[发明专利]DCS歧化制硅烷的西门子联产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯硅烷（SiH4）的生产工艺，特别是涉及到DCS歧化制硅烷与西门子法联产的生产工艺。其中生产硅烷的原料可以从西门子法生产多晶硅的还原尾气中有效地回收利用。

背景技术

硅烷（SiH4），英文名称：silane，是一种重要的硅源材料，可用于生产高纯度的电子级多晶硅、LOW-E镀膜玻璃和平板显示器等行业。

目前，生产硅烷的方法主要有三种：氟化铝钠法、硅镁合金法和氯硅烷歧化法。中国专利CN101531367介绍的氟化铝钠法工艺为氢化铝钠溶液依次经过第一反应器和第二反应器，气体四氟化硅依次经过所述第二反应器和第一反应器，两种原料逆向进料，反应得到硅烷气体。然而，这个方法中的四氟化硅原料含有二氧化硫等杂质，原料的纯化比较复杂，因此难以获得高纯度的产品。硅镁合金法是以工业硅粉、金属镁和氯化铵为原料，经两步反应制得硅烷，但成本较高，实现规模化生产有困难。氯硅烷歧化法是将氯硅烷经过多步歧化反应得到硅烷，该工艺路线较短，得到的硅烷产品纯度高。

目前，多晶硅的生产主要有改良西门子法和硅烷法两种工艺，分别以高纯三氯氢硅和硅烷为原料还原得到多晶硅,全球多晶硅总产量的80%以上都是采用改良西门子法进行生产。然而改良西门法工艺中反应过程会副产大量二氯二氢硅，不利于主工艺的进行，且无法得到高纯度的多晶硅；现有的硅烷法则存在单一流程繁琐，投资风险高等缺点。本发明提出一种改良西门子法中副产二氯二氢硅联产制备高纯硅烷的方法，利用改良西门子法中反应过程中副产生成的大量二氯二氢硅，经歧化反应制备高纯硅烷。本发明将原本无关联的两种多晶硅生产工艺进行整合，与单一的两种生产工艺相比，既可以通过原本成熟的改良西门子法保持多晶硅生产规模，又可利用改良西门法中副产的无直接利用价值的高纯二氯二氢硅，联产高纯硅烷，进而得到区熔级多晶硅。新工艺降低了单纯改良西门子法工艺和单纯硅烷法工艺的生产成本，提高了产品质量，同时规避了大规模生产硅烷的运行与投资风险。

发明内容

本发明解决了生产硅烷方法中的纯度问题，并提供了一种制硅烷的西门子联产工艺。利用西门子还原炉尾气中副产的二氯二氢硅歧化联产硅烷，经过提纯得到高纯的硅烷产品。

本发明所涉及的歧化反应有：

2SiH₂Cl₂=SiH₃Cl+SiHCl₃

2SiH₃Cl=SiH₄+SiH₂Cl₂

本发明在改良西门子法工艺的基础上利用副产的二氯二氢硅进行联产硅烷。传统的改良西门子法工艺主要由氢化单元、精馏及反歧化单元、三氯氢硅还原单元、还原尾气回收单元、还原精馏单元组成。硅粉和四氯化硅等原料经过氢化单元反应制取混合氯硅烷，混合氯硅烷进入精馏及反歧化单元进行精馏提纯，得到高纯三氯氢硅供给三氯氢硅还原单元进行还原反应生产多晶硅。还原尾气经还原尾气回收单元回收得到还原干法回收料，回收的氯硅烷进入还原精馏单元分离得到的高纯三氯氢硅返回三氯氢硅还原单元，回收的四氯化硅回到氢化单元，而回收的二氯二氢硅则直接淋洗处理或返回精馏及反歧化单元转化为三氯氢硅循环利用。

本发明的联产硅烷工艺主要由氢化单元、精馏及反歧化单元、三氯氢硅还原单元、还原尾气回收单元、还原精馏单元、歧化反应单元、硅烷产品精馏单元、二氯二氢硅精馏单元组成。在原改良西门子法工艺基础上增加歧化反应单元、硅烷产品精馏单元、二氯二氢硅精馏单元。改良西门子法工艺中三氯氢硅还原单元中副产的二氯二氢硅经过还原尾气回收单元分离后不再直接淋洗处理或返回精馏及反歧化单元转化为三氯氢硅循环利用，而是进入歧化反应单元进行歧化反应。歧化反应生产的硅烷中间产品进入硅烷产品精馏单元，经过精馏提纯得到高纯的硅烷产品，剩余的氯硅烷则进入二氯二氢硅精馏单元进行回收利用，二氯二氢硅精馏单元分离得到的二氯二氢硅等低沸物返回歧化反应单元继续进行歧化反应，而三氯氢硅和少量的四氯化硅则返回还原精馏单元进行提纯。

本发明的具体技术方案为：