具有集成式换热器的反应器在将四氯化硅加氢脱氯方法中的应用技术

本发明专利技术涉及四氯化硅和氢气在改进的加氢脱氯反应器中反应生成三氯硅烷的方法。本发明专利技术进一步涉及这种改进的加氢脱氯反应器作为设备的组成部分在用于从冶金硅制备三氯硅烷中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成式换热器的反应器在将四氯化硅加氢脱氯方法中的应用本专利技术涉及四氯化硅和氢气在改进的加氢脱氯反应器中反应生成三氯硅烷的方法。本专利技术进一步涉及这种改进的加氢脱氯反应器作为设备的组成部分在用于从冶金硅制备三氯硅烷中的应用。在硅化学的许多工业方法中，SiCl4和HSiCl3共同存在。因此，必要的是将这两种产物互相转换和由此满足对任一种产物的具体需求。此外，高纯度HSiCl3是太阳能电池用硅生产中的一个重要的原料。在四氯化硅(STC)加氢脱氯生成三氯硅烷(TCS)时，按照工业标准使用热控制的方法，其中的STC与氢气一起被导入到石墨衬里的反应器中，该反应器被称为“西门子炉”。位于本反应器中的石墨棒作为电阻加热来操作，以便达到1100°c或者更高的温度。通过高的温度和相关的氢气含量，平衡状态向产物TCS方向移动。产物混合物在反应后从反应器中输出和在耗费的方法中分离。反应器中连续地通入料流，其中反应器的内表面必须由石墨作为耐腐蚀性的材料组成。为了进行稳定化，使用金属的外壳。反应器的外壁必须冷却，以便尽可能地抑制在高温度下在热的反应器壁上出现的分解反应，该反应可能会导致硅沉积。除了由于必要的和不经济的非常高的温度引起的不利分解，反应器经常性的清理也是不利的。由于反应器大小受限制，必须操作一系列独立的反应器，这样同样在经济上是不利的。现有的技术不允许在压力下操作，以便达到较高的空时收率并因此例如降低反应器的数目。另一缺点在 于，纯粹热驱动的反应是在没有催化剂的条件下进行的，这样使得该方法总的来说非常没有效率。同样不利的是，在常规体系中换热器体系和反应器是分开的，因此必须承担在这种空间分开的体系的效率上的更多损失。此外，在使用陶瓷管的情况下，在陶瓷到金属的密封区域中允许的最高温度被限制到密封材料允许的最高温度，从而通常只是非常低效地利用了热的反应排放。本专利技术的任务在于，提供将四氯化硅和氢气反应生成三氯硅烷的方法，该方法可以更有效地工作和使用该方法在可比较的反应器大小的情况下可以实现更高的转化率，即TCS的空时收率明显提高。此外本专利技术的方法能够实现了针对TCS高的选择性。为了解决这些问题已经发现，STC和氢气的混合物可以输送通过压力驱动的反应室，优选管状的反应器，该反应器优选可以配备具有催化性的壁涂层和/或固定床催化器，其中优选提供有催化性的壁涂层而只是任选地使用固定床催化剂。按照本专利技术的设计方案使用了位于反应室的第二个管，通过该管输送反应物STC和H2和这些反应物被反应室一起加热，这样实现了相对紧凑的结构形式，其中可以放弃使用贵的惰性材料或者催化性涂覆的载体，它们任选具有高含量的贵金属。使用催化剂用来改善反应动力学和提高选择性的组合以及具有用于热交换的集成式流动管的压力驱动的反应提供了经济上和生态上非常有效的方法实施。通过合适地调节反应参数例如压力、停留时间、氢气与STC的比例，可以提供一种得到高的TCS空时收率和高的选择性的方法。配合着压力使用合适的催化剂提供了该方法的特别之处，因为这样在明显低于1000°C，优选低于950°C的相对低的的温度下，已经可以产生足够高的量的TCS，而不必承担由于热分解产生的明显的损失。在此已经发现，可以使用对于反应室和集成式换热器来说确定的陶瓷材料，因为它们是足够惰性的和甚至在高温下例如1000°c保证了反应器的抗压性，而陶瓷材料例如没有发生相转变，相转变可能损害结构和由此负面影响了机械负荷能力。在这里必须使用气密性的反应室。气密性和惰性可以通过耐高温的陶瓷实现，这些接下来将做进一步的详细说明。