Procedimiento para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos,

que contiene boro, mediante separación por destilación de una corriente de destilación enriquecida en boro, realizándose, en una disposición de una o varias columnas de destilación. que por lo menos en el caso de una columna de destilación se deriva y evacúa una corriente lateral enriquecida en boro o se aporta a una utilización de otro tipo.

Campo técnico

El presente invento se refiere a un procedimiento para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos que contiene boro mediante separación por destilación de una corriente de destilación enriquecida en boro. El invento se refiere además a un dispositivo para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos que contiene boro.

Antecedentes del invento

Es conocido que en el caso de la producción de un silicio policristalino, que encuentra utilización p.ej. en el sector fotovoltaico o en la producción de fibras de vidrio o chips, se emplean triclorosilano (SiHCl3, TCS) y/o tetracloruro de silicio (SiCl4, STC) de calidad técnica como un material en bruto. Estos productos contienen diferentes impurezas, tales como p.ej. otros silanos, ilustrativamente diclorosilano (SiH2Cl2, DCS), pero también p.ej. compuestos de boro, en particular tricloruro de boro (BCl3).

Los componentes que contienen boro son por regla general perjudiciales para la utilización ulterior de los TCS y STC, p.ej. en los sectores de uso arriba mencionados, y por lo tanto deben de ser eliminados o reducidos a un valor diana. Las cantidades residuales de BCl3 en el clorosilano como material de partida empleado se oponen p.ej. a un dopaje deliberado del silicio purísimo. Unos típicos órdenes de magnitud de las impurezas están situados en 0,1 a 5 ppm (partes por millón) en peso, ocasionalmente también hasta en 10 ppm en peso, o más altos.

La separación de componentes trazas por una vía de destilación es conocida como difícil en muchos casos de uso. Así, los puntos de ebullición del tricloruro de boro (12,5 ºC) y p.ej. del diclorosilano (8,3 ºC) están tan cerca uno de otro que en el caso de una clásica ruta de tratamiento por destilación, tal como se muestra en la Figura 1, las impurezas que contienen boro deben de ser separadas de nuevo como unos denominados compuestos de bajo punto de ebullición, en común con el diclorosilano y con una alta proporción de triclorosilano a través de la corriente de cabeza de la segunda columna de destilación, que se utiliza para la separación de la corriente de cabeza de una primera columna de destilación. La fracción de compuestos de bajo punto de ebullición, separada de esta manera, que contiene las impurezas con boro, en particular tricloruro de boro, es utilizada entonces o bien como un conjunto, o es sometida a un tratamiento que no es de destilación. En el caso del tratamiento que no es de destilación se utilizan p.ej. procedimientos de formación de compuestos complejos, tal como se describen en el documento de solicitud de patente internacional WO 06/054325. En el caso de esta clásica ruta de tratamiento resultan pérdidas en cuanto a los materiales valiosos TCS y DCS.

Se establece por lo tanto la misión de tratar unas corrientes de clorosilanos que contienen boro mediante un procedimiento puramente de destilación, de tal manera que se puedan obtener unas fracciones muy puras de clorosilanos, pudiéndose obtener en particular o bien diclorosilano, triclorosilano y/o tetracloruro de silicio, empobrecidos en boro, o también mezclas de diclorosilano y triclorosilano empobrecidas en boro, y siendo disminuida en particular la pérdida de diclorosilano y triclorosilano por separación de fracciones de silanos enriquecidas en boro.

