TW201326043A - 低沸點化合物於氯矽烷製程中之用途 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種藉冶金矽與氯化氫在反應器中於溫度200至400℃反應而製造三氯矽烷之方法，其特徵在於將產物氣體的低沸點副產物送回反應器。
Description
本發明係關於一種將包含低沸點副產物之所不欲的二次流(secondary stream)用於氯矽烷製程之方法。
首先，矽烷市場大幅成長，及再者，提高競爭力須儘可能減少廢料。因此，改良製程為工業努力的目標。
本發明中，使用以下縮寫：
在氯矽烷合成之後，製造純淨的矽烷產物(例如三氯矽烷)的工業慣用方法之一係蒸餾法。具有碳或DCS之所不欲的矽烷化合物導致產物品質較低及，在以前技術中，在許多情況中須被棄置。本發明中，亦將具有所不欲之矽烷化合物的此蒸餾流稱為“二次流(secondary stream)”。
工業蒸餾設計通常由串接的至少3個塔所組成，其中，四氯化矽的蒸餾性二次流(於1013毫巴的沸點為57℃)藉蒸餾而與高沸點組份(例如，甲基三氯矽烷(於1013毫巴的沸點為66℃)、和低聚矽烷、及額外的三氯
矽烷(於1013毫巴的沸點為32℃))和低沸點組份(如，甲基二氯矽烷(於1013毫巴的沸點為42℃)、和三氯矽烷及二氯矽烷(於1013毫巴的沸點為8℃))一起被移出。二次流之利用具有高潛能。
WO 2007/101789揭示使用高沸點化合物，特別是二矽烷和二矽氧烷，其於藉矽在流化床反應器中的氫氯化反應製造氯矽烷時、多晶矽沉積時、蒸餾時和氯矽烷的半水解純化時形成。
瞭解高沸點化合物是指由矽、氯、和任意的氫、氧和碳所構成的分子，其沸點高於四氯矽烷(於1013毫巴為57℃)。
WO 2009/029794揭示藉離子交換器，藉催化性歧化作用，利用合成的二氯矽烷副產物之改良的製程。但是，未揭示該製程的改良結果。但是，嫻於此技術者認為，該製程因為系統之複雜的歧化平衡而複雜化。
因此，本發明的目的係提出經改良且簡單的方法，其使用包含低沸點化合物的二次流，些微地改變根據以前技術之包含將製造三氯矽烷的流化床、移動床或固定床加以氫氯化之超純矽方法。
本發明中，瞭解低沸點是指沸點低於四氯矽烷(於1013毫巴為57℃)之包含矽和氯的化合物之物質或物質混合物。這些物質或混合物亦包含矽與氯、氫、氧和/或
碳的化合物。
訝異地發現，當包含低沸點化合物的二次流與冶金矽於200至400℃送回氫氯化反應器時，能夠利用包含低沸點副產物的二次流。此將低沸點副產物分解成製程技術中更有利或所欲的化合物。令人訝異地，亦存在於二次流中的三氯矽烷同時幾乎未被轉化，若有的話，亦為可忽略或小至趨近於零的TCS轉化率。此氫氯化反應幾乎未受影響。
因此，本發明提出一種藉冶金矽與氯化氫在反應器中於溫度200至400℃反應而製造三氯矽烷之方法，其特徵在於將產物氣體的低沸點副產物送回反應器。
根據本發明之製程的優點在於，因低沸點副產物的分解結果，沒有二次流，或彼之較少量，出現於製程中並因此而實現三氯矽烷標的產物的較高產率。
下文詳細說明本發明。
產物流的低沸點副產物可以部分或全數送回反應器。
反應器產物氣體之蒸餾得到的二次流包括TCS和DCS或TCS和MHDCS之混合物。也可能有其他的低沸點化合物存在。
二次流可以蒸氣形式或液體形式添加至氣-固氯化反
應器。TCS/DCS可以，類似於TCS/MHDCS，以蒸氣形式自塔排放。藉HCl流中之蒸發作用或藉熱蒸發器，液體起始形式的副產物亦可以蒸氣形式供應。但是，由於氫氯化反應的強烈放熱結果，以蒸氣充份分佈的液體可以直接加在熱固體或熱反應器位置上。
根據本發明之方法中，所用反應器可為流化床反應器或震動流化反應器。這些反應器實現固體床中的高熱轉移以控制強烈放熱反應。亦佳者係具有低反應器直徑的固定床反應器，其中固定床反應器得以有效率地控溫。
通過反應器的期間內，一部分所不欲的低沸點化合物轉化成三氯矽烷標的產物和高沸點化合物(例如甲基三氯矽烷)。
在反應之後的氯矽烷之蒸餾中，低沸點MHDCS和/或DCS化合物自產物混合物移出。這些低沸點副產物於之後送回反應器。這些可以較佳地為DCS，另較佳地為MHDCS，或MHDCS和DCS之混合物。已轉化成高沸點化合物的低沸點物最後與高沸點副產物於二次流中排放。
在以下本發明的實例中，在配備直徑4公分玻璃熔塊的玻璃反應器中檢視添加至氫氯化流化床的低沸點二次流。
在所有的實例中，玻璃熔塊上方施以200克粒子尺寸為150至250微米的98%純度冶金矽。藉Bronkhorst提供
的質流調整器，以60標準升/小時的體積流率注入各氣體，藉此，氯化氫反應物氣體以氬稀釋。
藉加熱和冷卻區將強烈放熱反應調整至典型選擇的溫度為320℃。
排放的產物氣體經過濾並藉連線的氣相層析儀分析。本發明之實例中的反應條件相同。
本發明之實例和比較例的結果概示於表1。藉以下的化學指數描述轉化率。
縮寫代表：
欲與純氫氯化反應比較，首先未添加副產物地測定氫氯化反應(請參考表1)。HCl轉化率為99%時，氯化氫以約90%的高選擇率與冶金矽反應而形成三氯矽烷，縮寫為TCS。否則，基本上形成四氯化矽。
如同比較例，但低沸點的二次流加至反應物氣體，即額外的10體積%反應物氣體，莫耳比為99：1的TCS：MHDCS混合物。低沸物以蒸氣形式添加。
實驗中，所不欲的低沸點物MHDCS中之約25%轉化成高沸點MTCS。基於可忽略的TCS轉化率及維持HCl對於TCS的高選擇率，同時發現完全保留TCS物質的價值且氫氯化反應未對根據本發明之方法造成負面影響。
如同比較例，但10體積%的低沸點TCS：DCS二次流以莫耳比為99：1加至反應物氣體。低沸物以蒸氣形式添加。
所不欲的DCS組份中之84%轉化成TCS或STC。基於可忽略的TCS轉化率及維持HCl對於TCS的高選擇率，同時發現保留所欲的TCS產物且氫氯化反應未對根據本發明之方法造成負面影響。
Claims (3)
- 一種藉冶金矽與氯化氫在反應器中於溫度200至400℃反應而製造三氯矽烷之方法，其特徵在於將產物氣體的低沸點副產物送回反應器。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中所用反應器係流化床反應器或震動流化反應器。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中有低沸點副產物DCS和/或MHDCS存在。
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| TW101133119A TW201326043A (zh) | 2011-09-14 | 2012-09-11 | 低沸點化合物於氯矽烷製程中之用途 |
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2012
- 2012-08-29 WO PCT/EP2012/066752 patent/WO2013037639A1/de not_active Ceased
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Also Published As
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