反应室材料和换热器材料可以带有催化活性的内涂层。可以放弃使用用于改善流动动力学的惰性松散材料。具有集成式换热器的反应室的尺寸和整套加氢脱氯反应器的设计是由反应室几何形状的可获得性决定的，以及由在导入对于反应进行所需的热量方面的要求决定的。其中，反应室可以是具有相配套的外部设备的单独的反应管，也可以是许多反应器管的组合。在后者的情况下，将许多反应器管设置在加热的室中是有意义的，其中热量例如通过天然气燃烧器导入。为了避免在反应器管上的局部温度峰值，所述燃烧器不应直接对准所述管。它们可以例如间接地从上面对准反应室空间和分布在反应器空间上面。为了增加能量效率，反应器体系通过集成式换热器连接到一个热量回收体系。上述任务按照本专利技术的解决方案，包括不同的或者优选的实施变体，将在下面进行详细描述。本专利技术的主题是一种方法，其中通过输入热量将含有四氯化硅的反应物料流和含有氢气的反应物料流 在加氢脱氯反应器中进行反应，生成含有三氯硅烷和含有HCl的产物混合物，其特征在于，所述方法具有下列其它的特点:将含有四氯化硅的反应物料流和/或含有氢气的反应物料流在压力下输送到压力驱动的加氢脱氯反应器中；所述反应器包含至少一个伸入反应室中的流动管，通过该管将所述反应物料流中的一个或者两个都输送到反应室中；产物混合物作为处于压力下的料流从反应室中输出；反应室和任选地流动管由陶瓷材料组成；在反应室中形成的产物混合物如此从反应室输出，以便在反应室内部的反应物料流/产物料流至少部分沿着伸入反应室中的流动管外侧输送；热量的输送是通过至少部分包住反应室的加热套或者加热空间进行的；和在反应室中通过加热套或者加热空间加热的区域下游，所述反应室包括一个集成式换热器，该换热器将加热的产物混合物冷却，其中带走的热量用于预热含有四氯化硅的反应物料流和/或含有氢气的反应物料流。在加氢脱氯反应器中的平衡反应通常在700°C -1000°C，优选850°C _950°C，和在Ι-lObar,优选3_8bar,特别优选4_6bar的压力下进行。在按照本专利技术的方法的描述的所有变体中，加氢脱氯反应器包含唯一的流动管，通过该管共同输送两种反应物料流，或者该反应器可以包含多于一个流动管，通过该管两种反应物料流可选择地在流动管的任意一个中共同输送到反应室中，或者不同的反应物料流可以彼此分开地从分别不同的流动管中输送到反应室中。用于所述反应室、所述集成式换热器管和任选地流动管的陶瓷材料优选选自A1203、AIN、Si3N4, SiCN和SiC，特别优选选自S1-浸润的SiC、均衡压制的SiC、热均衡压制的SiC和无压烧结的SiC(SSiC)。特别是优选具有含SiC的反应室(例如一个或者多个反应器管)、上升管和正是这样的集成式换热器管的反应器，因为它们具有非常好的导热能力，这能够实现均匀的热分布和对于反应好的热量输入以及好的耐热冲击性。特别优选反应室、上升管和集成式换热器管由无压烧结的SiC (SSiC)组成。按照本专利技术的设计，将含有四氯化硅的反应物料流和/或含有氢气的反应物料流优选在Ι-lObar，优选3-8bar，特别优选4-6bar范围的压力，和在150_900°C，优选300-8000C，特别优选500-700°C范围的温度输送到加氢脱氯反应器中。在含有四氯化硅的反应物料流与含有氢气的反应物料流分开地输送到加氢脱氯反应器中的情况下，含有四氯化硅的反应物料流取决于施加的压力和温度是液态或者气态的，而含有氢气的反应物料流通常是气态的。因此可以通过反应器室的流动管输送液态的含有四氯化硅的反应物料流。但是，也可以将液态的含有四氯化硅的反应物料流首先转化成气相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G拉托欣斯基，Y奥纳尔，J绍尔，G施托赫尼奥尔，I波利，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：
国别省市：