[發明專利]用于反應器中吸熱氣相反應的反應器和方法

有效

• 申請號: 201310467725.7
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103771421A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 安德烈亞斯·希爾施曼;沃爾特·哈克爾;烏韋·佩特佐爾德
• 申請（專利權）人: 瓦克化學股份公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;B01J12/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;張英

技術領域

本發明提供了用于反應器中吸熱氣相反應的反應器和方法。

背景技術

這種反應的一個實例為使用氫氣將四氯化硅（STC）轉化為三氯硅烷（TCS）和HCl。使用氫氣將STC向三氯硅烷的轉化通常是在至少600℃，理想地至少850℃的高溫下在反應器中進行的。由三氯硅烷相對于四氯化硅的摩爾比給出了相對選擇性。它是所使用的STC有多少轉化為TCS的量度，并因此決定了方法的經濟可行性。

US4,536,642A描述了用于將四氯化硅STC轉化為三氯硅烷TCS的裝置和方法。

通過入口將反應物引入到容器中并借助于三個連續換熱器內的熱廢氣達到溫度。加熱元件將反應物在轉化器的反應區內加熱至最終溫度。在再次通過開口離開轉化器之前，將反應產物與未反應的反應物一起在管中引導至換熱器。所使用的換熱器由石墨構成。

加熱元件和換熱器二者均顯示出提高的腐蝕水平，其導致反應器故障。此外，加熱元件受氫氣或多或少的腐蝕，長期來說這可以導致反應器故障。

US2008/112875A1描述了用于將STC轉化為TCS的方法，其中特別注意了換熱器中工作氣體的冷卻速率。對于換熱器，使用了如SiC、氮化硅、石英玻璃或SiC涂覆的石墨的材料。這些材料的優勢在于例如它們與氫氣僅以有限的程度反應，并因此減少了上述的問題。然而，它們另外顯示出相當大的缺點，即結構復雜性很高。

US2012/0151969A1公開了用于在反應器中使氯硅烷氫化的方法，其中將至少兩種反應物氣流分別引入到反應區中，將包含四氯化硅的第一反應物氣流引導通過在其中加熱它的第一換熱器單元，然后被引導通過加熱單元，在此過程中在第一反應物氣流到達反應區之前將其加熱到第一溫度，并且其中通過第二換熱器單元將包含氫氣的第二反應物氣流加熱至第二溫度，第一溫度高于第二溫度，然后將第二反應物氣流引入到反應區中，從而反應區中的平均氣體溫度在850℃至1300℃之間，并且反應以提供包含三氯硅烷和氯化氫的產物氣體，其中將在反應中獲得的產物氣體引導通過所述至少兩個換熱器單元并且使氣流首先通過第一換熱器單元并隨后通過第二換熱器單元通過逆流原理將所述反應的反應物氣流預熱。

另外，US2012/0151969A1公開了用于氫化氯硅烷的反應器，其包括通過其可以將反應物氣體分別引入到反應器中的兩個氣體入口裝置、和通過其可以引導產物氣流的至少一個氣體出口裝置、彼此連接并且適合于通過將產物氣體引導通過換熱器單元來分別加熱反應物氣體的至少兩個換熱器單元和布置在第一換熱器單元和反應區之間并且其中存在至少一個加熱單元的加熱區。

US2012/0151969A1另外描述了用于氫化氯硅烷的反應器，其包括含有殼面的容器；下端和與下端相對的上端；以及用于反應物氣流的至少一個入口裝置和用于產物氣流的至少一個出口裝置；至少一個圓形加熱元件或以圓形布置的多個加熱元件；在容器中同心布置的至少四個用于氣體的圓柱形偏轉裝置，其適合于使反應器的上端或下端的氣流偏轉，第一圓柱形偏轉裝置的半徑較大，而至少三個其它偏轉裝置的半徑小于圓形加熱元件的半徑或小于其上設置有加熱元件的圓形的半徑；用于反應物氣體的至少一個其它入口裝置，其包括在容器下端以環形安裝的噴嘴，其上設置有噴嘴的環形的半徑大于所述偏轉裝置中的一個的半徑并且小于與該偏轉裝置相鄰的偏轉裝置的半徑。

在現有技術中，存在加熱元件不均一的磨損，并且存在由于加熱元件損壞所造成的頻繁反應器停機。在氫化氯硅烷的過程中，還發現了由于加熱元件損壞所引起的轉化率下降。

由這些問題提出了本發明申請的目標。

發明內容

通過用于反應器中吸熱氣相反應的第一方法實現了本發明的目的，其中通過氣體入口裝置將反應物氣體引入到反應器中并借助于氣體分布裝置均勻地分布到加熱區中，其中在加熱區中借助于加熱元件將反應物氣體加熱至500-1500℃的平均溫度，然后將其引導到反應區中，反應物氣體在反應區中反應以提供通過氣體出口裝置引導出反應器的產物氣體。

還通過用于反應器中吸熱氣相反應的第二方法實現了本發明的目的，其中通過氣體入口裝置將反應物氣體引入到反應器中并引導至在其中借助于加熱元件將反應物氣體加熱至500-1500℃的平均溫度的加熱區中，其中通過反應區中的溫度測量控制加熱元件的加熱，出于此目的在反應區中存在至少兩個溫度傳感器，并且反應物氣體在反應區中反應以提供最終通過氣體出口裝置引導出反應器的產物氣體。

根據第二方法，其中，在溫度傳感器處所確定的溫度與其平均值的平均偏差不超過50K。

根據第二方法，其中，借助于氣體分布裝置將反應物氣體均勻分布到加熱區中。