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硅烷生产系统的制作方法

时间:2022-02-10 阅读: 作者:专利查询

硅烷生产系统的制作方法

1.本实用新型涉及硅源获取领域,尤其涉及硅烷生产系统。


背景技术:

2.多晶硅是生产单晶硅的直接原料,是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料,多晶硅纯度越高,电子性能越好,相应光电转换率提高。
3.而硅烷,作为一种提供硅组分的气体源,可用于制造高纯度多晶硅、单晶硅、微晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅、异质硅、各种金属硅化物等等。因其高纯度和能实现精细控制,已成为许多其它硅源无法取代的重要特种气体。
4.制备硅烷的方法有硅镁合金法,四氟化硅还原法和氯硅烷歧化法。目前大规模应用于生产多晶硅的主要是氯硅烷歧化法制硅烷。其工艺流程为:

利用si和hcl制备sihcl3;

将sihcl3歧化加氢生成sih2cl2,

sih2cl2进一步催化歧化反应生成sih4气体。但是现有技术的歧化反应一次转化率较低,单耗为16.87吨sihcl3/吨sih4,氯硅烷循环量大,将导致高能耗及高设备投资。
5.因此,针对上述问题,提供一种硅烷生产系统,是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素:

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种硅烷生产系统。
7.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:
8.本实用新型的第一方面,提供硅烷生产系统,包括cvd沉积炉、精馏塔组、歧化反应器、硅烷分离塔、氯硅烷分离塔,cvd沉积炉的原料输入端连接三氯氢硅输入管道,cvd沉积炉的尾气输出端连接精馏塔组,,精馏塔组的tcs输出端与cvd沉积炉的原料输入端连接,精馏塔组的dcs输出端与歧化反应器的进口连接,歧化反应器的输出端与塔顶与硅烷分离塔连接,硅烷分离塔的塔釜与氯硅烷分离塔连接,氯硅烷分离塔的塔顶与歧化反应器的进口连接,氯硅烷分离塔的塔釜与精馏塔组连接。
9.进一步地,所述cvd沉积炉内部沉积多晶硅。
10.进一步地,所述多晶硅为棒状多晶硅。
11.进一步地,所述歧化反应器为不锈钢固定床式的歧化反应器。
12.进一步地,所述歧化反应器内填装有氨基树脂类催化剂。
13.进一步地,所述硅烷分离塔为填料塔。
14.进一步地,所述硅烷分离塔为板式塔。
15.进一步地,所述氯硅烷分离塔为填料塔。
16.进一步地,所述氯硅烷分离塔为板式塔。
17.进一步地,所述硅烷分离塔的塔顶与硅烷储存装置连接。
18.本实用新型的有益效果是:
19.(1)在本实用新型的一示例性实施例中,硅烷生产系统利用sih2cl2做硅烷生产原料,经歧化制备硅烷,省去ucc法中sihcl3歧化为sih2cl2的步骤,降低了氯硅烷的循环量,节约设备及催化剂投资费用;同时充分利用改良西门子法生产多晶硅工艺中副产sih2cl2,解决了sih2cl2的回收和转化问题。
20.(2)在本实用新型的又一示例性实施例中,硅烷分离塔的塔顶部分离出sih4,与外部的硅烷储存装置连接,可用于颗粒硅生产或其他硅烷应用领域。
附图说明
21.图1为本实用新型一示例性实施例公开的系统连接示意图;
22.图中,1-cvd沉积炉,2-精馏塔组,3-歧化反应器,4-硅烷分离塔,5-氯硅烷分离塔。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中,需要说明的是,属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,属于“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.此外,下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.在现有技术中,大规模应用于生产多晶硅的主要是氯硅烷歧化法制硅烷其工艺流程为:

利用si和hcl制备sihcl3;

