[发明专利]四氯化硅的纯化系统和方法

说明书

本发明提供了一种四氯化硅的纯化系统和方法。本申请提供的四氯化硅的纯化系统包括催化反应单元和精馏纯化单元，催化反应单元包括气相反应器，用于将气相的待纯化四氯化硅与氯化氢在催化剂的作用下反应，得到纯化四氯化硅和低沸物的混合物，将纯化四氯化硅和低沸物的混合物进行精馏分离，得到纯化四氯化硅。本申请提供的四氯化硅的纯化系统催化反应单元将待纯化四氯化硅中的甲基氯硅烷催化转化为四氯化硅和低沸物，再通过精馏纯化单元将四氯化硅与低沸物精馏分离，得到纯化四氯化硅和低沸物，系统简单，工艺流程短，能够适用于工业化生产，同时还避免剧毒物氯气的使用，更安全环保。

技术领域

本发明涉及四氯化硅纯化领域，具体而言，涉及一种四氯化硅的纯化系统和方法。

背景技术

纯化四氯化硅是光纤预制棒的主要原料，同时，也在半导体制造中作为外延沉积的原料，碳和氢含量是纯化四氯化硅的重要指标，主要以甲基氯硅烷形式存在，直接影响产品的质量。

目前四氯化硅的纯化主要有常规精馏，光催化氯化反应，常规精馏是通过设置串联的精馏塔，采用物理的方法，根据杂质组分和四氯化硅的沸点不同，通过多级精馏进行分离纯化，因三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷与四氯化硅沸点接近，会与四氯化硅形成共沸物，依靠常规精馏分离难度大，需要设置多级精馏塔串联提纯，工艺流程长，系统投资高，且最终杂质组分分离效果受限。例如：专利201110101343.3采用连续精馏方法制备光纤用纯化四氯化硅，将工业级四氯化硅先脱轻组分再进入脱重塔脱掉重组分，继续进入减压精馏塔，进一步分离出难分离的轻组分，侧线采出光纤用纯化四氯化硅。专利200910068887.7采用连续共沸脱轻精馏方法进行光纤四氯化硅的制备，系统配置三台精馏塔进行循环纯化。

光催化氯化反应是在紫外光的催化作用下，采用氯气为反应试剂，与四氯化硅中的甲基氯硅烷、三氯氢硅等含碳氢杂质进行氯化反应，将氢进行氯取代，实现杂质物性的转化，沸点提升，与四氯化硅的沸点差增加，再通过精馏进行分离，实现含碳氢杂质的分离。例如：专利201610880095.X公开了一种超纯化四氯化硅的制备方法，采用光化学气相反应器，在紫外光催化作用下，使氯气与含碳氢杂质发生氯化反应，再用汽提塔对过量氯气进行分离和去除，最后使用精馏塔进行纯化，得到超纯化四氯化硅。专利201110451830.2提供一种光纤用四氯化硅制备方法，以多晶硅生产过程中产生的高沸点四氯化硅为原料，以不活泼或惰性气体作为保护气氛，在光照的情况下，通入氯气，使四氯化硅中的杂质三氯氢硅在光化气相反应器内进行光化反应，将中间产品进一步精馏提纯，得到高纯度四氯化硅。

碳和氢杂质主要以甲基氯硅烷形式存在，因三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷与四氯化硅沸点接近，会形成共沸物，依靠常规精馏分离难度大，需串联设置多台精馏塔进行分离纯化，工艺流程长，系统投资高，运行费用高。采用氯化转化方法进行转化时，需要使用到剧毒物氯气，氯气使用时的安全控制和尾气处理是难题。同时，过程需要使用到光源做催化，气相反应器的材质、结构形式和大型化以及光源强度和透过性也是面临的难题之一，限制了大规模产业化应用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种四氯化硅的纯化系统和方法，以解决现有技术中待纯化四氯化硅中的杂质主要为甲基氯硅烷，部分甲基氯硅烷与四氯化硅沸点接近，会形成共沸物分离难度大，采用多台精馏塔分离纯化，工艺流程长，运行费用高，而采用氯化转化方法，需要使用氯气为原料，安全控制和尾气处理困难，无法进行大规模产业化应用的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种四氯化硅的纯化系统，该纯化系统包括：催化反应单元和精馏纯化单元，催化反应单元包括气相反应器，气相反应器中装填有催化剂，气相反应器用于将气相的待纯化四氯化硅与氯化氢混合在催化剂的作用下进行反应，得到纯化四氯化硅和低沸物的混合物；精馏纯化单元包括精馏塔，精馏塔与气相反应器连接，用于将纯化四氯化硅和低沸物的混合物进行精馏分离，得到纯化四氯化硅和低沸物。