[发明专利]能量自给自足的氯硅烷加氢用的硫化床反应器、其应用及方法

说明书

本发明涉及基本上能量自给自足的连续制备氯硅烷，特别是制备用于制取高纯度硅的中间产品即三氯硅烷的装置、其应用和方法。

三氯硅烷，特别是处于纯的形式，是今天尤其用于制备高纯度硅，例如用于制备芯片或太阳能电池(WO 02/48034，EP 0 921 098)的重要原材料。

遗憾的是已知的方法费用高昂，而且能量密集。于是，尽管质量要求最高，但人们总还是力求以低廉的成本制备该材料。

很久以来便已知，在流化床反应器中在掺加氯化氢(HCl)或氯代甲烷的情况下从冶金硅(Si)制备氯硅烷(US 4,281,149)。

硅与HCl的反应在强放热中进行。这时，一般作为主产品获得三氯硅烷(TCS)和四氯化硅(STC)。另外，为了制造该反应器要考虑使用专门的材料(DE 36 40172)。

还要关注反应的选择性。这样，可以通过或多或少适当的催化剂的存在来影响该反应。作为示例，在该文献中特别列举了Fe，Cr，Ni，Co，Mn，W，Mo，V，P，As，Sb，Bi，O，S，Se，Te，Ti，Zr，C，Ge，Sn，Pb，Cu，Zn，Cd，Mg，Ca，Sr，Ba，B，Al Y，Cl。一般这样的催化剂已经存在于冶金硅中，例如采取氧化物或金属的形式，作为硅化物或处于其他冶金相中。在所述的反应中催化剂还可以金属或合金或盐类的形式加入或存在。这样，在反应中所用反应器的壁部材料或表面材料也可以产生催化剂的作用(特别参见B.Kanner和K.M.Lewis所著“Commercial Production of Silanes by the direct Synthesis(通过直接合成商业化生产硅烷)”，pages 1-66，Studies in Organic Chemistry 49，Catalyzed Direct Reactions of Silicon(硅的催化直接反应)edited by K.M.Lewis and D.G.Rethwisch，1993，Elsevier Science Publishers；H.Samori et al.″Effects of trace elements in metallurgical Silicon on trichlorosilane synthesis reaction(冶金硅中痕量元素对三氯硅烷合成反应的影响)″，Silicon for the chemical industry III，Sandefjord，Norway，June 18-20，1996，pages157-167；J.Acker等″Formation of silicides in the system Metal-Silicon-Chlorine-Hydrogen：Consequences for the synthesis of trichlorosilane from silicon an hydrogen Chloride(金属—硅—氯-氢系统中硅化物的形成：由硅和氯化氢合成三氯硅烷的重要性)″，Silicon for the chemical industry，Tromso，Norway，May 29-June 2，2000，pages 121-133；W.C.Breneman等，″A comparison of the Trichlorosilane and silane routes in the purification of metallurgical grade Silicon to semiconductor quality(冶金级硅到半导体质量的提纯中三氯硅烷和硅烷路径的比较)″，Silicon for the chemical industry IV，Geiranger，Norway，June 3-5，1998，pages 101-112；WO 03/018207，WO 05/003030).

制备三氯硅烷的另一种可能性是在催化剂存在或不存在的情况下四氯化硅和氢在气相中热转换。这种合成路径同样是能量非常密集的，因为该反应在吸热过程中进行(DE 10 2006 050 329，DE 10 2005 046703)。