用结构优化的硅颗粒生产三氯硅烷的方法技术

本发明专利技术提供了一种在流化床反应器中生产通式1的氯硅烷的方法H

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用结构优化的硅颗粒生产三氯硅烷的方法
[0001]本专利技术涉及在流化床反应器中由包含氢气和四氯化硅的反应气体和含有结构优化的硅颗粒的颗粒硅接触物质生产氯硅烷的方法。
[0002]作为制造芯片或太阳能电池的起始材料的多晶硅的生产通常通过分解其挥发性卤素化合物，特别是三氯硅烷(TCS，HSiCl3)来进行。
[0003]可以通过Siemens方法以棒的形式生产多晶硅(polysilicon)，其中，多晶硅在反应器中沉积在加热的丝棒上。所使用的处理气体通常是TCS和氢气的混合物。或者，可以在流化床反应器中制备多晶硅颗粒。硅颗粒通过气流在流化床中流化，其中，所述气流通过加热设备加热到高温。含硅反应气体例如TCS的加入引起热颗粒表面的热解反应，从而导致颗粒直径增加。
[0004]氯硅烷，特别是TCS的生产可以基本上通过根据WO 2016/198264 A1基于以下反应的三种方法进行：
[0005](1)Si+3HCl
‑‑
>SiHCl3+H2+副产物
[0006](2)Si+3SiCl4+2H2‑‑
>4SiHCl3+副产物
[0007](3)SiCl4+H2‑‑
>SiHCl3+HCl+副产物
[0008]根据反应(1)的氢氯化(HC)使得可以通过在流化床反应器中添加氯化氢(HCl)由硅(典型地为冶金硅(Si
mg
))生产氯硅烷，其中反应放热进行。这通常提供TCS和STC作为主要产物。
[0009]生产氯硅烷，特别是TCS的另一选择是STC和氢气在气相中在催化剂存在或不存在下的热转化。
[0010]反应(2)的低温转化(LTC)是弱吸热方法，通常在催化剂(例如含铜催化剂或催化剂混合物)存在下进行。LTC可以在流化床反应器中在Si
mg
存在下在高压(0.5至5MPa)下在400℃至700℃的温度下进行。通过使用Si
mg
和/或通过向反应气体中加入HCl进行非催化反应模式是可能的。然而，可能产生其他产物分布和/或可能实现比催化变体中低的TCS选择性。
[0011]根据反应(3)的高温转化是吸热方法。该方法通常在高压下在600℃至1200℃的温度下在反应器中进行。
[0012]已知的这些方法原则上是昂贵和耗能的。通常由电装置实现的所需能量输入代表显著的成本因素。LTC在流化床反应器中的操作性能尤其决定性地依赖所用的原料以及可调节的反应参数。连续工艺模式还要求在反应条件下将反应组分硅、氢和STC以及任选存在的HCl引入反应器中，这与相当大的技术复杂性有关。在这一背景下，重要的是实现最高可能的生产率(每单位时间和反应体积形成的氯硅烷的量)和基于所需目标产物(通常为TCS)的最高可能的选择性(TCS选择性加权的生产率)。
[0013]影响LTC性能的最重要的参数原则上是TCS选择性、硅利用率和副产物的形成。
[0014]对于通过HC和MRDS合成氯硅烷，在化学组成和粒径分布方面对硅的要求得到了较好的研究；相比之下，硅颗粒的结构组成及其对与含卤化物的反应气体的反应的影响迄今为止仅涉及金属间相进行了描述
‑
尤其对于MRDS。迄今还没有描述所有这三个影响因素必
须如何相互作用，以通过LTC操作特别高产量的氯硅烷生产工艺，。
[0015]本专利技术的目的是提供一种通过LTC生产氯硅烷的特别经济的方法。
[0016]本专利技术提供一种在流化床反应器中生产通式1的氯硅烷的方法
[0017]H
n
SiCl4‑
n
(1)，
[0018]其中，n为1至3，
[0019]其中使包含氢气和四氯化硅的反应气体与含硅的颗粒接触物质在350℃
‑
800℃的温度下反应，其中操作造粒颗粒(operating granulation)理解为指引入到流化床反应器中的造粒颗粒或造粒颗粒混合物，其含有至少1质量％的由结构参数S描述的含硅颗粒S，其中S具有至少0的值并且如下计算：
