[发明专利]含硼氯硅烷物流的后处理

说明书

技术领域

本发明涉及从含硼氯硅烷混合物经蒸馏分离富硼蒸馏物流制备贫硼氯硅烷的方法。本发明还涉及从含硼氯硅烷混合物制备贫硼氯硅烷的设备。

背景技术

已知例如用于光电元件或玻璃纤维或芯片的制造的多晶硅的制造中使用工业三氯硅烷(SiHCl₃，TCS)和/或四氯化硅(SiCl₄，STC)作为原料。这些产物含有多种杂质，例如其它硅烷，如二氯硅烷(SiH₂Cl₂，DCS)以及硼化合物，尤其是三氯化硼(BCl₃)。

一般说来，含硼组分对进一步应用TCS和STC，例如上述应用领域，是有害的，因此应予以去除或降低至目标值。在作为原料的氯硅烷中残留的BCl₃例如会阻碍纯度极高的硅的有目的地杂化。典型的杂质含量范围约为0.1-5重量ppm，有时可达10重量ppm或更高。

已知用蒸馏方式分离痕量组分在很多情况下是困难的。例如三氯化硼(12.5℃)和二氯硅烷(8.3℃)的沸点如此相近，以至于示于图1的经典蒸馏处理路线中含硼杂质与二氯硅烷和高份额的三氯硅烷一道经第二蒸馏塔(其用途是分离第一蒸馏塔的塔顶物流)的塔顶物流作为所谓的低沸物再次被分离。用这种方式分离的低沸馏分含硼杂质(尤其含有三氯化硼)整体抛弃或者再进行非蒸馏后处理。非蒸馏后处理可采用例如WO 06/054325所描述的络合方法。在这种经典的后处理路线中出现了有用物质TCS和DCS的损失。

因此，本发明的目标在于，用纯蒸馏法后处理含硼氯硅烷物流，可以得到高纯氯硅烷馏分，尤其是贫硼二氯硅烷，三氯硅烷和/或四氯化硅，或者二氯硅烷和三氯硅烷的贫硼混合物，而且特别是由于分离富硼硅烷馏分的二氯硅烷和三氯硅烷的损失得到降低。

发明内容

所提目标是通过从含硼氯硅烷混合物经蒸馏分离贫硼蒸馏物流制备贫硼氯硅烷的方法达到的，其中在一个或多个蒸馏塔的装置中至少在一个蒸馏塔中分流出富硼侧物流。这股分流出的侧物流可以进行处置(entsorgen)，或者导入到其它应用。通过按照本发明分离富硼侧物流就能得到由STC，DCS和TCS组成的贫硼物流，或者勿需另外后处理即可作多方面的应用。只有残留的含硼侧物流需经处置系统(例如洗涤和水解)处理，DCS和/或TCS的损失比图1所示的经典处理路线小。

本发明的一个备选实施方案拟采用从含硼氯硅烷混合物中制备贫硼三氯硅烷的方法，其中在仅有一个蒸馏塔的装置中分流出贫硼的三氯硅烷侧物流。该三氯硅烷可导入进一步后处理或其它应用。此外，在这种方法中还分流出富硼塔顶物流或侧物流，这股物流经处置或输送到其它应用。按照这个实施方案，贫硼氯硅烷以侧物流的形式抽出，其中含硼化合物的去除通过其它侧物流或者通过富硼塔顶物流实现(参见图4和5)。

上述两种方法总的思路在于，经过侧物流分流出富硼～或贫硼的氯硅烷物流，以便最终得到贫硼氯硅烷，即贫硼的二氯硅烷，三氯硅烷和/或四氯化硅或者二氯硅烷和三氯硅烷的贫硼混合物。

在本发明的一个优选实施方案中，在上述两种方法在蒸馏塔之一或最下面的蒸馏塔中分流出贫硼四氯硅烷的塔底物流，该塔底物流被输送到进一步后处理或其它应用(参见图2，3和4)。

“最下面的蒸馏塔”是指在多个蒸馏塔装置中在氯硅烷混合物的最高沸腾温度范围内运行的塔，在该塔中还视需要分流出作为塔底物流的四氯硅烷。“最上面的蒸馏塔”相应地是指在最低的沸腾温度范围内运行的塔，在该塔中视需要分离出塔顶物流，也即惰性气体和低沸物。

本发明的一个优选实施方案还设想，在蒸馏塔之一或至少一个蒸馏塔中分流出贫硼的三氯硅烷的侧物流或塔底物流，并输送到进一步后处理或其它应用(参见图2和4)。

本发明的一个特殊实施方案设想，在多个蒸馏塔的情况下从不在最下面的蒸馏塔之一中分流出贫硼的三氯硅烷塔底物流(参见图2)。

本发明的另一个特殊的实施方案设想，在多个蒸馏塔的情况下，从这些蒸馏塔之一中分流出侧物流，并在前述蒸馏塔之上的其它蒸馏塔之一中分流出贫硼三氯硅烷塔底物流，其中任选地两股贫硼三氯硅烷物流可以汇集(参见图3)。表述“前述蒸馏塔之上”是指与位于下面的蒸馏塔相比分离较高沸点的馏分的蒸馏塔。

此外，本发明的方法还设想，在蒸馏塔中或者在多个蒸馏塔的情况下在不处于最下面的蒸馏塔之一中分离出贫硼二氯硅烷塔顶物流，并且任选地与一股或多股贫硼三氯硅烷物流汇集(参见图2，3和4)或输送到其它应用。