[发明专利]用于制备硅烷的二氯二氢硅的生产方法

说明书

本发明涉及一种用于制备硅烷的二氯二氢硅的生产方法，包括在反应精馏塔塔釜原料三氯氢硅发生歧化反应并精馏分离，制备的二氯二氢硅经塔顶采出的步骤，其特征在于，将反应和分离耦合，催化歧化得到含量在90%以上的二氯二氢硅产品，催化剂为离子液体催化剂。通过本发明的方法能简单、高效地制备出二氯二氢硅，且全过程物料闭路循环利用，无污染排放、环境友好。

技术领域

本发明涉及高纯度元素硅的制备，特别涉及一种用于制备硅烷的二氯二氢硅的生产和提纯方法。

背景技术

多晶硅是制造半导体器件和光伏太阳能电池等产品的主要原料，由于气候变化，全球正在积极开发利用各种可再生低碳能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富，在可再生低碳能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。硅太阳能电池是最普遍采用的基于光电压效应的装置。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。

在制造高纯多晶硅的方法中，目前已经商业化生产多晶硅的技术主要有改良西门子法和流化床法。根据原料又可分为氯硅烷法和甲硅烷法，其中甲硅烷主要从二氯二氢硅制备并提纯得到，例如联合碳化学法也是由二氯二氢硅经过歧化制得甲硅烷。

美国专利US3322511采用二甲基甲酰胺为催化剂催化二氯二氢硅歧化制备甲硅烷，在100℃下反应16小时可以得到近似25%的理论产率。美国专利US4113845采用含有叔胺和季胺基团的离子交换树脂催化剂，采用固定床反应器催化歧化制备甲硅烷，然后将得到的液体混合物通过精馏提纯得到纯化的甲硅烷，未反应的二氯二氢硅再次返回装有叔胺和季胺基团的离子交换树脂催化剂的固定床反应器制备甲硅烷。采用这种方法，因在固定床反应中反应易得到平衡，歧化反应一次转化率低，二氯二氢硅的精馏分离和循环浪费了大量的能源。

针对前述不足，专利WO2006029930采用反应精馏的方法制备化学式为HnSiCl4-n（n=1，2，3，4）的硅烷或氯硅烷，采用的原料中氯元素含量高于所制的的产品，但是该反应精馏方法的催化体系在精馏塔外通过管路和精馏塔中部连接，从精馏塔底部上升的气流进管路通过精馏塔外的固定床反应器反应歧化后，再通过固定床反应器进入精馏塔分离，通过反应与精馏耦合，有效的减小了能量的消耗，并通过将固定床反应器中的产物不断分离出去，有效的提高了歧化反应的反应效率。但是该专利采用的这种反应精馏方法，容易导致精馏塔内气液分布不均衡，降低了精馏塔的分离效率，并增加了精馏塔设计和制造难度。

因此，现有技术目前的状况是，仍旧需要一种简单而有效的二氯二氢硅制备和提纯方法，能够在提高制备二氯二氢硅和提纯的同时，降低成本。。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单而有效的用于制备硅烷的二氯二氢硅制备和提纯方法。

发明人通过研究发现，在精馏塔塔釜添加以阳离子为季铵盐类、吡啶类或咪唑类，阴离子为CF3SO3-、CF3COO-、PF6-、(C2F5SO2)2N-、N(CF3SO2)2-、C(CF3SO2)3-、N(CN)2-的离子液体作为歧化反应催化剂可以有效实现本发明目的。

本发明采用离子液体为催化剂，通过在塔釜内添加离子液体催化剂的方法，在精馏塔塔釜内将三氯氢硅歧化为二氯二氢硅和四氯化硅，并通过精馏将提纯的二氯二氢硅从精馏塔的塔顶取出，在塔釜得到三氯氢硅和四氯化硅的混合物。

本发明采用的具体技术方案如下：