專利名稱：生產(chǎn)三氯硅烷的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)三氯娃燒(trichlorosilane)的系統(tǒng)和方法,具體而言涉及下述合成三氯娃燒的系統(tǒng)和方法利用汽化技術(shù)(vaporization techniques)促進(jìn)副產(chǎn)物固體(如金屬鹽)的移除，從而減少其在下游單元操作(unit operation)中沉積的可能性。
背景技術(shù)：
在美國專利號(hào)2，595，620中，Wagner等公開了一種氫化方法,該方法包括用氫原子取代一個(gè)或多個(gè)與硅鍵合的氯原子。在美國專利號(hào)3，968，199中，Bakay公開了通過三氯硅烷HSiCl3的歧化或再分配(disproportionation or redistribution)制造娃燒 SiH4 方法。在美國專利號(hào)4，099, 936中，Tarancon公開了一種對(duì)硅烷進(jìn)行純化的方法，該方法包括使硅烷和雜質(zhì)的混合物穿過多孔粒狀木炭，再穿過多孔粒狀硅酸鎂，然后進(jìn)行蒸餾。在美國專利號(hào)4，340, 574中，Coleman公開了從分離塔中再循環(huán)來生產(chǎn)超高純度硅烷的方法。在美國專利號(hào)4，676，967中，Breneman公開了生產(chǎn)高純度硅烷和硅的方法。在美國專利號(hào)5，118，486中，Burgie等公開了通過使副產(chǎn)物流霧化(atomization)成為微粒狀娃和娃燒來進(jìn)行分離。在美國專利號(hào)5，232，602中，Brink等公開了對(duì)四氯化硅進(jìn)行純化來制造電子級(jí)硅的方法，所述方法包括通過與活性炭接觸來移除痕量的雜質(zhì)磷。在美國專利號(hào)5，723，644中，Tzou公開了通過使包含具有磷污染物的氯硅烷的混合物與銅化合物或銅的吸附劑接觸，對(duì)氯硅烷進(jìn)行純化的方法。在美國專利號(hào)6，060, 021中，Oda公開了在作為密封氣體的氫氣下儲(chǔ)存三氯硅烷和四氯化硅的方法。在美國專利號(hào)6，843，972B2中，Klein等公開了通過與固體堿接觸來純化三氯硅烷的方法。在美國專利號(hào)6，852，301B2中，Block等公開了下述生產(chǎn)硅烷的方法通過使冶金娃與四氯化娃SiCl4和氫氣反應(yīng),從而形成四氯化娃和三氯娃燒SiHCl3的粗氣體流(crudegas stream);通過用經(jīng)冷凝的氯娃燒進(jìn)行洗漆,從所述的粗氣體流中移除雜質(zhì)；通過蒸懼對(duì)經(jīng)純化的粗氣體流進(jìn)行冷凝和分離；使部分四氯化娃流返回(returning)至冶金娃與四氯化硅和氫氣的反應(yīng)中；使部分流發(fā)生歧化以形成四氯化硅和硅烷；以及將通過冶金級(jí)硅與四氯化硅和氫氣的反應(yīng)發(fā)生歧化所形成的硅烷返回。在美國專利號(hào)6，887，448B2中，Block等公開了生產(chǎn)高純度硅的方法。、
在美國專利號(hào)6，905，576B1中，Block等公開了通過在催化劑床中對(duì)三氯硅烷進(jìn)行催化歧化來生產(chǎn)硅烷的方法和系統(tǒng)。在美國專利號(hào)7，056，484B2中，Bulan等公開了通過使硅與氫氣、四氯化硅反應(yīng)生產(chǎn)三氯硅烷的方法，所述硅處于與催化劑混合的粉碎形式。在美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2002/0044904A1中，Bulan等公開了通過利用催化劑使硅
與四氯化硅、氫氣以及任選的氯化氫反應(yīng)來制備三氯硅烷的方法。在美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2004/0022713A1中，Bulan等公開了通過用催化劑使硅與氫氣、四氯化硅以及任選的氯化氫反應(yīng)來生產(chǎn)三氯硅烷的方法，所述催化劑具有所使用的娃的平均粒度(grain size) 1/30到1/100的平均粒度。在美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2007/0231236A1中，Kajimoto等公開了生產(chǎn)鹵代硅烷的 方法和純化固體組分的方法。在美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2009/0035205A1中，Bohmhammel等公開了通過用催化劑對(duì)四氯化硅進(jìn)行催化氫化脫鹵來制備四氯化硅的方法，所述催化劑為元素周期表第2族的至少一種金屬或金屬鹽。在歐洲專利申請(qǐng)文件公開號(hào)0444190B1中，Hsieh等公開了通過半透膜進(jìn)行的氣體分離。在歐洲專利說明書公開號(hào)0450393A2中，Alien公開了改進(jìn)的多晶硅及其方法。在國際公開號(hào)2006/054325A2中，Ghetti公開了對(duì)三氯硅烷和四氯化硅進(jìn)行純化的方法和設(shè)備。在國際公開號(hào)2007/035108A1中，Andersen等公開了生產(chǎn)三氯硅烷的方法以及對(duì)
用于三氯硅烷生產(chǎn)中的硅進(jìn)行生產(chǎn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面涉及制備三氯硅烷的方法。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，所述方法可包括向反應(yīng)器中引入反應(yīng)物混合物，所述反應(yīng)物混合物含有四氯化硅和氫氣；從所述反應(yīng)器中回收第一粗產(chǎn)物，所述第一粗產(chǎn)物包含三氯硅烷、四氯化硅、氫氣、硅和金屬鹽；從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分硅和金屬鹽，產(chǎn)生第二粗產(chǎn)物和第一殘留物，所述第二粗產(chǎn)物包含三氯硅烷、四氯化硅和氫氣，所述第一殘留物包含三氯硅烷、四氯化硅、硅和金屬鹽；以及使至少部分的所述第一殘留物與接觸氣體(contact gas)進(jìn)行接觸,產(chǎn)生富含固體的殘留物和蒸氣產(chǎn)物(vapor product),所述蒸氣產(chǎn)物包含三氯娃燒和四氯化娃,所述富含固體的殘留物包含娃和金屬鹽。所述接觸氣體可包括氫氣和不可凝氣體(non-condensable gas)中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的至少一個(gè)變型，所述方法可進(jìn)一步包括對(duì)至少部分所述第二粗產(chǎn)物進(jìn)行冷凝以產(chǎn)生粗冷凝物，并且優(yōu)選使至少部分所述粗冷凝物與所述第一粗產(chǎn)物進(jìn)行接觸。根據(jù)至少一個(gè)另外的變型，所述方法可進(jìn)一步包括使至少部分所述粗冷凝物與至少部分所述蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。根據(jù)至少一個(gè)更進(jìn)一步的變型，所述方法可進(jìn)一步包括使至少部分所述第一殘留物與所述第一粗產(chǎn)物接觸。所述方法可進(jìn)一步包括從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中分離至少部分三氯硅烷，從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中回收至少部分四氯化硅，從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中回收至少部分氫氣，以及向反應(yīng)器中引入至少部分經(jīng)回收氫氣(recovered hydrogen)。有利的情況是,接觸氣體可至少部分由經(jīng)回收氫氣組成。進(jìn)一步而言，所述反應(yīng)物混合物可至少部分由經(jīng)回收氫氣組成，并且優(yōu)選可由經(jīng)回收四氯化硅組成。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方式
涉及從第一粗產(chǎn)物中分離至少部分硅和金屬氯化物鹽，所述具體實(shí)施方式
