專利名稱：用于將四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯硅烷的流動管反應(yīng)器的制作方法
用于將四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯硅烷的流動管反應(yīng)器本發(fā)明涉及一種在加氫脫氯反應(yīng)器中，將四氯化硅與氫氣反應(yīng)來產(chǎn)生三氯硅烷的方法，該加氫脫氯反應(yīng)器是壓力驅(qū)動的，并且包含一種或多種由陶瓷材料組成的反應(yīng)器管。本發(fā)明進(jìn)一步涉及這樣的加氫脫氯反應(yīng)器的用途，其用作由冶金硅來生產(chǎn)三氯硅烷的設(shè)備中的整體部件。在硅化學(xué)中的許多工業(yè)生產(chǎn)方法中，SiCl4和HSiCl3是一起形成的。所以必需將這兩種產(chǎn)物相互轉(zhuǎn)化，并因此來滿足各自的對于其中一種產(chǎn)物的需求。此外，高純度HSiCl3是生產(chǎn)太陽能硅的一種重要的原料。在四氯化硅(STC)生成三氯硅烷(TCS)的加氫脫氯反應(yīng)中，根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用熱控方法，在其中將STC與氫氣一起導(dǎo)入用石墨襯里的反應(yīng)器中，即所謂的“西門子爐(Siemensofen) ”。該反應(yīng)器中存在的石墨棒將作為電阻加熱運(yùn)行，這樣將獲得1100°C和更高的溫度。依靠所述高溫和按比例的氫氣的含量，使平衡位置朝著產(chǎn)物TCS移動。反應(yīng)后 將產(chǎn)物混合物從反應(yīng)器中導(dǎo)出，并且以復(fù)雜的方法分離。通過反應(yīng)器的流動是連續(xù)的，并且反應(yīng)器的內(nèi)表面必須由石墨作為耐腐蝕材料來組成。為了穩(wěn)定，使用金屬外殼。必須冷卻反應(yīng)器的外壁，以盡可能抑制在高溫情況下出現(xiàn)的在熱反應(yīng)器壁上的分解反應(yīng)，其會導(dǎo)致硅沉積。除了因?yàn)楸匦璧暮筒唤?jīng)濟(jì)的非常高的溫度導(dǎo)致的不利的分解之外，定期清潔所述反應(yīng)器也是不利的。由于受限的反應(yīng)器尺寸，必須使用一系列的獨(dú)立的反應(yīng)器，這在經(jīng)濟(jì)上同樣是不利的。現(xiàn)有的工藝不允許壓力驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)更高的空間_/時(shí)間產(chǎn)率，以由此例如來減少反應(yīng)器的數(shù)目。另一缺點(diǎn)是純粹熱驅(qū)動反應(yīng)的進(jìn)行，而沒有催化劑，其使得所述方法整體上非常低效。本發(fā)明的目的就是提供一種將四氯化硅與氫氣反應(yīng)來產(chǎn)生三氯硅烷的方法，其工作效率更高，并且以可比較的的反應(yīng)器尺寸能夠獲得更高的轉(zhuǎn)化，即，提高TCS的空間-/時(shí)間產(chǎn)率。此外,根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)當(dāng)使對TCS的高的選擇性成為可能。該問題已經(jīng)通過這樣的發(fā)現(xiàn)而解決，S卩，可以將STC和氫氣的混合物導(dǎo)過壓力驅(qū)動的管式反應(yīng)器，其優(yōu)選可以一方面裝備催化壁涂層和另一方面配備固定床催化劑。用于改進(jìn)反應(yīng)動力學(xué)和提高選擇性的催化劑和壓力驅(qū)動反應(yīng)的組合導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)和生態(tài)上非常有效的過程控制。通過合適地設(shè)定反應(yīng)參數(shù)如壓力、駐留時(shí)間、氫氣與STC的比率，可以實(shí)現(xiàn)這樣的方法，在其中獲得了具有高選擇性的TCS的高空間-/時(shí)間產(chǎn)率。合適的催化劑與壓力的結(jié)合使用是所述方法的特點(diǎn)，因?yàn)檫@樣已經(jīng)可以在明顯低于1000°C，優(yōu)選在950°C以下的相對低的溫度制得足夠高的TCS的量，而不必容忍由于熱分解導(dǎo)致的明顯的損失。在這種情況下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以將某種陶瓷材料用于反應(yīng)器的反應(yīng)管，因?yàn)樗鼈兪亲銐蚨栊缘?，并且確保了甚至在高溫例如1000°c時(shí)反應(yīng)器的耐壓性，而所述陶瓷材料沒有經(jīng)歷例如損壞結(jié)構(gòu)并因此對機(jī)械耐久性產(chǎn)生不利影響的相轉(zhuǎn)換。這里必需使用氣密管。氣密性和惰性可以通過耐高溫陶瓷來獲得，其在下面將詳細(xì)說明。
