鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高純多晶硅的制備技術領域，特別涉及多晶硅生產中生成的鹵硅聚合物裂解制備齒硅烷的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]目前全球多晶硅生產主流工藝采用改良西門子法多晶硅生產工藝，改良西門子法是以三氯氫硅為原料，采用高溫還原工藝，在高純氫氣氣氛中，將三氯氫硅還原沉積在硅芯上而形成多晶硅。還原反應尾氣中會包含大量未反應的三氯氫硅、二氯二氫硅、四氯化硅、氫氣和部分氯化氫，并進入后端的尾氣回收工序處理。此外，該工藝在生產過程中不可避免的會產生氯硅聚合物(為聚硅烷，沸點高，粘度大，分子式為[SiHxCly]n)，特別是規模放大后問題更為突出。常見處理高沸物的方法包括淋洗水解法，但會帶來堿液消耗量大，環境污染嚴重，多晶硅生產成本高等問題。若不能有效的直接回收利用，將造成大量的物料浪費，同時對環境極不友好，無法實現多晶硅生產真正意義上的閉路循環。
[0003]現有技術中，CN200810017017.2公開了一種利用有機硅高沸物制備甲基氯硅烷的方法，將2500Kg有機硅高沸物和62.5Kg催化劑加到帶填料式分餾塔的裂解釜內。用蒸汽加熱升溫至115°C，從裂解釜底通入25Nm3/h的氯化氫氣體(連續)，常壓下反應。開始反應1.2小時，向裂解釜內連續補加高沸物200Kg/h，并同時補加催化劑0.3Kg/h，連續反應41小時，從冷凝器連續收集冷凝下來的混合單體。其高沸物的轉化率達93.7%，催化劑為質量比為1:1的三正丁胺和N，N- 二甲基苯胺的混合物。
[0004]CN201110455830.X公開了一種采用N，N- 二甲基苯胺、三正丁胺和N，N- 二乙基甲酰胺混合作為催化劑，在120-140°C于反應釜內將有機硅高沸物與加熱的氯化氫進行催化裂解的技術方案。此外，還有例如CN200410094960.5公開了一種在400-900°C溫度下有機硅高沸物與氯化氫在沒有催化劑條件下高溫裂解生成單體硅烷的技術方案。但在多晶硅制備技術領域，通過氯硅聚合物裂解制備氯硅烷的技術鮮有報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的方法，將鹵硅聚合物轉化為多晶硅生產所需的鹵硅烷原料，且無廢渣的產生，減少了廢水排放，使改良西門子法多晶硅生產的尾氣循環利用率大大提高，做到了環境友好，同時降低了多晶硅生產成本。
[0006]本發明的另一目的是提供一種鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的裝置，可以實現上述工藝。
[0007]為實現上述目的和技術效果，本發明采用的技術方案如下:
一種鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的方法，包括以下步驟:
1)裂解反應步驟:將鹵硅聚合物、催化劑和裂解劑通入裂解反應器中，在25?250°C，優選100?250°C溫度和0.05?0.5Mpa壓力條件下發生裂解反應生成鹵硅烷；
2)氣液分離步驟:步驟1)的產物經過預熱器預熱至40?250°C，優選100?250°C進入氣液分離器，控制壓力0.05?0.3Mpa，分離為頂部的不凝氣體和底部的液體；
3)催化劑分離步驟:步驟2)分離的液體進入催化劑分離器，催化劑分離器頂部將反應生成的鹵硅烷收集進入下一工序，底部得到混合物；
4)催化劑再生步驟:步驟3)底部得到的混合物送入催化劑再生器進行再生；
5)循環步驟:經過步驟4)再生得到的催化劑與新催化劑混合，送至步驟1)反應器循環利用；
其中，所述鹵硅聚合物中的鹵素選自F、Cl、Br或I，優選為C1 ;