可包括向急冷塔(quench column)中引入第一粗產(chǎn)物，從所述急冷塔中回收第二粗產(chǎn)物，以及從所述急冷塔中回收第一殘留物。使至少部分所述第一殘留物與接觸氣體進(jìn)行接觸可包括向汽提塔(stripper column)中引入接觸氣體，向所述汽提塔中引入至少部分第一殘留物，從所述汽提塔中回收蒸氣產(chǎn)物，以及從所述汽提塔中回收富含固體的殘留物。進(jìn)一步而言，從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分硅和金屬鹽可包括使至少部分第一粗產(chǎn)物與來自所述汽提塔的至少部分蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括從第二粗產(chǎn)物中分離至少部分四氯化硅，產(chǎn)生經(jīng)回收四氯化硅以及包含三氯硅烷和二氯硅烷的第三粗產(chǎn)物；以及向反應(yīng)器中引入至少部分經(jīng)回收四氯化硅。所述方法可進(jìn)一步包括提高產(chǎn)
物中經(jīng)回收四氯化硅的濃度以產(chǎn)生濃縮STC產(chǎn)物，以及向反應(yīng)器中弓I入該濃縮STC產(chǎn)物。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括在第二粗產(chǎn)物中回收至少部分氫氣，并向具有濃縮STC產(chǎn)物的反應(yīng)器中引入所述至少部分經(jīng)回收氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述方法可包括從第三粗產(chǎn)物中分離三氯硅烷，產(chǎn)生富含三氯硅烷的產(chǎn)物；以及在某些情況下，用來自所述反應(yīng)器的至少部分第一粗產(chǎn)物對(duì)至少部分將要引入反應(yīng)器中的反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面涉及合成三氯硅烷的系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，所述系統(tǒng)可包括四氯化硅源；氫氣源；反應(yīng)器，所述反應(yīng)器以流體方式(fluidly)連接至四氯化硅源和氫氣源，所述反應(yīng)器具有反應(yīng)器出口 ；急冷塔，所述急冷塔具有粗蒸氣進(jìn)口、第二蒸氣進(jìn)口、粗蒸氣產(chǎn)物出口以及殘留物出口，所述粗蒸氣進(jìn)口以流體方式連接在反應(yīng)器出口的下游；以及汽提塔，所述汽提塔具有塔頂液體進(jìn)口(overhead liquid inlet)、接觸氣體進(jìn)口和塔頂蒸氣出口，所述塔頂液體進(jìn)口以流體方式連接在所述急冷塔的殘留物出口的下游，所述塔頂蒸氣出口以流體方式連接在所述急冷塔的第二蒸氣進(jìn)口的上游。所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括冷凝器，所述冷凝器具有冷凝器進(jìn)口、冷凝物出口和冷凝器出口，所述冷凝器進(jìn)口以流體方式連接在粗蒸氣產(chǎn)物出口的下游，所述冷凝器出口以流體方式連接在三氯娃燒、二氯娃燒、四氯化娃的分離聯(lián)動(dòng)線(separation train)的上游,所述冷凝物出口以流體方式連接在急冷塔的塔頂冷凝物進(jìn)口的上游。本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)一步的配置(configuration)可包括殘留物泵,所述殘留物泵具有泵進(jìn)口和泵出口，所述泵進(jìn)口以流體方式連接在急冷塔的殘留物出口的下游，其中所述泵出口以流體方式連接在所述汽提塔的塔頂液體進(jìn)口的上游以及所述急冷塔的殘留物再循環(huán)進(jìn)口的上游。所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括具有經(jīng)回收氫氣出口的氫氣回收系統(tǒng)；所述氫氣回收系統(tǒng)通常以流體方式連接在冷凝器出口的下游。在更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，汽提塔的接觸氣體進(jìn)口以流體方式連接在經(jīng)回收氫氣出口的下游。合成三氯硅烷的系統(tǒng)還可進(jìn)一步包括接觸氣體流的源，該源以流體方式連接在汽提塔的接觸氣體進(jìn)口上游。所述接觸氣體流通常包含氫氣。所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括熱交換器，所述熱交換器具有第一流體側(cè)(firstfluid side)和第二流體側(cè)，所述第二流體側(cè)與所述第一流體側(cè)熱連通(thermalcommunication);所述第一流體側(cè)將氫氣源和四氯化娃源中的至少一個(gè)以流體方式連接至反應(yīng)器，所述第二流體側(cè)將反應(yīng)器出口以流體方式連接至急冷塔的粗蒸氣進(jìn)口。因此，熱交換器可具有第一進(jìn)口和第一出口，將氫氣源和四氯化硅源以流體方式連接至反應(yīng)器進(jìn)口。熱交換器還可具有第二進(jìn)口和第二出口，將反應(yīng)器出口以流體方式連接至急冷塔進(jìn)口。與本發(fā)明的三氯硅烷合成方法相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可包括在流化床反應(yīng)器中使四氯化硅氫化，產(chǎn)生處于第一粗產(chǎn)物流中的三氯硅烷，其中所述第一粗產(chǎn)物流可進(jìn)一步包含四氯化娃、氫氣、娃和至少一種金屬鹽；在第一分離塔(separation column)中，從所述第一粗產(chǎn)物流中分離至少部分的硅和至少一種金屬鹽，產(chǎn)生第一殘留物流和第二粗產(chǎn)物流，其中所述第一殘留物流可進(jìn)一步包含三氯硅烷和四氯化硅；在第二塔中，用接觸流(contact stream)使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分三氯娃燒和至少部分四氯化硅發(fā)生汽化，產(chǎn)生蒸氣產(chǎn)物流和富含固體的漿液流，其中所述富含固體的漿液流可包含至少一種金屬鹽并通常包含硅，并且其中所述蒸氣產(chǎn)物流可包含經(jīng)汽化的三氯硅烷和經(jīng)汽化的四氯化硅。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)變型或?qū)嵤┓绞街?，用接觸流使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分三氯硅烷和至少部分四氯化硅發(fā)生汽化可包括使至少部分所述第一殘留物流與所述接觸流進(jìn)行接觸，所述接觸流包含一種或多種不可凝氣體以及氫氣中的至少一種。進(jìn)一步而言，在三氯硅烷合成方法的其它變型或?qū)嵤┓绞街?，從第一粗產(chǎn)物 流中分離至少部分硅和至少一種金屬鹽可包括使至少部分第一粗產(chǎn)物流與第一殘留物流進(jìn)行接觸。三氯硅烷合成方法的其它變型可包括使至少部分第二粗產(chǎn)物流冷凝以產(chǎn)生粗冷凝物流(crude condensate stream),并使第一粗產(chǎn)物流與粗冷凝物流進(jìn)行接觸。和本文所記載的三氯硅烷合成方法的任何變型一起或作為其替代，該方法可進(jìn)一步包括從所述第二粗產(chǎn)物流回收至少部分氫氣，并用至少部分經(jīng)回收氫氣使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分三氯硅烷和至少部分四氯化硅發(fā)生汽化。在三氯硅烷合成方法進(jìn)一步的額外或替代的變型中，使四氯化硅氫化可包括用至少部分經(jīng)回收氫氣使四氯化硅氫化。在上述記載的實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)變型中，三氯硅烷合成方法可進(jìn)一步包括從第二粗產(chǎn)物流中回收至少部分四氯化硅。使四氯化硅氫化可包括用至少部分經(jīng)回收氫氣使至少部分經(jīng)回收四氯化硅氫化。