[0020][0021]其中，
[0022]是对称加权球度因子
[0023]ρ
SD
是松装密度(poured density)[g/cm3][0024]ρ
F
是平均颗粒固体密度[g/cm3]。
[0025]现已令人惊奇地发现，当在操作造粒颗粒中使用具有特定结构性能的含硅颗粒时，在流化床反应器中生产氯硅烷可特别经济地进行。发现在操作造粒颗粒中超过1质量％的结构优化的硅颗粒的比例时，已经可明显地检测到这种效果。精确地使用这种硅颗粒导致＜70μm的粉尘部分的持续降低，这在Lobusevich，N.P.等人的《硅和铜在催化剂中的分散对直接合成的影响》，Khimiya Kremniiorganich.Soed.1988,27由于通过磨损减少粉尘形成的生产过程中进行描述。这产生了优于现有技术的若干优点：
[0026]·
较高TCS选择性
[0027]·
较高的硅利用率(通过粉尘排放的损失较低)
[0028]·
在粒径分布方面更均匀的接触物质和导致流化床的流体机械性能的改进
[0029]·
由于细碎颗粒或粉尘部分(粒径<70μm的颗粒)的聚集而堵塞和/或阻塞的设备部件的减少
[0030]·
颗粒混合物改进的可输送性
[0031]·
由于减少的磨损而延长反应器正常运行时间(较高的设备可用性)
[0032]也克服了Lobusevich等人的偏见，该偏见认为在氯硅烷生产中，TCS选择性仅对于增加平均粒径的造粒颗粒混合物而增加。这是因为，根据本专利技术，结构参数S为≥0的颗粒S优选具有比结构参数S<0的颗粒更低的平均粒径，因此降低了操作造粒颗粒的平均粒径。令人惊讶的是，没有观察到根据本领域的当前理解在减小平均粒径时所预期的负面影响，例如来自反应器的相对小的硅颗粒的排放增加和聚集效应的发生。相反，根据本专利技术的方法除了前述优点之外还表现出改进的接触物质的流化特性。
[0033]术语“造粒颗粒(granulation)”应理解为是指含硅颗粒的混合物，其可例如通过含硅熔体的所谓雾化或造粒和/或通过借助于粉碎和碾磨设备粉碎块状硅来生产。所述块状硅可优选具有>10mm，特别优选>20mm，特别是>50mm的平均粒径。可以基本上通过筛分和/或筛选将造粒颗粒分级成多部分。
[0034]不同造粒颗粒的混合物可以描述为造粒颗粒混合物，构成造粒颗粒混合物的造粒
颗粒可以描述为造粒颗粒部分(granulation fraction)。造粒颗粒部分可以根据各部分的一种或多种性质相对于彼此分级，例如分级为粗粒部分和细粒部分。造粒颗粒混合物原则上可以分级成多于一种的以限定相对分数的造粒颗粒部分。
[0035]操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在流化床反应器中生产通式1的氯硅烷的方法H
n
SiCl4‑
n
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(1)，其中n为1至3，其中使包含氢气和四氯化硅的反应气体与含硅的颗粒接触物质在350℃
‑
800℃的温度下反应，其中操作造粒颗粒理解为指引入所述流化床反应器中的造粒颗粒或造粒颗粒混合物，其含有至少1质量％的由结构参数S描述的含硅颗粒S，其中S具有至少0的值并且如下计算：其中，是对称加权球度因子ρ
SD
是松装密度[g/cm3]ρ
F
是平均颗粒固体密度[g/cm3]。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒S的对称加权球度因子为0.70至1，其中所述颗粒的球度描述颗粒图像的表面积与周长之间的比率。3.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：KH，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：