Descripción del invento

El problema planteado por la misión establecida se resuelve mediante un procedimiento para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos, que contiene boro, mediante separación por destilación de una corriente de destilación empobrecida en boro, realizándose, en el caso de una disposición de una o varias columnas de destilación, que por lo menos en el caso de una columna de destilación se deriva una corriente lateral enriquecida en boro. Esta corriente lateral retirada por destilación, se puede evacuar a vertederos o aportar a una utilización de otro tipo. Mediante la separación conforme al invento de una corriente lateral enriquecida en boro, se pueden obtener unas corrientes empobrecidas en boro a base de STC, DCS y TCS, que se pueden emplear de una manera variada, sin ningún tratamiento especial. Solamente la remanente corriente lateral que contiene boro debe de ser evacuada a través de unos sistemas de evacuación, tales como p.ej. los de lavado e hidrólisis, resultando menores pérdidas de DCS y/o TCS que en el caso de la clásica ruta de tratamiento que se muestra en la Figura 1.

Una forma alternativa de realización del presente inventó prevé, para la obtención de triclorosilano empobrecido en boro a partir de una mezcla de triclorosilanos que contiene boro, un procedimiento, realizándose en éste, en una disposición de solamente una columna de destilación, que se deriva una corriente lateral de triclorosilano empobrecida en boro. Este triclorosilano se puede aportar a la utilización ulterior o a una utilización de otro tipo. Por lo demás, en el caso de este procedimiento se deriva una corriente de cabeza o lateral enriquecida en boro, que es evacuada a vertederos o aportada a una utilización de otro tipo. De acuerdo con esta forma de realización, el clorosilano empobrecido en boro se retira como corriente lateral, efectuándose la eliminación de los compuestos que contienen boro o bien a través de otra corriente lateral o a través de una corriente de cabeza enriquecida en boro (compárense las Figuras 4 y 5).

La idea común en el caso de ambos procedimientos arriba mencionados consiste en que se pueden derivar a través de una corriente lateral unas corrientes de clorosilanos empobrecidas en boranos o en boro, para llegar finalmente a unos clorosilanos empobrecidos en boro, a saber diclorosilano, triclorosilano y/o tetracloruro de silicio empobrecidos en boro,

o también mezclas de diclorosilano y triclorosilano, empobrecidas en boro.

En una forma preferida de realización del invento, en ambos procedimientos anteriores se deriva, junto a una de las columnas de destilación o respectivamente junto a la columna de destilación más baja, una corriente de cola de tetraclorosilano, empobrecida en boro, y se aporta al tratamiento ulterior o a una utilización de otro tipo (véanse las Figuras 2, 3 y 4).

Por el concepto de “columna de destilación más baja” se entiende, en el caso de una disposición de varias columnas de destilación, la columna que trabaja en el intervalo más alto de temperaturas de ebullición de la mezcla de clorosilanos aportada, en la que por lo tanto eventualmente se deriva tetraclorosilano como corriente de cola. Por el concepto de “columna de destilación más alta” se entiende correspondientemente la columna que trabaja en el intervalo más bajo de temperaturas de ebullición, en la que por lo tanto eventualmente como corriente de cabeza se separan gases inertes y compuestos de bajo punto de ebullición.

En una forma preferida de realización del invento está previsto, además de ello, que junto a una de las columnas de destilación o respectivamente en el caso de por lo menos una de las columnas de destilación, se derive una corriente lateral o de cola de triclorosilano empobrecida en boro y se aporte al tratamiento ulterior o a una utilización de otro tipo (compárense las Figuras 2 y 4).

Una forma especial de realización del invento prevé que, en el caso de varias columnas de destilación, junto a una de estas columnas de destilación, que no es la más baja, se derive una corriente de cola de triclorosilano, empobrecida en boro (compárese la Figura 2).

En otra forma especial de realización del invento está previsto que, en el caso de varias columnas de destilación, junto a una de estas columnas de destilación se derive una corriente lateral de triclorosilano, empobrecida en boro, y junto a otra columna de destilación, que está situada por encima de la columna de destilación antes mencionada, se derive una corriente de cola de triclorosilano, empobrecida en boro, pudiéndose reunir opcionalmente ambas corrientes de triclorosilano, empobrecidas en boro (compárese la Figura 3). Con la descripción “por encima de la columna de destilación antes mencionada” se entiende la columna de destilación en la cual se separan las fracciones de más alto punto de ebullición en comparación con la columna de destilación situada debajo de ella.