反應(yīng)器管材料可以配以催化活性內(nèi)涂層。作為另外的手段，該反應(yīng)器管可以填充有惰性松散材料，來優(yōu)化流動動力學(xué)。這里，所述松散材料可以由與反應(yīng)器材料相同的材料組成。作為松散材料可以使用填充物，如環(huán)、球、小棒或者其他合適的填充物。在一個(gè)特殊的實(shí)施方式中，所述填充物可以另外涂有催化活性涂層。在這種情況中，可以任選放棄催化活性內(nèi)涂層。反應(yīng)器管的尺寸和整個(gè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)由可使用的管的幾何形狀來決定，以及由預(yù)先確定的反應(yīng)方法所必需的熱的引入來決定?？梢允褂镁哂羞m當(dāng)邊緣的單個(gè)反應(yīng)管或者許多反應(yīng)器管的組合。在后者的情況中，將許多反應(yīng)器管布置在加熱室中是可行的，在其中例如通過天然氣燃燒器來引入熱量。為了避免反應(yīng)器管中局部的溫度峰，該燃燒器不應(yīng)當(dāng)直接朝向所述管。它們可以例如從上面間接地布置在反應(yīng)器室中，并且分布在反應(yīng)器室上，如圖I所示例那樣。為了提高能效，該反應(yīng)器體系可以連 接到熱回收系統(tǒng)上。下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的上述目標(biāo)的解決方案，包括不同的或者優(yōu)選的實(shí)施方式。本發(fā)明的主題就是一種在加氫脫氯反應(yīng)器中將四氯化硅與氫氣反應(yīng)來生成三氯硅烷的方法，其特征在于，該加氫脫氯反應(yīng)器是壓力驅(qū)動的，并且包含一個(gè)或多個(gè)由陶瓷材料組成的反應(yīng)器管。本發(fā)明的方法尤其是這樣一種方法，其中在所述反應(yīng)中，將含四氯化硅的反應(yīng)物氣體和含氫氣的反應(yīng)物氣體在加氫脫氯反應(yīng)器中通過供熱進(jìn)行反應(yīng)，形成含三氯硅烷和含HCl的產(chǎn)物氣體，其特征在于，將所述含四氯化硅的反應(yīng)物氣體和/或該含氫氣的反應(yīng)物氣體作為受壓的氣流導(dǎo)入壓力驅(qū)動的加氫脫氯反應(yīng)器中，并且將所述產(chǎn)物氣體作為受壓的氣流導(dǎo)出該加氫脫氯反應(yīng)器。在產(chǎn)物流中也可以任選包含副產(chǎn)物如二氯硅烷、一氯硅烷和/或硅烷。在產(chǎn)物流中通常也包含尚未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物，即，四氯化硅和水。在加氫脫氯反應(yīng)器中的平衡反應(yīng)典型地在700°C -1000 °C，優(yōu)選在850°C _950°C和在1-10 bar之間，優(yōu)選在3-8 bar之間，特別優(yōu)選在4_6 bar之間的范圍的壓力下進(jìn)行。在所有描述的根據(jù)本發(fā)明的方法的變體中，含四氯化硅的反應(yīng)物氣體和含氫氣的反應(yīng)物氣體也可以作為合并的氣流導(dǎo)入到壓力驅(qū)動的加氫脫氯反應(yīng)器中。用于一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管的陶瓷材料優(yōu)選選自Al203、AlN、Si3N4、SiCN或SiC，特別優(yōu)選選自Si-滲透的SiC，等壓壓制的SiC，熱等壓壓制的SiC或無壓力燒結(jié)的SiC(SSiC)。特別是優(yōu)選具有含SiC反應(yīng)器管的反應(yīng)器，因?yàn)樗鼈兙哂刑貏e良好的熱導(dǎo)性，這使得用于反應(yīng)的均勻的熱分布和良好的熱輸入成為可能。如果一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管是由無壓力燒結(jié)的SiC(SSiC)組成，則它是特別優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明預(yù)定，將含四氯化硅的反應(yīng)物氣體和/或含氫氣的反應(yīng)物氣體優(yōu)選以下面的壓力和溫度導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器中壓力在1-10 bar，優(yōu)選3-8 bar，特別優(yōu)選