所述方法可進(jìn)一步包括在四氯化硅氫化前，用至少部分第一粗產(chǎn)物流對(duì)至少部分四氯化硅-氫氣反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱。與三氯硅烷制備方法相關(guān)的本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可包括提供包含四氯化硅和氫氣的反應(yīng)物混合物；向反應(yīng)器中引入反應(yīng)物混合物，所述反應(yīng)器具有將至少部分四氯化硅氫化成為三氯硅烷的反應(yīng)條件；回收包含四氯化硅、氫氣、三氯硅烷和金屬鹽的粗產(chǎn)物；用至少部分所述粗產(chǎn)物對(duì)至少部分反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱；從至少部分所述粗產(chǎn)物中分離三氯硅烷，產(chǎn)生三氯硅烷產(chǎn)物。所述方法可進(jìn)一步包括將所述粗產(chǎn)物分離成為殘留物和粗蒸氣產(chǎn)物；從至少部分所述粗蒸氣產(chǎn)物中回收氫氣；使至少部分所述殘留物與至少部分經(jīng)回收氫氣進(jìn)行接觸，產(chǎn)生蒸氣產(chǎn)物和包含金屬鹽的富含固體的殘留物；使所述粗產(chǎn)物與所述蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。


附圖并沒有按比例繪制。在附圖中，各圖中示出的各個(gè)相同或近似相同的組件由類似的數(shù)字表示。出于清晰的目的，并非每個(gè)組件在每張圖中都加以標(biāo)示。
在附圖中圖I是示意圖，顯示出本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面所述系統(tǒng)的一部分的工藝流程圖；圖2是示意圖，顯示出本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面所述系統(tǒng)的一部分的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式可通過氫氯化反應(yīng)(hydrochlorination)制造三氯娃燒,所述氫氯化反應(yīng)包括使四氯化娃與金屬級(jí)娃和氫氣在反應(yīng)器中反應(yīng)。作為含金屬娃細(xì)粒的衆(zhòng)液，所產(chǎn)生的氯娃燒通常與金屬鹽(如揮發(fā)性金屬氯化物鹽)一起從反應(yīng)器中回收。所述金屬鹽可以是過渡金屬氯化物和堿土金屬氯化物。金屬鹽的非限制性實(shí)例包括氯化鐵、氯化鈣和氯化鋁。作為一種或多種反應(yīng)物的雜質(zhì)或污染物，可向三氯硅烷合成方法中引入能夠充當(dāng)金屬鹽前體的金屬。例如，冶金級(jí)硅通常可具有約1被％到約5被％的金 屬組分。鹽的金屬前體可為鐵、鋁和鈣中的任意一種或多種。金屬鹽前體另外的來源包括 催化劑，如含銅的催化劑。金屬雜質(zhì)的其它來源包括參與三氯硅烷合成或與三氯硅烷合成有關(guān)的單元操作的潤濕組件(wetted components)。本發(fā)明的某些方面針對(duì)下述系統(tǒng)和技術(shù)提高漿液中的固體濃度，從而回收揮發(fā)性金屬鹽并減少下游操作中由金屬鹽的固化作用產(chǎn)生的阻塞。本發(fā)明提供了通過利用不可凝氣體(可以是非活性氣體)提高漿液流中的固體濃度而使至少部分氯硅烷組分揮發(fā)(而非加熱來提高溫度，從而使氯硅烷化合物發(fā)生汽化，并接著使揮發(fā)后的氯硅烷化合物冷凝)，可因此對(duì)降低漿液部分溫度的條件具有促進(jìn)作用。因此，本發(fā)明實(shí)際上可通過降低漿液的溫度來降低金屬鹽的揮發(fā)性，轉(zhuǎn)而可有助于分離，并降低將其轉(zhuǎn)移至下游單元操作的可能性。因此，本發(fā)明可包括能夠降低下游分離操作中固體沉積的可能性的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面可針對(duì)生產(chǎn)三氯娃燒的系統(tǒng)和技術(shù)。本發(fā)明的某些方面包括選擇性汽化、或有助于使氫化反應(yīng)粗產(chǎn)物的組分發(fā)生選擇性汽化的單元操作。本發(fā)明進(jìn)一步的方面可包括回收氫化反應(yīng)中的一種或多種未使用的反應(yīng)物；并在一個(gè)或多個(gè)汽化單元操作中利用上述一種或多種經(jīng)回收、未使用的反應(yīng)物，從而實(shí)現(xiàn)固體或可沉積組分(氫化操作的副產(chǎn)物)的分離。本發(fā)明進(jìn)一步的方面包括回收能量、或有助于能量回收的單元操作，從而有助于三氯硅烷合成。本發(fā)明進(jìn)一步的方面可包括冷凝、或有助于使氫化產(chǎn)物的一種或多種組分的至少一部分冷凝并對(duì)至少部分經(jīng)冷凝的一種或多種組分加以利用的單元操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氫化反應(yīng)的一種或多種副產(chǎn)物的至少一部分進(jìn)行分離。本公開文本的各部分是相對(duì)于流(stream or streams)而呈現(xiàn)的；然而,本發(fā)明不限于連續(xù)或反復(fù)地(continuously or continually)對(duì)系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行操作，并且本發(fā)明可由本領(lǐng)域技術(shù)人員以批量或半批量的操作或操作系統(tǒng)來實(shí)行或?qū)嵤?。因此，?duì)于流的提及可與體積、質(zhì)量或其它離散單元(discrete unit)有關(guān)。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面涉及制備或合成三氯硅烷的方法和技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，圖I示例性地示出了用于合成硅烷(如三氯硅烷)的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可包括四氯化硅源102 ;氫氣源103 ;反應(yīng)器104或多個(gè)反應(yīng)器，所述反應(yīng)器以流體方式連接至四氯化硅源102和氫氣源103。反應(yīng)器104可具有多個(gè)進(jìn)口，所述進(jìn)口以流體方式連接至源102和103中的一個(gè)或多個(gè)。然而，在某些配置中，由于反應(yīng)物混合物或反應(yīng)物流包含四氯化硅和氫氣，反應(yīng)器104可具有以流體方式同時(shí)連接至源102和103的單一進(jìn)口105。進(jìn)一步而言，反應(yīng)器104通常具有一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器出口 106。系統(tǒng)100可進(jìn)一步包括第一塔，例如所示出的可具有第一進(jìn)口 109的急冷塔108，所述第一進(jìn)口 109可以是第一粗產(chǎn)物進(jìn)口或粗蒸氣進(jìn)口，以流體方式連接至反應(yīng)器104的出口 106。塔108可進(jìn)一步包括第一出口，所述第一出口可以是粗蒸氣產(chǎn)物出口 110。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器，所述熱交換器具有第一進(jìn)口、第一出口、第二進(jìn)口和第二出口。所述第一進(jìn)口能夠以流體方式連接至氫氣源和四氯化硅源中的至少一個(gè)，所述第一出口以流體方式連接在反應(yīng)器的上游。在某些配置中，所述熱交換器可具有與第二流體側(cè)熱連通的第一流體側(cè)，所述第一流體側(cè)將氫氣源和四氯化硅源中的至少一個(gè)以流體方式連接至反應(yīng)器，所述第二流體側(cè)以流體方式連接至加熱介質(zhì)源。例如，如圖I中所示，系統(tǒng)100可具有一個(gè)或多個(gè)加熱器112，所述加熱器112被配備用以對(duì)至少部分反應(yīng)物混合物(來自源102和103中的任意一個(gè)或多個(gè))在引入反應(yīng)器104前進(jìn)行加熱。該
