改进的尾气回收方法和系统的制作方法

改进的尾气回收方法和系统的制作方法
【专利摘要】方法，其包括：(a)将包含盐酸、四氯化硅、三氯甲硅烷和二氯甲硅烷的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器反应器，以提供与在排出气体中存在的盐酸相比更少盐酸的产物气体；(b)精制所述产物气体以提供氢气富集的流体和氯硅烷富集的流体和(c)将氯硅烷富集的流体引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含四氯化硅的部分和富含三氯甲硅烷和二氯硅烷的另外的部分。
【专利说明】改进的尾气回收方法和系统 发明领域
[0001] 本发明一般地涉及化学方法和系统，并且更具体地涉及产生三氯甲硅烷的化学方 法和系统以由此提供经济地获得可用于制造光伏发电、半导体和集成电路的多晶硅。
[0002] 背景
[0003] 包含三氯甲硅烷（TCS)、四氯化硅（STC)、二氯甲硅烷（DCS)、氯化氢（HCl)和氢气 (H 2)的气体流是工业上称为西门子（Siemens)方法的化学气相沉积（CVD)方法的副产物， 借此将DCS和/或TCS转化为多晶硅。该气体流通常被多种名称命名，包括尾气、尾气流 体、排出气体、排出气体流和过程排出气体流。将该气体流的组分回收和分离，然后或者直 接用作Siemens方法的原料，或者转化为能充当用于Siemens方法的原料的物质。例如，能 回收排出气体中的DCS和TCS并直接再循环至CVD反应器用于增加过程产率。例如，一旦 分离，如此回收的TCS和DCS通常与加热介质（例如，蒸汽）一起或者通过与热CVD排出气 体热交换而汽化，并且与再循环氢气混合。此时，然后将这些共同供给至CVD反应器。作为 另一实例，能将尾气中的STC转化为TCS，其任选地在补充纯化后，可被类似地再循环至CVD 反应器用于增加产率。作为其他实例，来自尾气的HCl回收能用于将冶金硅转化为TCS，用 于转化为CVD反应器中的多晶娃。因此，本领域已知，分离和储存来自Siemens方法的尾气 组分（005、1^^、51'(：、!1(：1、!1 2等）用于这类用途。通常，该过程排出气体的回收和再循环方 法需要高资本成本、高运行成本和高维护成本。
[0004] 概述
[0005] 在一个实施方案中，本公开提供了显著简化的系统和方法，其用于替代当前可用 于多晶硅和相关制造过程的复杂的排出气体回收（VGR)系统，由此将资本投资和运行成本 降低多达80%。在该实施方案中，通过两种方法实现系统和方法简化：（1)显著减少或消除 来自排出气体流的HC1，和（2)将多个工艺步骤合并为一个简单的单元操作。更具体地，可 通过使用原位HCl反应技术从排出气体流中去除HCl。所述方法包括在HCl转化器反应器 中在约30°C至700°C的温度下使包含氯化氢和（S卩，至少一种）由通式H aSiCl4_a(其中a = 1至3)描述的氢氯硅烷的排出气体与氯化催化剂接触，由此实现硅结合的氢被氯取代以形 成更多高度氯化的硅烷。然后，将产生的贫HCl气体用作用于其他系统和方法的原料。例 如，可使产生的贫HCl气体进行分离过程，由此气体中的氢气大量地从气体形式的氯硅烷 中分离。合适的分离方法包括吸收柱和冷冻冷凝器系统。不论如何实现分离，将氯硅烷引 导至蒸馏装置，由此从STC中分离TCS/DCS。如本文使用的，" TCS/DCS "等是指指定物质的 混合物，在该情况下是指TCS和DCS。
[0006] 更具体地，在一个实施方案中本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0007] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并且使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体 中存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体，其中在整个本公开的该步骤的任 选实施方案中，产物气体具有小于〇. Iwt %，或小于0.5wt %，或小于Iwt %的盐酸；
[0008] b)分离产物气体的组分以提供富含氢气的第一部分和富含氯硅烷的第二部分； 和
[0009] c)将第二部分引导至蒸馏装置，以将第二部分分离为富含TCS/DCS的第三部分和 富含STC的第四部分。如本文和整个本公开使用的，与富含指定组分或多个组分的部分具 有与从其中获得该部分的起始原料相比更大重量比的指定组分或多个组分。
[0010] 例如，在一个实施方案中，本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0011] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并且使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体 中存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0012] b)将来自步骤a)的产物气体引导至吸收柱的底部，将包含TCS和STC的至少一种 的回流引导至吸收柱的顶部，从吸收柱的底部取出包含TCS和STC的液体底流形式的第二 部分，和从吸收器的顶部取出包含氢气和TCS和STC之一或二者的气体流形式的第一部分； 和
[0013] C)将来自步骤b)的第二部分/液体底流引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三 氯甲硅烷和二氯硅烷的第三部分，和富含四氯化硅的第四部分。
[0014] 作为另一实例，在一个实施方案中本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0015] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体中 存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0016] b)将来自步骤a)的产物气体引导至吸收柱的底部，将包含TCS的回流引导至吸收 柱的顶部，从吸收柱的底部取出包含TCS和STC的液体底流形式的第二部分，并从吸收器的 顶部取出包含氢气和TCS和STC的之一或二者的气体流形式的第一部分；和
[0017] C)将来自步骤b)的第二部分/液体底流引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三 氯甲硅烷和二氯硅烷的第三部分和富含四氯化硅的第四部分。如本文使用的，富含指定组 分或多个组分的部分具有比该部分所衍生自的指定起始原料更大重量百分比的所述指定 组分或多个组分。
[0018] 例如，在一个实施方案中本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0019] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体中 存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0020] b)将来自步骤a)的产物气体引导至吸收柱的底部，将包含STC的回流引导至吸收 柱的顶部，从吸收柱的底部取出包含TCS和STC的液体底流形式的第二部分，并从吸收器的 顶部取出包含氢气和TCS和STC的之一或二者的气体流形式的第一部分；和
[0021] C)将来自步骤b)的第二部分/液体底流引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三 氯甲硅烷和二氯硅烷的第三部分和富含四氯化硅的第四部分。
[0022] 在另外的实施方案中，本公开提供了方法，其包括：
[0023] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体中 存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0024] b)将产物气体引导至冷冻冷凝器系统以产生富含氢气的第一部分和富含四氯化 硅、三氯甲硅烷和二氯硅烷的第二部分。
[0025] c)将来自步骤b)的第二部分引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三氯甲硅烷和 二氯硅烷的第三部分和富含四氯化硅的第四部分。
[0026] 下面描述上述步骤a)、b)和c)的VGR方法的任选实施方案。在超环境条件下运 行方法中的步骤a)、b)和c)的一个或多个，和/或步骤a)和b)之间的一个或多个中间步 骤，和/或步骤b)和c)之间的一个或多个中间步骤。例如，在超环境温度下使包含盐酸、 四氯化硅、三氯甲硅烷和二氯甲硅烷的排出气体与金属催化剂接触，并且在超环境温度下 保持产物气体和任选地所有产物气体，并且任选地在离开步骤a)的HCl转化器反应器和进 入步骤b)的吸收柱或冷冻冷凝器系统之间完全以气相形式保持。作为另一实例，将来自步 骤a)的产物气体引导至步骤b)的吸收柱的底部以提供根据针对回流组分的选择包含氢气 和三氯甲硅烷，或者氢气和四氯化硅的气体流，和包含氯硅烷的液体流，并且全部在超环境 温度下从吸收柱中去除液体流，并且在离开步骤b)的吸收柱和进入步骤c)的TCS/STC蒸 馏装置之间在超环境温度下保持液体底流。作为另外的实例，在超环境温度下根据步骤c) 将液体底流引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含TCS和DCS的第三部分和富含STC的第四 部分。
[0027] 还任选地，当通过吸收柱完成产物气体分离为部分，并且TCS是引导至吸收柱的 回流的回流组分时，则TCS饱和的H 2 ( S卩，包含从吸收器的顶部获得的氢气和TCS的气体流） 可直接到达CVD反应器，或者替代地它可到达冷冻冷凝器系统以冷凝出基本上所有来自H 2 再循环的TCS。相似地，当STC用作引导至吸收器的回流的回流组分时，则产生的STC饱和 的H2 ( S卩，包含从吸收器的顶部获得的氢气和STC的气体流）可直接进入冷冻冷凝器系统以 从STC中分离H2。此后，来自冷冻冷凝器系统的气体流可任选地直接进入CVD反应器。可 在压缩机中将离开吸收器的气体的压力任选地增加至约9barg的压力，其中离开吸收器的 气体的压力可为约5-7barg。由于在35°C下（超环境温度的例示温度）离开吸收柱的4气 体流中STC的量近似等于离开CVD反应器的排出气体中STC的量，因此如果省略冷冻冷凝 器系统，则过量的STC将存在于直接返回至CVD反应器的H 2循环中。由于STC是CVD反应 的副产物，在它之中使用具有过量STC的H2原料将对分解反应产生有害影响。当期望从包 含从吸收器的顶部获得的氢气和氯硅烷（TCS和/或STC)的气体流中去除氯硅烷时，相比 TCS更容易冷凝出STC，由于相对于TCS的沸点（在环境压力下31°C )，STC的沸点更高（在 环境压力下57°C )。因此，当期望从包含从吸收器的顶部获得的氢气和氯硅烷的气体流获 得净化的H2流体时，使用STC作为引导至吸收器结合随后的冷冻冷凝器系统的回流的回流 组分是有利的，并且本公开的一个实施方案提供了该任选方法。从包含从吸收器的顶部获 得的氢气和TCS的气体流纯化TCS是任选的并且不是本方法的必需步骤。
[0028] 该方法是非常有利的，因为它可实现下列中的一个或多个：它消除了用于大多数 商业多晶硅生产工厂的HCl吸收步骤的需要，由此HCl离开气相进入包含混合氯硅烷的非 常冷的液体，否则HCl将在排出气体流中被吸收，；它消除了 HCl蒸馏步骤，其中从吸收的 HCl中分离所述非常冷的氯硅烷吸收剂流体，产生纯的HCl流体和包含TCS、DCS和STC的 流体；和/或它消除了冷冻冷凝步骤的需要，其中将已经从氯硅烷吸收剂中分离的HCl气体 冷凝为液体状态并且以冷冻液体形式储存。因此，在一个方面中，本公开的方法和系统省略 了冷却或液化包含HCl的气体流的步骤。
[0029] 上述HCl吸收系统和随后的HCl蒸馏系统的操作难于控制并且倾向于过程混乱。 通过对比，本公开的方法容易控制并且操作稳定。在一个实施方案中，本公开的VGR系统仅 需要三步，尽管是任选步骤，但包括步骤a)、b)和c)之间或之后的中间体的任选步骤也可 包括在过程中。还可将任何步骤a)、b)和/或c)描述为：
[0030] ?步骤a)为原位HCl反应，由此消耗HCl且来自HCl的Cl原子转化为其他分子 种类，例如，氯硅烷；
[0031] ?在一个实施方案中，步骤bl)为吸收步骤，由此冷凝一些排出气体组分和/或在 吸收器中彼此分离；
[0032] ?在一个实施方案中，步骤b2)为冷冻冷凝步骤，由此浓缩一些排出气体组分和/ 或在冷冻冷凝器系统中彼此分离；其中步骤b)能为步骤bl)和b2)之一或者步骤bl和b2 -者;和
[0033] ?步骤c)为蒸馏步骤，由此将混合的氯硅烷，例如，从底流离开吸收器或从冷凝 物离开冷冻冷凝器系统分离成STC流体和包含DCS和TCS的流体。
[0034] 如上所述，在任选的实施方案中，在超环境温度下运行所述方法。换言之，将排出 气体的组分保持在一个或多个超出环境温度的温度下，工厂位于该温度范围内或者在该温 度范围内运行。在其他任选的实施方案中，在将它们引导至吸收器之前，不需要将在排出气 体中的氯硅烷气体组分冷却为液体状态。换句话说，在本公开方法的一个实施方案中，在离 开HCl转化器反应器和进入吸收柱之间将排出气体完全保持在气态。这是有利的，因为吸 收器接收液体回流，或者STC或者TCS，并且必须在吸收器内汽化该液体回流。如果进入吸 收器的排出气体完全为气态，则排出气体具有更多的能量，所述能量能用于汽化液体回流， 与其中在进入吸收柱之前所述排出气体已被部分转化为液相的情况相比。还有利的是使相 对更多的排出气体进入吸收柱，因为更高量的排出气体具有更高量的热量，其可用于汽化 所述回流，所有其他因素保持不变。因此，在一个任选的实施方案中，将所有离开HCl转化 器反应器的排出气体递送至吸收器，并且进入吸收柱的排出气体完全处于气相中。
[0035] 在另外的实施方案中，提供用于制备CVD反应器中的多晶硅的方法，由此从离开 多晶硅-制备CVD反应器的排出气体获得包含高浓度的TCS的第一原料流体。优选地，该 第一原料流体自离开CVD反应器后并不是液体形式，和/或将它保持在超环境温度下。该 原料流体是包含三氯甲硅烷和氢气（H 2)的混合物，其中所述三氯甲硅烷构成至少5mol %的 原料流体，多达约50mol %，并且通常为15-25mol %。可将该原料流体与包含汽化的TCS的 第二原料流体混合，即，先前处于液体状态但其被转化为气态的TCS。第一和第二原料流体 的混合提供了能直接进入多晶硅-制备CVD反应器的最终原料（即，用于CVD反应器的起 始原料）。因此，在本公开方法的另外的实施方案中，将方法描述为包括：
[0036] a)混合包含第一和第二原料的原料以提供起始原料，其中所述第一原料包含三氯 甲娃烧和氢气的混合物且三氯甲娃烧构成5至50mol %的第一原料；和
[0037] b)将起始原料引导至CVD反应器以产生多晶硅。
