對相關申請的交叉引用

本申請要求2014年9月4日提交的美國臨時申請no.62/045,622的權(quán)益，其全文經(jīng)此引用并入本文。

公開領域

本公開的領域涉及分離鹵代硅烷的方法，特別是涉及使用具有將塔分成主部和側(cè)部的隔板的蒸餾塔生產(chǎn)三個鹵代硅烷餾分的方法。本公開的領域還涉及通過鹵代硅烷的歧化生產(chǎn)硅烷的方法和系統(tǒng)和生產(chǎn)多晶硅的方法。

背景

多晶硅是用于生產(chǎn)許多商品，包括例如集成電路和光伏(即太陽能)電池的重要原材料。多晶硅通常通過化學氣相沉積機制生產(chǎn)，其中由可熱分解的硅化合物將硅在流化床反應器中沉積到硅粒子上或如在siemens型反應器中沉積到電加熱硅棒上。晶種粒子的尺寸不斷增長直至它們作為多晶硅產(chǎn)品(即“顆粒狀”多晶硅)離開反應器。合適的可分解硅化合物包括例如硅烷和鹵代硅烷，如三氯硅烷。

可以如出于所有相關和相容的目的經(jīng)此引用并入本文的美國專利no.4,632,816中所公開通過使四氟化硅與堿金屬或堿土金屬鋁氫化物，如四氫化鋁鈉反應生產(chǎn)硅烷。硅烷也可通過所謂的“unioncarbideprocess”生產(chǎn)，其中如müller等人在出于所有相關和相容的目的經(jīng)此引用并入本文的“developmentandeconomicevaluationofareactivedistillationprocessforsilaneproduction”distillationandadsorption:integratedprocesses,2002中所述使冶金級硅與氫氣和四氯化硅反應以生產(chǎn)三氯硅烷。隨后通過一系列歧化和蒸餾步驟獲取三氯硅烷以產(chǎn)生硅烷最終產(chǎn)物。硅烷生產(chǎn)的起始化合物是多晶硅的硅烷基生產(chǎn)中的相對昂貴組分。此類歧化系統(tǒng)涉及用于使氯硅烷化合物反應并分離工藝料流內(nèi)的氯硅烷化合物的一系列步驟。

仍然需要降低資本和運行成本并簡化加工操作的分離鹵代硅烷的方法。也仍然需要在鹵代硅烷的歧化中和在多晶硅生產(chǎn)中使用此類方法的方法和系統(tǒng)。

這一節(jié)意在向讀者介紹可能與下文描述和/或要求保護的本公開的各種方面相關的本領域的各種方面。此論述據(jù)信有助于為讀者提供背景信息以利于更好地理解本公開的各種方面。因此，應該理解的是，這些敘述應據(jù)此解讀而不應被視為承認現(xiàn)有技術(shù)。

概述

本公開的一個方面涉及一種分離鹵代硅烷的方法。將第一鹵代硅烷、第二鹵代硅烷和第三鹵代硅烷引入鹵代硅烷蒸餾塔。第一鹵代硅烷具有小于第二鹵代硅烷的沸點。第二鹵代硅烷具有小于第三鹵代硅烷的沸點。所述蒸餾塔包括將所述塔分成主部和側(cè)部的隔板。取出相對于引入蒸餾塔的進料集合富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分。作為側(cè)餾分從所述塔的側(cè)部取出相對于引入蒸餾塔的進料集合富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分。還取出相對于引入蒸餾塔的進料集合富集第三鹵代硅烷的塔底餾分。

本公開的另一方面涉及一種通過鹵代硅烷的歧化生產(chǎn)硅烷的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括包含將所述塔分成主部和側(cè)部的隔板的蒸餾塔以產(chǎn)生相對于引入蒸餾塔的進料集合富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分、相對于引入蒸餾塔的進料集合富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分和相對于引入蒸餾塔的進料集合富集第三鹵代硅烷的塔底餾分。所述系統(tǒng)還包括用于由所述蒸餾塔產(chǎn)生的側(cè)餾分生產(chǎn)第一歧化反應器產(chǎn)物料流的第一歧化反應器，所述歧化反應器產(chǎn)物料流包含二鹵代硅烷和四鹵化硅。所述系統(tǒng)包括用于由所述蒸餾塔產(chǎn)生的塔頂餾分生產(chǎn)第二歧化反應器產(chǎn)物料流的第二歧化反應器，第二歧化反應器產(chǎn)物料流包含硅烷和三鹵代硅烷。所述系統(tǒng)包括用于分離硅烷和三鹵代硅烷的硅烷分離系統(tǒng)。