系統(tǒng)的其它配置考慮了利用加熱器或熱交換單元操作，來提高將要引入反應(yīng)器104中的四氯化硅-氫氣反應(yīng)物混合物的溫度。例如，熱交換器111可具有第一進(jìn)口和第一出口，將氫氣源和四氯化硅源以流體方式連接至反應(yīng)器104的進(jìn)口。熱交換器111還可具有第二進(jìn)口和第二出口，將反應(yīng)器104的出口 106以流體方式連接至塔108的進(jìn)口 109?？墒褂迷?07的硅，從而向反應(yīng)器104提供例如冶金級(jí)硅金屬。系統(tǒng)100可進(jìn)一步包括以流體方式連接至塔108的冷凝器113或冷卻單元操作。通常，冷凝器113具有冷凝器進(jìn)口 114，所述冷凝器進(jìn)口 114以流體方式連接在出口 110的下游，從而接受來自塔108的第二粗產(chǎn)物。在冷凝器113中可使用來自冷卻系統(tǒng)CW的冷卻水，來實(shí)現(xiàn)離開塔108的第二粗產(chǎn)物流向外的熱傳導(dǎo)，從而使其組分至少部分地冷凝成為粗冷凝物。還可使用其它配置以幫助冷凝。例如冷凝器113可以是利用環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)的空氣換熱器。冷凝器113通常進(jìn)一步具有冷凝物出口 115，所述冷凝物出口 115以流體方式連接至塔108的塔頂冷凝物進(jìn)口(如第二進(jìn)口 116)，從而有助于將來自冷凝器113的經(jīng)回收粗冷凝物遞送入塔108中。冷凝器113可進(jìn)一步具有第二出口或冷凝器出口 117，從而有助于回收或引出一部分的第二粗產(chǎn)物，所述第二粗產(chǎn)物通常包含未在所述冷凝器中冷凝的組分。塔108進(jìn)一步包括殘留物出口 118，從而有助于回收或引出來自塔108的第一殘留物?？墒褂帽?19來幫助轉(zhuǎn)移第一殘留物，并通過塔108的殘留物再循環(huán)進(jìn)口 120將一部分的所述第一殘留物遞送或返回到塔108中。在其它配置中，可使用文丘里管來幫助從反應(yīng)器104中排出第一粗產(chǎn)物并引入到塔108中。例如，泵119的出口能夠以流體方式連接至該文丘里管的匯聚進(jìn)口段的上游。該文丘里管的出口可連接塔108的進(jìn)口 120的上游，而該文丘里管的第二進(jìn)口(緊鄰喉部段)能夠以流體方式連接反應(yīng)器104的粗產(chǎn)物出口 106的下游(通常通過熱交換器111)。在根據(jù)本發(fā)明的某些方面優(yōu)選的配置中，系統(tǒng)100進(jìn)一步包括第二塔或汽提塔121，該塔具有塔頂液體進(jìn)口 123，所述塔頂液體進(jìn)口 123以流體方式連接至泵119的出口，從而有助于遞送或引入來自塔108的至少部分第一殘留物流。因此在某些情況下，塔頂液體進(jìn)口 123以流體方式連接在急冷塔108的殘留物出口 118的下游。系統(tǒng)100還可包括一個(gè)或多個(gè)接觸氣體源125A和125B。當(dāng)使用源125A和125B中的任何一個(gè)或兩者時(shí)，將各源以流體方式連接，從而通過至少一個(gè)進(jìn)口(例如其接觸進(jìn)口127)向塔121提供接觸氣體。通常，塔121具有至少一個(gè)塔頂蒸氣出口 129用于回收蒸氣產(chǎn)物，優(yōu)選通過急冷塔的第二蒸氣進(jìn)口 131向塔108中引入或轉(zhuǎn)入所述蒸氣產(chǎn)物。因此，該急冷塔的第二蒸氣進(jìn)口能夠以流體方式連接至汽提塔的塔頂蒸氣出口。術(shù)語“不可凝氣體”是指在針對(duì)氫氯化反應(yīng)和固體副產(chǎn)物分離的條件下，在各種一級(jí)(primary)單元操作中均保持在氣體狀態(tài)的任何氣體。例如，不可凝氣體可以是在單元104、108、121和113中的任何單元均不冷凝的任何氣體。接觸氣體可包含氫氣、非活性氣體或兩者，所述氫氣、非活性氣體或兩者能夠至少部分實(shí)現(xiàn)使任意的三氯硅烷、四氯化硅和二氯硅烷發(fā)生汽化。塔121還可具有底部出口或富含固體的殘留物出口 122，用于從汽提塔中回收富含固體的流。富含固體的流可被遞送至最終回收系統(tǒng)124，所述最終回收系統(tǒng)124在將固體鹽作為廢棄物丟棄前收回有用的組分(例如氯硅烷)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的至少一個(gè)變型，系統(tǒng)100進(jìn)一步包括實(shí)現(xiàn)對(duì)第二粗產(chǎn)物的組分進(jìn)行純化或分離的一個(gè)或多個(gè)分離聯(lián)動(dòng)線150。例如，系統(tǒng)100可包括含有多個(gè)單元操作的一個(gè)或多個(gè)分離聯(lián)動(dòng)線，所述單元操作對(duì)三氯硅烷、二氯硅烷、四氯化硅(作為來自塔108中第二粗產(chǎn)物的組分)進(jìn)行分離。因此，粗產(chǎn)物分離聯(lián)動(dòng)線和氫氣回收系統(tǒng)能夠通過第一聯(lián)動(dòng)線進(jìn)口 153以流體方式連接在冷凝器出口 117的下游。在某些情況下，來自冷凝器113的部分粗冷凝物還可通過第二聯(lián)動(dòng)線進(jìn)口 155導(dǎo)向進(jìn)入聯(lián)動(dòng)線150中，從而回收粗冷凝物中任意的三氯硅烷、二氯硅烷、四氯化硅組分。因此，第二聯(lián)動(dòng)線進(jìn)口 155能夠以流體方式連接在所述冷凝器的冷凝物出口 115的下游。氫氣回收系統(tǒng)通常通過使來自塔108的第二粗產(chǎn)物(在某些情況下為來自冷凝器113的粗冷凝物)中的四氯化硅以及各硅烷型化合物(包括但不限于三氯硅烷和二氯硅烷)的至少一部分進(jìn)行冷凝來分離氫氣?？墒褂脤?shí)現(xiàn)氫氣分離或回收的其它技術(shù)。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可包括利用來自氫氣回收系統(tǒng)的至少部分經(jīng)回收氫氣的配置。例如，經(jīng)回收氫氣可被用作四氯化硅氫化反應(yīng)中的反應(yīng)物。可將經(jīng)回收氫氣引入到反應(yīng)器104中作為分離流，或與四氯化硅一起引入到反應(yīng)器104中。在其它配置中，經(jīng)回收氫氣可來自于例如氫氣回收系統(tǒng)的經(jīng)回收氫氣出口 157，所述經(jīng)回收氫氣出口 157被示例性地示出為聯(lián)動(dòng)線150的子系統(tǒng)(但并非必要)。接觸氣體可至少部分地包含來自反應(yīng)器的經(jīng)回收氫氣。圖2示例性地示出了可在聯(lián)動(dòng)線150中使用的單元操作。例如，聯(lián)動(dòng)線150可包括被配備用以接收來自冷凝器113的粗冷凝物的罐(tank)。聯(lián)動(dòng)線150可進(jìn)一步包括分離塔210,所述分離塔210以流體方式連接至罐202的出口并接收混合溶液(mixed liquor)。來自罐202的混合溶液可包含四氯化硅、三氯硅烷和二氯硅烷(取決于上游單元操作的操作條件)?？蓪?duì)塔210進(jìn)行操作，從而至少部分地從混合溶液中分離三氯硅烷，來產(chǎn)生包含三氯硅烷的產(chǎn)物流，所述產(chǎn)物流通常作為塔210的塔頂流，可被遞送至儲(chǔ)藏器。然而在其它情況下，可在一次或多次操作(未示出)中對(duì)所述產(chǎn)物流進(jìn)一步純化，從而移除雜質(zhì)(例如二氯硅烷)并回收三氯硅烷?？蓪碜运?10的副產(chǎn)物流引入到塔220中，來幫助分離由此而來的四氯化硅。通常，來自塔220的塔頂流包含經(jīng)回收四氯化硅，所述經(jīng)回收四氯化硅可作為將要遞送至反應(yīng)器104的反應(yīng)物混合物的組分而引入(例如借助于加熱器112)。、