[0038] 在另外的实施方案中，提供精制和纯化来自CVD反应器的过程排出气体用于多晶 硅制造，以便它（过程排出气体）可用于形成较高纯度的多晶硅的方法，即，比在没有本文 描述的精制过程获得的纯度更高的纯度。作为客观原则，精制过程从用于CVD反应器的原 料中去除杂质，因此制备具有减少的杂质的多晶硅产品。例如，根据本方法的任选的实施方 案，三氯化硼形式的硼是能从排出气体中分离和去除的杂质。事实上，能使用得自本文描述 的排出气体的原料将通过Siemens方法制备的多晶硅产品中的硼含量减少多达4X至IOX 或更多。如下所示，关键发现是吸收由CVD排出气体制成一次性硅胶，使用精制的TCS组成 引导至系统的占优势的硼的方法。由于根据本文的教导，单程通过CVD反应器仅5%至20% 的供给至CVD反应器的硼放置在多晶硅产品，硼在过程气体流中积累。通过本文描述的方 法，硼可吸收在硅胶上，由此从返回至CVD反应器的再循环流体中定量去除它，由此以4X至 IOX的数量级减少多晶硅产品中的硼含量。如果需要，可将硅胶床再生。本领域技术人员认 识到通过本公开减少多晶硅产品中的硼的更大用途变得可能。
[0039] 根据用于减少多晶硅中的硼含量的本实施方案，提供方法，其包括：
[0040] a)通过包括混合主要包含氢气的第一原料和主要包含氯硅烷的第二原料的方法 制备原料，其中所述第二原料包含硼并且具有第一硼含量；
[0041] b)将原料递送至多晶硅-制备CVD反应器；
[0042] c)从CVD反应器中获得排出气体；
[0043] d)将富含硼含量的排出气体或其部分（其中所述排出气体或其部分具有第二硼 含量）暴露于硅胶以提供具有第三硼含量的原料组分，其中所述第三硼含量小于第二硼含 量；
[0044] e)混合在步骤d)中制备的原料组分与包含氢气和第二原料的反应物以提供第三 原料；其中所述第三原料具有小于第一硼含量的第四硼含量；和
[0045] f)将第三原料引导至多晶硅-制备CVD反应器。
[0046] 可结合本文描述的方法的其他实施方案使用用于减少多晶硅中的硼含量的实施 方案。例如，可将来自CVD反应器的排出气体分离成富含三氯甲硅烷和/或二氯甲硅烷的 第三部分和富含四氯化娃的第四部分，并将第三部分暴露于娃胶。根据一个或多个本文描 述的氯化、吸收、冷冻冷凝和蒸馏步骤制备第三和第四部分。例如，可使用金属催化剂处理 排出气体以提供包含小于〇. lwt%，或小于0. 5wt%或小于lwt%盐酸的产物气体，并将产 物气体或其部分暴露于硅胶以减少硼含量。排出气体或排出气体部分通过硅胶的通道导致 来自排出气体或其部分的硼杂质吸收至硅胶中。因此，离开硅胶的上述称为原料组分的气 体是硼贫化的，具有第三硼含量。另一方面看，离开硅胶的气体具有以重量或摩尔检测的硼 与氯硅烷的比例，其小于与针对进入硅胶的气体检测的相同比例。当将贫硼的该原料组分 与新鲜TCS和新鲜氢气混合以提供用于CVD反应器的原料以制备多晶硅时，该产生的原料 具有较少的硼，即，与如果仅混合新鲜TCS和新鲜氢气相比的更低比例的硼与TCS，假设新 鲜TCS具有通常的硼含量，S卩，第一硼含量，其大于具有第三硼含量的贫硼的原料组分。
[0047] 如前面提及的，本公开提供了方法，其包括：
[0048] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并使排出气体与金属催化剂接触以提供包含比排出气体中存在的盐酸少的盐酸的 产物气体，和从反应器中去除产物气体；
[0049] b)分离产物气体的组分以提供富含氢气的第一部分和富含氯硅烷的第二部分； 和
[0050] c)将第二部分引导至蒸馏装置以提供富含TCS/DCS的第三部分和富含STC的第四 部分。
[0051] 在第三和第四部分的形成之后，这些部分可用于下面确定的本公开的方法和/或 系统。在下面描述的实施方案中，一些当通过吸收柱进行分离步骤b)时更合适，而其他的 当通过冷冻冷凝器系统进行分离步骤b)时更合适。然而，即使通过吸收柱进行第一和第 二部分的分离，仍可将冷冻冷凝器系统任选地包括在本公开对的方法和/或系统中。下面 提供的各个任选的实施方案可包括括号内设置的参考数字，其中那些数字是指如可用于图 IA-11的具体操作装置。为了方便读者而提供这些参考数字并且其不被解释为限制本公开。 此外，在各个多种任选的实施方案之后，鉴定一个或多个例不在本公开的VGR系统和方法 的上下文中的任选特征或实施方案的用途的特定图，其中这些参考图意图不限制本公开并 且仅为了方便读者理解各个任选的实施方案和如何可将它们任选地结合而提供。下面提供 各个任选的实施方案，其中可结合任何两个或多个实施方案以描述本公开的方法。
[0052] 1)将包含TCS/DCS的第三部分，任选地在诸如罐（28)或罐（44)的罐中储存之后 与氢气混合以提供用于其中制备多晶娃的CVD反应器的原料；参见例如，图IA和图8A。
[0053] 2)可储存包含TCS/DCS的第三部分直至在工厂中需要它，例如，可将它储存在罐 (22)中直至它用作吸收柱（18)中的回流；参见例如，图1A。
[0054] 3)使包含TCS/DCS的第三部分与硅胶床接触，例如，（40)，其中所述硅胶吸收来自 第三部分的硼并制备包含TCS/DCS的贫硼的第五部分；参见例如，图2、图5A和图9。
[0055] a)将包含TCS/DCS的第五部分引导至气体压缩机（24)并且最后可用作CVD反应 器中的原料；参见例如，图2和图9。
[0056] b)将包含TCS/DCS的第五部分与氢气混合以提供原料至CVD反应器，任选地在通 过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之后；参见例如，图2、图5A和图9。
[0057] 4)在蒸馏装置中将包含TCS/DCS的第三部分分离为富含TCS的第六部分和富含 DCS的第七部分；参见例如，图3、图4、图6、图7、图10和图11。
[0058] a)可将包含TCS的第六部分引导至储存罐（22)以被用作用于吸收器（18)的回流 或用于工厂中可能需要的TCS的任何其他目的；参见例如，图3。
[0059] b)将包含TCS的第六部分，任选地在储存在诸如罐（28)的罐中之后与氢气混合以 提供用于其中制备多晶硅的CVD反应器的原料；参见例如，图3、图4、图6、图7、图10和图 11。
[0060] c)将还可包含硼和/或磷的包含DCS的第七部分输送至废物处理设施；图中未示 出。
[0061] d)将包含DCS的第七部分与硅胶接触，并从第七部分中吸收硼至硅胶以提供包含 DCS和少量或者没有硼的第八部分；参见例如，图3、图4、图6、图7、图10和图11。
[0062] i)将包含DCS的第八部分引导至气体压缩机（24)并且最后可用作CVD反应器中 的原料；参见例如，图3、图6和图10。
[0063] ii)将包含DCS的第八部分与氢气混合以提供原料至CVD反应器，任选地在通过冷 凝器（42)和/或储存罐（44)之后；参见例如，图3、图6和图10。
[0064] iii)将包含DCS连同可例如通过第四部分提供的STC的第八部分引导至再分配反 应器（50)以提供包含TCS和任选地最少量的DCS和/或STC的第九部分；参见例如，图4、 图7和图11。
[0065] 5)将包含STC的第四部分引导至STC转化器；图中未示出。
[0066] 6)将包含STC的第四部分引导至STC氢氯化反应器；图中未示出。
[0067] 7)将包含STC连同可例如通过第8部分提供的DCS的第四部分引导至再分配反应 器（50)以提供包含TCS和任选地最少量的DCS和/或STC的第九部分；参见例如，图4、图 7和图11。
[0068] 8)可将包含STC的第四部分引导至储存用于储存的罐，例如，罐（22)，直至工厂需 要它，例如，可能需要它作为用于吸收器（18)的回流；参见例如，图5A。
[0069] 除了提供方法之外，本公开还提供了系统，例如，可用于进行本公开的方法的系 统。在一个实施方案中，本公开的系统包括i)HCl转化器反应器，即，将HCl转化为诸如氢 气和/或氯硅烷的其他分子种类的反应器；ii)吸收柱；和iii)TCS/STC蒸馏装置。吸收器 与TCS/STC蒸馏装置流体连通，换言之，吸收器产生直接进入TCS/STC蒸馏装置或间接进入 TCS/STC蒸馏装置的化学流体。在另外的实施方案中，本公开的系统包括i) HCl转化器反应 器；ii)冷冻冷凝器系统；和iii)TCS/STC蒸馏装置；其中所述冷冻冷凝器系统与离开HCl 转化器反应器的排出气体流体连通并且能接收离开HCl转化器反应器的排出气体，并且其 中所述TCS/STC蒸馏装置与来自冷冻冷凝器系的统流出流体流体连通并且能接收来自冷 冻冷凝器系统的流出流体。
[0070] 在本文描述的实施方案中，本公开的方法和系统可使用或包含吸收柱和冷冻冷凝 器系统二者。在这种情况下，并且也如本文描述的，冷冻冷凝器系统可接收来自吸收柱的流 出物，并且更具体地可接收在本文称为第一部分的包含氢气的流出物。还如本文提及的，本 公开的方法和系统可包含诸如热交换器、储存罐、附加蒸馏装置等的任选的步骤和操作装 置。然而，在一个任选的实施方案中，本公开的系统和方法排除使吸收柱接收来自冷冻冷凝 器系统的流出物。
[0071] 在另外的实施方案中，本公开提供了包括一种或多种从排出气体的气体中去除的 硼和磷的系统和方法。例如，本公开提供了包括硅胶床的排出气体回收系统。任选地，排出 气体回收系统还包括HCl转化器反应器和TSC/STC蒸馏装置。在相关的实施方案中，本公 开提供了系统，其包括：a)HCl转化器反应器，其可i)接收氢气、HCl和三氯甲硅烷，ii)消 耗HCl和iii)在金属催化剂的存在下产生四氯化硅；b)吸收柱，其可i)接收氢气、三氯甲 硅烷和四氯化硅和ii)产生包含氢气的第一部分和包含三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物 的第二部分；c)TCS/STC蒸馏装置，其可i)接收三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物和ii)从 四氯化硅中分离三氯甲硅烷；和d)硅胶床，其可i)接收包含至少一种DCS和TCS的组合物 和ii)吸收来自组合物的硼和/或磷杂质。
[0072] 如本文使用的，间接进入指定的系统装置的化学流体在进入指定的系统装置之前 将通过一个或多个其他系统装置。相似地，HCl转化器与吸收柱流体连通。因此，在一个实 施方案中，HCl转化器与吸收柱流体连通，并且吸收柱与TCS/STC蒸馏装置流体连通。
[0073] 上述和本文其他地方确定的系统可包含一个或多个任选的装置。在本文提供一些 示例性的任选装置和它们相对于HCl转化器反应器和/或吸收柱和/或冷冻冷凝器系统和 /或TCS/STC蒸馏装置的位置。例如，系统可包括CVD反应器。CVD反应器可与HCl转化器 流体连通使得将来自CVD反应器的包含HCl的排出气体递送至HCl转化器反应器，其中在 HCl转化器反应器内通过使HCl以消耗HCl的方式反应从排出气体中去除所述HC1。系统 可包含诸如蒸汽发生器放热热回收设备，其可用于吸收来自气体流的热量，例如，离开HCl 转化器反应器的排出气体流。系统可包含气体压缩机。气体压缩机可与吸收柱流体连通， 例如，气体压缩机可接收离开吸收器顶部的包含氢气的气体流。系统可包含硅胶床。硅胶 床可直接或间接地与吸收柱流体连通。例如，硅胶床可接收来自气体压缩机的化学流体，并 且气体压缩机可接收来自吸收柱的化学流体。系统可包含冷冻冷凝器系统。冷冻冷凝器系 统可直接或间接地与吸收器流体连通。例如，冷冻冷凝器系统（参见例如，图1A、图5A和图 8A的冷冻冷凝器系统）可与硅胶床直接流体连通，并且硅胶床可与气体压缩机直接流体连 通，并且气体压缩机可与吸收器直接流体连通。系统可包含碳吸附剂床，其可吸收来自本文 提供的化学流体的含碳种类。例如，可使包含氢气的第一部分与碳吸附剂接触以去除剩余 量的氯硅烷和任选的烃。
[0074] 系统可包含DCS/TCS蒸馏装置，其接收包含TCS和DCS二者的流体并且在实现从 DCS中分离TCS以提供TCS富集的流体和DCS富集的流体的条件下运行。DCS/TCS蒸馏装 置可直接或间接地与TCS/STC蒸馏装置流体连通。例如，TCS/STC蒸馏装置在实现从TCS/ DCS中分离STC以产生包含TSC和DSC的化学流体的条件下运行，其中可将该化学流体引导 至DCS/TCS蒸馏装置以提供TCS富集的流体和分离DCS富集的流体。
[0075] 系统可包含再分配反应器。再分配反应器可接收包含DCS和STC的原料，并且在 催化剂的存在下将产生任选地结合DCS和/或STC的TCS。本公开的系统可包含除了本文 描述的HCl转化器反应器、吸收柱和/或冷冻冷凝器系统和TCS/STC蒸馏装置之外的任何 一种，或任何两种，或任何三种，或任何四种，或任何五种，或任何六种，或任何七种或更多 的这些任选的单元。
[0076] 在下面描述中阐述一个或多个实施方案的细节。可将结合一个示例性实施方案例 示或描述的特征与其他实施方案的特征结合。其他特征、目的和优点从说明书、附图和权利 要求中可明显看出。此外，本文引用的所有专利和专利申请的公开内容以它们的整体内容 并入。
[0077] 附图简述
[0078] 本公开的特征，从附图和下列各个实施方案的详细描述中可明显获得其性质和各 个优点。
[0079] 图IA是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括任选 的CVD反应器、HCl转化器反应器、充当任选的热回收装置的任选的蒸汽发生器、充当任选 的排出气体冷却系统的任选的冷却水装置、包括诸如STC吸收柱的吸收柱的VGR系统、诸如 氢气/TCS流体压缩机的任选的循环气体压缩机和气体可通过排氢气管（hydrogen bleed) 之一或二者从其离开，进入例如，STC氢氯化反应器或任选的硅胶床，然后诸如图IB示出 的冷冻冷凝器系统的除雾器、STC可从其分离并且任选地输送至例如，STC氢氯化反应器或 STC转化器，并且从其可将TCS/DCS引导至任选的过程储存罐以提供回流至吸收柱的用于 STC/TCS/DCS分离的TCS/STC蒸馏装置，并且可在递送至CVD反应器和/或吸收柱之前用于 储存TCS(任选地结合其他氯硅烷）的任选的前端TCS储存罐。在本公开的各个实施方案 中，任何一种或多种这些任选的反应器/单元等可包含在本公开的陈述中。
[0080] 图IB是可任选地结合图1A、图2、图3和图4的方法和系统使用的冷冻冷凝方法 和系统的示意方框图，其包括第一热交换器以传递来自离开任选地穿过图IA中示出的循 环气体压缩机的STC吸收柱的气体的热量，例如，氢气/TCS流体压缩机和除雾器，然后任选 地通过也在图IA中示出的硅胶床、倾析器、第二热交换器、第二倾析器，其中所述第二热交 换器与冷冻装置流体连通。该任选的冷冻方法可用于在从氢气/TCS流体压缩机和除雾器 获得的氢气/TCS再循环流体上起作用。在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任 选的反应器/装置等可包括在公开的方法的陈述中。
[0081] 图2是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，其包括图 IA和任选地图IB中例示的系统和方法，并且还包括硅胶床以处理离开TCS/STC蒸馏装置 的TCS/DCS流体，具有用于处理的流体进入氢气/TCS流体压缩机和除雾器的管道，和位于 任选的硅胶床和任选的CVD反应器入口之间的任选的冷凝器和任选的TCS/DCS罐。在公开 的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在公开的方法的陈 述中。
