一種回收氯硅烷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及從富含氯化鋁的氯硅烷混合液中回收氯硅烷的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氯硅烷是制造半導(dǎo)體、高純硅和光伏發(fā)電級硅的基礎(chǔ)材料。隨著信息技術(shù)和太陽能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，全球?qū)τ诼裙柰榈男枨笤鲩L迅猛。目前氯硅烷主要是將冶金級硅進行氯化或氫化及氯化制造的。在冶金級硅中通常含有質(zhì)量分數(shù)0.01?10%的鋁、鐵、鈦等不純物，故當(dāng)合成氯硅烷類時，生成的粗氯硅烷中含有氯化鋁，氯化鐵，氯化鈦等金屬氯化物。由于對原料純度要求較高，故需進一步將含有雜質(zhì)的粗氯硅烷蒸餾提純。
[0003]這些金屬氯化物比三氯硅烷(TCS)、四氯硅烷(STC)等氯硅烷類物質(zhì)的沸點高，故一般分離回收的方法是利用蒸餾塔進行蒸發(fā)回收氯硅烷類。通常是連續(xù)地或間斷地抽出蒸餾塔底液，防止氯化鋁及其它不純物濃縮沉積于塔釜，但是這種操作方法會使氯化鋁在重沸的表面以固體形式析出，不僅使傳熱效率降低，而且最終會形成堵塞狀態(tài)，干擾連續(xù)運轉(zhuǎn)。關(guān)鍵是直接排出的廢液會造成大量氯硅烷的浪費，產(chǎn)生一定經(jīng)濟影響。由此可知，近幾年來氯硅烷發(fā)展迅猛，純度已經(jīng)成為制約其發(fā)展的重要阻礙之一，如何優(yōu)化蒸餾塔系統(tǒng)工藝、節(jié)能減耗成為設(shè)計之重。
[0004]常規(guī)工藝
[0005]常規(guī)回收氯硅烷的方法如附圖2所示，在蒸餾塔I的塔底部設(shè)置重沸器2，下部擴大為沉降室3，用于儲存析出的氯化鋁。通過重沸器2加熱氯硅烷類液體A，通過熱虹吸，經(jīng)上部液體連接線路流入蒸餾塔底部，氯硅烷類由此密度差驅(qū)動從下部連接線路流入。蒸餾塔底部和重沸器2之間加速對流，此對流會抑制重沸器2內(nèi)的氯化鋁的極度濃縮，超越過飽和穩(wěn)定濃度而析出固體氯化鋁。與此同時液體由于自重，對流排入沉降室3，提純后的氯硅烷類液體B從蒸餾塔頂采出，含有固體氯化鋁的氯硅烷類液體D從沉降室3的底部排出。由于被加熱的氯硅烷類中存在有氯化鋁的過飽和狀態(tài)，還會發(fā)生結(jié)垢，因此，要防止重沸器的結(jié)垢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種回收氯硅烷的方法，可以從富含氯化鋁的氯硅烷混合物中通過蒸餾塔穩(wěn)定地回收高純度氯硅烷。采用的蒸餾技術(shù)經(jīng)過改良運用到操作中，具有能耗低，安全穩(wěn)固的特點。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種回收氯硅烷的方法，將含有氯化鋁的氯硅烷液體經(jīng)蒸餾提純回收氯硅烷，其特征是:分為四個過程:
[0008]①蒸餾:通過重沸器(2)加熱氯硅烷類液體，在蒸餾塔(I)中，控制塔底氯化鋁的濃度使其接近相應(yīng)溫度下的飽和溶解度，塔頂經(jīng)分餾回收氯硅烷；
[0009]②析出:抽出部分蒸餾塔底液，經(jīng)冷卻器(4)冷卻、結(jié)晶器(5)結(jié)晶后使氯化鋁呈固體析出；
[0010]③分離:分離混合液中析出的氯化鋁固體；