如上所述，聯(lián)動(dòng)線150可包括氫氣回收子系統(tǒng)，所述氫氣回收子系統(tǒng)可包括實(shí)質(zhì)上使第二粗產(chǎn)物中除氫氣外的所有組分冷凝的單元操作。例如，可通過用一個(gè)或多個(gè)冷卻器160和165對(duì)來自塔108和冷凝器113的第二粗產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，來實(shí)現(xiàn)氫氣回收?？赏ㄟ^冷卻器CHS提供使第二粗產(chǎn)物的可冷凝組分實(shí)現(xiàn)冷凝的冷卻介質(zhì)?？蓪碜岳鋮s器160和165的回收流(通常包含四氯化硅和三氯硅烷)直接引入到積聚罐202中，或者收集在罐170中。如上所述，接下來可使用來自冷卻器160和165的經(jīng)回收氫氣，來構(gòu)成將要引入塔121中的接觸氣體、或者構(gòu)成將要引入反應(yīng)器104中的反應(yīng)物混合物、或者構(gòu)成上述二者。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面可針對(duì)三氯硅烷合成方法。如本文的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中所示，所述方法可包括向反應(yīng)器104中引入反應(yīng)物混合物。該反應(yīng)物混合物通常包含四氯化硅和氫氣。所述方法可進(jìn)一步包括從反應(yīng)器104中回收第一粗產(chǎn)物；從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分金屬鹽，產(chǎn)生第二粗產(chǎn)物和第一殘留物；以及使至少部分所述第一殘留物與接觸氣體進(jìn)行接觸，產(chǎn)生富含固體的殘留物和蒸氣產(chǎn)物。本發(fā)明與三氯硅烷合成方法相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可包括在流化床反應(yīng)器(如單元104)中使四氯化硅氫化， 產(chǎn)生處于第一粗產(chǎn)物流中的三氯硅烷；在第一分離塔(如單元108)中，從所述第一粗產(chǎn)物流中分離至少部分硅和至少一種金屬鹽，產(chǎn)生第一殘留物流和第二粗產(chǎn)物流；在第二塔(如單元121)中，用接觸流使來自至少部分第一殘留物流的至少部分三氯硅烷和至少部分四氯化硅發(fā)生汽化，產(chǎn)生蒸氣產(chǎn)物流和富含固體的漿液流，其中所述富含固體的漿液流包含至少一種金屬鹽和硅，所述蒸氣產(chǎn)物流包含經(jīng)汽化的三氯硅烷和經(jīng)汽化的四氯化硅。所述第一粗產(chǎn)物通常至少包含三氯硅烷、四氯化硅、氫氣、硅和金屬鹽。所述第二粗產(chǎn)物通常包含三氯硅烷、四氯化硅和氫氣；所述第一殘留物通常包含三氯硅烷、四氯化硅、硅和金屬鹽。所述蒸氣產(chǎn)物通常包含三氯硅烷和四氯化硅；所述富含固體的殘留物通常包含硅和金屬鹽。所述接觸氣體可包含氫氣、如經(jīng)回收氫氣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的至少一個(gè)變型，所述方法可進(jìn)一步包括使至少部分第二粗產(chǎn)物冷凝以產(chǎn)生粗冷凝物，并且優(yōu)選使至少部分粗冷凝物與所述第一粗產(chǎn)物進(jìn)行接觸。根據(jù)至少一個(gè)進(jìn)一步的變型，所述方法可進(jìn)一步包括使至少部分粗冷凝物與至少部分蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。根據(jù)至少一個(gè)更進(jìn)一步的變型，所述方法可進(jìn)一步包括使至少部分第一殘留物與第一粗產(chǎn)物進(jìn)行接觸。根據(jù)至少一個(gè)更進(jìn)一步的變型，所述方法可進(jìn)一步包括從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中分離至少部分三氯硅烷，從至少部分第二粗產(chǎn)物中回收至少部分四氯化硅，從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中回收至少部分氫氣，以及向反應(yīng)器中引入至少部分經(jīng)回收氫氣。本發(fā)明所述方法的優(yōu)選實(shí)施方式可包括利用經(jīng)回收氫氣至少部分地構(gòu)成接觸氣體。在某些情況下，反應(yīng)物混合物至少部分由經(jīng)回收氫氣組成，還優(yōu)選由經(jīng)回收四氯化硅組成。因此，所述方法可進(jìn)一步包括從所述第二粗產(chǎn)物中分離至少部分四氯化硅，產(chǎn)生經(jīng)回收四氯化硅和包含三氯硅烷及二氯硅烷的第三粗產(chǎn)物；以及向反應(yīng)器104中引入至少部分經(jīng)回收四氯化硅。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方式
涉及從第一粗產(chǎn)物中分離至少部分金屬氯化物鹽，其包括向急冷塔108中引入所述第一粗產(chǎn)物，從急冷塔108中回收第二粗產(chǎn)物，以及從急冷塔108中回收第一殘留物。將至少部分所述第一殘留物與接觸氣體進(jìn)行接觸可包括向汽提塔121中引入接觸氣體，向汽提塔121中引入至少部分所述第一殘留物，從汽提塔121中回收蒸氣產(chǎn)物，以及從汽提塔121中回收富含固體的殘留物。從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分金屬鹽可包括使至少部分所述第一粗產(chǎn)物與來自汽提塔121的至少部分蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括提高產(chǎn)物中經(jīng)回收四氯化硅的濃度，產(chǎn)生濃縮STC產(chǎn)物；以及向反應(yīng)器104中引入濃縮STC產(chǎn)物。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括回收處于第二粗產(chǎn)物中的至少部分氫氣，以及向具有濃縮STC產(chǎn)物的反應(yīng)器104中引入至少部分經(jīng)回收氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括從所述
第三粗產(chǎn)物中分離三氯硅烷，產(chǎn)生富含三氯硅烷的產(chǎn)物。所述方法可進(jìn)一步包括用來自所述反應(yīng)器104的第一粗產(chǎn)物對(duì)將要引入反應(yīng)器104中的反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱。用接觸流使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分三氯硅烷和至少部分四氯化硅發(fā)生汽化可包括例如使至少部分第一殘留物流和接觸流進(jìn)行接觸，所述接觸流可包含氫氣和不可凝氣體中的至少一種。進(jìn)一步而言，在三氯甲烷合成方法的其它變型或?qū)嵤┓绞街?，從所述第一粗產(chǎn)物流中分離至少部分硅和至少一種金屬鹽可包括使至少部分所述第一粗產(chǎn)物流和所述第一殘留物流進(jìn)行接觸。三氯硅烷合成方法可進(jìn)一步包括使至少部分第二粗產(chǎn)物流冷凝，產(chǎn)生粗冷凝物流；以及使所述第一粗產(chǎn)物流和所述粗冷凝物流進(jìn)行接觸。與上述記載的三氯硅烷合成方法的任何變型進(jìn)行組合、或作為其替代，所述方法可進(jìn)一步包括從所述第二粗產(chǎn)物流中回收至少部分氫氣。使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分三氯硅烷和至少部分四氯化硅發(fā)生汽化可包括用至少部分經(jīng)回收氫氣使任意的四氯化硅、三氯硅烷和二氯硅烷發(fā)生汽化。另一方面可涉及對(duì)合成硅烷或三氯硅烷的現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的方法。改進(jìn)方法可包括將一個(gè)或多個(gè)單元操作改造或安裝入現(xiàn)有的合成系統(tǒng)中。取決于現(xiàn)有單元操作，所述方法可包括提供有助于使合成系統(tǒng)的反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物中一種或多種組分發(fā)生汽化的一個(gè)或多個(gè)單元操作。例如，當(dāng)現(xiàn)有系統(tǒng)包括有助于對(duì)含硅烷前體化合物的產(chǎn)物流進(jìn)行合成的至少一種反應(yīng)器時(shí)，改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)的方法可包括將一個(gè)或多個(gè)急冷塔以流體方式連接至提供產(chǎn)物流的反應(yīng)器出口。