[0082] 图3是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充 结合前面针对图IA和IB描述的元素的图2中例示的系统和方法，并且还包括DCS/TCS蒸 馏装置以在来自TCS/STC蒸馏装置的TCS/DCS流体上起作用，包括来自DCS/TCS蒸馏装置 的管道以输送分离的TCS至同程的TCS罐和前端TCS罐之一或二者，并且包括来自DCS/TCS 蒸馏装置的管道以输送分离的DCS通过任选的硅胶床，并且到达氢气/TCS流体压缩机和除 雾器之一或二者和/或具有任选的管道的任选的冷凝器和任选的DCS罐到达CVD反应器。 在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在公开的方 法的陈述中。
[0083] 图4是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充图1A、 1B、2和3中的任何一个或多个中例示的系统和方法，并且还结合再分配反应器，例如，A21 催化的再分配反应器，可向其输送净化的DCS和净化的STC并且可从其接收TCS和STC的 混合物，然后可任选地输送至TCS/STC蒸馏装置。在公开的各个实施方案中，任何一个或多 个这些任选的反应器/装置等可包括在公开的方法的陈述中。
[0084] 图5A是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括任选 的CVD反应器、HCl转化器反应器、充当任选的热回收装置的任选的蒸汽发生器、充当任选 的排出气体冷却系统的任选的冷却水装置、包含诸如TCS吸收柱的吸收柱的VGR系统、例示 为氢气/STC流体压缩机的任选的循环气体压缩机和从其中气体可通过进入例如，图5B中 不出的STC氢氯化反应器或任选的娃胶床，然后任选的冷冻冷凝器系统的排氢气管之一或 二者离开的除雾器、用于STC/TCS/DCS分离的TCS/STC蒸馏装置，从其可将STC分离和任选 地输送例如，至STC氢氯化反应器或STC转化器或者可被输送至TCS吸收柱，并且从其可将 TCS/DCS引导至硅胶床和/或冷凝器和/或TCS/DCS储存罐，其可输送TCS/DCS至CVD反应 器。在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在本方 法的陈述中。
[0085] 图5B是任选的冷冻冷凝器系统和用于它的用途的方法的示意方框图，包括第一 热交换器以传递来自离开TCS吸收柱的气体的热量，所述气体任选地穿过图5A中示出的循 环气体压缩机，例如，氢气/STC流体压缩机和除雾器，然后任选地通过也在图5A中示出的 硅胶床、倾析器、第二热交换器、第二倾析器，其中所述第二热交换器与冷冻装置流体连通。 该任选的冷冻方法可用于从氢气/STC流体压缩机和除雾器中获得的氢气/STC再循环流体 上起作用。在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括 在本方法的陈述中。
[0086] 图6是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括图5A 和任选地图5B中例示的系统和方法，并且还包括DCS/TCS蒸馏装置以在来自TCS/STC蒸馏 装置的TCS/DCS流体上起作用，包括来自DCS/TCS蒸馏装置的管道以输送分离的TCS至前 端TCS罐，并且包括来自DCS/TCS蒸馏装置的管道以输送分离的DCS通过硅胶床，并且至氢 气/STC流体压缩机和除雾器之一或二者和/或具有任选的达到CVD反应器的管道的冷凝 器和DCS罐。在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包 括在本方法的陈述中。
[0087] 图7是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充图5A、 5B和6中的任何一个或多个例示的系统和方法，并且还结合诸如A21催化的再分配反应器 的再分配反应器，可向其输送净化的DCS和净化的STC并且可从其接收TCS和STC的混合 物，然后可任选地输送至TCS/STC蒸馏装置。在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这 些任选的反应器/装置等可包括在本方法的陈述中。
[0088] 图8A是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括从 其可获得多晶硅的任选的CVD反应器、HCl转化器反应器、充当任选的热回收装置的任选的 蒸汽发生器、充当任选的排出气体冷却系统的任选的冷却水装置、诸如氢气/TCS流体压缩 机的循环气体压缩机和气体可通过排氢气管之一或二者从其离开，进入例如，STC氢氯化反 应器或任选的硅胶床然后如图8B示出的冷冻冷凝器系统的除雾器、STC可从其分离并且任 选地输送至例如，STC氢氯化反应器或STC转化器并且从其可在递送至CVD反应器之前将 TCS/DCS引导至任选的过程储存罐的用于STC/TCS/DCS分离的TCS/STC蒸馏装置。在公开的 各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在本方法的陈述中。
[0089] 图8B是示例性冷冻冷凝器系统和使用系统的方法的示意方框图。图8B的冷冻冷 凝器系统包括第一热交换器以传递来自离开HCl转化器反应器的气体的热量，所述气体还 穿过诸如氢气/TCS流体压缩机的图8A所示的循环气体压缩机和除雾器，然后任选地通过 也在图8A中示出的硅胶床、倾析器、第二热交换器、第二倾析器，其中所述第二热交换器与 冷冻装置流体连通。该冷冻冷凝器系统可用于在从氢气/TCS流体压缩机和除雾器获得的 氢气/TCS再循环流体上起作用。在公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反 应器/装置等可包括在本方法的陈述中。
[0090] 图9是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括图8A 和图8B中例示的系统和方法，并且还包括硅胶床以处理离开TCS/STC蒸馏装置的TCS/DCS 流体，具有用于处理的流体进入氢气/TCS流体压缩机和除雾器的管道，和位于任选的硅胶 床和任选的CVD反应器的入口之间的任选的冷凝器和任选的TCS/DCS罐。在公开的各个实 施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在本方法的陈述中。
[0091] 图10是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充图9 中例示的系统和方法，其结合前面图8A和8B描述的元素并且还包括DCS/TCS蒸馏装置以 在来自TCS/STC蒸馏装置的TCS/DCS流体上起作用，包括来自DCS/TCS蒸馏装置的管道以 输送分离的TCS至前端TCS罐，并且包括来自DCS/TCS蒸馏装置的管道以输送分离的DCS 通过任选的硅胶床，然后至氢气/TCS流体压缩机和除雾器之一或二者和/或具有到达CVD 反应器的任选的管道的任选的冷凝器和任选的DCS罐。在公开的各个实施方案中，任何一 个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在本方法的陈述中。
[0092] 图11是包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充在图 8A、8B、9和10中的任何一个或多个中例示的系统和方法，并且还结合诸如A21催化的再分 配反应器的再分配反应器，可向其输送净化的DCS和净化的STC并且可从其接收TCS和STC 的混合物，然后可任选地输送至TCS/STC蒸馏装置。在公开的各个实施方案中，任何一个或 多个这些任选的反应器/装置等可包括在本方法的陈述中。
[0093] 相应参考数字表示全部附图中的相应部分。
[0094] 发明详述
[0095] 本文提供了方法，由此将气体的混合物分离成组成部分或优选的组合物。还提供 了系统，例如，实现方法和/或制备原料或产品流体的系统。此外，提供了一些起始物质和 产品流体。
[0096] 在一个实施方案中，方法包括以规定顺序进行的下列三步。首先，通过包含氯化 催化剂的反应器引导排出气体，其中使氯化氢与DCS和/或TCS反应以分别产生TCS和/ 或STC。该第一步骤在本文被称为氯化反应或氯化步骤，并且在HCl转化器反应器中发生。 示例性HCl氯化反应器和它的操作在例如，美国专利5, 401，872中公开。该第一步骤消耗 HC1，由此产生基本上贫HCl的产品流体。该第一步骤可在如美国专利5, 401，872中描述的 催化管道反应器中进行，反应器位于离开CVD反应器的排出气体管道。到达HCl转化器反 应器的排出气体包括至少氯化氢（HCl)和氢氯娃烧。
[0097] 如本文使用的，术语氢氯硅烷是指具有与硅连接的氢和氯的包含硅的分子。示例 性氢氯硅烷可由通式H aSiCl4_a(其中a = 1至3)描述。氢氯硅烷的具体实例为二氯甲硅 烷（DCS)和三氯甲硅烷（TCS)。还可称为起始气体的排出气体还可被描述为包括氯硅烷，其 中术语氯硅烷是指具有至少一个与硅连接的氯原子的含硅分子。氯硅烷的实例为四氯化硅 (亦称为，四氯硅烷并且简写为STC)。氢氯硅烷是氯硅烷的另外实例。排出气体可任选地 并且通常地包括氢气（H 2)。尽管方便地以来自操作Siemens反应的CVD反应器中的尾气形 式获得排出气体，但包含HC1、氯硅烷和氢气的其他气体混合物也可用于本公开的方法。
[0098] 可任选地通过用于多晶硅生产的任何几种商业方法产生待被递送至HCl转化器 反应器的排出气体。一种这样的方法是用于形成太阳能等级或半导体等级，或光伏等级硅 的化学气相沉积（CVD)方法，通常将其称为Siemens方法。如本文使用的，术语CVD反应器 是指化学气相沉积在其中发生的反应器。CVD反应器可用于形成使用三氯甲硅烷（SiHCl 3) 或硅烷（SiH4)作为原料组分的多晶硅。
[0099] 尽管本公开的方法和系统的各个实施方案包括钙第一步骤/反应器，但方法和系 统的其他实施方案省略该第一步骤/反应器，或者具有该第一步骤/反应器作为任选的步 骤。当存在时，氯化步骤提供包含氯化氢，通常结合诸如TCS的氢氯硅烷并且任选地结合诸 如氩气、氮气、氢气的其他气体的气态排出流体，与氯化催化剂接触，任选地在超环境温度 下。通过许多商业方法产生这样的气体排出流体，所述方法例如用于形成硅等级或光伏等 级多晶硅的CVD方法。能在多达约700°C的温度下，或者约超环境温度至约700°C的温度范 围下运行氯化步骤。选择的实际温度部分地取决于在氯化步骤中使用的特定氯化催化剂。 催化剂可为均相或多相催化剂。例如，当氯化催化剂为Pd/C(l-4 Wt% Pd)时，可使用温度 多达约300°C，或超级环境至300°C的温度，或50°C至200°C的温度。通常，使用30°C至约 250°C的温度的l-4wt% Pd/C是用于氯化反应的合适方法条件。
[0100]为了实现来自气态排出流体的氯化氢的氯离子的定量回收，硅结合的氢与氯化氢 的摩尔比在所述方法中可为至少1:1。当氢氯硅烷相对于氯化氢以摩尔过量存在时是优选 的。氢氯硅烷相对于氯化氢的摩尔过量的量对于本方法并不是关键的并且能为通常在这样 的气态排出流体中存在的那些比例。例如，能将DCS加入至排出气体流以使排出气体流富 集氢氯硅烷，并且由此实现相对于氯化氢摩尔过量的硅结合的氢。
[0101] 如前面提及的，在方法的第一步中，使氯化催化剂与包含氯化氢和氢氯硅烷的气 态排出流体接触。用于方法的氯化催化剂选自催化剂包含诸如钯、钼、铑、钌、镍、锇、铱的金 属。优选的金属为钯、钼、钌、铑和镍。催化剂可包含多于刚刚列举的金属，并且可为包含金 属和诸如无机化合物的其他种类的化合物，例如，金属盐和氧化物以及有机金属化合物。能 通过本领域已知的标准方法影响催化剂和排出气体之间的接触。如前面提及的，氯化催化 剂可为均相或多相催化剂。合适的催化剂为具有带来高表面积每单位质量的催化剂的形态 的任何形式的多相固体催化剂。当选择多相催化剂时，能在搅拌床反应器、固定床反应器或 流化床反应器中使气态排出流体与催化剂接触以命名三个实例。
[0102] 任选地，将金属或金属化合物负载在固体载体上，即，用于金属或金属化合物的合 适尺寸和亲和力的任何惰性材料。用于催化剂的固体载体是本领域熟知的。两个实例为二 氧化硅和碳。例如，固体载体可为表面积为约1，OOOMVg的碳。当将催化剂放置在固体载体 上时，金属或金属化合物可在约〇.2wt %至约IOwt %，或约Iwt %至约5wt % (催化剂/载 体）的浓度下存在。还任选地，金属或金属化合物包括铬，其中所述铬充当助催化剂并且增 加上述催化剂的效率，例如，由镍形成的催化剂。
[0103] 氯化反应，由此将氯原子从HCl转移至氢氯硅烷，通常为放热反应。因此，可使用 一些冷却方法以保持氯化反应在期望的温度范围内。此外，可在递送至吸收柱或冷冻冷凝 器系统之前将来自氯化反应器的流出气体冷却。
[0104] 可在约2-15大气压的压力下，或约5-12大气压的压力下，或约7-10大气压的压 力下运行氯化反应。通常，当增加 HCl转化器反应器的操作压力时，可减小反应器的尺寸。 明显地，在所有其他因素相同的情况下，鉴于建立反应器的资本支出，与较大的反应器相 t匕，较小的反应器是更有利的。
[0105] 在第二步中，将来自氯化反应的产品流体分离为包含氢气富集的流体和氯硅烷富 集的流体的组分。可通过许多方法实现该分离，其中两种示例性方法在本文描述。在一种 方法中，使用吸收器。在另一种方法中，使用冷冻冷凝器系统。这两种方法彼此不一致，使 得在公开的方法和系统一个实施方案中，存在和使用吸收器和冷冻冷凝器系统二者。通过 任何这些或其他合适的方法，从也存在于来自氯化反应的产品流体中的大部分氯硅烷中分 离存在于来自氯化反应的产品流体氢气。
[0106] 因此，在一个实施方案中，在第二步中，将来自氯化反应的产品流体供给至吸收 器，优选地供给至吸收器的底部，在本文还称为吸收器柱或吸收柱（absorption column)。 在一个实施方案中，在从氯化反应器离开和进入吸收柱之间将该产品流体冷却。可将产品 流体冷却至期望的温度，例如，使用热交换器或蒸汽发生器或者在空气中或在水冷却的冷 却器中。值得注意的是不需要将产品流体冷却至液相，即，可将它保持处于气相，或者可将 它冷却以提供其中氢气是气相的组分的混合气相-液相。当保持处于气相时，在各个实施 方案中，该气相的温度可小于200°C，或小于100°C，或小于75°C或小于50°C。