聯(lián)系本公開的上述方面指出的要素存在各種細化。也可以在本公開的上述方面中并入進一步的要素。這些細化和附加要素可獨立存在或以任何組合存在。例如，下面聯(lián)系本公開的任何示例性實施方案論述的各種要素可以獨自或以任何組合并入本公開的任何上述方面中。

附圖簡述

圖1是用于分離鹵代硅烷的分隔壁蒸餾塔的流程圖；

圖2是用于將鹵代硅烷轉(zhuǎn)化成硅烷的歧化系統(tǒng)的流程圖；

圖3是用于生產(chǎn)多晶硅的系統(tǒng)的流程圖；且

圖4是用于將鹵代硅烷轉(zhuǎn)化成硅烷的常規(guī)歧化系統(tǒng)的流程圖。

在附圖各處，相應的標號指示相應的部件。

詳述

本公開提供用于分離鹵代硅烷的蒸餾塔。該蒸餾塔包括隔板以將含鹵代硅烷的料流分離成三個餾分。相對于使用兩個蒸餾塔實現(xiàn)相同分離的現(xiàn)有技術(shù)布置，這種布置降低分離三種或更多種鹵代硅烷的資本成本和能量要求。還提供包含此類蒸餾塔的通過鹵代硅烷的歧化生產(chǎn)硅烷的方法和系統(tǒng)以及生產(chǎn)多晶硅的方法。

用于分離鹵代硅烷的蒸餾塔

根據(jù)本公開的實施方案，使用其中具有隔板5的蒸餾塔65(圖1)分離含鹵代硅烷的料流26的組分。隔板5分離進料26和側(cè)餾分9并制造塔主部70a和塔側(cè)部70b。隔板5僅部分在殼體11中向上和向下延伸。這種配置能夠使用單個塔(其充當兩個分開的塔)分離三個或更多個鹵代硅烷組分。

含鹵代硅烷的料流26包括第一鹵代硅烷、第二鹵代硅烷和第三鹵代硅烷。這些鹵代硅烷具有不同沸點，并且如本文所用，第一鹵代硅烷具有小于第二鹵代硅烷的沸點，且第二鹵代硅烷具有小于第三鹵代硅烷的沸點。在一些實施方案中，第一鹵代硅烷是二鹵代硅烷，第二鹵代硅烷是三鹵代硅烷，且第三鹵代硅烷是四鹵化硅。在一些實施方案中，含鹵代硅烷的料流包括第四鹵代硅烷(例如單鹵代硅烷)。應該指出，含鹵代硅烷的料流還可包括其它組分和/或各種雜質(zhì)。

盡管含鹵代硅烷的料流26據(jù)顯示作為單進料供入塔65，但應該指出，進料流26可以由許多進料流(包括不含鹵代硅烷的料流)構(gòu)成，它們在該塔的相同或不同垂直位置引入。這些進料流(未顯示)集體形成含鹵代硅烷的料流26。含鹵代硅烷的料流26還可包括從塔65的下游再循環(huán)的料流。除非另行指明，本文中提到“含鹵代硅烷的料流”是指不包括再沸器和冷凝器再循環(huán)物的進料流的集合。

在這方面，在將兩個或更多個進料流引入蒸餾塔的實施方案中，與其它料流相比含有相對較重組分的進料流可以在塔中的相對下部引入，具有相對較輕組分的料流可以在塔中的較高處引入。例如和參照下文論述的圖3，相對較重的進料20可以在進料94、97下方引入，且相對較輕的進料97可以在進料20、94上方引入。

