[发明专利]一种四氯化硅的提纯方法及其设备

说明书

技术领域

本发明属化工技术领域，具体涉及一种四氯化硅的提纯方法及其设备。

背景技术

多晶硅副产物以四氯化硅为主，未经处理的粗四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对安全和环境危害很大。2011年，我国多晶硅产能将扩大到10万吨左右。按目前国内最好控制水平，生产1000吨多晶硅将产生粗四氯化硅15000吨。前些年国内的多晶硅总产量不大，四氯化硅的问题还不突出。而一旦国内多晶硅总产量超过十万吨后，四氯化硅将成为制约多晶硅发展的大问题。因此，中科院多晶硅材料专家多次不无担心地表示，伴随着多晶硅产量的扩大，副产物回收处理也要跟上。否则，大规模生产将对安全生产和环境保护带来极大的隐患。

四氯化硅在工业方面的用途不多，综合来看有4个方面：一是氢化还原为三氯氢硅；德国Wacker公司在此领域有技术领先优势。国内少数大的多晶硅企业已经花巨资引进了国外先进的氢化还原技术。但是该技术在国内目前最大的问题是产物三氯氢硅的收率不够高，能耗大，生产成本高，导致该技术一直没有大规模应用，对粗四氯化硅的综合利用还未发挥重要作用。二是合成气相二氧化硅；气相法白炭黑在国外已有60多年的生产历史。美、德、日等国经过多年的开发与研究，已大量生产和销售气相法白炭黑。目前国内主要有沈阳化工股份有限公司、上海氯碱化工股份有限公司和广州吉必盛科技实业有限公司、开化新吉新材料有限公司生产气相法白炭黑。三是合成硅酸乙酯；目前我国大多数生产厂家都采用该方法。传统合成方法多采用间歇法生产，反应和精馏分开进行，生产规模较小、质量较差、原料利用率比较低。四是提纯为光纤级四氯化硅。由于多晶硅生产过程中产生的四氯化硅副产物在未受到污染前的杂质含量本来就很低，利用其作为起始原料提纯为光纤级四氯化硅难度和能耗将大大降低，同时还不需要消耗硅粉与氯气，预计其成本也会降低不少，有很强的竞争优势。

目前有报道的光纤用SiCl₄的提纯方法有：吸附法、部分水解法、络合法、精馏法。相对而言，采用精馏法对高纯化合物的提纯比较有效。但是由于粗SiCl₄中杂质二氯二氢硅、三氯氢硅的沸点与四氯化硅的沸点较相近，并对光子传递损耗较大。传统的精馏塔由于受填料分离效果的限制必须达到60～70米才能将其分离，不但工艺复杂，而且设备投资较大，目前有报道的国内实现工业化有武汉新硅科技有限公司。

发明内容

针对当前处理粗四氯化硅所存在的问题，本发明提出一种提纯四氯化硅的方法及其设备。

本发明的技术方案为：

一种柱形填料，包括不锈钢柱形外壳，所述不锈钢柱形外壳内填充聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(英文原名KEVLAR，商品名也译作“凯夫拉”或“凯芙拉”芳纶纤维)和聚四氟乙烯空心圆柱体。

其中，所述柱形外壳是由不锈钢制成的圆柱形外壳，外径为2～3mm，聚四氟乙烯空心圆柱体同轴安放于不锈钢外壳内部，聚四氟乙烯空心圆柱体的外径比不锈钢外壳的内径小0.1～0.5mm，所述聚四氟乙烯空心圆柱体内部和圆柱体与不锈钢外壳之间均填充聚对苯二甲酰对苯二胺纤维；所述柱形填料的高度为1.2～3m。

装置有所述填料的精馏填料塔，包括塔壳体、冷却装置、填料、填料支承装置和加热装置，所述精馏填料塔的底部有进料口，所述精馏填料塔的中部有出料口，所述精馏填料塔的上部有轻组分出口，所述冷却装置位于所述精馏填料塔的顶部，所述填料直立地安放于填料支承装置上，所述填料支承装置的材料是含钼不锈钢，所述加热装置位于所述精馏填料塔底部。

其中，所述精馏填料塔中部的出料口的高度是所述精馏填料塔的高度的0.4～0.6；轻组分出口的高度是所述精馏填料塔高度的0.8～0.9，所述精馏填料塔塔顶有尾气出口。

其中，所述精馏填料塔塔顶的温度用冷却装置控制，所述冷却装置是光辐射空冷器，光辐射空冷器使用的光源的波长为200nm～500nm。

使用所述精馏填料塔的提纯四氯化硅的方法，是使用精馏的方法提纯，精馏时控制塔顶温度为50～55℃，当塔釜温度到达60～70℃时，开始出料，回流比为10∶1～30∶1。

其中，所述提纯是用粗四氯化硅为原料，原料中四氯化硅含量为99.0～99.9％，主要的杂质包括二氯二氢硅和三氯氢硅；当原料中四氯化硅的含量为99.0～99.3％时，控制塔顶温度为50～52℃，回流比20～30∶1；当原料中四氯化硅的含量为99.4～99.9％时，控制塔顶温度为53～55℃，回流比10～20∶1。

其中，所述精馏的原料在进入进料口之前要经过硅胶吸附柱。