[0107] 吸收器的制造和操作是本领域熟知的。简略地，吸收器实现从气体混合物中去除 一个或多个选择的组分。在一个实施方案中，称为液体/气体吸收器，通过液体从气体混合 物中分离可溶气体("溶质")，其中所述液体还可称为回流液体。吸收柱或吸收塔（towers)， 还称为吸收器塔或吸收器塔（towers)，或更简单地称为吸收器通常用于气体吸收。吸收器 的合适的设计特征包括：具有在底部的气体入口和分配空间的圆柱形塔；在顶部的液体入 口和分配器；分别在顶部和底部的气体和液体出口；塔填充物以确保液体和气体（塔板为 可替换选择）之间的紧密接触；和填充物支撑以向操作装置提供强度。可由金属、陶瓷、玻 璃或塑料材料制造塔的外壳，并且可结合耐腐蚀内部衬里。塔应该真正垂直地安装以帮助 实现均匀的液体分布。填充物床置于支撑板上，期望所述支撑板具有至少75 %自由区域用 于气体通路从而提供尽可能低的阻力。最简单的支撑是具有相对宽的隔开棒的网格，在其 上堆放几层大的拉西环或十字环。塔可包含气体注射板设计以提供用于气体和液体的分离 通路使得它们不需要争夺通过相同开口的通路。这通过在高于液体在此处离开床的水平的 点向床提供气体入口实现。在填充床的顶部，适当设计的液体分配器提供令人满意的操作 必需的填充物的均匀喷洒。应该选择填充物以提供用于气体和液体之间更高接触的大的表 面积。优选地，有开放结构以实现对气流的低阻力。填充物应该促进填充物材料上的均匀 液体分配，并且应该促进均匀蒸气流动通过塔横截面。填充物可为任意的或者有结构的。 在操作中，通过使用分配器在填充物上均匀分配可为纯溶剂或者溶剂中溶质的稀释溶液的 入口液体。包含溶质的气体进入填充物下面的分配空间并且以与液体流逆流的形式向上流 动通过填充物中的空间。填充物提供了液体和气体之间的大面积的接触。溶质被进入塔的 新鲜液体（即，回流）吸收，并且稀释的气体离开顶部。当它向下流过塔时液体回流富含溶 质，并且浓缩液体通过液体出口离开塔的底部。用于本方法和系统的吸收器可为多级吸收 柱，并且在任选的实施方案中，塔省略再沸器和/或省略冷凝器。
[0108] 除了接收产品流体之外，吸收柱还接收液体回流，优选地将其供给在吸收柱的顶 板上。在各个实施方案中，液体回流包含一种或多种回流组分，其主要可为TCS(其中使用 TCS作为回流组分的方法的示例性实施方案在图1A、1B、2、3和4中示出），主要为STC (其 中使用STC作为回流组分的方法的示例性实施方案在图5A、5B、6和7中示出），TCS和DCS 的混合物，或TCS和STC的混合物。任选地，可将一部分液体回流供给至位于塔的顶板下面 的分配器阶段。液体回流导致产品流体的一些组分被吸收至吸收器液体底流。从产品流体 中如此去除的组分包含氢氯硅烷、BCl 3形式的硼和任选地STC，其中氢氯硅烷可为DCS和/ 或 TCS。
[0109] 除了产生在本文还可称为第二部分的液体底流之外，吸收柱还提供或产生气态氢 气流体，其包含一种或多种存在于液体回流中的回流组分。该气态氢气流体在本文还可称 为第一部分，即，来自排出气体的第一部分。例如，如图IA所示，当TCS为回流组分时，氢气 流体包含TCS。如图5A所示，当STC为回流组分时，氢气流体包含STC。氢气流体在本文还 可称为吸收器产品或循环气体或循环气体流或再循环氢气流体，因为在方法的一个实施方 案中，将氢气流体循环至CVD反应器。吸收柱优选地在循环气体压缩机之前或者之后。在 图1-5中，循环气体压缩机表示为氢气/TCS流体压缩机并且在吸收柱的流体下面示出。可 提高循环气体压力（例如，从6杆规至9杆规）以提供足够的附加压力从而补偿管道通向 返回至CVD反应器的循环气体的压降，在其中将所述循环气体流供给返回至CVD反应器的 实施方案中，其为图中例示的选项。这样的压缩机是目前工业实践的标准元件。
[0110] 在本文称为蒸馏步骤的第三步中，将氯硅烷的混合物递送至蒸馏装置，在本文将 其称为TCS/STC蒸馏装置。例如，将在本文还称为第二部分的来自吸收器的液体底流供给 至TCS/STC蒸馏装置。在TCS/STC蒸馏装置中，从STC中分离TCS、DCS和BCl3，或至少，从 贫STC的部分分离获得富含STC的部分，因此富含TCS、DCS和BCl 3。在TCS/STC蒸馏装置 中，以液体形式或优选地以蒸汽形式在塔顶去除TCS/DCS，并且获得包含STC的底流。
[0111] 任选地，可将一部分塔顶流体循环返回至CVD反应器而不进一步处理（其中以蒸 汽形式将它与再循环氢气混合，并且在CVD反应器中再反应），并且可将一部分冷凝，冷却 至期望温度，并且循环返回至上述吸收柱用作吸收器回流。或者，可将所有或一部分塔顶的 流体供给至DCS/TCS蒸馏装置，其中将其分离为主要包含DCS和BCl 3的塔顶流体，和包含 TCS的底流。可以液体形式去除塔顶流体，但优选地以蒸汽形式去除。
[0112] 因此，蒸馏步骤产生至少两种分离产品流体：高度富含TCS和DCS的第三部分，和 高度富含STC的第四部分。部分依赖用于实现第一和第二部分的分离的系统和方法，这些 第三和第四部分可用于制备多晶硅用的工厂的操作。下面提供在多晶硅工厂中使用第三和 第四部分的一些示例性实施方案，其中参考特殊分离步骤（b)提供所述实施方案。
[0113] 在一个实施方案中，本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0114] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并且使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体 中存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0115] b)将来自步骤a)的产物气体引导至吸收柱的底部，将包含TCS的回流引导至吸收 柱的顶部，取出来自吸收柱底部的包含TCS和STC的液体底流形式的第二部分，并且取出来 自吸收器顶部的包含氢气和TCS和STC之一或二者的气体流体形式的第一部分；以及
[0116] C)将来自步骤b)的第二部分/液体底流引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三 氯甲硅烷和二氯硅烷的第三部分和富含四氯化硅的第四部分。
[0117] 在前述实施方案中，任何一个或多个下列任选的特征和步骤可进一步用于描述实 施方案：任选地在储存于诸如罐（28)或罐（44)的罐中之后将包含TCS/DCS的第三部分与 氢气混合以提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；可储存包含TCS/DCS的第三部 分直至工厂需要它，例如，可将它储存在罐（22)中直至它用作吸收柱（18)中的回流；使包 含TCS/DCS的第三部分与诸如（40)的硅胶床接触，其中所述硅胶吸收来自第三部分的硼 并且产生包含TCS/DCS的贫硼的第五部分；将包含TCS/DCS的第五部分引导至气体压缩机 (24)并且最后可用作CVD反应器中的原料；将包含TCS/DCS的第五部分与氢气混合以提供 原料至CVD反应器，任选地在通过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之后；将包含TCS/DCS的 第三部分分离为富含TCS的第六部分和富含DCS的第七部分；可将包含TCS的第六部分引 导至储存罐（22)以被用作用于吸收器（18)的回流或者用于工厂可能需要的TCS的任何其 他目的；将包含TCS的第六部分，任选地在储存于诸如罐（28)的罐之后与氢气混合以提供 用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；将还可包含硼和/或磷的包含DCS的第七部分 送至废物处理设施；使包含DCS的第七部分与硅胶接触，并且将来自第七部分的硼吸收至 硅胶以提供包含DCS和少量或没有硼的第八部分；将包含DCS的第八部分引导至气体压缩 机（24)并且最终可用作CVD反应器中的原料；将包含DCS的第八部分与氢气混合以提供原 料至CVD反应器，任选地在通过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之后；将包含DCS连同可例 如通过第四部分提供的STC的第八部分引导至再分配反应器（50)以提供包含TCS和任选 地最少量的DCS和/或STC的第九部分；将包含STC的第四部分引导至STC转化器；将包 含STC的第四部分引导至STC氢氯化反应器；可将包含STC连同可例如通过第8部分提供 的DCS的第四部分引导至再分配反应器（50)以提供包含TCS和任选地最少量的DCS和/ 或STC的第九部分。
[0118] 在一个实施方案中，本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0119] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并且使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体 中存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0120] b)将来自步骤a)的产物气体引导至吸收柱的底部，将包含STC的回流引导至吸收 柱的顶部，从吸收柱底部取出包含TCS和STC的液体底流形式的第二部分，并从吸收器顶部 取出包含氢气和TCS和STC的之一或二者的气体流体形式的第一部分；和
[0121] C)将来自步骤b)的第二部分/液体底流引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三 氯甲硅烷和二氯硅烷的第三部分和富含四氯化硅的第四部分。
[0122] 在前述实施方案中，任何一个或多个下列任选的特征和步骤可进一步用于描述实 施方案：任选地在储存于诸如罐（28)或罐（44)的罐中之后将包含TCS/DCS的第三部分与 氢气混合以提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；使包含TCS/DCS的第三部分与 诸如（40)的硅胶床接触，其中所述硅胶吸收来自第三部分的硼并且产生包含TCS/DCS的贫 硼的第五部分；将包含TCS/DCS的第五部分引导至气体压缩机（24)并且最后可用作CVD反 应器中的原料；将包含TCS/DCS的第五部分与氢气混合以提供原料至CVD反应器，任选地在 通过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之后；将包含TCS/DCS的第三部分分离为富含TCS的 第六部分和富含DCS的第七部分；将包含TCS的第六部分，任选地在储存于诸如罐（28)的 罐之后与氢气混合以提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；将还可包含硼和/或 磷的包含DCS的第七部分送至废物处理设施；使包含DCS的第七部分与硅胶接触，并且将来 自第七部分的硼吸收至硅胶以提供包含DCS和少量或没有硼的第八部分；将包含DCS的第 八部分引导至气体压缩机（24)并且最终可用作CVD反应器中的原料；将包含DCS的第八部 分与氢气混合以提供原料至CVD反应器，任选地在通过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之 后；将包含DCS连同可例如通过第四部分提供的STC的第八部分引导至再分配反应器（50) 以提供包含TCS和任选地最少量的DCS和/或STC的第九部分；将包含STC的第四部分引 导至STC转化器；将包含STC的第四部分引导至STC氢氯化反应器；可将包含STC连同可例 如通过第8部分提供的DCS的第四部分引导至再分配反应器（50)以提供包含TCS和任选 地最少量的DCS和/或STC的第九部分；可将包含STC的第四部分引导至诸如罐（22)的储 存罐用于储存直至工厂需要它，例如，可能需要它作为用于吸收器（18)的回流。
[0123] 在一个实施方案中，本公开提供了 VGR方法，其包括：
[0124] a)将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并且使排出气体与金属催化剂接触以提供贫HCl的产物气体，S卩，包含比排出气体 中存在的盐酸少的盐酸，然后从反应器中去除产物气体；
[0125] b)将产物气体引导至冷冻冷凝器系统以产生富含氢气的第一部分和富含四氯化 硅、三氯甲硅烷和二氯硅烷的第二部分。
[0126] c)将来自步骤b)的第二部分引导至TCS/STC蒸馏装置以产生富含三氯甲硅烷和 二氯硅烷的第三部分和富含四氯化硅的第四部分。
[0127] 在前述实施方案中，任何一个或多个下列任选的特征和步骤可进一步用于描述实 施方案：任选地在储存于诸如罐（44)的罐中之后将包含TCS/DCS的第三部分与氢气混合 以提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；使包含TCS/DCS的第三部分与诸如（40) 的硅胶床接触，其中所述硅胶吸收来自第三部分的硼并且产生包含TCS/DCS的贫硼的第五 部分；将包含TCS/DCS的第五部分引导至气体压缩机（24)并且最后可用作CVD反应器中的 原料；将包含TCS/DCS的第五部分与氢气混合以提供原料至CVD反应器，任选地在通过冷凝 器（42)和/或储存罐（44)之后；将包含TCS/DCS的第三部分分离为富含TCS的第六部分 和富含DCS的第七部分；将包含TCS的第六部分，任选地在储存于诸如罐（28)的罐之后与 氢气混合以提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；将还可包含硼和/或磷的包含 DCS的第七部分送至废物处理设施；使包含DCS的第七部分与硅胶接触，并且将来自第七部 分的硼吸收至硅胶以提供包含DCS和少量或没有硼的第八部分；将包含DCS的第八部分引 导至气体压缩机（24)并且最终可用作CVD反应器中的原料；将包含DCS的第八部分与氢气 混合以提供原料至CVD反应器，任选地在通过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之后；将包含 DCS连同可例如通过第四部分提供的STC的第八部分引导至再分配反应器（50)以提供包含 TCS和任选地最少量的DCS和/或STC的第九部分；将包含STC的第四部分引导至STC转 化器；将包含STC的第四部分引导至STC氢氯化反应器；可将包含STC连同可例如通过第8 部分提供的DCS的第四部分引导至再分配反应器（50)以提供包含TCS和任选地最少量的 DCS和/或STC的第九部分。
[0128] 本文描述的方法可包括任选的步骤。在一个任选的步骤中，可将包含DCS/TCS的 产品流体加入至氢气再循环流体用于在操作Siemens方法的CVD反应器中反应。在另外的 任选的实施方案中，可根据特定方案将包含DCS/TCS的产品流体冷凝并且加入至Siemens CVD反应器原料，其目的可包括提高CVD反应器中CVD分解速率。在另外的任选的实施方案 中，可供给来自蒸馏步骤的蒸汽流体形式的包含DCS的产品流体，结合化学计量过量的STC 蒸汽至再分配反应器，在那里它基本上被转化为用于再循环至CVD反应器的TCS。在另外的 任选的实施方案中，可将来自蒸馏步骤的包含DCS的产品流体冷凝并且以液体形式结合化 学计量过量的STC液体供给至再分配反应器，在那里它基本上被转化为用于再循环至CVD 反应器的TCS。可包括蒸馏步骤，由此从TCS中分离DCS。可添加硅胶床用于处理包含DCS 的蒸汽流体以去除诸如BCl3的硼种类。例如，可放置硅胶床接触主要氢气再循环蒸汽流体 以去除诸如BCl 3的硼种类，和/或可放置硅胶床接触包含诸如BCl3的硼种类的DCS富集的 流体。在后面的情况下，可将产生的贫硼的DCS富集流体加入至氢气再循环流体。一个或 多个这些任选的步骤将变得清楚地提供显著提高的操作效用，并且在方法系统中包括它们 是高度期望的。