4-6 bar的范圍，和溫度在150°C -900°C的范圍，優(yōu)選在300°C -800°C的范圍，特別優(yōu)選在5000C _700°C的范圍。在加氫脫氯反應(yīng)器中用于反應(yīng)的熱供應(yīng)可以經(jīng)加熱室來進(jìn)行，在所述加熱室中布置有一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管。例如該加熱室可以是通過電阻加熱來進(jìn)行加熱。該加熱室也可以是用助燃?xì)怏w和助燃空氣來驅(qū)動的燃燒室。根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的是，在加氫脫氯反應(yīng)器中的反應(yīng)通過一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管的催化性內(nèi)涂層催化。加氫脫氯反應(yīng)器中的反應(yīng)可以另外通過布置在反應(yīng)器中或者布置在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管中的固定床上的催化性涂層來催化。在使用催化活性固定床時(shí)，可以任選放棄催化活性內(nèi)涂層。但是，優(yōu)選的是被涂覆的反應(yīng)器內(nèi)壁，因?yàn)榕c純載體催化劑體系(例如通過固定床)相比，這樣增加了催化可用的表面積。一個(gè)或多個(gè)催化活性涂層，即，用于反應(yīng)器內(nèi)壁和/或任選使用的固定床，優(yōu)選由這樣的組合物組成，其包含選自下面的至少一種活性成分金屬Ti、Zr、Hf、Ni、Pd、Pt、Mo、W、Nb、Ta、Ba、Sr、Ca、Mg、Ru、Rh、Ir及其組合，及其硅化物化合物，特別是Pt、Pt/Pd，Pt/Rh和 Pt/Ir。所述反應(yīng)器內(nèi)壁和/或任選的固定床可以如下述般配備以催化活性涂層 通過準(zhǔn)備懸浮液(下文也稱作涂料或者膏)，所述懸浮液包含a)選自下面的至少一種活性成分金屬 Ti、Zr、Hf、Ni、Pd、Pt、Mo、W、Nb、Ta、Ba、Sr、Ca、Mg、Ru、Rh、Ir 及其組合或其硅化物化合物，b)至少一種懸浮液介質(zhì)，和任選的c)至少一種輔助成分，特別是用于穩(wěn)定所述懸浮液，用于提高所述懸浮液的存儲穩(wěn)定性，用于改善懸浮液在待涂覆表面的附著和/或用于改善懸浮液在待涂覆表面上的施加；通過將所述懸浮液施加到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管的內(nèi)壁上，和任選的，將所述懸浮液施加到任選配備的固定床的填充物表面上；通過干燥所施加的懸浮液；和通過在500°C _1500°C范圍的溫度下和在惰性氣體或者氫氣下熱處理所施加并干燥的懸浮液。然后可以將經(jīng)熱處理的填充物裝入到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管中。但是，所述熱處理以及任選的之前的干燥也可以在已經(jīng)裝入填充物的情況下進(jìn)行。作為按照根據(jù)本發(fā)明的懸浮液的成分b)的懸浮液介質(zhì)，即涂料或者膏，特別是具有粘合特性的這些懸浮液介質(zhì)(也簡稱為粘合劑)，可以有利地使用如在染料-和涂料工業(yè)中所使用的熱塑性聚丙烯酸酯樹脂。屬于此的例如有聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯或者聚丙烯酸丁酯。它們是市售的體系，例如在商標(biāo)名Degalan 下獲自EvonikIndustries 的這些。任選地，作為另外的成分，S卩，在成分c)意義內(nèi)，可以有利地使用一種或多種助劑或者輔助成分。例如，作為輔助成分c)可以任選使用溶劑或者稀釋劑。