在某些情況下，所述方法可進(jìn)一步包括將一個(gè)或多個(gè)接觸汽提塔以流體方式連接在反應(yīng)器的下游。所述接觸氣體可包括有助于使三氯硅烷、二氯硅烷和四氯化硅中的至少一種發(fā)生汽化的任何氣體，優(yōu)選在接觸或蒸氣條件下與其不發(fā)生反應(yīng)。例如，所述接觸氣體可包含任意的氮?dú)?、氬氣和氦氣。?dāng)使用一種或多種不可凝氣體時(shí)，本發(fā)明的優(yōu)選方面可包括從系統(tǒng)中分離或回收至少部分不可凝氣體。通過例如冷卻來降低含氣體的流的溫度以使可冷凝部分液化，從中收回不可凝氣體部分，從而實(shí)現(xiàn)氣體的回收。通常在有助于使四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(如通過氫化)的條件下對(duì)反應(yīng)器104進(jìn)行操作。反應(yīng)器104可包括其中具有冶金級(jí)硅的反應(yīng)器。在優(yōu)選的配置中，反應(yīng)器104可以是流化床反應(yīng)器，具有包含冶金級(jí)硅的流化床?？稍谌缦聴l件下于流化床中進(jìn)行反應(yīng)約300°C至約600°C的溫度，約IOOpsig到約600psig、通常為約325psig的壓力，所述反應(yīng)為3SiCl4+2H2+Si — 4HSiCl3。引入反應(yīng)器104中的反應(yīng)物混合物可具有化學(xué)計(jì)量比的四氯化硅和氫氣；然而，摩爾比可為約1:1?？稍跓崃W(xué)上對(duì)反應(yīng)有利的條件下，向反應(yīng)器中引入反應(yīng)物混合物。例如，可在約325psig的壓力下將反應(yīng)物混合物在加熱器111和112中加熱至約500°C。急冷塔108可以是有助于原料流發(fā)生質(zhì)量分離(mass separation)的分懼塔或蒸懼塔(fractioning or distillation column),所述原料流例如包含三氯娃燒、四氯化娃、二氯硅烷和氫氣的第一粗產(chǎn)物。通常，塔108中的分離作用產(chǎn)生蒸餾物餾分，該餾分可以是第二粗產(chǎn)物流；以及底部懼分(bottoms fraction),該懼分可以是第一殘留物流。然而，某些配置可利用具有以間隔沿塔分布的多個(gè)出口，從而使多種產(chǎn)物可從塔中排出的分餾 塔。汽提塔121還可以是通過使至少部分任意的三氯硅烷、四氯化硅和二氯硅烷發(fā)生汽化， 來實(shí)現(xiàn)分餾所述第一殘留物流的分餾塔。在操作中，塔108可具有向下流動(dòng)的液體運(yùn)行(liquid traffic)，其可為粗冷凝物和第一殘留物流，它們反向流動(dòng)、并與向上流動(dòng)的蒸氣(通常來自第一粗產(chǎn)物流)和來自汽提塔121的塔頂蒸氣產(chǎn)物流進(jìn)行接觸。在塔中可使用接觸結(jié)構(gòu)。例如，可使用泡罩塔盤或塔板(bubble-cap trays orplates)以便于塔中向上流動(dòng)的蒸氣運(yùn)行和向下流動(dòng)的液體運(yùn)行之間發(fā)生接觸。還可以在塔中使用填充材料(packing material)代替塔盤,尤其是對(duì)于期望通過塔時(shí)的壓降較低的情況。所述材料可以是結(jié)構(gòu)金屬片(structured metal metal)或拉西環(huán)(Raschig rings)的隨機(jī)堆積填充物。分餾塔以及其它輔助單元的設(shè)計(jì)與操作取決于進(jìn)料的組成和期望產(chǎn)物的組成。對(duì)于多組分進(jìn)料，可將模擬模型用于對(duì)塔進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作。例如，可在如下條件對(duì)塔108進(jìn)行操作約90°C到約180°C、通常為約135°C的溫度；以及約IOOpsig到約600psig、通常為約325psig的壓力?？稍谌缦聴l件對(duì)塔121進(jìn)行操作約35°C到約180°C、例如約115°C的溫度；以及約IOOpsig到約600psig的壓力?？蓪?duì)冷凝器113進(jìn)行操作，使來自塔108的粗蒸氣組分的至少一部分冷凝至約80°C到約40°C的溫度。本發(fā)明還可包括利用一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)(未示出)來監(jiān)測(cè)和調(diào)整對(duì)系統(tǒng)的任意單元操作的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行的操作。例如，可利用控制系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)和調(diào)整系統(tǒng)100的任意單元操作的操作條件(如反應(yīng)器104的溫度和壓力，以及反應(yīng)器104中的反應(yīng)物混合物的流速)，使其達(dá)到各自的目標(biāo)值。在某些情況下，可利用相同或不同的控制系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)和調(diào)整任意的塔108和121中的操作條件。例如，可對(duì)接觸氣流的流速進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，從而提供一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的、目標(biāo)的或選定的點(diǎn)值，或者隨汽提塔乃至急冷塔的其它操作條件而變。受到監(jiān)測(cè)或控制的其它參數(shù)可以是流入或流出塔108和121、冷凝器113、泵119以及加熱器112的任意流的流速、壓力和溫度。進(jìn)一步而言，系統(tǒng)100中的任意流的組成可以是受控參數(shù)或控制參數(shù)。可使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)來實(shí)施控制器，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可為例如通用(general-purpose)的計(jì)算機(jī)或?qū)ｉT的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)或子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，可利用或?qū)嵤┑目刂葡到y(tǒng)的非限制性實(shí)例包括分布式控制系統(tǒng)，例如來自Emerson Electric Co.的DELTA V數(shù)字自動(dòng)化系統(tǒng)；以及可編程邏輯控制器，例如可從Allen-Bradley 或 Rockwell Automation, Milwaukee, Wisconsin 獲得的控制器。
實(shí)施例可由下述實(shí)施例進(jìn)一步理解本發(fā)明的這些實(shí)施方式和其它實(shí)施方式的功能和優(yōu)點(diǎn)，下述實(shí)施例示出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和技術(shù)的益處和/或優(yōu)點(diǎn)，但并沒有例示出本發(fā)明的全部范圍。實(shí)施例I這一實(shí)施例描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式所述的模擬系統(tǒng)。所述模擬系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上如圖I和圖2所示并且如上文所述。用以幫助汽提塔121中的汽化作用的接觸氣體為氫氣。 表I給出了流入和流出反應(yīng)器104的某些流的組成(以近似的重量百分比表示)以及操作參數(shù)。表2給出了流入和流出急冷塔108和冷凝器113的某些流的組成(以近似的重量百分比表示)以及操作參數(shù)。表3給出了流入和流出汽提塔121的某些流的組成(以近似的重量百分比表示)以及操作參數(shù)。雜質(zhì)通常包括硅烷，例如但不限于甲硅烷、乙硅烷、一氯甲硅烷、六氯硅烷(hexachlorosilane)和甲基二氯娃燒；氯化物，例如但不限于五氯化磷、三氯化硼和三氯化磷；乙硼烷；甲烷；膦；以及水。金屬通常包括鐵、鈣和鋁；金屬鹽通常包括氯化鐵、氯化鈣和氯化鋁。表I
