[发明专利]用于制备氯硅烷的流化床反应器

说明书

本发明提供一种用于制备氯硅烷的流化床反应器，其包括由钢制造的反应器壳体，其特征在于反应器壳体的内壁具有焊接在其上的多孔金属网且所述多孔金属网具有包括施用于其上的陶瓷颗粒的粘结剂。

本发明涉及一种用于制备氯硅烷的流化床反应器。

例如用于光伏电池或半导体工业的多晶硅是由原料三氯硅烷(TCS)制备的。

所述TCS主要通过三个不同工艺制备。

A)Si+3HCl→SiHCl₃+H₂+副产物

B)Si+3SiCl₄+2H₂→4SiHCl₃+副产物

C)SiCl₄+H₂→SiHCl₃+HCl+副产物

在流化床反应器中进行根据A)和B)的三氯硅烷的制备。为了制备高纯度的三氯硅烷，随后进行蒸馏。

US 4092446 A公开了一种反应器，其中使氯化氢由硅颗粒形成的硅床中通过。所述氯化氢与硅颗粒反应得到四氯化硅(STC)和TCS以及氢气。

氢化STC形成TCS同样是已知的。其是通过在TCS和氯化氢中使STC与氢气反应来实施的。四氯化硅和氢气转化得到三氯硅烷通常在处于高温，不低于600℃，理想地不低于850℃(高温转化)下的反应器中进行。

DE 196 54 154 A1公开了一种用于制备三氯硅烷的方法，其特征在于使硅颗粒、四氯硅烷及氢气在流化床中，在添加的含硅化铜的催化剂存在下，在400℃至700℃下反应。

例如，US 2009/0060818 A1要求保护一种用于制备TCS的工艺，其是使硅与HCl，或STC与氢气在硅及催化剂存在下反应。所用的催化剂包括，例如，Fe、Cu、Al、V、Sb或其化合物。将硅及催化剂在反应前层压在一起并降低粒径。

大多数STC是在多晶硅沉积过程中产生。多晶硅通过例如西门子法制备。此包括将硅沉积在反应器的加热细棒上。用作含硅组分的工艺气体为在氢气存在下的例如TCS的卤代硅烷。这使得由沉积中的STC副产物制备TCS并将TCS反馈到沉积工艺中以制备元素硅成为可能。

已知的是，在TCS制备期间流化床反应器的壁体经受硫化硅颗粒的严重磨损应力。研磨的硅具有高硬度并因此导致反应器的金属成分的磨损。反应器的壁体尤其受到攻击。所述磨损导致最长反应器可用时间为36周。此后，反应器的中间部分需要昂贵且不方便的修复。在约四个操作循环后，反应器部件废弃并需要利用新部件替换。

WO 2014/009625 A1和WO 2013/062676 A1分别描述了裂解反应器和提升管反应器，它们每个都装备由粘结剂制得的防腐层。粘结剂层在每种情况下都施加到蜂窝金属锚固结构上。

DE 36 40 172 C1公开了由含镍构造材料制成的反应器，其用于使颗粒状含Si-金属材料在流化床中反应以形成氯硅烷，其特征在于，对于将颗粒状含Si-金属材料与氯化氢反应的反应器，与流化的含Si-金属材料接触的构造材料具有至少40重量％，特别是大于98重量％的镍含量，其中对于多达95重量％的镍含量，所述构造材料包含0.5重量％至4重量％的钛及构造材料的其它成分。反应器完全地或部分地由构造材料制造，该构造材料展现出对流化的含Si-金属材料的磨损具有长期抵抗性。

WO 2008/088465 A1公开了用于流化床反应器的抗磨损的构造材料。为此，热交换器至少部分地提供有涂层，该涂层包括分布在基质中的例如碳化钨的硬金属颗粒。所述硬金属层以冶金方式结合到热交换器表面。

但是，具有镍或硬金属颗粒的衬层和涂层相对昂贵。具有碳化硅(SiC)的完全衬层也极其昂贵。并且，对于大多数组分，SiC衬层在技术上非常难以实施。