優(yōu)選合適的是有機(jī)溶劑，特別是芳族溶劑或者稀釋劑例如甲苯、二甲苯以及酮、醛、酯、醇或者至少兩種前述溶劑或稀釋劑的混合物。懸浮液的穩(wěn)定可以(如果需要的話)有利地通過無機(jī)或者有機(jī)流變添加劑來獲得。作為成分c)優(yōu)選的無機(jī)流變添加劑包括例如硅藻土，膨潤土，蒙脫石和綠坡縷石，合成的層狀硅酸鹽，熱解二氧化硅或者沉淀二氧化硅。有機(jī)流變添加劑或者輔助成分C)優(yōu)選包括蓖麻油及其衍生物，如聚酰胺改性的蓖麻油，聚烯烴或者聚烯烴改性的聚酰胺，以及聚酰胺及其衍生物，例如其在商標(biāo)名Luvotix 下市售的，以及無機(jī)和有機(jī)流變添加劑的混合體系O為了實(shí)現(xiàn)有利的粘附性，作為輔助成分c)也可以使用選自硅烷或者硅氧烷的合適的附著力增強(qiáng)劑。為此例如可列舉(而非窮舉)的是二甲基_、二乙基_、二丙基_、二丁基_、二苯基聚硅氧烷或者其混合體系，例如苯乙基-或者苯丁基硅氧烷或者其他混合體系，及其混合物。根據(jù)本發(fā)明的涂料或者膏可以以相對簡單和經(jīng)濟(jì)的方式來獲得，例如在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的合適的常規(guī)設(shè)備中，通過原料(參見成分a)，b)和任選的c))的混合，攪拌或者捏合來獲得。此外，參照根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的另一個(gè)主題是加氫脫氯反應(yīng)器作為由冶金硅來制備三氯硅烷的設(shè)備中的整體部件的用途，其特征在于，該加氫脫氯反應(yīng)器是壓力驅(qū)動的，并且包含由陶瓷材料組成的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管。這里，根據(jù)本發(fā)明可使用的加氫脫氯反應(yīng)器具有如前所述的反應(yīng)器的性質(zhì)?？梢詢?yōu)選在加氫脫氯反應(yīng)器使用的用于制備三氯硅烷的設(shè)備包括
a)用于使四氯化硅與氫氣反應(yīng)形成三氯硅烷的子設(shè)備，其包括
-布置在加熱室或者燃燒室中的加氫脫氯反應(yīng)器，其中所述布置優(yōu)選包括在燃燒室中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管；
-至少一個(gè)用于含四氯化硅的氣體的導(dǎo)管和至少一種用于含氫氣的氣體的導(dǎo)管， 其導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器中或者導(dǎo)入到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管的布置中，其中任選提供用于含四氯化硅的氣體和含氫氣的氣體的合并導(dǎo)管來代替單獨(dú)的導(dǎo)管；
-用于將含三氯硅烷和含HCl的產(chǎn)物氣體從加氫脫氯反應(yīng)器中導(dǎo)出的導(dǎo)管；
-熱交換器，優(yōu)選是一種管束熱交換器，通過所述熱交換器如此弓I導(dǎo)產(chǎn)物氣體導(dǎo)管以及至少一個(gè)四氯化硅導(dǎo)管和/或至少一個(gè)氫氣導(dǎo)管，使得熱可以從產(chǎn)物氣體導(dǎo)管轉(zhuǎn)移到至少一個(gè)四氯化硅導(dǎo)管和/或至少一個(gè)氫氣導(dǎo)管中，其中所述熱交換器任選包括陶瓷材料的熱交換器元件；
-任選的子設(shè)備或者包括多個(gè)子設(shè)備的布置，其用于分別分離一種或多種產(chǎn)物，所述產(chǎn)物包括四氯化硅、三氯硅烷、氫氣和HCl ；
-任選的將所分離的四氯化硅導(dǎo)入到四氯化硅導(dǎo)管中的導(dǎo)管，優(yōu)選在熱交換器的
上游；
-任選的把所分離的三氯硅烷供給到最終產(chǎn)物排放中的導(dǎo)管；
-任選的將所分離的氫氣導(dǎo)入到氫氣導(dǎo)管中的導(dǎo)管，優(yōu)選在熱交換器上游；和-任選的把所分離的HCl供給到用于硅的氫氯化的設(shè)備的導(dǎo)管；和
b)用于使冶金硅與HCl反應(yīng)形成四氯化硅的子設(shè)備，其包含
-氫氯化設(shè)備，其前置于用于四氯化硅與氫氣反應(yīng)的子設(shè)備，其中任選至少一部分所使用的HCl經(jīng)由HCl流導(dǎo)入到氫氯化設(shè)備中；