含鹵代硅烷的料流中的鹵代硅烷的鹵素組分可以是氟、氯、溴、碘或甚至這些化合物的組合。在一些實施方案中，該鹵素組分是氯(例如第一鹵代硅烷是二氯硅烷，第二鹵代硅烷是三氯硅烷，第三鹵代硅烷是四氯化硅，且任選的第四鹵代硅烷是單氯硅烷)。

分隔的或“分隔壁”蒸餾塔65將含鹵代硅烷的料流26分離成三個餾分–富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分69、富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分9和富集第三鹵代硅烷的塔底餾分57。在這方面，如本文所用，“富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分”69是指相對于含鹵代硅烷的料流26富集第一鹵代硅烷的從塔65中取出的蒸餾塔頂物或“頂餾分”。“富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分”9是指相對于含鹵代硅烷的料流26富集第二鹵代硅烷的蒸餾塔65的側(cè)餾分?！案患谌u代硅烷的塔底餾分”57是指相對于含鹵代硅烷的料流26富集第三鹵代硅烷的從蒸餾塔65中取出的塔底料流。在第一鹵代硅烷是二氯硅烷、第二鹵代硅烷是三氯硅烷，且第三鹵代硅烷是四氯化硅且其中含鹵代硅烷的料流包括單氯硅烷作為第四鹵代硅烷的實施方案中，富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分69也可能富集單氯硅烷。

在第一鹵代硅烷是二鹵代硅烷、第二鹵代硅烷是三鹵代硅烷、第三鹵代硅烷是四鹵化硅，并且任選含有單鹵代硅烷作為第四鹵代硅烷的實施方案中，富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分69優(yōu)選具有至少大約80摩爾％的純度(即二鹵代硅烷和如果存在于進料26中，單鹵代硅烷的純度)，富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分9優(yōu)選具有至少大約80摩爾％的純度(即三鹵代硅烷的純度)，且富集鹵代硅烷的塔底餾分57優(yōu)選具有至少大約90摩爾％的純度(即四鹵化硅的純度)。在另一些實施方案中，富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分69的純度為至少大約90％，富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分的純度為至少大約90％，且富集鹵代硅烷的塔底餾分57的純度為至少大約95％。在再一些實施方案中，富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分69的純度為至少大約95％，富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分的純度為至少大約95％，且富集鹵代硅烷的塔底餾分57的純度為至少大約95％。

蒸餾塔65還包括用于將塔底物以蒸氣形式再循環(huán)的再沸器17和用于以液體形式送回一部分塔頂物的冷凝器19。

分隔壁蒸餾塔65可以在隨該塔的總荷載、含硅烷的進料的組成以及塔頂餾分、側(cè)餾分和塔底餾分的所需純度而變的各種壓力、溫度、回流比、塔負載以及進料和側(cè)餾位置下運行。通常，塔65可以在大約200kpa表壓至大約2000kpa表壓的如在塔頂測得的壓力(大約200kpa表壓至大約1500kpa表壓、大約200kpa表壓至大約1000kpa表壓、大約400kpa表壓至大約2000kpa表壓、或大約800kpa表壓至大約2000kpa表壓，如在塔頂測得)下運行。塔冷凝器的溫度可以為大約20℃至大約120℃(例如大約40℃至大約120℃、大約60℃至大約120℃、大約20℃至大約100℃、或大約20℃至大約80℃)。再沸器的溫度可以為大約90℃至大約200℃(例如大約90℃至大約180℃、大約90℃至大約150℃、大約110℃至大約200℃、或大約140℃至大約200℃)。

進料26通常垂直面對(across)塔65的隔板5引入該塔。如果將多于一個進料流添加到該塔中(例如將各種再循環(huán)料流添加到該塔中)，與其它料流相比含有相對較重組分的進料流可以在塔中的相對下部引入，具有相對較輕組分的料流可以在塔中的較高處引入。富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分9通常在面對塔65的隔板5的垂直點取出(例如隔板的中間1/3)。

