用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置的制作方法

本实用新型涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置。

背景技术：

随着光伏产业的发展，市场对产品质量要求越来越高。这就对多晶硅生产过程精馏产品的把控提出了更高的要求。

在精馏产品中，杂质的含量的高低对多晶硅产品质量的影响至关重要，因此必须使杂质控制在足够低的水平，甚至是彻底脱除杂质。杂质组分的分离一般都能在精馏提纯过程中实现较彻底分离，大部分的杂质也能在精馏系统高低沸中得以去除。然而，精馏产品中的微量杂质是不能通过精馏提纯得到彻底提纯，这是因为，这部分杂质的含量及其微量，其含量基本都在ppm，ppb级别，比如b，p等，另外一方面，部分杂质会与氯硅烷的沸点比较接近，甚至是以共沸物形式存在，比如c。对于p、b杂质的影响和去除工艺，已经有文献资料做出报道，多采用吸附法和区域熔炼法进行去除硼磷杂质。对于碳杂质的去除工艺，目前仍未有大量报道。

研究表明，碳杂质含量过多，会显著降低多晶硅的少子寿命，降低硅片的转化效率。因此，碳成分也是对高纯氯硅烷产品质量影响的一个重要因素。在氯硅烷中碳成分主要来源于还原炉中的石墨件等挥发，氯硅烷中的总碳主要以甲基氯硅烷形式存在，比如甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷，三甲基氯硅烷。其中二甲基氯硅烷和甲基氯硅烷与三氯氢硅沸点比较接近，易形成共沸物；三甲基氯硅烷和甲基三氯硅烷与四氯化硅沸点较接近，易形成共沸物。因此，采用普通精馏的方法无法深度去除氯硅烷中的含碳杂质。这些碳在系统中积聚后，势必对产品质量持续提升造成阻碍。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置，以解决现有技术中普通精馏的方法无法深度去除氯硅烷中的含碳杂质的技术问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置。该装置包括：精馏装置，设置有物料入口和物料出口，用于脱除三氯氢硅原料中的高沸点组分和低沸点组分；以及吸附装置，与精馏装置的物料出口相连通，内部填充有富含氨基的树脂型吸附剂和铂系催化剂。

进一步地，精馏装置的物料出口通过离心泵与吸附装置相连通。

进一步地，精馏装置包括串联设置的第一精馏塔和第二精馏塔，吸附装置通过离心泵与第二精馏塔的物料出口相连通。

进一步地，第一精馏塔和第二精馏塔分别为304不锈钢材质制成的精馏塔，塔径分别为1.2～1.5米，塔高分别为30～40米，塔内均装有丝网填料，丝网填料的高度为20～30米，塔高高于丝网填料的高度。

进一步地，吸附装置中包括两套吸附柱，两套吸附柱独立运行。

进一步地，吸附柱的柱长为2米，公称直径为dn250。

进一步地，吸附柱的外壁设置有控温夹层。

进一步地，控温夹层为水控温夹层。

进一步地，两套吸附柱内均设置有聚四氟乙烯涂层。

应用本实用新型的技术方案，利用内部填充有富含氨基的树脂型吸附剂和铂系催化剂的吸附装置，将甲基氯硅烷杂质去通过吸附工艺去除掉，从而将多晶硅生产过程中精馏产品的总含甲基氯硅烷杂质含量降低到50个ppb以下，生产出高纯度4n以上，含碳杂质＜50ppb的氯硅烷。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一实施方式的用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

“高纯氯硅烷”在本申请中是指纯度达到4n以上的氯硅烷，通常纯度为4n～9n的氯硅烷。

在多晶硅生产企业，痕量杂质的去除是提升高纯氯硅烷产品等级继续解决的一个重要问题。含碳杂质由于和氯硅烷相近的沸点，使得其非常难以除去。目前多晶硅行业整体的精馏产品的碳含量整体停留在ppm级别。如何进一步减少碳含量，提升精馏产品品质成为多晶硅生产厂家继续解决的问题。针对此，本实用新型提出了下列技术方案。

根据本申请一典型的实施方式，提供一种用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置。该装置包括精馏装置和吸附装置。其中，精馏装置设置有物料入口和物料出口，用于脱除三氯氢硅原料中的高沸点组分和低沸点组分；吸附装置与精馏装置的物料出口相连通，内部填充有富含氨基的树脂型吸附剂和铂系催化剂。

应用本实用新型的技术方案，利用内部填充有富含氨基的树脂型吸附剂和铂系催化剂的吸附装置，将甲基氯硅烷杂质去通过吸附工艺去除掉，从而将多晶硅生产过程中精馏产品的总含甲基氯硅烷杂质含量降低到50ppb以下，生产出高纯度4n以上的氯硅烷，含碳杂质＜50ppb。