-冷凝器，其用于分離至少一部分的副產(chǎn)物氫氣，該氫氣副產(chǎn)物來自于氫氯化設(shè)備中的反應(yīng)，其中將所述氫氣經(jīng)由氫氣導(dǎo)管導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器或者一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管布置中；
-蒸餾設(shè)備，用于從剩余的產(chǎn)物混合物中分離至少四氯化硅和三氯硅烷，該產(chǎn)物混合物來自于氫氯化設(shè)備中的反應(yīng)，其中所述的四氯化硅經(jīng)由四氯化硅導(dǎo)管導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器或者一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管布置中；和
-任選的同流換熱器，其用于用流出燃燒室的廢氣來預(yù)熱計(jì)劃用于燃燒室的助燃
空氣；和
-任選的設(shè)備，用于由從同流換熱器中流出的廢氣制備蒸氣。圖I示例性地圖示了一種加氫脫氯反應(yīng)器，根據(jù)本發(fā)明，其能夠在用于使四氯化硅與氫氣反應(yīng)產(chǎn)生三氯硅烷的方法中或者作為由冶金硅來制備三氯硅烷的設(shè)備中的整體部件使用。圖2示例性地圖示了一種可用于在根據(jù)本發(fā)明的加氫脫氯反應(yīng)器中由冶金硅制備三氯硅烷的設(shè)備。 在圖I中顯示的加氫脫氯反應(yīng)器包括多個(gè)布置在燃燒室15中的反應(yīng)器管3a、3b、3c，一個(gè)合并的反應(yīng)物流1、2，所述反應(yīng)物流被導(dǎo)入多個(gè)反應(yīng)器管3a、3b、3c中，和用于將產(chǎn)物流從多個(gè)反應(yīng)器管3a、3b、3c導(dǎo)出的導(dǎo)管4。所示的反應(yīng)器還包括燃燒室15和用于助燃?xì)怏w18的導(dǎo)管和用于助燃空氣19的導(dǎo)管，所述助燃?xì)怏w和助燃空氣被導(dǎo)入到燃燒室15的四個(gè)燃燒器中。最后還顯示了從燃燒室15中導(dǎo)出的用于廢氣20的導(dǎo)管。在圖2中所示的設(shè)備包括布置在燃燒室15中的加氫脫氯反應(yīng)器3，其根據(jù)本發(fā)明可以包含一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管3a、3b、3c (未不出)。所不的設(shè)備包括用于含四氯化娃的氣體的導(dǎo)管I和用于含氫氣的氣體的導(dǎo)管2，二者都導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器3中，一個(gè)用于含三氯硅烷的和含HCl的產(chǎn)物氣體的從加氫脫氯反應(yīng)器3中導(dǎo)出的導(dǎo)管4，和熱交換器5，產(chǎn)物氣體導(dǎo)管4與四氯化硅導(dǎo)管I和氫氣導(dǎo)管2貫穿熱交換器5，這樣熱可以從產(chǎn)物氣體導(dǎo)管 4轉(zhuǎn)移到四氯化硅導(dǎo)管I和氫氣導(dǎo)管2中。該設(shè)備進(jìn)一步包括子設(shè)備7用于分離四氯化硅
8、三氯硅烷9、氫氣10和HCl 11。這里，將所分離的四氯化硅通過導(dǎo)管8導(dǎo)入到四氯化硅導(dǎo)管I中，將所分離的三氯硅烷通過導(dǎo)管9供給到終端產(chǎn)物排放，將所分離的氫氣通過導(dǎo)管10導(dǎo)入氫氣導(dǎo)管2中和將所分離的HCl通過導(dǎo)管11導(dǎo)入到用于硅的氫氯化的設(shè)備12中。該設(shè)備進(jìn)一步包括冷凝器13，用于分離來源于氫氯化設(shè)備12中反應(yīng)的副產(chǎn)物氫氣，其中將該氫氣通過氫氣導(dǎo)管2，經(jīng)由熱交換器5導(dǎo)入加氫脫氯反應(yīng)器3中。還顯示了蒸餾系統(tǒng)14，用于由產(chǎn)物混合物分離四氯化硅I和三氯硅烷(TCS)，以及低沸物(LS)和高沸物(HS)，其是經(jīng)由冷凝器13從氫氯化設(shè)備12中出來的。該設(shè)備最后還包括同流換熱器16，其用由燃燒室15流出的廢氣20預(yù)熱計(jì)劃用于燃燒室15的助燃空氣19，以及設(shè)備17，用于借助于從同流換熱器16中流出的廢氣20產(chǎn)生蒸氣。