[0129] 还任选地，当TCS用作递送至吸收器的回流的回流组分时，则被TCS饱和的H2 (即， 包含氢气和从吸收器的顶部获得的TCS的气体流）可直接进入CVD反应器，或者可替代地 它可进入冷冻冷凝器系统以从H 2循环中冷凝出基本上所有TCS。相似地，当STC用作递送 至吸收器的回流的回流组分时，则可将产生的被STC饱和的H2(即，包含氢气和从吸收器的 顶部获得的STC的气体流）引导至冷冻冷凝器系统以从STC中分离H2，然后任选地引导净 化的H2进入CVD反应器。参考图1A、图5A和图8A在本文例示和描述合适的冷冻冷凝器系 统。冷冻冷凝器系统的其他结构可用于本公开的系统和方法，只要冷冻和气体压缩用于将 包含氢气和氯硅烷的混合物分离为至少两种流体，一种流体主要包含氢气且另一流体主要 包含氯硅烷。
[0130] 由于在35°C下H2再循环中STC的量近似等于离开CVD反应器的排出气体中STC 的量，因此如果省略冷冻冷凝器系统，则过量的STC将存在于引导返回至CVD反应器的H2再 循环中。由于STC是CVD反应的副产物，因此使用在其中具有过量的STC的H 2原料对分解 反应具有不利影响。当期望从包含氢气和从吸收器的顶部获得的氯硅烷（TCS和/或STC) 的气体流中去除氯硅烷时，与TCS相比更容易冷凝出STC，由于相对于TCS (在环境压力下 31°C ) STC的较高沸点（在环境压力下57°C )。因此，当期望从包含H2和从吸收器的顶部 获得的TCS的气体流中获得净化的H2流体时，使用STC作为递送至吸收器结合随后的冷冻 冷凝器系统的回流的回流组分是有利的。从包含H 2和从吸收器的顶部获得的TCS的气体 流纯化TCS不是本发明的必需步骤。
[0131] 如在本文提及数次的，可在超环境温度下运行本方法。如本文使用的，术语超环境 温度是指大于环境温度的温度，其中环境温度是指操作本方法的工厂或设备周围的温度。 在各个实施方案中，超环境温度大于25°C，或大于30°C，或大于35°C，或大于40°C，或大于 45°C，或大于50°C，或大于55°C，或大于60°C。与目前用于从Siemens CVD方法分离尾气混 合物的工业实践不同，其操作具有高电力负载，不需冷冻用于进行本文称为氯化、吸收和蒸 馏的三个步骤。
[0132] 尽管不常需要冷冻用于进行本文描述的氯化、吸收和蒸馏方法，但可任选地包括 冷冻作为公开的方法的一部分，如图1A-7中例示的。有时，本公开的方法和系统必须包括 冷冻，参见例如，图8A、9、10和11中例示的实施方案。当在本方法或系统中包括冷冻时，在 本方法的一个实施方案中，所述冷冻并不将反应物流体或产品流体冷却至小于环境温度的 温度，即，至温度小于操作方法的工厂或设备周围的温度。然而，在另外的实施方案中，冷冻 可用于将产品或反应物流体冷却至低于环境温度的温度，例如，至低于25°C，或低于20°C， 或低于15°C，或低于10°C，或低于5°C，或低于0°C的温度。
[0133] 目前工业分离和回收VGR系统中的物质，包括许多昂贵单元操作，其中这些单元 操作包括：
[0134] ?使用冷却塔水以冷却热的CVD排出气体至环境温度范围的热交换；
[0135] ?使用几种冷冻冷却介质（例如，_5°C至_30°C )的多重热交换器以建立亚冷却 的CVD排出气体流，已经从其中去除许多氯硅烷含量；
[0136] ?使用非常冷的冷冻冷却介质（例如，-30°C至_50°C至_70°C )的多重热交换器 以从氢气气体流中去除基本上所有氯硅烷含量；
[0137] ?吸收步骤，其中非常冷的排出气体流中的HCl从氢气流体吸收出来进入包含混 合的氯硅烷的非常冷的液体。
[0138] ?热交换以减少冷却成本；
[0139] ?蒸馏步骤，其中从吸收的HCl中分离所述非常冷的氯硅烷吸收剂流体，产生纯 的HCl流体和包含TCS、DCS和STC的流体。
[0140] ?冷冻冷凝步骤，其中将已经从氯硅烷吸收剂中分离的HCl气体冷凝为液体状态 并以冷冻液体形式储存
[0141] ?蒸馏步骤，其中将已经从吸收的HCl中分离的混合的氯硅烷分离为STC流体和 包含DCS和TCS的流体；和
[0142] ?任选的蒸馏步骤，其中将包含DCS和TCS的流体分离为包含DCS的流体和包含 TCS的流体。
[0143] 如通过所需的多个步骤解释清楚的，目前实施的排出气体处理方法是资本密集型 的和操作昂贵的。
[0144] 与本公开的方法相比，目前实施的排出气体处理方法的缺点包括：
[0145] ?高冷冻剂负载，伴随高用电成本；
[0146] ?高冷却水负载，伴随高用电成本和水使用；
[0147] ?复杂和难于控制方法操作；
[0148] · 4X至IOX更商的砸的多晶娃广品；和
[0149] · CVD区域中2X至7X更高TCS蒸发负载，导致显著更高的加热中型负载。
[0150] 如已经讨论的，本文描述的方法和系统可包括任选的实施方案。在一个任选的实 施方案中，方法包括纯化步骤，其中使起始混合物或产品流体以蒸汽形式与硅胶床接触。硅 胶床可包括在提供本公开系统的陈述中。在纯化步骤中，从起始混合物或任何产品流体中 去除硼种类。这是高度有利的。在最通常用于现有商业操作的方法中，将精炼的TCS中的 硼补充循环至CVD反应区域，连同从CVD排出气体中回收的TCS和DCS回收，直至将所有这 样的硼结合在多晶硅产品中一换言之，仅用于来自CVD和完整VGR系统的硼的净化点在多 晶硅产品中。本方法提供了净化从它与多晶硅的共沉积中分离的硼的方法，有利结果是可 制备更高纯度的多晶硅。
[0151] 当适当地调整和操作时，硅胶床能从氯硅烷流体中，包括从包含DCS的蒸汽流体 中去除硼，包括BCl 3形式的硼。这种去除基本上可为定量的。当通过在标准条件下运行 的Siemens CVD方法产生排出气体时，包含DCS的蒸馏产品流体不包含非常多的硼。由于 DCS流体中非常低的硼含量，和硅胶床相对高的容量用于硼停留，因此硅胶床能具有以年计 算的寿命，甚至多达十年。优选建立富含硼的排出气体流组分，因为使硼富集的排出气体流 组分穿过硅胶床在去除更大量的硼，例如，三氯化硼方面更有效。该影响基于硅胶床不能减 少流出物中的硼含量低于一定量的事实一所述量是突破性的浓度水平。如果供给二氧化硅 床的原料具有非常低浓度的硼，浓度接近突破性的浓度，则硼去除效率将很低。然而，如果 供给硅胶床的原料中的硼的浓度增加，则根据本文教导的方法，去除效率成比例增加。硅胶 床还从包含DCS的产品流体中去除一定量的磷，如果存在，以低沸点种类形式。在任何情况 下，可将硅胶床修复或再生用于连续使用。
[0152] 在各个优选的实施方案中，可将离开硅胶床的包含DCS的蒸汽加入至氢气再循环 流体用于在CVD反应器中反应，或可根据一些方案将它冷凝并且加入至CVD反应器进料，其 目的可包括提高CVD反应器中CVD分解速率。或者，可结合化学计量过量的STC蒸汽将离 开硅胶床的包含DCS的蒸汽供给至再分配反应器，在那里将其基本上转化为TCS用于再循 环至CVD反应器。或者，可将离开硅胶床的包含DCS的蒸汽冷凝并可结合化学计量过量的 STC液体以液体形式供给至再分配反应器，在那里将其基本上转化为TCS用于再循环至CVD 反应器。再分配反应器内发生的化学过程为：DCS+STC - 2TCS。
[0153] 再分配反应器是本文描述的各个系统和方法的任选组分。在再分配反应器中，可 将两个单独的组合物引导至反应器。一个组合物主要包含二氯硅烷，即，是至少50wt %的二 氯硅烷的组合物，同时另一组合物主要包含四氯化硅，即，是至少50wt%的四氯化硅的组合 物。或者，将单一组合物引导至再分配反应器，其中该单一组合物包含二氯甲硅烷和四氯化 硅二者。在再分配条件下操作再分配反应器使得在二氯甲硅烷和四氯化硅之间发生再分配 反应，并且由此产生三氯甲硅烷。催化剂可存在于再分配反应器中，例如，叔胺和叔胺盐的 组合在例如，美国专利4, 610, 858中公开。如在US 4, 610, 858中公开的，叔胺和叔胺盐的 组合用于允许歧化反应，其为平衡反应，由此可将TCS转化为硅烷（SiH4)和STC。本公开的 再分配反应可使用与U. S. 4, 610, 858中公开相同的催化剂和温度和压力的操作条件，然而 与美国专利4, 610, 858中公开的反应不同，本公开引入STC和DCS至反应器，并且回收TCS 作为产品。固定床或流化反应器可用于再分配反应器。再分配反应器可包括在任何本文描 述的系统和方法中，其产生包含DCS的第7部分，因此其包括DCS/TCS蒸馏装置。
[0154] 作为包括本文描述的方法中的纯化步骤的另一实例，可将氢气再循环蒸汽流体， 艮P，第一部分通过硅胶床。可以蒸汽形式将从吸收柱或冷冻冷凝器系统中产生的该第一部 分供给至硅胶床以去除硼，包括包含BCl 3的硼种类。由于在循环中通过大量氢气稀释该流 体，因此这种去除尽管有意义，但可能不是定量的。由于循环气体流中非常低的硼含量，和 相对高容量的硅胶床用于硼停留，因此硅胶床能具有以年计算的寿命，甚至多达十年。硅胶 床还从循环气体流中去除一定量的磷，如果以低沸点种类形式存在。
[0155] 作为包括本文描述的方法中的纯化步骤的其他实施例，可以蒸汽形式将来自蒸馏 步骤的包含TCS的产品流体，S卩，第三部分供给至硅胶床以去除硼，包括包含BCl 3的硼种 类。尽管该方法具有不必需要从DCS中分离TCS的优点，但它遭受TCS的存在倾向于稀释 气体流的硼浓度的事实，相对于包含硼和主要为DCS以及少量的TCS的气体流。当在供给 至硅胶床吸收器的原料中硼种类以相对更低的浓度存在时，它们的去除效率（从气体流中 去除的硼种类的百分比）降低。
[0156] 通过本方法实现供给至CVD反应器的原料中硼含量的去除或减少可使用DCS/TCS 蒸馏装置以使排出气体或其部分进行上述基于组分沸点的分馏。DCS和BCl3的沸点彼此接 近，因此富含DCS的部分还可富含BCl 3，如果部分包含捕获两种物质的沸程。可将这种富含 DCS和BCl3二者的部分通过上述硅胶床以提供减少或基本上没有硼，但具有高含量的DCS 的流出物。可将该不含硼或低硼含量DCS包含在进入上述CVD反应器的原料中。或者，可获 得富含DCS和BCl3二者的部分，然后丢弃或送至废物处理设施。尽管该方法浪费DCS，因此 有效降低从氯硅烷原料中的多晶硅的产生，该方法确实具有从排出气体的其他组分中分离 BCl3的优点，然后可将其中一种或多种那些其他组分循环至CVD反应器以提供具有相对低 的硼含量的原料，即，硼含量低于如果允许未纯化形式的DCS循环至CVD反应器的情况下。 该方法还具有的优点是不需要通过例如，使它穿过或通过硅胶进一步纯化DCS流体。因此， 避免了与硅胶有关的成本。
[0157] 如上所述，DCS和BCl3的沸点彼此接近，因此富含DCS的蒸馏部分还可富含BCl 3, 如果部分包含捕获两种物质的沸程。在本方法的一个实施方案中，以通过将它们放入不同 部分，或至少建立分别富含DCS和BCl3的两种部分使DCS和BCl3彼此分离的方式进行蒸 馏。当BCl3的沸点为12. 6°C时，DCS的沸点为8. 4°C，各自在环境压力下。因此，DCS比在 BClJS的温度下沸腾，并且可通过小心蒸部分馏从BCl3中分离。该方法具有消除对硅胶源 的需要以从DCS中吸收BCl 3的优点。然而，由于两种物质的沸点相当接近，因此必须小心 进行蒸部分馏，并且该必然性将产生否则在本方法中不存在的资本费用和操作成本。
[0158] 有利地将纯化步骤包括在本方法中，因为目前实施的VGR方法不提供从产生的产 品流体中减少或消除硼污染物的方法。因此，当将这些产品流体引导至Siemens CVD反应 器时，硼污染物随期望的原料进入反应器，并且一些所述硼沉积在多晶硅产品中。换言之， 当将这些产品流体循环至Siemens CVD反应器中时，硼污染物进入反应器并且在一定程度 上沉积在多晶硅产品中。因此，与使用不含硼的原料产生的那些相比多晶硅产品具有下降 的纯度。在目前实施的商业SiemensCVD方法中，100%的硼从精炼的TCS工厂中供给至CVD 反应器，作为包含BCl3的种类，在多晶娃广品中结束。在目如的工业实践中：
[0159] ?通过CVD反应器单程分解仅5%至20%的供给至CVD反应器的BCl3。分解的 BCl3以多晶硅中的硼形式结束。
[0160] ?未转化的BCl3进入HCl吸收器，在那里将它吸收进入收器底流。值得注意的是 BCl3的沸点比也被吸收进入吸收器底流的DCS的沸点高4°C。因此，如通过本公开教导的， 通过利用沸点差（蒸汽压力）以分离排出气体流的组分，富含DCS的部分也富含BCl 3。如 本文其他地方描述的，根据本公开使这种富含DCS和BCl3的部分与硅胶床接触将从部分中 去除一些或所有BCl 3，提供具有相对减少的硼浓度的DCS部分。
[0161] ?将吸收器底流供给至HCl回收塔。在塔顶去除HC1，同时DCS、BC13、TCS和STC 离开塔的底部。
[0162] ?在TCS/STC蒸馏装置中的塔顶去除具有几乎相同沸点的DCS和BCl3和较重沸 点的TCS并且循环返回至CVD反应器。
[0163] · BCl3在循环TCS流体中积累至CVD反应器，直至将它的硼组分完全并入多晶硅 广品中。
[0164] 通过对比，与目前工业实践相比，在本方法的一个实施方案中，提供了用于浓缩和 有效去除基本上所有包含BCl 3的种类形式的硼的创新方法。
[0165] 尽管在一个实施方案中，在超环境温度下操作本文描述的方法中的所有步骤，但 在另外的实施方案中，在方法中有一个地方使用冷却使得反应物和/或产品处于低于环境 温度。作为一个实例，冷冻H 2再循环流体，S卩，离开吸收柱或冷冻冷凝器系统的第一部分以 液化氯硅烷同时留下气体形式的H2，然后从液体中分离气体以提供净化的氢气气体流可能 是有利的。随后，在其他任选的实施方案中，可将所述净化的氢气气体流运行通过碳吸收床 以产生高纯的H 2流体，从其中已经去除几乎所有氯硅烷。碳床的使用可从再循环H2流体中 去除几乎所有氯硅烷，并且还可去除诸如甲烷和甲基氯硅烷的痕量杂质。如果存在，甲烷和 /或甲基氯硅烷能导致在CVD反应器中制备的多晶硅中增加的碳含量，由此减少多晶硅的 适用性。因此，在一些情况下期望冷冻再循环H 2流体以从氢气中分离氯硅烷，然后在碳吸 收床中精炼氢气以获得高纯度的氢气流体。
[0166] 多晶硅中硼、磷和碳污染物的存在降低了所述多晶硅用于商业用途的适用性，例 如，用于制造光伏电池和半导体。本方法包括能用于减少进入用于多晶硅生产的CVD反应 器的原料中的硼、磷和/或碳的任选的步骤和操作装置。例如，本方法和系统可包括可用于 从气体流中吸收硼和磷种类的硅胶床。此外，或替代地，本方法和系统可包括碳床，例如，活 性炭，其可用于从气体流中吸收碳种类。通过这些方法，可生产具有降低水平的硼、磷和/ 或碳种类的多晶硅。