.....................................................................................................I........................................................................................................................I...........................................................I
I從加熱器丨從反應(yīng)器I
^ I來0源107H2進(jìn)入反丨剛進(jìn)入塔I
流丨的Si應(yīng)器104的丨108的第一 i
丨反應(yīng)混合物I粗產(chǎn)物 I
I_J___I
.....................................................................................................吟...........................................................4-......................................................................................................................-
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—.........................................................................n.................................................Q-I........................——I二氯硅烷00.0丨(U8 丨
—(硅 g.............................................................0...........................—0-34I—I9JI—]
PU氯化硅 0 .1丨77.6b j
氫氣_ Q23 I im I
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—金屬或金屬鹽_0(MM j
—溫度 C.]....................40.0.........................................510.......................................551:5..................I
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~^蒸氣摩爾 .....J.....................0.0.. .. .......................1.0.............................................1.0.....................j表權(quán)利要求
1.制備三氯硅烷的方法，所述方法包括 向反應(yīng)器中弓I入反應(yīng)物混合物，所述反應(yīng)物混合物包含四氯化硅和氫氣； 從所述反應(yīng)器中回收第一粗產(chǎn)物，所述第一粗產(chǎn)物包含三氯硅烷、四氯化硅、氫氣、硅和金屬鹽； 從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分硅和金屬鹽，產(chǎn)生第二粗產(chǎn)物和第一殘留物，所述第二粗產(chǎn)物包含三氯硅烷、四氯化硅和氫氣，所述第一殘留物包含三氯硅烷、四氯化硅、硅和金屬鹽；以及 使至少部分所述第一殘留物與接觸氣體進(jìn)行接觸，產(chǎn)生富含固體的殘留物和蒸氣產(chǎn)物，所述蒸氣產(chǎn)物包含三氯硅烷和四氯化硅，所述富含固體的殘留物包含硅和金屬鹽。、
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述接觸氣體包含氫氣。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 使至少部分所述第二粗產(chǎn)物冷凝，產(chǎn)生粗冷凝物；以及 使至少部分所述粗冷凝物和所述第一粗產(chǎn)物進(jìn)行接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括使至少部分所述粗冷凝物與至少部分所述蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括使至少部分所述第一殘留物與所述第一粗產(chǎn)物進(jìn)行接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中分離至少部分三氯硅烷； 從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中回收至少部分四氯化硅； 從至少部分所述第二粗產(chǎn)物中回收至少部分氫氣；以及 向所述反應(yīng)器中引入至少部分經(jīng)回收氫氣。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述接觸氣體至少部分由經(jīng)回收氫氣組成。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述反應(yīng)物混合物至少部分由經(jīng)回收氫氣和經(jīng)回收四氯化硅組成。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分所述硅和金屬氯化物鹽包括 向急冷塔中引入所述第一粗產(chǎn)物； 從所述急冷塔中回收所述第二粗產(chǎn)物；以及 從所述急冷塔中回收所述第一殘留物。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，使至少部分所述第一殘留物與所述接觸氣體進(jìn)行接觸包括 向汽提塔中引入所述接觸氣體； 向所述汽提塔中引入至少部分所述第一殘留物； 從所述汽提塔中回收所述蒸氣產(chǎn)物；以及 從所述汽提塔中回收所述富含固體的殘留物。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，從所述第一粗產(chǎn)物中分離至少部分所述硅和金屬鹽包括使至少部分所述第一粗產(chǎn)物與來自所述汽提塔的至少部分所述蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 從所述第二粗產(chǎn)物中分離至少部分所述四氯化硅，產(chǎn)生經(jīng)回收四氯化硅和包含三氯硅烷和二氯硅烷的第三粗產(chǎn)物；以及 向所述反應(yīng)器中引入至少部分所述經(jīng)回收四氯化硅。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 提高經(jīng)回收四氯化硅的濃度，產(chǎn)生濃縮STC產(chǎn)物；以及 向所述反應(yīng)器中引入所述濃縮STC產(chǎn)物。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 回收處于所述第二粗產(chǎn)物中的至少部分氫氣；以及 向具有所述濃縮STC產(chǎn)物的所述反應(yīng)器中引入至少部分所述經(jīng)回收氫氣。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括從所述第三粗產(chǎn)物中分離三氯硅烷，產(chǎn)生富含三氯硅烷的產(chǎn)物。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括用來自所述反應(yīng)器的至少部分所述第一粗產(chǎn)物對(duì)至少部分將要引入所述反應(yīng)器的反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱。