将sihcl3歧化加氢生成sih2cl2,

sih2cl2进一步催化歧化反应生成sih4气体。但是现有技术的歧化反应一次转化率较低,单耗为16.87吨sihcl3/吨sih4,氯硅烷循环量大,将导致高能耗及高设备投资。因此下述示例性实施例可以解决该技术问题:
28.参见图1,图1示出了本实用新型一示例性实施例提供的硅烷生产系统,包括cvd沉积炉1、精馏塔组2、歧化反应器3、硅烷分离塔4、氯硅烷分离塔5,cvd沉积炉1的原料输入端连接三氯氢硅输入管道,cvd沉积炉1的尾气输出端连接精馏塔组2,精馏塔组2的tcs输出端与cvd沉积炉1的原料输入端连接,精馏塔组2的dcs输出端与歧化反应器3的进口连接,歧化反应器3的输出端与塔顶与硅烷分离塔4连接,硅烷分离塔4的塔釜与氯硅烷分离塔5连接,氯硅烷分离塔5的塔顶与歧化反应器3的进口连接,氯硅烷分离塔5的塔釜与精馏塔组2连
接。
29.具体地,在该示例性实施例中,如图1所示,cvd沉积炉1外接三氯氢硅(即图1中的tcs,三氯氢硅,sihcl3)输入管道,高纯sihcl3进入cvd沉积炉1后,部分沉积为晶体硅(在一优选示例性实施例中,所述晶体硅为多晶硅;而在又一示例性实施例中,所述多晶硅为棒状多晶硅),在cvd沉积炉1未参与反应的及副产氯硅烷(包括sih2cl2和sicl4,其中:sih2cl2即图1中的dcs,二氯二氢硅;sicl4即stc,四氯化硅/硅烷/四氯硅烷,图中未示出)尾气冷凝进入精馏塔组2(中部)分离提纯。
30.之后,在精馏塔组2中,精馏塔组2分离提纯的sih2cl2(即图1中的dcs)通过进口进入歧化反应器3,而自精馏塔组2分离出的sihcl3(即图1中的tcs)通过塔釜返回至cvd沉积炉1,作为cvd沉积炉1原料继续循环使用。
31.然后,自精馏塔组2分离提纯的sih2cl2(即图1中的dcs)进入歧化反应器3,反应后混合料进入硅烷分离塔4,硅烷分离塔4的塔釜物料进入氯硅烷分离塔5。
32.最后,硅烷分离塔4的塔釜物料进入氯硅烷分离塔5分离提纯,氯硅烷分离塔5的塔顶物料sih2cl2(即图1中的dcs)返回歧化反应器3参与反应,氯硅烷分离塔5的塔釜含有少量sih2cl2的sihcl3返回精馏塔组2再分离提纯,精馏塔组2分离得到的sih2cl2(即图1中的dcs)进入歧化反应器3,精馏塔组2分离得到的分离出的sihcl3(即图1中的tcs)可作为cvd沉积炉1原料继续循环使用,从而完成整个循环制备。
33.即综上所述,所述cvd沉积炉1用于棒状多晶硅的沉积,所述精馏塔组2用于cvd沉积炉1产生尾气冷凝后的混合氯硅烷的分离,所述歧化反应器3用于sih2cl2的催化歧化生成硅烷产品,硅烷分离塔4用于分离自反应器的sih4和混合物(混合物包括sih2cl2/sihcl3),氯硅烷分离塔5用于sih2cl2同sihcl3的分离。
34.需要说明的是,在该示例性实施例中,精馏塔组2是指2个或2个以上精馏塔组合。
35.在本示例性实施例中,利用sih2cl2做硅烷生产原料,经歧化制备硅烷,省去ucc法中sihcl3歧化为sih2cl2的步骤,降低了氯硅烷的循环量,节约设备及催化剂投资费用;同时充分利用改良西门子法生产多晶硅工艺中副产sih2cl2,解决了sih2cl2的回收和转化问题。
36.更优地,在又一示例性实施例中,如图1所示,硅烷分离塔4的塔顶部分离出sih4(即图1中的ms),用于颗粒硅生产或其他硅烷应用领域,与外部的硅烷储存装置连接。
37.更优地,在一示例性实施例中,所述歧化反应器3为不锈钢固定床式的歧化反应器3。
38.更优地,在一示例性实施例中,所述歧化反应器3内填装有氨基树脂类催化剂,用于sih2cl2的催化歧化生成硅烷产品。
39.更优地,在一示例性实施例中,所述硅烷分离塔4为填料塔。而在又一示例性实施例中,所述硅烷分离塔4为板式塔。
40.更优地,在一示例性实施例中,所述氯硅烷分离塔5为填料塔。而在又一示例性实施例中,所述氯硅烷分离塔5为板式塔。
41.采用何种塔式结构根据实际需求进行选择即可,在此不进行完全限定。
42.显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或
变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。