所述催化劑為含氮化合物，選自硝基、亞硝基類、腈類或胺類中的一種或幾種；
所述裂解劑由鹵化氫、H2、鹵硅烷按一定比例混合而成。
[0008]在一個優選的實施方案中，還包括6)預處理步驟:將鹵硅聚合物通過原料預處理器進行處理，得到鹵硅聚合物清液，所述清液送入步驟1)進行裂解反應。
[0009]在一個優選的實施方案中，還包括7)催化劑配制步驟:將催化劑與鹵硅烷混合劑按一定比例混合配制，其中催化劑占混合劑的質量比為5%?60%，混合溫度控制為30?100。。。
[0010]其中，所述催化劑循環量與鹵硅聚合物清料循環質量比為0.5-2ο
[0011 ] 其中，所述裂解劑中鹵化氫摩爾含量3%?90%，比摩爾含量5%?90%，鹵硅烷摩爾含量5~20%。
[0012]其中，所述鹵硅聚合物與裂解劑質量比為1:0.13-0.15。
[0013]其中，所述催化劑為腈類和脂肪胺類混合催化劑。
[0014]其中，所述腈類催化劑選自脂肪族腈類或二腈中的一種或混合、芳香族腈類或二腈中的一種或混合。
[0015]其中，所述脂肪腈選自碳原子數為3~20的直鏈或帶有支鏈的脂肪腈。
[0016]其中，所述胺類催化劑選自脂肪胺或二胺中的一種或混合。
[0017]其中，所述脂肪胺選自碳原子數為3~20的直鏈或帶有支鏈的脂肪胺。
[0018]本發明的另一方面，一種前述鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷方法的裝置，包括原料預處理器、催化劑配制器、裂解反應器、氣液分離器、催化劑分離器、催化劑再生器，所述原料預處理器和所述催化劑配制器作為進料分別與所述裂解反應器相連，所述裂解反應器出料部分與所述氣液分離器相連，所述氣液分離器與所述催化劑分離器相連，所述催化劑分離器與所述催化劑再生器相連，所述催化劑再生器與所述催化劑配制器相連。
[0019]根據本發明的鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的方法及裝置，通過特殊的催化劑和裂解劑體系將鹵硅聚合物裂解為鹵硅烷，裂解反應發熱，無需使用輔助燃料；不采用淋洗水解工藝，無廢渣的產生，減少了廢水排放，使改良西門子法多晶硅生產的尾氣循環利用率大大提高，做到了環境友好，同時將鹵硅聚合物轉化為多晶硅生產所需的鹵硅烷原料，降低了多晶娃生廣成本。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的裝置示意圖。
[0021]其中，1為原料預處理器、2裂解反應器、3預熱器、4氣液分離器、5催化劑分離器、6催化劑再生器、7催化劑配制器、8栗、9氯硅聚合物、10裂解劑、11混合劑、12催化劑、13不凝氣體、14氯硅烷。
【具體實施方式】
[0022]下面對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明，但是，必需說明的是，本發明的保護范圍并不受這些【具體實施方式】的限制，【具體實施方式】中所涉及的具體配比和反應參數及物料選擇是為說明本發明而列舉在本【具體實施方式】中，并不是對本發明的任何限制。
[0023]在一個具體的實施方案中，一種鹵硅聚合物裂解制備鹵硅烷的方法，包括以下步驟:1)裂解反應步驟:將鹵硅聚合物、催化劑和裂解劑通入裂解反應器中，在25?250°C溫度和0.05?0.5Mpa壓力條件下發生裂解反應生成鹵硅烷；2)氣液分離步驟:步驟1)的產物經過預熱器預熱至40?250°C進入氣液分離器，控制壓力0.05?0.3Mpa，分離為頂部的不凝氣體和底部的液體；3)催化劑分離步驟:步驟2)分離的液體進入催化劑分離器，催化劑分離器頂部將反應生成的齒硅烷收集進入下一工序，底部得到混合物；4)催化劑再生步驟:步驟3)底