[0167] 在用于目前运行中的大多数商业工厂的排出气体处理方法中，从CVD反应器的氢 气气体再循环流体中去除几乎所有氯硅烷包括TCS。因此，作为需要供给至CVD反应器的 TCS的总量的百分比，氢气再循环流体中蒸汽形式的TCS的量小于5%至10%。这使得90% 至95%或更多的TCS来自其他来源。最通常地，所述其他来源为包含以液体形式储存的高 纯的TCS的TCS储存罐。在将其供给至CVD反应器之前必须将该TCS汽化。这种汽化所需 的能量负载是显著的并且包括运行工厂所需的总能量的显著部分。在一个实施方案中，本 方法通过使用包含在蒸汽相中的TCS的氢气再循环流体降低这种汽化的能量需求。该任选 的方法使用包含在各个实施方案中，至少5:95，或至少10:90，或至少20:80，或至少30:70， 或至少40:60的TCS:氢气摩尔比的氢气再循环流体。因此，当将包含本文描述的TCS的根 据本文描述制备的氢气再循环流体用作向CVD反应器的部分供应的TCS时，需要从TCS储 存设备中汽化相对少的TCS以获得原料中的目标水平的TCS至CVD反应器。基本上，通过 增加离开VGR方法的气体流中的TCS的浓度，并且保持所述TCS处于超环境温度，可被CVD 反应器利用的所述TCS而不需要汽化等量的液体形式的TCS为蒸汽状态，S卩，TCS以预汽化 形式存在。术语"TCS预汽化"是指本文教导的实践，由此离开VGR区域的氢气再循环流体 包含大量的需要供给至CVD反应器的TCS的总量。术语" ％ TCS预汽化"是指以蒸汽形式 存在于氢气再循环流体中的必须以蒸汽形式供给至CVD反应器的TCS的百分比，离开VGR 区域，进入CVD反应器。
[0168] 可通过参考附图1A-11进一步例示和描述本文提供的方法和系统。在这些图中， 例示了包括本公开的VGR系统的各个具体和任选实施方案并且以可任选地将它们融合至 用于制造多晶硅的工厂的形式示出。为了一致性各个图中的类似元素由相同参考数字表 /Jn 〇
[0169] 图IA是例示融合本公开的VGR系统和方法至多晶硅制造工厂的系统和方法的整 体的示意方框图。集成系统和方法包括具有出口管道10. 1的任选CVD反应器10、具有出口 管道12. 1的任选HCl转化器反应器12、诸如蒸汽发生器的具有出口管道14. 1的任选热回 收设备14和诸如冷却水的具有出口管道16. 1的任选排出气体冷却系统16。图IA还示出 包含诸如STC吸收柱的具有出口管道18. 1和18. 2的吸收柱18的本公开的VGR系统。图 IA的集成系统和方法还包括诸如氢气/TCS流体压缩机的具有出口管道24. 1和任选出口管 道24. 2的任选循环气体压缩机24和流体可通过提供了进入例如，STC氢氯化反应器（未 示出）的排氢气管的出口管道24. 2之一或二者，或提供递送至具有出口管道26. 1的任选 硅胶床26的流体的出口管道24. 1从其中离开的除雾器。当存在时，出口管道26. 1任选地 通向CVD反应器10,任选地第一通过图IB中示出的冷冻冷凝器系统。可在图IA示出的阀 29处将出口管道26. 1的内容物与出口管道28. 1的内容物混合以提供递送氢气和TCS的组 合至反应器10的出口管道29. 1。阀29任选地：管道28. 1和26. 1之一或二者可直接通向 CVD反应器10而不通过任选的阀29。图IA的集成系统和方法包括具有出口管道20. 1和 20. 2的TCS/STC蒸馏装置20用于STC/TCS/DCS分离以提供从其他组分中分离的STC。可 通过出口管道20. 1将在本文可称为第一部分的包含唯一或主要为STC的产品流体从TCS/ STC蒸馏装置20输送至例如，STC氢氯化反应器（未示出）或STC转化（未示出）。可通过 出口管道20. 2将在本文可称为第二部分的包含唯一或主要为TCS和/或DCS的产品流体 从TCS/STC蒸馏装置20输送至具有出口管道22. 1的任选的过程储存罐22,其中所述出口 管道22. 1可向吸收柱18提供回流。从TCS/STC蒸馏装置20递送TCS/DCS还可或者替代 地通过出口管道20. 2到达用于储存TCS的罐28。任选地并且如图IA所示，出口管道20. 2 可在阀23处分流以提供两个液体流体，一个液体流体通过管道23. 1传送至罐28并且另一 液体流体通过管道23. 2传送至罐22。阀23是任选的，其中管道20. 2可直接通向或者罐 22或者罐28而不与阀23接触。罐28可用于储存TCS和/或DCS作为当需要通过通过出 口管道28. 1向CVD反应器10供应原料时利用的存储器，任选地在到达反应器10之前通过 阀29然后出口管道29. 1。罐28还可任选地具有通向罐22的出口管道28. 2使得罐28可 向罐28供应TCS和/或DCS，所述罐28反过来向吸收柱18供应TCS和/或DCS回流。在 该集成系统和方法中，设置用于VGR系统的设备包含具有例如，5至50,或10至30,或15至 25理论级数的吸收柱18。放置任选的第一硅胶吸收剂床26以接收由通过管道24. 1从循 环气体压缩机24中提供的氢气和TCS蒸汽组成的过程流体。在该方法配置中，与标准工业 实践相比，任选的硅胶床26减少多晶硅中的硼含量10 %，多达40 %。在一个实施方案中， 本公开提供了该完整多晶硅制造工厂。实际上，在本公开的各个实施方案中，任何一个或多 个（或者实际上所有）这些任选反应器/装置等可包括在本公开的方法和/或系统的陈述 中。
[0170] 图IB是用于可存在和/或结合图IA例示的系统和方法使用的任选的冷冻冷凝器 系统和/或方法或实际上具有在包含通往吸收柱18并且运载氢气和TCS，任选地通向CVD 反应器10的出口管道18. 2的本文提供的图的任何一个中例示的系统和方法的示意方框 图。图IB示出的冷冻冷凝器系统和/或方法包括具有出口管道30. 1的第一热交换器30 以通过管道18. 2传递来自离开吸收柱的气体的热量至具有出口管道32. 1和出口管道32. 2 的第一倾析器32,所述管道18. 2任选地穿过图IA中示出的循环气体压缩机24和出口管道 24. 1和任选地通过也在图IA中示出的硅胶床26和出口管道26. 1 (这些选择在图IB中显 示为18. 2/24. 1/26. 1);具有出口管道34. 1和34. 2的第二热交换器34,其中热交换器34 通过管道32. 1接收气体，第二倾析器38,其中所述第二热交换器34与冷冻装置36流体连 通，其中通过出口管道34. 2将诸如氯氟碳（例如，氟利昂）的冷冻剂从热交换器34传递至 冷冻器36,然后通过出口管道36. 1将冷冻剂从冷冻器36传递至第二热交换器34。该任选 的冷冻方法可用于在从可为例如，氢气/TCS流体压缩机和除雾器的循环气体压缩机24获 得的氢气/TCS再循环流体上起作用。任选的冷冻方法提供了通过出口管道30. 2离开热交 换器30的纯氢气流体，其中可任选通过任选地通过阀29 (参见图1A)将所述纯氢气流体递 送至反应器10 (参见图1A)。此外，图IB的任选冷冻冷凝器系统和方法通过具有出口管道 32. 2的第一倾析器32和具有出口管道38. 2的第二倾析器38之一或二者提供纯的或高度 富集的TCS流体，其中所述出口管道32. 2和出口管道38. 2的内容物可在混合器39处合并 以通过出口管道39. 1提供纯的或富集的TCS。来自第二倾析器38的出口管道38. 1可递 送包含氢气的流体至第一热交换器30,如图IB所示。在本公开的各个实施方案中，任何一 个或多个（或实际上所有）的这些任选反应器/装置等可包括在本方法和/或系统的陈述 中。
[0171] 图2是用于制造多晶硅的另外的集成系统和/或方法的示意方框图，其包括或结 合本公开的VGR系统。如图IA所示，该完整的方法包括具有出口管道10. 1的任选的CVD 反应器10、具有出口管道12. 1的任选的HCl转化器反应器12、具有出口管道14. 1的任选 的热回收设备14和具有出口管道16. 1的任选的排出气体冷却系统16。图2中示出的配置 提供了具有出口管道18. 1和18. 2的本公开的VGR系统18。此外并且如在图IA中的，图2 的配置提供了诸如氢气/TCS流体压缩机的具有出口管道24. 1和任选的出口管道24. 2的 任选的循环气体压缩机24和气体可通过出口管道24. 1或24. 2之一或二者从其离开的除 雾器。离开任选的管道24. 2的气体提供了进入例如，STC氢氯化反应器（未示出）的氢气 流出。出口管道24. 1提供了递送至具有出口管道26. 1的任选的硅胶床26的气体。出口 管道26. 1可直接通向反应器10,或者它可通向图IB中示出的任选冷冻冷凝器系统，然后 任选地通向CVD反应器10。如在图IA的讨论中提及的，任选地可在图2所示的阀29处将 出口管道26. 1的内容物与出口管道28. 1的内容物混合以提供递送氢气和TCS的组合至反 应器10的出口管道29. 1。图2的配置还提供了具有出口管道20. 1和20. 2的任选的TCS/ STC蒸馏装置20用于STC/TCS/DCS分离以提供从其他组分中分离的STC。出口管道20. 1 可递送STC富集的第一部分至例如，STC氢氯化反应器（未示出）或STC转化（未示出）。 出口管道20. 2可递送TCS/DCS富集的第二部分至具有出口管道40. 1的任选的第二硅胶床 40。出口管道40. 1可直接通向循环气体压缩机24,或出口管道40. 1可直接通向具有出口 管道42. 1的任选冷凝器42,所述出口管道42. 1通向任选的过程储存罐用于具有出口管道 44. 1的TCS/DCS44,所述出口管道44. 1通向反应器10,任选地通过阀45和出口管道45. 1。 或者，并且如图2所示，出口管道40. 1可通过阀41，所述阀41引导或分流出口管道40. 1中 的内容物进入管道41. 1和/或41. 2,其中管道41. 1递送管道的内容物至压缩机24,并且 管道41. 2递送管道的内容物至反应器10,任选地在通过冷凝器42和罐44之后。
[0172] 图2中例示的方法和/或系统还提供了具有递送TCS至吸收器18的出口管道22. 1 的任选的过程TCS罐22,其中所述罐22可通过递送来自罐28的TCS至罐22的出口管道 28. 2从罐28接收TCS。如果存在，罐44具有提供TCS和/或DCS至反应器10的出口管道 44. 1，任选地通过阀45和出口管道45. 1。在该情况下，用于本公开的VGR系统的设备包括 具有例如，10至30理论级数的吸收柱18和任选地在由TCS和DCS蒸汽组成的过程流体上 与第二硅胶吸收剂床40 -致地操作的任选的TCS/STC蒸馏装置20。在该系统和方法配置 中，在出口管道20. 2中任选的硅胶床40将去除一些或所有存在于来自TCS/STC蒸馏装置 20的TCS/DCS流体中的硼种类。在离开硅胶床40后，TCS/DCS流体可通过出口管道40. 1 通向循环气体压缩机24和/或它可通过管道40. 1通向任选冷凝器42,在所述冷凝器42中 将它液化然后任选地储存在TCS/DCS罐44中，任选地从所述TCS/DCS罐44中可将其递送 至CVD反应器10。在一个实施方案中，本公开提供了该完整多晶硅制造工厂。实际上，在本 公开的各个实施方案中，任何一个或多个（或所有）这些任选反应器/装置等可包括在公 开的系统和/或方法的陈述中。
[0173] 图3是例示包括本公开的VGR系统的另外的集成系统和/或方法的示意方框图。 该图表显示已经联系图1A、图IB和图2描述的特征。图3提供了具有出口管道20. 1和20. 2 的任选的TCS/STC蒸馏装置20,用于STC/TCS/DCS分离以提供从其他组分分离的STC作为 第一部分和任选地通过出口管道20. 1输送至例如，STC氢氯化反应器（未示出）或STC转 化（未示出）和/或用于TCS/DCS作为通过出口管道20. 2递送至DCS/TCS蒸馏装置46的 第二部分，由此从TCS富集的部分中分离DCS富集的部分。从DCS/TCS蒸馏装置46获得的 TCS富集的部分可任选地通过出口管道46. 2通向过程TCS储存罐22,TCS可通过出口管道 22. 1从所述储存罐22抽出并用作用于STC吸收柱18的回流组分。或者，从DCS/TCS蒸馏 装置46获得的TCS富集的部分可任选地通过出口管道46. 2通向在系统/方法前端的TCS 储存罐28，可从所述TCS储存罐28抽出TCS并且用作用于CVD反应器10的原料。如图3所 示，出口管道46. 2可替代地进入阀47，其可用于分别通过管道47. 1和47. 2引导管道46. 2 的内容物至罐28和罐22之一或二者。
[0174] 如图3进一步示出的，还离开DCS/TCS蒸馏装置46是包含DCS富集的部分的出口 管道46. 1。管道46. 1可通向任选的第二硅胶床40以去除一些、所有，或大部分DCS富集的 部分中存在的硼种类。可通过出口管道40. 1将产生的不含硼或贫DCS部分引导至氢气流 体压缩机24或引导至任选的冷凝器42以液化DCS。液化的DCS可通过出口管道42. 1离开 冷凝器并且此后引导至任选的储存罐44用于DCS储存，其可通过出口管道44. 1用作DCS 来源，并且任选地通过CVD反应器10的阀45和出口管道45. 1。与标准工业实践相比，在该 方法配置中由DCS蒸汽组成的过程流体上的任选的第二硅胶床40可减少多晶硅中的硼含 量4倍至10倍，或提供多晶硅中硼含量75% -90 %减少。
[0175] 在图3中，任选的DCS/TCS蒸馏装置46将从TCS分离DCS并且可任选地提供随后 的隔离和/或随后用作根据取决于一定的时变和/或浓度CVD原料气体方案的添加剂。由 氢气气体再循环回路中的氢气和TCS蒸汽组成的过程流体上的任选的第一硅胶吸收剂床 26充当上述DCS蒸汽流体上的第二硅胶床40的附属物，并且在硼突破吸收柱18和/或DCS 蒸汽流体上的硅胶床40的情况下充当备用硼吸收器。在一个实施方案中，本方法提供了该 完整的多晶硅制造工厂。实际上，在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个（或所有） 这些任选的反应器/装置等可包括在公开的系统和/或方法的陈述中。图3中例示的方法 和/或系统包含具有递送TCS至吸收器18的出口管道22. 1的任选的过程TCS罐22,其中 所述罐22可接收来自具有递送来自罐28的TCS至罐22的出口管道28. 2的罐28的TCS。 如果存在，罐44具有任选地通过阀45和管道45. 1提供TCS和/或DCS至反应器10的出 口管道44. 1。