實(shí)施例在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的反應(yīng)作為反應(yīng)管使用SSiC管，長度IlOOmm和內(nèi)徑5mm ο將該反應(yīng)器管置于可電加熱的管式爐中。首先，將該含有各管的管式爐加熱到900°C，在該過程中將絕對壓力3 bar的氮?dú)馔ㄟ^所述反應(yīng)管。2小時(shí)后，用氫氣置換氮?dú)狻Ｔ跉錃饬髦欣^續(xù)I小時(shí)后，同樣在3bar絕對壓力下，將36. 3ml/h的四氯化硅泵入該反應(yīng)管中。將氫氣流調(diào)整到4. 2:1的摩爾過量。通過在線氣相色譜法來分析反應(yīng)器排出物，并且由此計(jì)算四氯化硅轉(zhuǎn)化率和對三氯硅烷的摩爾選擇性。作為副產(chǎn)物成分僅發(fā)現(xiàn)二氯硅烷。所形成的氯化氫沒有算出且沒有評價(jià)。結(jié)果顯示在表I中。表I :STC與氫氣催化反應(yīng)的結(jié)果
I金屬成分|stc轉(zhuǎn)化率[%] Itcs選擇性[%] Idcs選擇性[%]
實(shí)施例 IssiC 管 |25. 8|96. 57|θ. 43
STC =四氯化硅
TCS =三氯硅烷
DCS = 二氯硅烷。
附圖
標(biāo)記列表
(1)含四氯化硅的反應(yīng)物流
(2)含氫氣的反應(yīng)物流
(1,2)合并的反應(yīng)物流
(3)加氫脫氯反應(yīng)器 (3a、3b、3c)反應(yīng)器管
(4)產(chǎn)物流
(5)熱交換器 (6)冷卻的產(chǎn)物流
(7)后置的子設(shè)備 (7a.7b.7c)多個(gè)子設(shè)備的布置
(8)在(7)或者(7a、7b、7c)中分離的四氯化硅流
(9)在(7)或者(7a、7b、7c)中分離的最終產(chǎn)物流
(10)在(7)或者(7a.7b.7c)中分離的氫氣流
(11)在(7)或者(7a.7b.7c)中分離的HCl流
(12)前置的氫氯化方法或者設(shè)備
(13)冷凝器
(14)蒸餾設(shè)備
(15)加熱室或者燃燒室
(16)同流換熱器
(17)產(chǎn)生蒸氣的設(shè)備
(18)助燃?xì)怏w
(19)助燃空氣
(20)廢氣
權(quán)利要求
1.用于在加氫脫氯反應(yīng)器(3)中將四氯化硅與氫氣反應(yīng)生成三氯硅烷的方法，其特征在于，該加氫脫氯反應(yīng)器(3)受壓力驅(qū)動，并且包括一個(gè)或多個(gè)由陶瓷材料制成的反應(yīng)器管(3a,3b,3c)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中在所述反應(yīng)中，將含四氯化硅的反應(yīng)物氣體(I)和含氫氣的反應(yīng)物氣體(2)在加氫脫氯反應(yīng)器中通過供熱進(jìn)行反應(yīng)，形成含三氯硅烷和含HCl的產(chǎn)物氣體，其特征在于，將所述含四氯化硅的反應(yīng)物氣體(I)和/或含氫氣的反應(yīng)物氣體(2)作為受壓的氣流導(dǎo)入壓力驅(qū)動的加氫脫氯反應(yīng)器(3)中，將所述產(chǎn)物氣體作為受壓的氣流(4)導(dǎo)出加氫脫氯反應(yīng)器(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，將含四氯化硅的反應(yīng)物氣體(I)和該含氫氣的反應(yīng)物氣體(2)在合并的氣流(1，2)中導(dǎo)入到壓力驅(qū)動的加氫脫氯反應(yīng)器(3)中。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，所述陶瓷材料選自A1203、AIN、Si3N4,SiCN 或 SiC。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述陶瓷材料選自Si-滲透的SiC、等壓壓制的 SiC、熱等壓壓制的SiC或無壓力燒結(jié)的SiC(SSiC)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a、3b、3c)由無壓力燒結(jié)的SiC(SSiC)組成。