[發(fā)明專利]一種鐵催化劑、制備方法及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110321966.1
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN103055863A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 張曉昕;王宣;孟祥堃;吳佳;舒興田;慕旭宏;羅一斌;宗保寧
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/755;B01J23/75;B01J23/881;B01J23/89;C01B33/107
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王景朝;龐立志

技術領域

本發(fā)明是關于一種鐵催化劑、制備方法及其應用，更具體說是關于一種用于四氯化硅加氫生產三氯氫硅的鐵催化劑、制備方法及其在四氯化硅氫化中的應用。

背景技術

近年來，隨著世界性傳統(tǒng)能源枯竭和石油價格持續(xù)攀升的不斷加劇，全球正在積極開發(fā)利用可再生能源。太陽能作為可再生的潔凈能源，因其清潔、安全、資源豐富得到了快速發(fā)展。因而，作為太陽能電池原料的高純多晶硅的需求不斷增加。

多晶硅生產中生產1噸多晶硅會產生10噸以上的四氯化硅和約1～5噸氯化氫。由于還沒有大規(guī)模、高效率和安全地消化處理生產多晶硅過程中所產生的SiCl₄的方法，大量的高含量氯化合物只能囤積，給環(huán)境安全帶來了極大的隱患。為了減少多晶硅生產物耗、降低生產成本，避免環(huán)境污染，最有效、最經濟的方法就是將四氯化硅氫化轉化為三氯氫硅，把三氯氫硅作為原料再送回多晶硅系統(tǒng)生產多晶硅，從而形成“閉環(huán)”生產。

CN85107465A公開的SiCl₄氫化新工藝，是將粉末狀鎳觸媒與硅粉按一定比例混合，裝入反應器中，在氫氣氛中和430℃溫度下對其進行4小時活化處理后，即可通入SiCl₄和H₂混合氣體，進行氫化反應，反應溫度為400-500℃，壓力10-20kg/cm²，在觸媒的壽命有效期內，氫化反應可連續(xù)進行。

CN?1436725A公開的一種四氯化硅氫化生產三氯氫硅的方法中，是將粉狀鎳觸媒與硅粉按一定比例均勻混合后，在H₂氣氛及由20℃至終溫420℃連續(xù)變化的溫度條件下活化處理：按一定配比的H₂、SiCl₄混合氣體通過活化處理后的觸媒與硅粉料層即實現(xiàn)SiCl₄氫化反應。粉末狀鎳觸媒與硅粉的質量比為1-10％，H₂與SiCl₄摩爾比為1-10，反應溫度400-500℃，反應壓力1.2-1.5Mpa，氫化反應連續(xù)進行，混合料隨反應消耗連續(xù)補充。

目前，工業(yè)上主要通過兩種方法將四氯化硅進行氫化轉化。

一種技術路線是SiCl₄熱氫化，即將SiCl₄和H₂在1200-1500℃的高溫和0.6MPa壓力下轉化為SiHCl₃。該方法反應溫度高，能耗大，一次轉化率低，最高為18％。

另一種技術路線是SiCl₄冷氫化，即在金屬催化劑的作用下，在一定的溫度、壓力下，使H₂與SiCl₄混合氣體與硅粉在反應器內以沸騰狀態(tài)接觸進行氫化的過程，該過程使用的催化劑主要為以硅藻土、活性炭、Al₂O₃為載體的粒狀鎳鹽、銅鹽等負載型催化劑。這類鎳鹽、銅鹽催化劑除了催化性能較差外，由于銅的熔點較低，應用過程中常出現(xiàn)催化劑熔融堵塞管線，不僅造成不必要的停車損失，而且造成物料損失。而氧化鋁載體在氫化過程中生成的氯化鋁和水，在450-500℃的條件下以蒸汽的形式不斷被帶入后續(xù)系統(tǒng)中，降低了產品三氯氫硅的純度，為產品的提純帶來不利影響。

因此，傳統(tǒng)鎳基和銅基催化劑，有如下缺點：(1)活性低，活性組分流失；(2)活性組分結塊；(3)作為雜質進入后續(xù)系統(tǒng)；(4)催化劑使用前需要在高于400℃的溫度下進行活化處理；(5)成本較高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的之一是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種成本較低的鐵催化劑，該催化劑具有良好的磨損性能，目的之二是提供該催化劑的制備方法，目的之三提供該催化劑在四氯化硅加氫生產三氯氫硅過程中的應用。

因此，本發(fā)明提供的鐵催化劑，其特征在于該催化劑含有20-95重量％鐵和0.5-70重量％硅。