[0176] 图4是本公开的集成系统和/或方法的示意方框图，补充图ΙΑ、1B、2和3中的任何 一个或多个中例示的方法，并且进一步结合诸如A21催化的再分配反应器的再分配反应器 50,可向其输送净化的DCS和净化的STC并且可从其接收TCS和STC的混合物，然后可任选 地输送至TCS/STC蒸馏装置20。图4示出集成的方法和/或系统，其包括本公开的VGR系 统和方法并且还包括具有出口管道20. 1和20. 2的任选的TCS/STC蒸馏装置20用于STC/ TCS/DCS分离。可从其他组分中分离STC以提供任选地通过出口管道20. 1输送至例如，STC 氢氯化反应器（未示出）或STC转化（未示出）的第一部分。可从其他组分将TCS/DCS分 离作为第二部分并且通过出口管道20. 2递送至DCS/TCS蒸馏装置46,由此从TCS富集的 部分分离DCS富集的部分。可任选地通过出口管道46. 2将从DCS/TCS蒸馏装置46获得的 TCS富集的部分引导至过程TCS储存罐22,可通过出口管道22. 1从其中抽出TCS并且用作 用于STC吸收柱18的回流组分。或者，可任选地通过出口管道46. 2将从DCS/TCS蒸馏装 置46获得的TCS富集的部分引导至位于系统/方法前端的TCS储存罐28,可从其抽出TCS 并且用作用于CVD反应器10的原料。还通过出口管道46. 1离开DCS/TCS蒸馏装置46的 是DCS富集的部分，其可任选地通过第二硅胶床40以去除一些、所有，或大部分DCS富集的 部分中存在的硼种类，并且可通过出口管道40. 1将产生的不含硼或贫DCS部分引导至具有 与TCS/STC蒸馏装置20流体连通的出口管道50. 1的再分配反应器50。出口管道20. 1还 可引导其内容物，主要为STC至再分配反应器50。在该方法配置中，与标准工业实践相比， 由DCS蒸汽组成的过程流体上的任选的第二硅胶床40可减少多晶硅中的硼含量4倍至10 倍，或提供多晶硅中硼含量的75% -90%减少。任选的DCS/TCS蒸馏装置46将从TCS分离 DCS。由氢气气体再循环回路中的氢气和TCS蒸汽组成的过程流体上的任选的第一硅胶吸 收剂床26充当上述DCS蒸汽流体上的第二硅胶床40的附属物，并且在硼突破吸收柱18和/ 或DCS蒸汽流体上的硅胶床40的情况下充当备用硼吸收器。在一个实施方案中，本方法提 供了该完整多晶硅制造工厂。实际上，在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个（或所 有）这些任选的反应器/装置等可包括在公开的系统和/或方法的陈述中。图4中例示的 方法和/或系统包含具有递送TCS至吸收器18的出口管道22. 1的任选的过程TCS罐22， 其中所述罐22可从具有递送来自罐28的TCS至罐22的出口管道28. 2的罐28接收TCS。 在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在公开的 系统和/或方法的陈述中。
[0177] 图5A是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和/或方法的示意方框图， 其具有许多已经在联系图1A、1B、2、3和4中描述的特征。在图5A中，与图IA不同，吸收柱 18是TCS吸收柱。任选的罐22用于储存STC，而并非如在图IA中用于储存TCS。罐22通 过出口管道20. 1接收来自TCS/STC蒸馏装置20的STC作为第一部分。任选地，出口管道 20. 1可与图5A中示出的阀21连接，其中管道21. 1可保留阀21并且与罐22连接，并且管 道21. 2可保留阀21并且递送STC至STC氢氯化反应器（未示出）或STC转化（未示出）。 在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在公开的 系统和/或方法的陈述中。
[0178] 图5B是用于可存在和/或结合图5A和/或图6或图7中例示的系统和方法使用 的任选的冷冻冷凝器系统和/或方法的示意方框图。图5B的冷冻冷凝器系统与关于图IB 描述的冷冻冷凝器系统相同。图5B所示的冷冻冷凝器系统和/或方法包括具有出口管道 30. 1的第一热交换器30以通过管道18. 2传递来自离开吸收柱的气体的热量至具有出口管 道32. 1和出口管道32. 2的第一倾析器32,所述管道18. 2任选地通过图5A中示出的循环 气体压缩机24和出口管道24. 1并且任选地通过也在图5A中示出的硅胶床26和出口管道 26. 1 (这些选择在图5B中显示为18. 2/24. 1/26. 1);第二热交换器34具有出口管道34. 1 和34. 2,其中热交换器34通过管道32. 1接收气体，第二倾析器38,其中所述第二热交换器 34与冷冻装置36流体连通，其中通过出口管道34. 2将冷冻剂（例如，氟利昂）从热交换 器34输送柱冷冻器36,然后通过出口管道36. 1将冷冻剂从冷冻器36输送至第二热交换器 34。该任选的冷冻方法可用于在从可为例如，氢气/TCS流体压缩机和除雾器的循环气体压 缩机24获得的氢气/TCS再循环流体上起作用。任选的冷冻方法提供了通过出口管道30. 2 离开热交换器30的纯氢气流体，其中可任选通过任选地通过阀29 (参见图5A)将所述纯氢 气流体递送至反应器10 (参见图5A)。此外，图5B的任选冷冻冷凝器系统和方法通过具有 出口管道32. 2的第一倾析器32和具有出口管道38. 2的第二倾析器38之一或二者提供纯 的或高度富集的STC流体，其中所述出口管道32. 2和出口管道38. 2的内容物可在混合器 39处合并以通过出口管道39. 1提供纯的或富集的STC。可将来自管道39. 1的纯的或富集 的STC流体循环至所述过程，例如，如果在工厂中存在，至吸收器、至STC转化器，或至氢氯 化系统。来自第二倾析器38的出口管道38. 1可递送包含氢气的流体至第一热交换器30， 如图5B所示。在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个（或实际上所有）的这些任选 反应器/装置等可包括在本方法和/或系统的陈述中。
[0179] 图6是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括 图5A和任选地图5B中例示的系统和方法，与图3相似。在图6中，吸收柱18是TCS吸收 柱，且罐22用于储存可任选地从联系图5A描述的TCS/STC蒸馏装置20获得的STC作为第 一部分。可通过出口管道22. 1将罐22中的STC递送至吸收柱18。在本公开的各个实施方 案中，任何一个或多个这些任选反应器/装置等可包括在本方法和/或系统的陈述中。
[0180] 图7是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充 图5A、5B和6中的任何一个或多个中例示的系统和方法，并且还结合诸如A21催化的再分 配反应器的再分配反应器50,可向其输送净化的DCS和净化的STC并且可从其中接收TCS 和STC的混合物，然后可任选地输送至TCS/STC蒸馏装置20。在本公开的各个实施方案中， 任何一个或多个这些任选反应器/装置等可包括在本方法和/或系统的陈述中。
[0181] 尽管公开纯化步骤作为本文描述的方法的任选实施方案，但该纯化方法具有更普 遍的适用性。例如，能与标准VGR技术一起使用从CVD反应器的氢气气体再循环流体和/ 或从再循环DCS和/或从再循环TCS中去除硼，导致多晶硅产品中显著减少的硼含量。这 可包括使用一个，或多于一个娃胶床。
[0182] 图1-7中例示的系统和方法各自包括吸收柱；或者图1A-4中示出的STC吸收柱， 或图5A-7中示出的TCS吸收柱。然而，在本公开的其他实施方案中，吸收柱并不包括在系 统中，并且这些实施方案在如下描述的图8A-11中示出。
[0183] 图8A是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图。图 8A的系统和方法提供了任选的CVD反应器10和从其中可获得多晶硅的出口管道10. UHCl 转化器反应器12和出口管道12. 1、任选的热回收装置14和出口管道14. 1，例如，充当热回 收装置的蒸汽发生器和任选的排出气体冷却系统16和出口管道16. 1，例如，充当任选的排 出气体冷却系统的冷却水装置。图8A还示出了循环气体压缩机24,例如，氢气/TCS流体压 缩机和气体可从其离开的除雾器，通过氢气流出之一或二者通过出口管道24. 2进入例如， STC氢氯化反应器（未示出），或通过出口管道24. 1进入任选的硅胶床26然后进入图8B 中示出的冷冻冷凝器系统。图8A还示出用于STC/TCS/DCS分离的TCS/STC蒸馏装置20， 可从其中分离STC作为第一部分并且任选地通过管道20. 1输送至例如，STC氢氯化反应器 (未示出）或STC转化（未示出）。在递送至CVD反应器10之前，任选的出口管道20. 2可 用于递送作为第二部分的TCS/DCS富集的流体至任选的过程储存罐44。可通过下面讨论的 图8B的冷冻冷凝器系统产生进入图8A的TCS/STC蒸馏装置20的氯硅烷的混合物。在本 公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选反应器/装置等可包括在公开的方法的 陈述中。
[0184] 图8B是与图IB和图5B示出的冷冻冷凝器系统和方法类似的冷冻冷凝器系统和 方法的示意方框图，结合图8A、图9、图10和图11中例示的系统和方法使用它。该冷冻冷 凝器系统和方法用于在从循环气体压缩机24获得的氢气/混合的氯硅烷再循环流体上起 作用，如图8A所示所述循环气体压缩机24在前面没有经过吸收柱，但其可任选地通过硅胶 床26。使用图8B所示的冷冻冷凝器系统的冷冻冷凝器系统和/或方法包括具有出口管道 30. 1的第一热交换器30以通过管道24. 1传递来自气体的热量进入冷冻冷凝器系统和图 8A中示出的任选的26. 1(这些选择在图8B中显示为24. 1/26. 1)，至具有出口管道32. 1和 出口管道32. 2的第一倾析器32 ;具有出口管道34. 1和34. 2的第二热交换器34,其中热交 换器34通过管道32. 1接收气体，第二倾析器38,其中所述第二热交换器34与冷冻装置36 流体连通，其中通过出口管道34. 2将冷冻剂（例如，氟利昂）从热交换器34输送至冷冻器 36,并通过出口管道36. 1将冷冻剂从冷冻器36输送至第二热交换器34。本冷冻冷凝器系 统和方法可用于在从循环气体压缩机24获得的氢气/混合的氯硅烷再循环流体上起作用， 其中最初氢气/混合的氯硅烷再循环流体是排出气体来自CVD反应器10。图8B中例示的 冷冻冷凝器系统和方法提供了通过出口管道30. 2离开热交换器30的纯的氢气流体，其中 可任选地将所述纯的氢气流体递送至反应器10。此外，图8B的冷冻冷凝器系统和方法通过 具有出口管道32. 2的第一倾析器32和具有出口管道38. 2的第二倾析器38之一或二者提 供混合的氯硅烷流体，其中所述出口管道32. 2和出口管道38. 2的内容物可在混合器39处 合并以通过出口管道39. 1提供混合的氯硅烷。可将这些混合的氯硅烷递送至图8A中示出 的TCS/STC蒸馏装置20,由此能从TCS和如果存在任选的DCS中分离STC。来自第二倾析 器38的出口管道38. 1可递送包含氢气的流体至图8B中示出的第一热交换器30。在本公 开的各个实施方案中，任何一个或多个（或实际上所有）的这些任选的反应器/装置等可 包括在本方法和/或系统的陈述中。
[0185] 图9是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，包括 图8A和图8B中例示的系统和方法。图9例示了进一步包括娃胶床40以处理还称为第二 部分的TCS/DCS流体，通过出口管道20. 2离开TCS/STC蒸馏装置20。硅胶床40包括出口 管道40. 1用于允许处理的流体进入循环气体压缩机，例如，氢气/TCS流体压缩机和除雾器 24和/或任选的冷凝器42和位于任选的硅胶床40和任选的CVD反应器10的入口之间的 任选的TCS/DCS罐44。在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/ 装置等可包括在公开的方法的陈述中。
[0186] 图10是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充 图9中例示的方法，其结合前面针对图8A和8B描述的元素，并且还包括DCS/TCS蒸馏装置 46以在TCS/DCS流体上起作用，所述TCS/DCS流体还称为第二部分，通过来自TCS/STC蒸馏 装置20的管道20. 2,包括来自DCS/TCS蒸馏装置46的管道46. 2以输送分离的TCS至前 端TCS罐28,并且包括来自DCS/TCS蒸馏装置46的管道46. 1以输送分离的DCS通过任选 的硅胶床40,然后输送至氢气/TCS流体压缩机和除雾器24之一或二者和/或任选的冷凝 器42和具有通向任选的阀45的任选的管道44. 1的任选的DCS罐44和出口管道45. 1然 后到达CVD反应器。在本公开的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装 置等可包括在公开的方法的陈述中。
[0187] 图11是用于包括本公开的VGR系统和方法的集成系统和方法的示意方框图，补充 图8A、8B、9和10中的任何一个或多个中例示的系统和方法，并且还结合诸如A21催化的 再分配反应器的再分配反应器50,可向其输送净化的DCS和净化的STC并且可从其中接收 TCS和STC的混合物，然后可任选地通过管道50. 1输送至TCS/STC蒸馏装置20。在本公开 的各个实施方案中，任何一个或多个这些任选的反应器/装置等可包括在公开的方法的陈 述中。
[0188] 因此，本公开的示例性方法和系统实施方案包括下列实施方案，其为了方便目而 编号：
[0189] 1.方法，其包括：
[0190] a.将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HCl转化器 反应器，并且使排出气体与金属催化剂接触以提供包含的盐酸比排出气体中存在的盐酸更 少的的产物气体，并且从反应器中去除产物气体；
[0191] b.分离产物气体的组分以提供富含氢气的第一部分和富含氯硅烷的第二部分； 和
[0192] c.将第二部分引导至蒸馏装置，以产生富含三氯甲硅烷（TCS)和二氯甲硅烷 (DCS)的第三部分和富含四氯化硅（STC)的第四部分。
[0193] 2.实施方案1的方法，其中步骤b)包括将来自步骤a)的产物气体，任选地所有产 物气体引导至吸收柱以提供第一和第二部分。
[0194] 3.实施方案2的方法，其中将来自步骤a)的产物气体引导至吸收柱的底部，将包 含TCS和STC的至少一种的回流引导至吸收柱的顶部，将富含氯硅烷的第二部分从吸收柱 底部以液体形式取出，并将所述富含氢气的第一部分从吸收柱顶部以气体形式取出部分。
[0195] 4.实施方案3的方法，其中回流包含TCS且第一部分包含氢气和TCS。
[0196] 5.实施方案3的方法，其中回流包含STC且第一部分包含氢气和STC。
[0197] 6.实施方案2的方法，其中将第一部分引导至冷冻冷凝器系统以从氯硅烷中分离 氢气。
[0198] 7.实施方案1的方法，其中步骤b)包括将来自步骤a)的产物气体，任选地所有产 物气体引导至冷冻冷凝器系统以提供第一部分和第二部分。
[0199] 8.实施方案7的方法，其中冷冻冷凝器系统包括冷冻器、冷冻剂、热交换器和倾析 器。
[0200] 9.实施方案1的方法，其中在超环境温度下使包含盐酸、四氯化硅、三氯甲硅烷和 二氯甲硅烷的排出气体与金属催化剂接触，并在超环境温度下产物气体任选地全部产物气 体在离开HCl转化器反应器和被分离为第一和第二部分之间保持气态。
[0201] 10.实施方案2的方法，其中产物气体在被引导至吸收柱时完全处于气相中。
[0202] 11.实施方案6的方法，其中产物气体在引导至冷冻冷凝器系统时完全处于气相 中。
[0203] 12.实施方案1的方法，其中使包含氢气的第一部分通过硅胶床，其中从第一部分 中去除硼以提供贫硼的第一部分。
[0204] 13.实施方案12的方法，其中将贫硼的第一部分通过冷冻冷凝器系统，其中将气 相氯硅烷转化为液相氯硅烷，同时氢气保持处于气相中并且以净化的H 2气体流的形式离开 所述冷冻冷凝器系统，所述H2气体流所包含的氯硅烷比贫硼的第一部分的氯硅烷少。
