[发明专利]一种氯硅烷络合除铝的工艺及装备

说明书

本发明涉及一种氯硅烷络合除铝的工艺及装备；对低温络合除铝工艺、液相络合除铝工艺、气相络合工艺和高压精馏除铝工艺单独或组合操作来满足不同的氯硅烷提纯要求。低温络合搅拌罐过滤器过滤后的氯硅烷混合物和原料缓冲罐输送的原料经过低温络合除铝进出换热器进行换热，实现能量的有效利用。低温络合除铝剂、液相除铝剂和气相除铝剂的使用寿命较长，络合除铝效果明显。本发明可供选择使用的络合除铝剂种类较多，在工艺操作范围条件下能保持较高的络合除铝的性能。提高氯硅烷的铝脱除率，通过低温络合除铝和液相络合除铝工艺将氯硅烷中氯化铝含量降低，最后通过串联气相络合除铝和高压精馏除铝工艺可使氯硅烷中铝含量降低至0.001ppm以下。

技术领域

本发明涉及络合除杂技术领域，特别是涉及一种多晶硅生产过程中利用低温络合和液相络合除铝提纯氯硅烷的工艺及装备。具体涉及一种氯硅烷络合除铝的工艺及装备。

背景技术

氯硅烷用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成，是有机硅烷偶联剂中最基本的单体，也是生产半导体硅、单晶硅和多晶硅的原料。

光伏发电及半导体电子元件对高纯度硅的需求日益增加，在许多制备高纯度硅的方法中，工业上用纯度约为99％的冶金级硅粉先制备出液态氯硅烷，氯硅烷可被纯化至极高纯度，随后可转化回极高纯度的固态晶体硅。在有机硅行业，高纯度的有机氯硅烷也用于制备有机硅单体及下游产品。

生产原料工业级硅粉中本身含有的杂质是多晶硅生产过程中杂质的主要来源之一。目前，原生多晶硅主要由改良西门子法生产而成，依其品质和外观不同，分为珊瑚料、菜花料、碳头料等，硅纯度大致为99.9999％。原生多晶硅中除了P、B之外。主要含有O、C等非金属杂质以及Fe、Al等金属杂质。

多晶硅生产过程中冷氢化系统排渣氯硅烷中含有含铝杂质，以往都是通过水解处理当做废料排放，消耗大量水资源，又污染环境。为了循环利用氯硅烷需要对冷氢化排渣进行除铝操作，通常采用精馏去除，但是效果一般。

在反应过程中，反应器通常发生这样的情况：含杂质的硅粉与含氯气体反应，而且许多固体杂质滞留在该反应器内或诸如旋流器的除尘设备中。然而，含铝杂质特别是氯化物杂质由于其化学性质极易升华，可形成具有挥发性的化合物，与希望得到的氯硅烷原料一起被带出反应器，所以制备的氯硅烷中含有一定量的含铝氯化物杂质，且铝杂质含量较高，通常为氯化铝(AlCl₃)。因此，反应器的流出气体中含有氯化铝挥发性化合物，流出气体随后被冷却形成液态氯硅烷混合物，该混合物可通过常规方法主要采用蒸馏进行纯化。若不进行除铝操作，氯化铝杂质的存在会影响后续的生产工序，从而影响多晶硅或有机硅产品的质量。在冶金级硅粉原料中，铝是主要杂质，约为2000-10000ppm，因此必须将铝的含量降至极低。此外，氯化铝(AlCl₃)具有在大气压下不会形成液相的异常性质，当压力接近例如用于蒸馏的大气压时，氯化铝可直接自固体升华为气体。因此，可通过蒸馏来移除氯化铝，但却非常困难，现有蒸馏分离技术的一大缺点，即通常条件下氯化铝在气相中升华而扩散到整个塔中，致使无法分离整个塔中的铝，也无法沉积固态氯化铝，最终只能停止塔的运作进行清洗，为此需要一种特殊方法及装置有效实施这一精馏过程。

涉及氯硅烷制备的大多数现有专利既未提及移除金属氯化物，也都未提及通过低温络合来除去氯硅烷中的氯化铝杂质。中国实用新型专利第CN 210825446U号“冷氢化渣浆零排放处理系统”中，只提到了渣浆处理系统的相关流程。将来自冷氢化装置的含硅粉的液体氯硅烷经渣浆系统处理后，回收硅粉和氯硅烷回用于多晶硅生产系统中，并没有描述如何去除含铝氯化物相关工艺及设备。

斯蒂芬·M·劳德的发明专利第CN 101925532A号“自氯硅烷移除铝及其它金属氯化物的方法”中，仅仅描述的是将晶种源引入不纯液态氯硅烷源中，在搅拌容器中激发铝及其它金属氯化物在液态氯硅烷中的晶种上结晶后在进行分离，而没有明确说明利用低温络合、液相和气相络合方法除铝，同时也没有采用其他的复合除铝工艺方法及设备介绍。