En el caso del procedimiento conforme al invento puede estar previsto además que junto a la columna de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos, que contiene boro, mediante separación por destilación de una corriente de destilación enriquecida en boro, realizándose, en una disposición de una o varias columnas de destilación. que por lo menos en el caso de una columna de destilación se deriva y evacúa una corriente lateral enriquecida en boro o se aporta a una utilización de otro tipo.

2. Procedimiento para la obtención de triclorosilano empobrecido en boro a partir de una mezcla de clorosilanos, que contiene boro, mediante separación por destilación de una corriente de destilación enriquecida en boro, realizándose, en una disposición de solamente una columna de destilación, que una corriente lateral de triclorosilano, empobrecida en boro, se deriva y se aporta al tratamiento ulterior o a una utilización de otro tipo, y que una corriente de cabeza o lateral enriquecida en boro se deriva y evacúa o se aporta a una utilización de otro tipo.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, realizándose que junto a la columna de destilación o respectivamente junto a la columna de destilación más baja se deriva una corriente de cola de tetraclorosilano, empobrecida en boro, y se aporta al tratamiento ulterior o a una utilización de otro tipo.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, realizándose, por lo menos en el caso de una columna de destilación, que una corriente lateral o de cola de triclorosilano, empobrecida en boro, se deriva y se aporta al tratamiento ulterior o a una utilización de otro tipo.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, realizándose, en el caso de varias columnas de destilación, que junto a una de estas columnas de destilación, que no es la más baja, se deriva una corriente de cola de triclorosilano, empobrecida en boro.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, realizándose, en el caso de varias columnas de destilación, que junto a una de estas columnas de destilación se deriva una corriente lateral de triclorosilano, empobrecida en boro, y que junto a otra columna de destilación, que está situada por encima de la columna de destilación antes mencionada, se deriva una corriente de cola de triclorosilano, empobrecida en boro, siendo reunidas opcionalmente ambas corrientes de triclorosilano, empobrecidas en boro.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, realizándose que, junto a la columna de destilación o, en el caso de varias columnas de destilación, junto a por lo menos una de las columnas de destilación, que no es la más baja, se deriva una corriente de cabeza de diclorosilano, empobrecida en boro y, opcionalmente, se reúne con la o las corriente(s) de triclorosilano empobrecida(s) en boro o se aporta a una utilización de otro tipo.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque desde la corriente de cabeza de la columna de destilación o de la columna de destilación más alta se separan gases inertes.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, realizándose que la destilación se lleva a cabo a una presión que está situada en el intervalo entre 0,5 y 22 bares, preferiblemente entre 1 y 10 bares, pudiendo ser independientes entre sí las respectivas presiones en el caso de varias columnas de destilación.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 9, conteniendo la mezcla de clorosilanos, que contiene boro, de 2 a 98 % en peso, de manera más preferida de 40 a 95 % en peso de tetraclorosilano; de 1 a 97 % en peso, de manera más preferida de 5 a 50 % en peso de triclorosilano; de 0,01 a 20 % en peso, de manera más preferida de 0,05 a 5 % en peso de diclorosilano, así como de 0,1 a 20 ppm en peso de BCl3, de manera más preferida de 0,5 a 5 ppm en peso.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 9, conteniendo la corriente lateral enriquecida en boro por lo menos 20 %, preferiblemente por lo menos 50 % de la cantidad de BCl3 que está contenida en la alimentación de entrada en la destilación.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 9, conteniendo la corriente lateral o respectivamente de cola, empobrecida en boro, o respectivamente las corrientes laterales y de cola de triclorosilano, empobrecidas en boro, por encima de 90 % en peso, de manera más preferida 99 % en peso de triclorosilano, siendo la proporción de BCl3 más baja que en el caso de la proporción en la alimentación de entrada en la destilación.