[0205] 14.实施方案13的方法，其中使净化的H2气体流与碳吸附剂接触，并将净化的H 2 气体流中剩余量的氯硅烷和任选的烃吸收在碳吸附剂中以提供所包含的氯硅烷比净化的 H2气体流包含的氯硅烷少的高纯的H2气体流。
[0206] 15.系统，其包括：
[0207] a. HCl转化器反应器；
[0208] b.吸收柱；和
[0209] c. TCS/STC 蒸馏装置；
[0210] 其中所述吸收柱与离开HCl转化器反应器的排出气体流体连通并且能接收离开 HCl转化器反应器的排出气体，并且其中所述TCS/STC蒸馏装置与来自吸收柱的液体底流 流体连通并且能接收来自吸收柱的液体底流。
[0211] 16.实施方案15的系统，其包括：
[0212] a. HCl转化器反应器，其可i)接收氢气、HCl和三氯甲硅烷，ii)消耗HCl和iii) 在金属催化剂的存在下产生四氯化硅；
[0213] b.吸收柱，其可i)接收氢气、三氯甲硅烷和四氯化硅和ii)产生包含氢气的第一 部分和包含三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物的第二部分；
[0214] c. TCS/STC蒸馏装置，其可i)接收三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物和ii)从四氯 化硅中分离三氯甲硅烷；和
[0215] d.硅胶床，其可i)接收包含DCS和TCS的至少一种的组合物和ii)吸收来自组合 物的硼和/或磷杂质。
[0216] 17.系统，其包括：
[0217] a. HCl转化器反应器；
[0218] b.冷冻冷凝器系统；和
[0219] c. TCS/STC 蒸馏装置；
[0220] 其中所述冷冻冷凝器系统与离开HCl转化器反应器的排出气体流体连通并且能 接收离开HCl转化器反应器的排出气体，并且其中所述TCS/STC蒸馏装置与来自冷冻冷凝 器系统的流出流体流体连通并能接收来自冷冻冷凝器系统的流出流体。
[0221] 18.实施方案17的系统，其包括：
[0222] a. HCl转化器反应器，其可i)接收氢气、HCl和三氯甲硅烷，ii)消耗HCl和iii) 在金属催化剂的存在下产生四氯化硅；
[0223] b.冷冻冷凝器系统，其可i)接收氢气、三氯甲硅烷和四氯化硅和ii)产生包含氢 气的第一部分和包含三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物的第二部分；
[0224] c. TCS/STC蒸馏装置，其可i)接收三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物和ii)从四氯 化硅分离三氯甲硅烷；和
[0225] d.硅胶床，其可i)接收包含DCS和TCS的至少一种的组合物和ii)从组合物中吸 收硼和/或磷杂质。
[0226] 19.包含硅胶床的排出气体回收系统。
[0227] 20.实施方案19的排出气体回收系统，其还包含HCl转化器反应器和TCS/STC蒸 馏装置。
[0228] 关于任何本文公开的前述实施方案编号1-20或其他实施方案，可通过提供关于 第三和第四部分的细节进一步描述本公开的方法和/或系统。例如，在蒸馏装置中形成第 三和第四部分之后，为了清楚，在本文可将其称为TCS/STC蒸馏装置以区分该装置与下文 识别的任选的TCS/DCS蒸馏装置，可使第三和第四部分进行下列中的任何一个或多个，其 中下列中的各个提供了本公开的结合任何方法实施方案1-14或系统实施方案15-20的实 施方案：
[0229] a.任选地在诸如罐（28)或罐（44)的罐中储存之后，将包含TCS/DCS的第三部分 与氢气混合以提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；
[0230] b.可储存包含TCS/DCS的第三部分直至工厂中需要它，例如，可将它储存在罐 (22)中直至将它用作吸收柱（18)中的回流；
[0231] c.将包含TCS/DCS的第三部分与诸如（40)的硅胶床接触，其中所述硅胶吸收来自 第三部分的硼并且产生包含TCS/DCS的贫硼的第五部分；
[0232] d.将包含TCS/DCS的第五部分引导至气体压缩机（24)并且最终可用作CVD反应 器中的原料；
[0233] e.将包含TCS/DCS的第五部分与氢气混合以提供CVD反应器的原料，任选地在通 过冷凝器（42)和/或储存罐（44)之后；
[0234] f.在蒸馏装置中将包含TCS/DCS的第三部分分离为富含TCS的第六部分和富含 DCS的第七部分；
[0235] g.可将包含TCS的第六部分引导至储存罐（22)以被用作吸收器（18)的回流或者 用于可能在工厂中需要的TCS的任何其他目的；
[0236] h.任选地在诸如罐（28)的罐中储存之后，可将包含TCS的第六部分与氢气混合以 提供用于其中产生多晶硅的CVD反应器的原料；
[0237] i.可将还可包含硼和/或磷的包含DCS的第七部分送至废物处理设施；
[0238] j.使包含DCS的第七部分与硅胶接触，并将硼从第七部分吸收进入硅胶以提供包 含DCS和少量或没有硼的第八部分；
[0239] L将包含DCS的第八部分引导至气体压缩机（24)并且最终可用作CVD反应器中 的原料；
[0240] 1.将包含DCS的第八部分与氢气混合以提供CVD反应器的原料，任选地在通过冷 凝器（42)和/或储存罐（44)之后；
[0241] m.将包含DCS连同可例如通过第四部分提供的STC的第八部分引导至再分配反应 器（50)以提供包含TCS和任选地最少量的DCS和/或STC的第九部分；
[0242] η.将包含STC的第四部分引导至STC转化器；
[0243] 〇.将包含STC的第四部分引导至STC氢氯化反应器；
[0244] ρ.将包含STC连同可例如通过第八部分提供的DCS的第四部分引导至再分配反应 器（50)以提供包含TCS和任选地最少量的DCS和/或STC的第九部分；和
[0245] q.可将包含STC的第四部分引导至用于储存的诸如罐（22)的储存罐直至工厂需 要它，例如，可能需要它作为用于吸收器（18)的回流。
[0246] 如前面提及的，本文描述的系统和方法，包括其许多实施方案提供了与现有技术 系统和方法相比的优点。下列实施例例示了一些上述差别，并且强调了可能通过本公开进 行的改进。通过有目的地控制供给至吸收器的排出气体的温度处于例如，如实施例中所示 的50°C，能避免对多个氢气气体冷却器和多个倾析器的需要。此外，能将离开吸收器的氢气 循环气体流预先装载CVD反应器所需的85%的TCS蒸汽。因此，通过使用排出气体流中的 热能，预先装载氢气循环气体流显著减少CVD反应器系统上的热能负载。有利地，通过使它 与例如，冷却水接触，该热能未被浪费。冷却水的使用鉴于流动水而是高能源密集型的，并 且还导致水的显著蒸发。最后，与冷却排出气体流至例如，35°C相比，在例如，如实施例中所 示的50°C下运行排出气体温度减少TCS/STC蒸馏装置上的负载1/3。此外，可操作本公开 以提供两个另外的主要益处：（1)在一个实施方案中，本文描述的方法从CVD反应器的氢气 气体再循环流体中去除硼（BCl 3)，当存在于CVD排出气体中时，由此减少多晶硅产品中的硼 含量4X至IOX ; (2)在另外的实施方案中，本文描述的方法分离DCS用于转化为TCS，用于 再循环至CVD反应器，或用于在需要补充DCS的时间控制的添加的常规CVD反应器方案中 使用以最佳化CVD反应器生长曲线。 实施例
[0247] 本文描述的方法和任选的实施方案可实现许多期望结果中的一个或多个，所述期 望结果包括但不限于：减少多晶硅中硼、磷和碳含量的一个或多个、从在VGR系统中回收的 再循环TCS中分离DCS、浴蒸发TCS用于供给至用于Siemens方法的CVD反应器和由来自 CVD尾气的氢气制备高纯度、低氯硅烷含量用于再循环至CVD反应器。通过对方法的操作 参数进行各种调整方便地实现这些结果，其中可一次进行一个所述调整，或以协调方式，任 选地同时实现几个。这些操作参数包括：供给至吸收器的排出气体的温度（变量"A"）、吸 收器的回流的温度（变量"B"）、吸收器的回流速率（变量"C"）和操作吸收器所处的压力 (变量" D "），其在本实施例中例示。
[0248] 通过参考下列表格可以看出，一些操作参数可用于控制，例如，增加硼去除，以从 供给至吸收器的排出气体中去除包含BCl 3的种类形式的硼的效率的形式检测的：
[0249] ?控制例如，降低供给至吸收器的排出气体的温度（与情况1相比的情况4)。
[0250] ?控制例如，降低供给至吸收器的回流的温度（与情况2相比的情况4)。
[0251] ?控制例如，增加回流速率（与情况1相比的情况3)。
[0252] ?控制例如，增加吸收器操作压力（与情况7相比的情况4)。
[0253] 相同功能增加从供给至吸收器的排出气体中的DCS去除。表格显示能在超级环境 进料温度和超级环境回流温度下实现有效的硼和DCS去除。
[0254] 通过表1能够看出，下列功能增加 TCS预蒸发：
[0255] ?增加供给至吸收器的排出气体的温度（情况Ivs.情况5)。
[0256] ?增加供给至吸收器的回流的温度（情况2vs.情况6)。
[0257] ?增加回流速率（情况3vs.情况4)。
[0258] ?降低吸收器操作压力（情况7vs.情况4)。
[0259] 表 1
[0260]
【权利要求】
1. 方法，其包括： a) 将包含氢气、氢氯娃烧和盐酸的排出气体引导至包含金属催化剂的HC1转化器反应 器，并且使所述排出气体与金属催化剂接触以提供包含的盐酸比所述排出气体中存在的盐 酸更少的产物气体，并且从所述反应器中去除所述产物气体； b) 分离所述产物气体的组分以提供富含氢气的第一部分和富含氯硅烷的第二部分； 以及 c) 将所述第二部分引导至蒸馏装置，以产生富含三氯甲硅烷（TCS)和二氯甲硅烷 (DCS)的第三部分和富含四氯化硅（STC)的第四部分。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)包括将所有来自步骤a)的产物气体引 导吸收柱以提供所述第一部分和第二部分。
3. 如权利要求2所述的方法，其中将所述来自步骤a)的产物气体引导至所述吸收柱的 底部，将包含TCS和STC的至少一种的回流引导至所述吸收柱的顶部，将所述富含氯硅烷的 第二部分从所述吸收柱的底部以液体形式取出，并且将所述富含氢气的第一部分从所述吸 收柱的顶部以气体形式取出。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述回流包含TCS并且所述第一部分包含氢气和 TCS。
5. 如权利要求3所述的方法，其中所述回流包含STC并且所述第一部分包含氢气和 STC。
6. 如权利要求2所述的方法，其中将所述第一部分引导至冷冻冷凝器系统以从氯硅烷 中分离氢气。
7. 如权利要求1所述的方法，其中步骤b)包括将所有来自步骤a)的产物气体引导至 冷冻冷凝器系统以提供所述第一部分和所述第二部分。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述冷冻冷凝器系统包括冷冻器、冷冻剂、热交换器 和倾析器。
9. 如权利要求1所述的方法，其中在超环境温度下使所述包含盐酸、四氯化硅、三氯甲 硅烷和二氯甲硅烷的排出气体与金属催化剂接触，并且在超环境温度下所述产物气体在离 开所述HC1转化器反应器与被分离为所述第一部分和第二部分之间保持气态。
10. 如权利要求2所述的方法，其中所述产物气体在被引导至所述吸收柱时完全处于 气相中。
11. 如权利要求6所述的方法，其中所述产物气体在被引导至所述冷冻冷凝器系统时 完全处于气相中。
12. 如权利要求1所述的方法，其中使所述包含氢气的第一部分通过娃胶床，其中从所 述第一部分中去除硼以提供贫硼的第一部分。
13. 如权利要求12所述的方法，其中使所述贫硼的第一部分通过冷冻冷凝器系统，其 中将气相氯娃烧转化为液相氯娃烧，同时氢气保持处于气相中并且以净化的H2气体流的形 式离开所述冷冻冷凝器系统，所述4气体流所包含的氯硅烷比贫硼的第一部分的氯硅烷 少。
14. 如权利要求13所述的方法，其中使所述净化的H2气体流与碳吸附剂接触，并且将 所述净化的H2气体流中的剩余量的氯硅烷和任选地烃吸附在碳吸附剂中以提供所包含的 氯硅烷比所述净化的H2气体流包含的氯硅烷少的高纯的H2气体流。
15. 系统，其包括： a) HCl转化器反应器； b) 吸收柱；以及 c) TCS/STC蒸馏装置； 其中所述吸收柱与离开所述HC1转化器反应器的排出气体流体连通并且能接收离开 所述HC1转化器反应器的排出气体，并且其中所述TCS/STC蒸馏装置与来自所述吸收柱的 液体底流流体连通并且能接收来自所述吸收柱的液体底流。
16. 如权利要求15所述的系统，其包括： a) HCl转化器反应器，其可i)接收氢气、HC1和三氯甲硅烷，ii)消耗HC1和iii)在金 属催化剂的存在下产生四氯化硅； b) 吸收柱，其可i)接收氢气、三氯甲硅烷和四氯化硅和ii)产生包含氢气的第一部分 和包含三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物的第二部分； c) TCS/STC蒸馏装置，其可i)接收三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物和ii)从所述四氯 化硅中分离所述三氯甲硅烷；以及 d) 硅胶床，其可i)接收包含DCS和TCS的至少一种的组合物和ii)从所述组合物中吸 收硼和/或磷杂质。
17. 系统，其包括： a) HCl转化器反应器； b) 冷冻冷凝器系统；以及 c) TCS/STC蒸馏装置； 其中所述冷冻冷凝器系统与离开所述HC1转化器反应器的排出气体流体连通并能接 收离开所述HC1转化器反应器的排出气体，并且其中所述TCS/STC蒸馏装置与来自所述冷 冻冷凝器系统的流出流体流体连通并能接收来自所述冷冻冷凝器系统的流出流体。
18. 如权利要求17所述的系统，其包括： a) HCl转化器反应器，其可i)接收氢气、HC1和三氯甲硅烷，ii)消耗HC1和iii)在金 属催化剂的存在下产生四氯化硅； b) 冷冻冷凝器系统，其可i)接收氢气、三氯甲硅烷和四氯化硅和ii)产生包含氢气的 第一部分和包含三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物的第二部分； c) TCS/STC蒸馏装置，其可i)接收三氯甲硅烷和四氯化硅的混合物和ii)从所述四氯 化硅中分离所述三氯甲硅烷；以及 d) 硅胶床，其可i)接收包含DCS和TCS的至少一种的组合物和ii)吸收来自所述组合 物的硼和/或磷杂质。
19. 排出气体回收系统，其包括硅胶床。
20. 如权利要求19所述的排出气体回收系统，其还包括HC1转化器反应器和TCS/STC 蒸馏装置。
【文档编号】B01J7/00GK104411636SQ201380034375
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】马克·达塞尔 申请人:森特瑟姆光伏美国有限公司