吸附柱内填充富含氨基的树脂吸附剂，催化剂为pt系催化剂(可以是均相铂催化剂也可以是固载铂系催化剂，固载铂系催化剂不易扩散到产品中，优先选用此催化剂)，甲基氯硅烷中含有活泼的si-h键和si-cl键，其中si-cl键虽然比si-h键的键能大，但是因为离子性更强，更容易发生反应，类似于酰氯键。si-cl键于在催化剂的作用下会和吸附剂中氨基发生反应甲基硅氮烷，从而留在吸附剂上，进而得到吸附后的高纯三氯氢硅产品，此时甲基氯硅烷的含量可以降在50ppb以下。

优选的，富含氨基的树脂型吸附剂为大孔型氨基膦酸型螯合树脂，这种树脂对甲基氯硅烷的亲和能力较强。为了进一步提高吸附效果，更优选的，大孔型氨基膦酸型螯合树脂的基础结构是聚苯乙烯接枝二乙烯基苯，具有球状颗粒结构，球状颗粒的直径为0.38～0.5mm，比重为1.13，膨胀可逆性为50％，使用温度上限为80℃。通过化学修饰接枝的方法在树脂表面接枝上氨基基团：磷酸铵基团(h6n2o3s)，从而制备成该树脂。

为了进一步提高操作的便捷性，精馏装置的物料出口通过离心泵与吸附装置相连通。典型的，精馏装置包括串联设置的第一精馏塔和第二精馏塔，吸附装置通过离心泵与第二精馏塔的物料出口相连通。其中，第一精馏塔用于脱除高沸点组分，第二精馏塔用于脱除低沸点组分。在本实用新型一实施方式中，第一精馏塔和第二精馏塔分别为304不锈钢材质制成的精馏塔，塔径分别为1.2～1.5米，塔高分别为30～40米，塔内均装有丝网填料，丝网填料的高度为20～30米，塔高高于丝网填料的高度。

优选的，吸附装置中包括两套吸附柱，两套吸附柱独立运行，当一套吸附柱吸附饱和后，通过阀门切换为另一套吸附柱进行吸附，吸附饱和的吸附柱进行再生，从而达到连续操作的目的。更优选，两套吸附柱内均设置有聚四氟乙烯涂层，保证产物的纯度。

在本实用新型一实施例中，吸附柱的柱长为2米，公称直径为dn250，吸附柱的外壁设置有控温夹层。优选的，控温夹层为水控温夹层。

下面将结合实施例进一步说明本实用新型的有益效果。

实施例1

本实施例，参考图1所示，用于高纯氯硅烷生产中去除含碳杂质的装置主要包括第一精馏塔10(丝网填料)、第二精馏塔20(丝网填料)，1#吸附柱30(内衬聚四氟乙烯304材质)和2#吸附柱40(内衬聚四氟乙烯304材质，内部填充有富含氨基的树脂型吸附剂和铂系催化剂)。

以三氯氢硅精馏为例，工艺流程包括精馏提纯、吸附、再生三个步骤，对应的设备装置分别为精馏提纯塔和吸附柱。步骤如下：

1)精馏提纯：将含有碳杂质的三氯氢硅11(纯度2-3n，总甲基含量在20-70ppm)以10～30m³/s进料量送入第一精馏塔10、第二精馏塔20中进行分离提纯，收率80％。其中，在第一精馏塔10(压力4～5mpa，回流量在60～100m³/s)中脱去高沸物13，得到的中间产物12送入第二精馏塔20(压力2～3.5mpa，回流量在50～80m³/s)中脱去低沸物21得到纯度为3～4n的精馏产品三氯氢硅22，此时，在三氯氢硅中含有个3～10ppm的甲基氯硅烷。

2)甲基杂质吸附：将上一步的精馏产品三氯氢硅22(8～20m³/s)通过一台离心泵送往一个并联的装有吸附剂的1#吸附柱30中进行吸附，调节冷却循环水流量(循环进水32和循环出水31)使吸附柱环境温度稳定在35-45℃，控制吸附压力3-4mpa。三氯氢硅中的甲基氯硅烷在此温度下在催化剂的作用下会和吸附剂中氨基发生反应甲基硅氮烷，从而留在吸附剂上，进而得到吸附后的产品三氯氢硅，此时甲基氯硅烷的含量可以降在50ppb以下，得到高纯三氯氢硅50。

3)脱吸再生：当1#吸附柱30吸附饱和后，通过阀门切换为2#吸附柱40(循环进水32和循环出水31)进行吸附，将1#吸附柱30更换吸附剂和催化剂，从而达到连续操作的目的。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：采用简单高效的吸附过滤方法将多晶硅生产系统中氯硅烷中的甲基氯硅烷杂质高效率的去除，从而得到ppb级别碳含量的氯硅烷产品。本工艺简单高效，运行可靠，实用性强。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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