13. Procedimiento de cuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 9, conteniendo la corriente de cabeza empobrecida en boro unos compuestos de bajo punto de ebullición, gases inertes y como máximo 60 %, preferiblemente como máximo 50 % de la cantidad de BCl3 que está contenida en la alimentación de entrada en la destilación.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, siendo la proporción de BCl3 en las corrientes reunidas de triclorosilano y diclorosilano, empobrecidas en boro, más baja que la proporción en la alimentación de entrada en la destilación.

15. Dispositivo para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos que contiene boro, el cual comprende: a) una o varias columnas de destilación, que son apropiadas para la destilación de mezclas de clorosilanos que

contienen boro,

b) unos medios para la aportación de una mezcla de clorosilanos que contiene boro, estando dispuestos estos medios junto a la columna de destilación o respectivamente junto a la columna de destilación más baja y siendo apropiados preferiblemente para la aportación de un caudal másico de 1.000 a 800.000 kg/h,

c) unos medios para la separación de una corriente de cola de tetraclorosilano, empobrecida en boro, estando dispuestos los medios junto a la columna de destilación o respectivamente junto a la columna de destilación más baja y siendo apropiados preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 500 a 750.000 kg/h,

d) unos medios para la separación de una corriente lateral o de cola de triclorosilano, empobrecida en boro, estando dispuestos estos medios junto a por lo menos una de las columnas de destilación y siendo apropiados preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 1.000 a 50.000 kg/h,

e) unos medios para la separación de una corriente de cabeza de compuestos de bajo punto de ebullición, principalmente de diclorosilano, empobrecida en boro, estando dispuestos estos medios junto a por lo menos una de estas columnas de destilación, que no es la más baja, y siendo apropiados preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 10 a 1.000 kg/h,

f) unos medios para la separación de gases inertes desde la corriente de cabeza de la columna de destilación, o respectivamente, en el caso de varias columnas de destilación, de la columna de destilación más alta, y

g) opcionalmente, unos medios para la reunión de los compuestos de bajo punto de ebullición, principalmente diclorosilano, empobrecidos en boro, desde la corriente de cabeza con la o las corrientes de triclorosilano, empobrecidas en boro, separadas con anterioridad, así como unos medios para la retirada de las corrientes reunidas de clorosilanos, siendo apropiados estos últimos preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 1.000 a 50.000 kg/h,

estando dispuestos, por lo menos en el caso de una de las columnas de destilación, unos medios para la separación de una corriente lateral enriquecida en boro y siendo apropiados estos medios preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 1 a 100 kg/h.

16. Dispositivo para la obtención de clorosilanos empobrecidos en boro a partir de una mezcla de clorosilanos que contiene boro, el cual comprende: a) una columna de destilación que es apropiada para la destilación de mezclas de clorosilanos que contienen

boro, b) unos medios dispuestos junto a la columna de destilación para la aportación de una mezcla de clorosilanos que contiene boro, siendo apropiados estos medios preferiblemente para la aportación de un caudal másico de

1.000 a 800.000 kg/h,

c) unos medios dispuestos junto a la columna de destilación para la separación de una corriente de cola de tetraclorosilano, empobrecida en boro, siendo apropiados estos medios preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 500 a 750.000 kg/h,

d) unos medios dispuestos junto a la columna de destilación, para la separación de una corriente lateral de triclorosilano empobrecida en boro, siendo apropiados estos medios preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 1.000 a 50.000 kg/h, y

e) unos medios para la separación de gases inertes desde la corriente de cabeza de la columna de destilación, estando dispuestos para la separación del boro junto a la columna de destilación unos medios para la separación de una corriente de cabeza o lateral enriquecida en boro, y siendo apropiados estos medios preferiblemente para la retirada de un caudal másico de 1 a 100 kg/h.