應該指出，塔65可包括可能影響該塔的負載的各種內(nèi)部再循環(huán)。在一些實施方案中，隔板5上方的液體的大約10％至大約90％再循環(huán)至主側(cè)面70a(而非向下循環(huán)到側(cè)部70b)。優(yōu)選地，隔板5上方的液體的大約20％至大約60％再循環(huán)至主側(cè)面70a。替代性地或附加地，隔板5下方的蒸氣的大約10％至大約90％可再循環(huán)至塔65的主側(cè)面70a，或如在另一些實施方案中，隔板5下方的蒸氣的大約20％至大約60％可再循環(huán)至塔65的主側(cè)面70a。應該指出，液體和蒸氣分流可能影響該塔的負載。

在本公開的一些實施方案中，通過在大約200kpa至大約2000kpa的壓力、大約20℃至大約120℃的塔冷凝器溫度和大約90℃至大約200℃的再沸器溫度下運行該塔，可以實現(xiàn)純度大約80％的富集第一鹵代硅烷的塔頂餾分69、純度大約80％的富集第二鹵代硅烷的側(cè)餾分9和純度大約95％的富集第三鹵代硅烷的塔底餾分57。在這樣的實施方案中，塔65的回流比可以為大約1至大約50不等，且塔負載可以為大約75kcal/kg進料至125kcal/kg進料。

通過鹵代硅烷的歧化生產(chǎn)硅烷的方法和系統(tǒng)

上述分隔壁蒸餾塔65(其也可被稱作“第一”蒸餾塔)可并入通過鹵代硅烷的歧化生產(chǎn)硅烷的系統(tǒng)中，如圖2中所示的示例性系統(tǒng)中。歧化系統(tǒng)76可包括如本領域技術(shù)人員理解的歧化操作中常規(guī)的任何單元操作，特別是如出于所有相關和相容的目的經(jīng)此引用并入本文的美國專利no.4,676,967中所公開的適用于將三鹵代硅烷轉(zhuǎn)化成硅烷的設備。通常，該歧化法包括二鹵代硅烷作為第一鹵代硅烷、三鹵代硅烷作為第二鹵代硅烷、四鹵化硅作為第三鹵代硅烷，并任選還包括單鹵代硅烷作為第四鹵代硅烷。

歧化系統(tǒng)76包括分隔壁蒸餾塔65、第一歧化反應器50、第二歧化反應器52和硅烷分離系統(tǒng)56(例如第二蒸餾塔)。引入蒸餾塔65的含鹵代硅烷的料流26包括系統(tǒng)進料20、由下述第一歧化反應器50產(chǎn)生的二鹵代硅烷和四鹵化硅94和由下述硅烷分離系統(tǒng)56排出的含三鹵代硅烷的餾分97，以將二鹵代硅烷(和如果存在于進料中，任選單鹵代硅烷)分離到塔頂餾分69中，將三鹵代硅烷分離到側(cè)餾分9中和將四鹵化硅分離到塔底餾分57中。構(gòu)成引入蒸餾塔中的含鹵代硅烷的料流26的一部分的系統(tǒng)進料流20包括三鹵代硅烷和四鹵化硅，還可包括其它鹵代硅烷(例如二鹵代硅烷或單鹵代硅烷)和各種雜質(zhì)。

將由蒸餾塔65產(chǎn)生的富集三鹵代硅烷的側(cè)餾分9引入第一歧化反應器50以根據(jù)下列反應產(chǎn)生含有二鹵代硅烷和四鹵化硅的第一歧化反應器產(chǎn)物料流94

2sihx3→sih2x2+six4(1)

其中x是鹵素。反應器60內(nèi)可包括一種或多種催化劑以促進反應(1)，包括例如聚合樹脂(例如amberlysta21)。將含有二鹵代硅烷、四鹵化硅和未反應的三鹵代硅烷的第一歧化反應器產(chǎn)物料流94再循環(huán)回蒸餾塔65。

將由蒸餾塔65產(chǎn)生的富集二鹵代硅烷的塔頂餾分69引入第二歧化反應器52以根據(jù)下示反應產(chǎn)生含有三鹵代硅烷和硅烷的第二歧化反應器產(chǎn)物料流98，

2sih2x2→sih3x+sihx3(2)

2sih3x→sih2x2+sih4(3)

