100°C。優(yōu)化選擇的反應(yīng)溫度為_20°C 20°C，反應(yīng)過程伴隨持續(xù)攪拌。所述反應(yīng)過程采用惰性氣體保護。所述反應(yīng)時間為O. 5 5小時。所述無水氟化氫與硅化鎂的摩爾比為4 20 I。反應(yīng)后從反應(yīng)體系中分離得到固體，經(jīng)干燥即得氟化鎂。本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)如下Mg2Si+4HF — 2MgF2+SiH4 個反應(yīng)過程中，硅化鎂與過量的無水氟化氫反應(yīng)，生成氟化鎂和甲硅烷氣體。其中無水氟化氫可以為液態(tài)也可以為氣態(tài)，液態(tài)的無水氟化氫與娃化鎂為固液反應(yīng)，采用的固液反應(yīng)容器不做具體限定，可以采用帶有持續(xù)攪拌裝置的反應(yīng)釜進行固液反應(yīng)；氣態(tài)的無水氟化氫與硅化鎂為氣固反應(yīng)，采用的氣固反應(yīng)容器不做具體限定，可以采用流化床進行氣固反應(yīng)。反應(yīng)生成的甲硅烷氣體溢出，其中會夾帶少量的無水氟化氫，經(jīng)過冷凝器的冷凝除去夾帶的氟化氫，可以得到高純的甲硅烷，其中除去的氟化氫可以重復(fù)利用。反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)氟化鎂可廣泛應(yīng)用于航空航天、儀器儀表等高科技領(lǐng)域。本發(fā)明甲硅烷的制備方法，采用常規(guī)的化學(xué)原料無水氟化氫和硅化鎂，一是原料來源廣泛，價格低廉；二是反應(yīng)后的氟化鎂不會與無水氟化氫產(chǎn)生反應(yīng)，可以通過常規(guī)的分離手段得到副產(chǎn)氟化鎂，無水氟化氫的利用率高。本發(fā)明生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，一方面冷凝后的氟化氫可以循環(huán)利用，另一方面分離得到的氟化鎂可以作為高端氟化物直接外售，增加經(jīng)濟效益。本發(fā)明反應(yīng)相對于傳統(tǒng)工藝而言，反應(yīng)過程溫和，增加了安全系數(shù)，促進了國內(nèi)硅烷行業(yè)的健康發(fā)展速度，易于規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明無三廢排放，屬于國家提倡的清潔生產(chǎn)工藝。本發(fā)明甲硅烷的制備方法中，反應(yīng)時會涉及到液態(tài)的無水氟化氫與硅化鎂的固液反應(yīng)，而且對無水氟化氫冷凝回收利用也會涉及到液態(tài)的無水氟化氫，在實際生產(chǎn)活動中，在液態(tài)的無水氟化氫中會溶液極少量的雜質(zhì)氣體氧氣和二氧化碳，這些雜質(zhì)氣體會隨著反應(yīng)進入生成的甲硅烷氣體中，本發(fā)明在冷凝除氟化氫后，采用分子篩吸附這些雜質(zhì)氣體，達到進一步提高甲硅烷純度的目的。但是如果采用的無水氟化氫原料純度高，或可以避免溶解空氣中的氧氣或二氧化碳，是可以不采用分子篩吸附步驟的。 綜上所述本發(fā)明無論從生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、安全環(huán)保等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，是今后多晶硅行業(yè)及硅烷制備行業(yè)發(fā)展的方向。總之，本發(fā)明具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。


圖I為本發(fā)明實施例I、2、3的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例I本實施例的甲硅烷制備方法如下將無水氟化氫和硅化鎂原料按摩爾比2 I在惰性氣體保護下，連續(xù)均勻地加入到帶攪拌反應(yīng)釜中，于-20°C條件下進行反應(yīng)5小時，反應(yīng)生成的粗甲硅烷從反應(yīng)釜頂部進入冷凝器，后經(jīng)低溫冷凝(溫度低于氟化氫沸點)除去氟化氫，經(jīng)分子篩吸附除雜，得到高純甲硅烷，為了便于甲硅烷的儲存和運輸，將甲硅烷經(jīng)隔膜壓縮機壓縮液化后裝瓶，即得高純硅烷成品，具體的工藝流程參見圖I。所得硅烷主含量99. 9999%，硅烷收率為95% (以硅化鎂計)。反應(yīng)后的體系過濾得到氟化鎂固體，現(xiàn)在40 100°C (本實施例采用40 50°C )條件下干燥，再通熱氮氣即可得到氟化鎂產(chǎn)品，氟化鎂主含量為99. 95%。實施例2本實施例的甲硅烷制備方法如下將無水氟化氫和硅化鎂原料按摩爾比5 I在惰性氣體保護下，連續(xù)均勻地加入到帶攪拌反應(yīng)釜中，于10°c條件下進行反應(yīng)3小時，反應(yīng)生成的粗甲硅烷從反應(yīng)釜頂部進入冷凝器，后經(jīng)低溫冷凝(溫度低于氟化氫沸點)除去氟化氫，經(jīng)分子篩吸附除雜，得到高純甲硅烷，為了便于甲硅烷的儲存和運輸，將甲硅烷經(jīng)隔膜壓縮機壓縮液化后裝瓶，即得高純硅烷成品。