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，將含四氯化硅的反應(yīng)物氣體(I)和/或含氫氣的反應(yīng)物氣體(2)以下面的壓力和溫度導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器(3)中壓力在1-10bar的范圍，優(yōu)選在3-8 bar的范圍，特別優(yōu)選在4_6 bar的范圍，和溫度在150 V -900 V的范圍，優(yōu)選在300°C _800°C的范圍，特別優(yōu)選在500°C _700°C的范圍。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，用于所述反應(yīng)的熱是在加氫脫氯反應(yīng)器(3)中經(jīng)由加熱室(15)供給的，在該加熱室中布置著一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a，3b，3c)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，加熱室(15)是通過電阻加熱來加熱的，或者是用助燃?xì)怏w(18)和助燃空氣(19)來驅(qū)動的燃燒室(15)。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，在加氫脫氯反應(yīng)器(3)中的反應(yīng)是通過催化所述反應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a，3b，3c)的內(nèi)涂層來催化的。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，在加氫脫氯反應(yīng)器(3)中的反應(yīng)是通過催化所述反應(yīng)的固定床的涂層來催化的，所述固定床布置在反應(yīng)器(3)中或者在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a, 3b, 3c)中。
12.加氫脫氯反應(yīng)器(3)作為用于由冶金硅來制備三氯硅烷的設(shè)備中的整體部件的用途，其特征在于，所述加氫脫氯反應(yīng)器(3)受壓力驅(qū)動，并且包含由陶瓷材料組成的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a, 3b, 3c)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的用途，其特征在于，所述用于由冶金硅來制備三氯硅烷的設(shè)備包括 a)用于使四氯化硅與氫氣反應(yīng)形成三氯硅烷的子設(shè)備，其包括-布置在加熱室(15)或者燃燒室(15)中的加氫脫氯反應(yīng)器(3)，其中所述布置優(yōu)選包括在燃燒室(15)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a，3b，3c)；-至少一個(gè)用于含四氯化硅的氣體的導(dǎo)管(I)和至少一個(gè)用于含氫氣的氣體的導(dǎo)管(2)，其導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器(3)中或者導(dǎo)入到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a，3b，3c)的布置中，其中任選提供用于含四氯化硅的氣體和含氫氣的氣體的合并導(dǎo)管(1，2)來代替單獨(dú)的導(dǎo)管(I)和(2)；-用于將含三氯硅烷和含HCl的產(chǎn)物氣體從加氫脫氯反應(yīng)器(3)中導(dǎo)出的導(dǎo)管⑷，;-熱交換器(5)，優(yōu)選是一種管束熱交換器，通過所述熱交換器(5)如此引導(dǎo)產(chǎn)物氣體導(dǎo)管(4)以及至少一個(gè)四氯化硅導(dǎo)管(I)和/或至少一個(gè)氫氣導(dǎo)管(2)，使得熱可以從產(chǎn)物氣體導(dǎo)管(4)轉(zhuǎn)移到至少一個(gè)四氯化硅導(dǎo)管(I)和/或至少一個(gè)氫氣導(dǎo)管(2)中，其中所述熱交換器(5)任選包括陶瓷材料的熱交換器元件；-任選的子設(shè)備(7)或者包括多個(gè)子設(shè)備(7a，7b，7c)的布置，其用于分別分離一種或多種產(chǎn)物，所述產(chǎn)物包括四氯化硅、三氯硅烷、氫氣和HCl ；-任選地將所分離的四氯化硅導(dǎo)入到四氯化硅導(dǎo)管(I)中的導(dǎo)管(8)，優(yōu)選在熱交換器(5)的上游；-任選地把所分離的三氯硅烷供給到最終產(chǎn)物排放中的導(dǎo)管(9)；-任選地將所分離的氫氣導(dǎo)入到氫氣導(dǎo)管(2)中的導(dǎo)管(10)，優(yōu)選在熱交換器(5)上游；和-任選地把所分離的HCl供給到用于硅的氫氯化的設(shè)備的導(dǎo)管(11);和 b)用于使冶金硅與HCl反應(yīng)形成四氯化硅的子設(shè)備，其包含-氫氯化設(shè)備(12)，其前置于用于四氯化娃與氫氣反應(yīng)的子設(shè)備，其中任選至少一部分所使用的HCl經(jīng)由HCl流(11)導(dǎo)入到氫氯化設(shè)備(12)中；-冷凝 器(13)，其用于分離至少一部分的副產(chǎn)物氫氣，該副產(chǎn)物氫氣來自于氫氯化設(shè)備(12)中的反應(yīng)，其中將所述氫氣經(jīng)由氫氣導(dǎo)管(2)導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器(3)或者一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a，3b，3c)布置中；-蒸餾設(shè)備(14)，用于從剩余的產(chǎn)物混合物中分離至少四氯化硅和三氯硅烷，該產(chǎn)物混合物來自于氫氯化設(shè)備(12)中的反應(yīng)，其中所述的四氯化硅經(jīng)由四氯化硅導(dǎo)管(I)導(dǎo)入到加氫脫氯反應(yīng)器(3)或者一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器管(3a，3b，3c)布置中；和-任選的同流換熱器(16)，其用于用流出燃燒室(15)的廢氣(20)來預(yù)熱計(jì)劃用于燃燒室(15)的助燃空氣(19);和-任選的設(shè)備(17)，用于由從同流換熱器(16)中流出的廢氣(20)制備蒸氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或者13的用途，其特征在于，所述陶瓷材料選自Si-滲透的SiC、等壓壓制的SiC、熱等壓壓制的SiC和無壓力燒結(jié)的SiC(SSiC)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14任一的用途，其特征在于，該加氫脫氯反應(yīng)器(3)、反應(yīng)器管(3a，3b，3c)、加熱室(15)或者該加氫脫氯反應(yīng)器(3)的運(yùn)行模式是按照權(quán)利要求1_11詳細(xì)說明的。
16.選自Al2O3,AIN, Si3N4, SiCN和SiC的陶瓷材料作為反應(yīng)器管(3a、3b、3c)的材料的用途，其中所述陶瓷材料優(yōu)選選自Si-滲透的SiC、等壓壓制的SiC、熱等壓壓制的SiC和無壓力燒結(jié)的SiC(SSiC)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的用途，其特征在于，所述反應(yīng)器管(3a，3b，3c)是加氫脫氯反應(yīng)器(3)的反應(yīng)器管，所述加氫脫氯反應(yīng)器(3)用于使四氯化硅與氫氣反應(yīng)生成三氯硅烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在加氫脫氯反應(yīng)器中使四氯化硅與氫氣反應(yīng)生成三氯硅烷的方法，其中該加氫脫氯反應(yīng)器是壓力驅(qū)動的，并且包含一個(gè)或多個(gè)由陶瓷材料制成的反應(yīng)器管。本發(fā)明進(jìn)一步涉及這樣的加氫脫氯反應(yīng)器的用途，其用作由冶金硅來生產(chǎn)三氯硅烷的設(shè)備中的整體部件。
文檔編號C01B33/107GK102725229SQ201080061762
公開日2012年10月10日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者A.比克, G.拉托辛斯基, G.施托赫尼奧爾, I.波利, Y.厄納爾 申請人:贏創(chuàng)德固賽有限公司