在這方面，應該理解的是，反應(1)-(3)不代表在歧化過程中可能發(fā)生的全套反應，并且可能發(fā)生其它反應以致產(chǎn)生其它中間體和副產(chǎn)物，包括例如單鹵代硅烷。反應器52內(nèi)可包括一種或多種催化劑以促進該反應，包括例如聚合樹脂(例如amberlysta21)。

將第二歧化反應器產(chǎn)物料流98引入硅烷分離系統(tǒng)56以分離硅烷和三鹵代硅烷。在一些實施方案中，硅烷分離系統(tǒng)56是第二蒸餾塔(通常無分隔)。第二蒸餾塔將硅烷分離到塔頂餾分29中并將三鹵代硅烷分離到塔底餾分97中。第二蒸餾塔可以在至少大約10巴(例如大約10巴至大約35巴或大約20巴至大約25巴)的壓力下和在至少大約-75℃、至少大約-50℃或至少大約-25℃(例如大約-75℃至大約100℃或大約-50℃至大約50℃)的塔頂壓力下運行。將含三鹵代硅烷的塔底餾分97引入分隔壁蒸餾塔65。在這方面，應該理解的是，可以無限制地使用非圖2中所示的生產(chǎn)硅烷硅烷的系統(tǒng)和方法，包括其中所示的反應器和/或塔的重排、增加或消除的系統(tǒng)和方法。此外，在一些實施方案中，本公開的系統(tǒng)包括在該系統(tǒng)的單元內(nèi)的各種工藝混合物和/或如本文所述的各種入口和出口工藝料流(例如當該系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時存在的工藝混合物和/或工藝料流)。

應該理解的是，盡管本文所述的基本閉環(huán)方法和系統(tǒng)通常參照硅烷的生產(chǎn)和熱分解描述，但可以修改歧化系統(tǒng)76以生產(chǎn)二鹵代硅烷而非硅烷。例如，圖2所示的系統(tǒng)76可以不用第二歧化反應器和硅烷分離系統(tǒng)56運行?？梢詫⒂煞指舯谡麴s塔65產(chǎn)生的含二鹵代硅烷的塔頂餾分69氣化并引入硅烷反應器30(圖3)以如上所述生產(chǎn)多晶硅70。

生產(chǎn)多晶硅的方法

在本公開的一些實施方案中，使用在含有分隔壁蒸餾塔65的歧化系統(tǒng)76中產(chǎn)生的硅烷29(或如上所述的二鹵代硅烷)生產(chǎn)多晶硅。將由歧化系統(tǒng)76產(chǎn)生的硅烷29(或如上所述的二氯硅烷)引入硅烷反應器30(圖3)以生產(chǎn)多晶硅，其可作為多晶硅產(chǎn)物70從反應器30中取出。反應器30可以是流化床反應器，其中硅烷將生長中的硅晶種粒子流化以生產(chǎn)多晶硅，或可以是siemens反應器，其中多晶硅在鐘罩形反應器中沉積到電加熱硅棒上。由硅烷29根據(jù)下列熱解反應產(chǎn)生多晶硅70并形成氫氣副產(chǎn)物

sih4→si+2h2(5)

在反應器30是流化床反應器的實施方案中，可以經(jīng)產(chǎn)物提取管間歇或連續(xù)從反應器30中取出多晶硅70，并且可以從反應器30的上部取出包括氫氣、未反應的硅烷(或二鹵代硅烷)和硅塵的排出氣體75。排出氣體75可含有最多大約15重量％硅塵和最多大約5重量％未反應的硅烷。可以使用微粒分離器(未顯示)從排出氣體中除去粉塵。合適的微粒分離器包括，例如袋濾器、旋風分離器和液體洗滌器。硅塵可以如出于所有相關和相容的目的經(jīng)此引用并入本文的美國專利公開no.2009/0324819中所公開再循環(huán)以用于反應器30?；蛘撸鑹m可以棄置或在其含有低金屬雜質(zhì)含量時(例如當微粒分離器系統(tǒng)包括陶瓷、石英或碳化硅表面時)甚至作為產(chǎn)物收集?？梢詫⒚搲m排出氣體壓縮并可以將一部分排出氣體75作為硅烷29的載體再引入反應器30。

