[发明专利]反应装置及使用该反应装置制备最终产物的方法

说明书

本发明属于化工领域，具体涉及一种反应装置，还涉及一种使用该反应装置制备最终产物的方法。所述反应装置包括中间产物制备器和最终产物制备器，中间产物制备器具有第一容纳腔、原料进口和中间产物出口，其中，第一容纳腔内设有第一催化剂层和第一精馏层，第一精馏层位于第一催化剂层的上方，中间产物出口位于第一精馏层的上方；最终产物制备器具有第二容纳腔、中间产物进口和第一最终产物出口，中间产物进口与中间产物出口连通，第二容纳腔内设有第二催化剂层和第二精馏层，第二精馏层位于第二催化剂层的上方，第一最终产物出口位于第二精馏层的上方。本发明实施例的反应装置具有反应条件宽松、反应容易控制、杂质生成少、反应成本低等优点。

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种反应装置，还涉及一种使用该反应装置制备最终产物的方法。

背景技术

一氯硅烷在半导体制造工艺中主要用于氮化膜的沉积，与三氯氢硅、二氯二氢硅等无机硅相比，其具有沉积温度低、硅含量高和沉积过程消耗低的优点，此外，一氯硅烷也是合成三甲硅烷基的原材料。半导体行业的快速发展，对一氯硅烷的需求迅速增加。一氯硅烷是三氯氢硅歧化制备硅烷的中间产品，三氯氢硅歧化反应制备硅烷包括以下三个平衡反应：

上述第一反应为：三氯氢硅歧化反应生成二氯二氢硅和四氯化硅，第二反应为：二氯二氢硅歧化反应生成三氯氢硅和一氯硅烷，第三反应为：一氯硅烷歧化反应生成二氯二氢硅和硅烷，三个平衡反应均为可逆反应。

申请公布号为CN103354802A的发明专利申请公开了一种一氯硅烷的制备方法和装置，采用二氯二氢硅和硅烷作为原料在催化剂作用下反应生成一氯硅烷，即利用上述的第三反应的逆反应制备一氯硅烷。一方面，受反应平衡的限制，导致最终产物一氯硅烷转化率较低、产量低，规模化制备难度大。另一方面，需要通过调整原料的配比来控制反应产物，而在反应过程中不可避免的会通过其他反应生成二氯二氢硅，导致原料配比难以控制。此外，二氯二氢硅价格昂贵，来源受限，导致一氯硅烷制备成本较高。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

上述三氯氢硅歧化反应制备硅烷的三个反应均为可逆反应，当某一反应达到平衡时，通过将该反应的产物分离出，能促使该反应向生成该产物的方向继续进行。

三氯氢硅的沸点为31.8℃，二氯二氢硅的沸点为8.3℃，四氯化硅的沸点为57.6℃，一氯硅烷的沸点为-30.4℃，硅烷的沸点为-111.9℃，上述五种产品的沸点相差较大。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明一方面提供了一种反应装置，以提高最终产物的转化率，进而实现最终产物的规模化制备。

本发明另一方面提供了一种利用反应装置制备最终产物的制备方法。

根据本发明实施例的反应装置，所述反应装置包括：

中间产物制备器，所述中间产物制备器具有第一容纳腔以及与所述第一容纳腔连通的原料进口和中间产物出口，其中，所述第一容纳腔内设有第一催化剂层和第一精馏层，所述第一精馏层位于所述第一催化剂层的上方，所述中间产物出口位于所述第一精馏层的上方；和

最终产物制备器，所述最终产物制备器具有第二容纳腔以及与所述第二容纳腔连通的中间产物进口和第一最终产物出口，所述中间产物进口与所述中间产物出口连通，其中，所述第二容纳腔内设有第二催化剂层和第二精馏层，所述第二精馏层位于所述第二催化剂层的上方，所述第一最终产物出口位于所述第二精馏层的上方。