[0011]④循環(huán):富含氯硅烷液返回蒸餾塔(I)重新進行循環(huán)。
[0012]優(yōu)選地、采用加熱濃縮的方法加熱氯硅烷類液體A，在蒸餾塔(I)中，控制塔底氯化鋁的濃度，使重沸器(2)內(nèi)進行對流循環(huán)的氯硅烷混合液中溶解的氯化鋁濃度達到臨近析出的過飽和狀態(tài)，再從蒸餾塔底抽出部分混合液經(jīng)冷卻器(4)冷卻降低溶解物的濃度，然后呈固液態(tài)混合物在結(jié)晶器(5)結(jié)晶后使氯化鋁呈固體析出，下層為富含固態(tài)氯化鋁混合物排出系統(tǒng)，上層富含氯硅烷液體C經(jīng)栗通過真空裝置(7)返回蒸餾塔底重新進行循環(huán)，回流比范圍是0.1?1，結(jié)晶器(5)里的氯化鋁輸送至分離器￠)，分離出氯化鋁。
[0013]優(yōu)選地、蒸餾塔塔底液溫度需加熱到50°C以上，在被分離的氯硅烷液中共存氯化鋁的固體粒子，且在溫度小于40°C進行析出操作，此時氯硅烷類液體中的氯化鋁溶解度可高達2% (質(zhì)量分數(shù))。
[0014]優(yōu)選地、蒸餾塔塔底液的溫度是80?120°C，且在溫度小于30°C進行析出操作，此時氯硅烷類液體中的氯化鋁溶解度可高達0.5?1.8% (質(zhì)量分數(shù))。
[0015]本發(fā)明通過降低富含氯化鋁的氯硅烷混合液中氯化鋁在蒸餾塔重沸器中的析出，以減少其堵塞故障，并用簡捷的裝置和較少的能量高效提純回收氯硅烷類。
[0016]本發(fā)明將改良的氯硅烷類的回收工藝運用到蒸餾工段，一方面可以降低蒸餾塔重沸器中的氯化鋁的析出和堵塞故障，防止蒸餾塔重沸器等設(shè)備經(jīng)表皮氧化形成垢層，在安全操作條件下，裝置簡單和能量高效，直接降低了生產(chǎn)能耗，減少了拆卸除垢的成本；另一方面采用小股物料循環(huán)排出雜質(zhì)結(jié)晶，避免了產(chǎn)物的浪費，可長期高效的回收氯硅烷。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明回收氯硅烷的工藝流程簡圖。
[0018]圖2是常規(guī)回收氯硅烷的流程簡圖。
【具體實施方式】
[0019]以下通過附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0020]如圖1所示:主要設(shè)備為蒸餾塔⑴、再沸器⑵、沉降室(3)、冷卻器(4)、結(jié)晶器
(5)、離心機(6)、真空裝置(7)。分為四個過程:
[0021]①蒸餾:在蒸餾塔中，控制塔底氯化鋁的濃度使其接近相應(yīng)溫度下的飽和溶解度，塔頂經(jīng)分餾回收氯硅烷。
[0022]②析出:抽出部分蒸餾塔底液，冷卻結(jié)晶后使氯化鋁呈固體析出。
[0023]③分離:分離混合液中析出的氯化鋁固體。
[0024]④循環(huán):富含氯硅烷液返回蒸餾塔釜重新進行循環(huán)。
[0025]本發(fā)明回收氯硅烷的工藝特征:
[0026]1、重沸器內(nèi)的對流是由于氯硅烷經(jīng)過加熱后產(chǎn)生的氣泡。另外，在重沸器的加熱面會逐步出現(xiàn)氯化鋁的析出淀積現(xiàn)象。
[0027]為了防止重沸器的水垢閉塞，需維持重沸器內(nèi)的氯硅烷液中氯化鋁溶解度，氯化鋁在氯硅烷類液體的溶解度的測定結(jié)果:50°C以上溶解度是2% (質(zhì)量分數(shù)，下同)，40°C溶解度是0.5%，30°C以下溶解度是0.1 %。故當(dāng)蒸餾塔釜設(shè)