在反應器30是流化床反應器的實施方案中，反應器30可以在大約3巴至大約15巴的塔頂壓力下運行，并且可以將進氣預熱至至少大約200℃(例如大約200℃至大約500℃，或大約200℃至大約350℃)的溫度?？梢允褂猛獠考訜嵫b置，如感應加熱或使用電阻加熱元件將反應器30保持在至少大約600℃(例如600℃至大約900℃或大約600℃至大約750℃)的溫度下。經(jīng)過流化床反應器30的氣體速度通?？杀３衷趯⒘骰矁?nèi)的粒子流化所必需的最低流化速度的大約1至大約8倍的速度。從反應器30中取出的微粒多晶硅的平均直徑可以為至少大約600微米(例如大約600微米至大約1500微米或大約800微米至大約1200微米)。引入反應器的硅晶種粒子的平均直徑可以小于大約600微米(例如大約100微米至大約600微米)。

可以將驟冷氣體引入反應器30(例如在反應器的凈空(freeboard)區(qū))以在排出氣體75從反應器中排出之前降低其溫度，以抑制硅塵的形成。流化床反應器可包括外殼，其中將惰性氣體保持在工藝氣體的壓力以上的壓力(例如壓差在大約0.005巴至大約0.2巴的范圍內(nèi))以確保工藝氣體不流過反應室內(nèi)的裂紋和孔隙?？梢匀缑绹鴮＠_no.2009/0324479和美國專利公開no.2011/0158888(兩者都出于所有相關和相容的目的經(jīng)此引用并入本文)中所公開將硅烷導入反應器的核心區(qū)并可以將載氣(例如氫氣)導入反應器壁附近的反應器外周部分以降低硅在反應器壁上的沉積。在本公開的一些實施方案中，流化床反應器中的硅烷轉(zhuǎn)化率可以為至少大約70％、至少大約80％、至少大約90％或甚至至少大約95％(例如大約70％至大約99％或大約90％至大約99％)。

使用分隔壁蒸餾塔65的多晶硅生產(chǎn)可并入閉環(huán)法，如出于所有相關和相容的目的經(jīng)此引用并入本文的美國專利公開no.2012/0189527中描述的方法中。

鹵代硅烷的歧化系統(tǒng)中使用的所有設備可耐受包括暴露在該系統(tǒng)內(nèi)使用和生成的化合物下的環(huán)境中的腐蝕。合適的構(gòu)造材料是本公開的領域中常規(guī)和眾所周知的并包括例如碳鋼、不銹鋼、monel合金、inconel合金、hastelloy合金、鎳和非金屬材料如石英(即玻璃)和氟化聚合物，如teflon、kel-f、viton、kalrez和aflas。

應該理解的是，上述方法和系統(tǒng)可包括多于一個任何所列單元(例如反應器、塔和/或分離單元)且多個單元可以串聯(lián)和/或并聯(lián)運行而不背離本公開的范圍。在這方面，還應該理解的是，所述方法和系統(tǒng)是示例性的并且這些方法和系統(tǒng)可以不受限制地包括實現(xiàn)附加功能的附加單元。

與用于分離鹵代硅烷的常規(guī)雙塔系統(tǒng)相比，該分隔壁蒸餾塔能用較少塔板和在較低再沸器負載下實現(xiàn)等效分離。由下列實施例1的模擬可看出這些優(yōu)點。

實施例

通過下列實施例進一步例示本公開的方法。這些實施例不應在限制意義上考慮。

實施例1:分隔壁塔和用于分離氯硅烷的常規(guī)雙塔系統(tǒng)的比較

使用aspenplus比較用于分離氯硅烷的常規(guī)系統(tǒng)(圖4)和包括分隔壁蒸餾塔的本公開的系統(tǒng)的性能。上文參照圖2描述了模擬的本公開的系統(tǒng)76。

