[發明專利]用于制備氯硅烷的流化床反應器

有效

• 申請號: 201680009692.3
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN107250039B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: M·巴布爾;S·列比舍爾
• 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;B01J8/18;B01J19/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

本發明提供一種用于制備氯硅烷的流化床反應器，其包括由鋼制造的反應器殼體，其特征在于反應器殼體的內壁具有焊接在其上的多孔金屬網且所述多孔金屬網具有包括施用于其上的陶瓷顆粒的粘結劑。

本發明涉及一種用于制備氯硅烷的流化床反應器。

例如用于光伏電池或半導體工業的多晶硅是由原料三氯硅烷(TCS)制備的。

所述TCS主要通過三個不同工藝制備。

A)Si+3HCl→SiHCl₃+H₂+副產物

B)Si+3SiCl₄+2H₂→4SiHCl₃+副產物

C)SiCl₄+H₂→SiHCl₃+HCl+副產物

在流化床反應器中進行根據A)和B)的三氯硅烷的制備。為了制備高純度的三氯硅烷，隨后進行蒸餾。

US 4092446 A公開了一種反應器，其中使氯化氫由硅顆粒形成的硅床中通過。所述氯化氫與硅顆粒反應得到四氯化硅(STC)和TCS以及氫氣。

氫化STC形成TCS同樣是已知的。其是通過在TCS和氯化氫中使STC與氫氣反應來實施的。四氯化硅和氫氣轉化得到三氯硅烷通常在處于高溫，不低于600℃，理想地不低于850℃(高溫轉化)下的反應器中進行。

DE 196 54 154 A1公開了一種用于制備三氯硅烷的方法，其特征在于使硅顆粒、四氯硅烷及氫氣在流化床中，在添加的含硅化銅的催化劑存在下，在400℃至700℃下反應。

例如，US 2009/0060818 A1要求保護一種用于制備TCS的工藝，其是使硅與HCl，或STC與氫氣在硅及催化劑存在下反應。所用的催化劑包括，例如，Fe、Cu、Al、V、Sb或其化合物。將硅及催化劑在反應前層壓在一起并降低粒徑。

大多數STC是在多晶硅沉積過程中產生。多晶硅通過例如西門子法制備。此包括將硅沉積在反應器的加熱細棒上。用作含硅組分的工藝氣體為在氫氣存在下的例如TCS的鹵代硅烷。這使得由沉積中的STC副產物制備TCS并將TCS反饋到沉積工藝中以制備元素硅成為可能。

已知的是，在TCS制備期間流化床反應器的壁體經受硫化硅顆粒的嚴重磨損應力。研磨的硅具有高硬度并因此導致反應器的金屬成分的磨損。反應器的壁體尤其受到攻擊。所述磨損導致最長反應器可用時間為36周。此后，反應器的中間部分需要昂貴且不方便的修復。在約四個操作循環后，反應器部件廢棄并需要利用新部件替換。

WO 2014/009625 A1和WO 2013/062676 A1分別描述了裂解反應器和提升管反應器，它們每個都裝備由粘結劑制得的防腐層。粘結劑層在每種情況下都施加到蜂窩金屬錨固結構上。

DE 36 40 172 C1公開了由含鎳構造材料制成的反應器，其用于使顆粒狀含Si-金屬材料在流化床中反應以形成氯硅烷，其特征在于，對于將顆粒狀含Si-金屬材料與氯化氫反應的反應器，與流化的含Si-金屬材料接觸的構造材料具有至少40重量％，特別是大于98重量％的鎳含量，其中對于多達95重量％的鎳含量，所述構造材料包含0.5重量％至4重量％的鈦及構造材料的其它成分。反應器完全地或部分地由構造材料制造，該構造材料展現出對流化的含Si-金屬材料的磨損具有長期抵抗性。

WO 2008/088465 A1公開了用于流化床反應器的抗磨損的構造材料。為此，熱交換器至少部分地提供有涂層，該涂層包括分布在基質中的例如碳化鎢的硬金屬顆粒。所述硬金屬層以冶金方式結合到熱交換器表面。

但是，具有鎳或硬金屬顆粒的襯層和涂層相對昂貴。具有碳化硅(SiC)的完全襯層也極其昂貴。并且，對于大多數組分，SiC襯層在技術上非常難以實施。