[发明专利]一种粗硅烷全温程变压吸附制取电子级硅烷的方法

权利要求书

1.一种粗硅烷全温程变压吸附制取电子级硅烷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)中浅冷精馏，粗硅烷原料气经过冷却至-35～-30℃、加压至2.0～2.5MPa后进入由两个精馏塔组成的中浅冷精馏工序，其中，粗硅烷先进入精馏塔-1，从精馏塔-1塔顶流出轻组分的不凝气体，主要为H2、CH4及CO杂质组分，或经冷热交换或直接进入后续的浅冷变压吸附浓缩工序，进一步回收硅烷，从精馏塔-1塔底流出的重组份流体，再进入操作温度为-30～-10℃、操作压力为1.5～2.2MPa的精馏塔-2，从其塔底流出含大部分C2+、CO2、NH3、氯硅烷及部分O2、CO的重组分排出界区进行处理，从其塔顶流出超纯SiH4的塔顶气，经过冷热交换及调压后进入下一个工序——中温变压吸附提纯；

(2)中温变压吸附提纯，来自中浅冷精馏工序中的精馏塔-2的超纯SiH4的塔顶气，经冷热交换至30～80℃、调压至0.6～1.0MPa，进入由4个及以上的多个吸附塔组成的中温变压吸附提纯工序，吸附温度为30～80℃、吸附压力为0.6～1.0MPa，解吸采用抽真空，从处于吸附状态的吸附塔顶部流出非吸附相的超高纯SiH4，其浓度可达到99.99～99.999％，或直接作为产品气外输使用，或进入后续的硅烷纯化工序，进一步进行提纯，从处于解吸抽真空状态的吸附塔底部流出的吸附相解吸气，经过冷热交换与加压后返回至中浅冷精馏工序中的精馏塔-2，进一步回收硅烷，解吸气中的被吸附的杂质组分，从精馏塔-2的塔底流出；

(3)浅冷变压吸附浓缩，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-1塔顶流出轻组分的不凝气体，经冷热交换至-10～20℃后进入至少由4塔组成的多塔变压吸附浓缩工序，吸附塔的操作压力为0.3～1.0MPa，操作温度为-10～20℃，至少一个吸附塔处于吸附步骤，其余吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为吸附废气，或直接排放，或作为燃料气使用，所形成的吸附相气体为富硅烷的浓缩气体，经冷热交换与加压后再返回至中浅冷精馏工序的精馏塔-1，进一步回收硅烷，浓缩气体中所含的少量轻组分H2、CH4杂质，通过精馏塔-塔顶气脱除流出，浅冷变压吸附浓缩工序的吸附剂采用硅藻土、硅胶、活性炭、分子筛的一种或多种组合，解吸时采用抽真空再生；

(4)硅烷纯化，来自中温变压吸附提纯工序的超高纯SiH4气体，直接或经过冷热交换至25～100℃后进入由一种氢化的金属镐-钒-铁合金制成的硅烷金属吸气剂纯化器进一步纯化，由此得到的电子级硅烷产品气纯度大于等于99.9999％，收率大于等于96％，其中，O2、H2O、CO、CO2、总的碳氢化合物、硫化物以及硅氧烷的主要杂质含量均小于0.01～0.1ppm，且金属吸气剂使用寿命大于1～2年。

2.如权利要求1所述的一种粗硅烷全温程变压吸附制取电子级硅烷的方法，其特征在于，所述的原料气，包括其余半导体制程中产生的硅烷浓度大于60～70％且含氢气、甲烷及少量的氯硅烷/C2+主要杂质组分的废气或尾气。

3.如权利要求1所述的一种粗硅烷全温程变压吸附制取电子级硅烷的方法，其特征在于，所述的中浅冷精馏工序中的精馏塔-1用透氢膜替代，来自粗硅烷原料气经过冷热交换至60～80℃并加压至2.0～2.5MPa后进入由一级或多级的膜分离系统，从渗透侧流出富氢气体，压力降为0.6～1.0MPa并经冷热交换-10～20℃再进入后续的浅冷变压吸附浓缩工序，进一步回收硅烷，从膜分离系统的非渗透侧流出的重组份流体，再进入操作温度为-30～-10℃、操作压力为1.5～2.2MPa的精馏塔-2，从其塔底流出的重组分排出界区进行处理，从其塔顶流出超纯SiH4的塔顶气，经过冷热交换及调压后进入下一个工序——中温变压吸附提纯，由此得到的硅烷产品的收率大于等于98％。