所得硅烷主含量99. 9995%，硅烷收率為97% (以硅化鎂計)。反應(yīng)后的體系過濾得到氟化鎂固體，現(xiàn)在40 100°C (本實施例采用70 80°C )條件下干燥，再通熱氮氣即可得到氟化鎂產(chǎn)品，氟化鎂主含量為99. 98%。實施例3本實施例的甲硅烷制備方法如下將無水氟化氫和硅化鎂原料按摩爾比10 I在惰性氣體保護下，連續(xù)均勻地加入到帶攪拌反應(yīng)釜中，于0°c條件下進行反應(yīng)I小時，反應(yīng)生成的粗甲硅烷從反應(yīng)釜頂部進入冷凝器，后經(jīng)低溫冷凝(溫度低于氟化氫沸點)除去氟化氫，經(jīng)分子篩吸附除雜，得到高純甲硅烷，為了便于甲硅烷的儲存和運輸，將甲硅烷經(jīng)隔膜壓縮機壓縮液化后裝瓶，即得高純硅烷成品。所得硅烷主含量99. 99999%，硅烷收率為98% (以硅化鎂計)。反應(yīng)后的體系過濾得到氟化鎂固體，現(xiàn)在40 100°C (本實施例采用70 80°C )條件下干燥，再通熱氮氣即可得到氟化鎂產(chǎn)品，氟化鎂主含量為99. 99%。實施例4本實施例與實施例I基本相同，區(qū)別就在于反應(yīng)溫度為100°C，無水氟化氫呈氣態(tài)，反應(yīng)容器采用流化床，生成甲硅烷后同樣對氣體進行冷凝除氟化氫，除去的氟化氫返回加熱至100°C成為氣態(tài)通入流化床中。所得硅烷主含量99. 99999%，硅烷收率為98% (以硅化鎂計)。反應(yīng)后流化床中會留余氟化鎂固體，通入熱氮氣即可得 到氟化鎂產(chǎn)品，氟化鎂主含量為99. 99%。
權(quán)利要求
1.一種甲硅烷的制備方法，其特征在于硅化鎂與過量的無水氟化氫反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)冷凝除氟化氫，得到甲硅烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述甲硅烷的制備方法，其特征在于對冷凝除氟化氫后的氣體進行分子篩吸附除雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述甲硅烷的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)溫度為-20 100。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述甲硅烷的制備方法，其特征在于所反應(yīng)溫度為_20°C 20°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述甲硅烷的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)過程伴隨持續(xù)攪拌。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述甲硅烷的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)過程采用惰性氣體保護。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述甲硅烷的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)時間為0.5 5小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述甲硅烷的制備方法，其特征在于所述無水氟化氫與硅化鎂的摩爾比為4 20 I。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述甲硅烷的制備方法，其特征在于反應(yīng)后從反應(yīng)體系中分離得到固體，經(jīng)干燥即得氟化鎂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種甲硅烷的制備方法，該方法為硅化鎂與過量的無水氟化氫反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)冷凝除氟化氫、分子篩吸附除雜，得到甲硅烷。本發(fā)明甲硅烷的制備方法，采用常規(guī)的化學(xué)原料無水氟化氫和硅化鎂，一是原料來源廣泛，價格低廉；二是反應(yīng)后的氟化鎂不會與無水氟化氫產(chǎn)生反應(yīng)，可以通過常規(guī)的分離手段得到副產(chǎn)氟化鎂，無水氟化氫的利用率高。本發(fā)明生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，一方面冷凝后的氟化氫可以循環(huán)利用，另一方面分離得到的氟化鎂可以作為高端氟化物直接外售，增加經(jīng)濟效益。
文檔編號C01B33/04GK102633262SQ20121009715
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者于賀華, 侯紅軍, 劉海霞, 李世江, 李云峰, 李凌云, 楊華春, 薛旭金 申請人:多氟多化工股份有限公司