常規(guī)76’包括第一蒸餾塔65’，其產(chǎn)生相對于該塔的進料26’(即所有進料的集合)富集單氯硅烷、二氯硅烷和三氯硅烷的塔頂餾分72’和相對于該進料富集四氯化硅的塔底餾分57’。將由第一蒸餾塔65’產(chǎn)生的塔頂餾分72’引入第二蒸餾塔67’以產(chǎn)生相對于第二蒸餾塔的進料富集單氯硅烷和二氯硅烷的塔頂餾分69’和相對于該進料富集三氯硅烷的塔底餾分9’。將由第二蒸餾塔67’產(chǎn)生的塔底餾分9’引入第一歧化反應器50’以產(chǎn)生含有二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅的第一歧化反應器產(chǎn)物料流94’。將第一歧化反應器產(chǎn)物94’引入第一蒸餾塔65’。

將由第二蒸餾塔67’產(chǎn)生的含二氯硅烷的塔頂餾分69’引入第二歧化反應器52’以產(chǎn)生含有單氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和硅烷的第二歧化反應器產(chǎn)物料流98’。將第二歧化反應器產(chǎn)物料流98’引入第三蒸餾塔56’以將硅烷分離到塔頂餾分29’中并將單氯硅烷、二氯硅烷和三氯硅烷分離到塔底餾分97’中。將含有單氯硅烷、二氯硅烷和三氯硅烷的塔底餾分97’引入第二蒸餾塔67’。進料和目標工藝料流組合物的組成顯示在表1中。

表1:實施例1的雙塔分離系統(tǒng)和分隔壁蒸餾塔的工藝料流的組成

進行模擬以測定用于常規(guī)系統(tǒng)和用于本公開的系統(tǒng)的塔運行參數(shù)和負載。

表2:實施例1的雙塔分離系統(tǒng)和分隔壁蒸餾塔的塔細節(jié)和模擬結(jié)果

該模擬表明該分隔壁塔在相對于雙塔氯硅烷分離系統(tǒng)將再沸器和冷凝器負載降低22％的同時實現(xiàn)可接受的鹵代硅烷分離，在該雙塔氯硅烷分離系統(tǒng)中僅使用80％的塔板(即資本成本降低20％)。

實施例2:用于分離氯硅烷的分隔壁塔和常規(guī)雙塔系統(tǒng)的比較

以如表3中所示的不同進料和目標工藝料流組成重復實施例1的模擬。

表3:實施例2的雙塔分離系統(tǒng)和分隔壁蒸餾塔的工藝料流的組成

進行模擬以測定用于常規(guī)系統(tǒng)和用于本公開的系統(tǒng)的塔運行參數(shù)和負載。

表4:實施例2的雙塔分離系統(tǒng)和分隔壁蒸餾塔的塔細節(jié)和模擬結(jié)果

該模擬表明該分隔壁塔在相對于雙塔氯硅烷分離系統(tǒng)將再沸器和冷凝器負載降低40％的同時實現(xiàn)可接受的鹵代硅烷分離，在該雙塔氯硅烷分離系統(tǒng)中僅使用80％的塔板(即資本成本降低20％)。通過將從分隔壁塔的上段流向進料側(cè)70a的液流分數(shù)調(diào)節(jié)至25％和將從分隔壁塔的下段流向分隔壁塔的進料側(cè)70a的蒸氣分流分數(shù)調(diào)節(jié)至50％，獲得較低負載。

本文所用的術(shù)語“大約”、“大體上”、“基本”和“大致”當與尺寸、濃度、溫度或其它物理或化學性質(zhì)或特征聯(lián)合使用時意在涵蓋該性質(zhì)或特征的范圍的上限和/或下限中可能存在的變動，包括例如由四舍五入、測量方法或其它統(tǒng)計變動帶來的變動。

在介紹本公開的要素或其優(yōu)選實施方案時，冠詞“一”、“該”和“所述”意在表示存在一個或多個該要素。術(shù)語“包含”、“包括”、“含有”和“具有”意為包容性的，并且意味著可存在除所列要素外的附加要素。指示特定取向的術(shù)語(例如“頂部”、“底部”、“側(cè)面”等)的使用是為了便于描述并且不要求所述項目的任何特定取向。

因為可以在不背離本公開的范圍的情況下對上述構(gòu)造和方法作出各種變動，上述說明書中包含的和附圖中所示的所有事項應被解釋為示例性而非限制性的。