17.如權(quán)利要求I所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括向所述反應(yīng)器中引入具有金屬物質(zhì)的冶金級(jí)硅。
18.合成三氯娃燒的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 四氯化硅源； 氫氣源； 反應(yīng)器，所述反應(yīng)器以流體方式連接至所述四氯化硅源和所述氫氣源，所述反應(yīng)器具有反應(yīng)器出口； 急冷塔，所述急冷塔具有粗蒸氣進(jìn)口、第二蒸氣進(jìn)口、粗蒸氣產(chǎn)物出口以及殘留物出口，所述粗蒸氣進(jìn)口以流體方式連接在所述反應(yīng)器出口的下游；以及 汽提塔，所述汽提塔具有塔頂液體進(jìn)口、接觸氣體進(jìn)口和塔頂蒸氣出口，所述塔頂液體進(jìn)口以流體方式連接在所述急冷塔的所述殘留物出口的下游，所述塔頂蒸氣出口以流體方式連接至所述急冷塔的所述第二蒸氣進(jìn)口。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷凝器，所述冷凝器具有冷凝器進(jìn)口、冷凝物出口、冷凝器出口，所述冷凝器進(jìn)口以流體方式連接在所述粗蒸氣產(chǎn)物出口的下游，所述冷凝器出口以流體方式連接在三氯硅烷、二氯硅烷、四氯化硅分離聯(lián)動(dòng)線的上游，所述冷凝物出口以流體方式連接在所述急冷塔的塔頂冷凝物進(jìn)口的上游。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括殘留物泵，所述殘留物泵具有泵進(jìn)口和泵出口，所述泵進(jìn)口以流體方式連接在所述急冷塔的所述殘留物出口的下游，所述泵出口以流體方式連接在所述汽提塔的所述塔頂液體進(jìn)口的上游以及所述急冷塔的殘留物再循環(huán)進(jìn)口的上游。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括氫氣回收系統(tǒng)，所述氫氣回收系統(tǒng)具有經(jīng)回收氫氣出口，所述氫氣回收系統(tǒng)以流體方式連接在所述冷凝器出口的下游。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述汽提塔的所述接觸氣體進(jìn)口以流體方式連接在經(jīng)回收氫氣出口的下游。
23.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括接觸氣體流的源，所述源以流體方式連接在所述汽提塔的所述接觸氣體進(jìn)口的上游，所述接觸氣體流包含氫氣。
24.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括熱交換器，所述熱交換器具有第一流體側(cè)和第二流體側(cè)，所述第二流體側(cè)與所述第一流體側(cè)熱連通；所述第一流體側(cè)將所述氫氣源和所述四氯化硅源中的至少一個(gè)以流體方式連接至所述反應(yīng)器，所述第二流體側(cè)將所述反應(yīng)器出口以流體方式連接至所述急冷塔的所述粗蒸氣進(jìn)口。
25.合成三氯硅烷的方法，所述方法包括 在流化床反應(yīng)器中使四氯化硅氫化，產(chǎn)生處于第一粗產(chǎn)物流中的三氯硅烷，所述第一粗產(chǎn)物流進(jìn)一步包含四氯化硅、氫氣、硅和至少一種金屬鹽； 在第一分離塔中，從所述第一粗產(chǎn)物流中分離至少部分所述硅和所述至少一種金屬鹽，產(chǎn)生第一殘留物流和第二粗產(chǎn)物流，所述第一殘留物流進(jìn)一步包含三氯硅烷和四氯化娃;以及 在第二塔中，用接觸流使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分三氯硅烷和至少 部分四氯化硅發(fā)生汽化，產(chǎn)生蒸氣產(chǎn)物流和富含固體的漿液流，所述富含固體的漿液流包含至少一種金屬鹽和硅，所述蒸氣產(chǎn)物流包含經(jīng)汽化的三氯硅烷以及經(jīng)汽化的四氯化硅。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，用所述接觸流使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分所述三氯硅烷和至少部分所述四氯化硅發(fā)生汽化包括使至少部分所述第一殘留物流與包含氫氣的所述接觸流進(jìn)行接觸。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，從所述第一粗產(chǎn)物流中分離至少部分所述硅和所述至少一種金屬鹽包括使所述第一粗產(chǎn)物流與至少部分所述第一殘留物流進(jìn)行接觸。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 使至少部分所述第二粗產(chǎn)物流進(jìn)行冷凝，產(chǎn)生粗冷凝物流；以及 使所述第一粗產(chǎn)物流與所述粗冷凝物流進(jìn)行接觸。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括從所述第二粗產(chǎn)物流中回收至少部分氫氣；并且其中，使來自至少部分所述第一殘留物流的至少部分所述三氯硅烷和至少部分所述四氯化硅發(fā)生汽化包括用至少部分所述經(jīng)回收氫氣進(jìn)行汽化。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述四氯化硅的氫化包括用至少部分所述經(jīng)回收氫氣使四氯化娃氫化。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括從所述第二粗產(chǎn)物流中回收至少部分四氯化硅；并且其中，四氯化硅的氫化包括用至少部分所述經(jīng)回收氫氣使至少部分所述經(jīng)回收四氯化硅氫化。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括在四氯化硅氫化前，用所述第一粗產(chǎn)物流對(duì)四氯化硅和氫氣的反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱。
33.制備三氯硅烷的方法，所述方法包括 提供包含四氯化硅和氫氣的反應(yīng)物混合物； 向反應(yīng)器中引入所述反應(yīng)物混合物，所述反應(yīng)器具有將至少部分所述四氯化硅氫化成為三氯硅烷的反應(yīng)條件； 回收包含四氯化硅、氫氣、三氯硅烷和金屬鹽的粗產(chǎn)物； 用至少部分所述粗產(chǎn)物對(duì)至少部分所述反應(yīng)物混合物進(jìn)行加熱；以及 從至少部分所述粗產(chǎn)物中分離三氯硅烷，產(chǎn)生三氯硅烷產(chǎn)物。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括 將所述粗產(chǎn)物分離成為殘留物和粗蒸氣產(chǎn)物； 從至少部分所述粗蒸氣產(chǎn)物中回收氫氣； 使至少部分所述殘留物與至少部分所述經(jīng)回收氫氣進(jìn)行接觸，產(chǎn)生蒸氣產(chǎn)物和含有金屬鹽的富含固體的殘留物；以及 使所述粗產(chǎn)物與所述蒸氣產(chǎn)物進(jìn)行接觸。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)合成三氯硅烷的系統(tǒng)和方法。所公開的系統(tǒng)和方法可包括在三氯硅烷合成期間提高漿液中的固體濃度，從而回收或分離揮發(fā)的金屬鹽并減少由下游操作中的金屬鹽固化作用產(chǎn)生的阻塞。本發(fā)明可包括通過利用不可凝氣體(如氫氣)提高漿液流中的固體濃度而使氯硅烷組分揮發(fā)(而非加熱來提高溫度，從而使氯硅烷化合物發(fā)生汽化，并接著使揮發(fā)后的氯硅烷化合物冷凝)，可因此對(duì)能夠降低漿液溫度的蒸發(fā)條件具有促進(jìn)作用。較低的漿液溫度使得金屬鹽的揮發(fā)性較低，降低了轉(zhuǎn)移至下游單元操作的可能性。
文檔編號(hào)B01J12/00GK102741167SQ201080060883
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者布魯斯·黑茲爾坦, 斯科特·法倫布魯克 申請(qǐng)人:Gtat 有限公司