[发明专利]用于非平衡三氯氢硅制备的方法和系统

权利要求书

1.将四氯化硅(STC)转化为三氯氢硅(TCS)的方法，包括在转化器中在非平衡操作条件下使包含STC和H₂的原料气与催化剂接触以提供超平衡水平的STC向TCS的转化率。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述催化剂为金属催化剂。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述金属催化剂包括金属硅化物，所述金属硅化物包括但不限于硅化铬、硅化镍和硅化铁。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述金属催化剂是在所述转化器中形成的。

5.如权利要求4所述的方法，其中将所述转化器用自撑金属载体填充，并且将所述载体的表面至少部分地转化为金属催化剂。

6.如权利要求5所述的方法，其中将所述转化器用金属载体填充，并且将所述金属载体的全部转化为金属催化剂，所述金属催化剂具有在所述转化器的操作过程中足以保持其形态的机械完整性。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在低于700℃的温度下进行所述方法。

8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在400至600℃的温度下进行所述方法。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述转化器中所述原料气的滞留时间为0.1秒至30秒。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述转化器中所述原料气的滞留时间为1至5秒。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中在所述转化器中所述压力为0.5个绝对大气压至20个绝对大气压。

12.如权利要求11所述的方法，其中在所述转化器中所述压力为2个绝对大气压至10个绝对大气压。

13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述原料气包含摩尔比为1:1至5:1的H₂和STC。

14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述原料气还包含HCl。

15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中在其他反应条件相同的条件下，所述超平衡水平的STC向TCS的转化率比平衡水平的STC向TCS的转化率高至少5％。

16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中使进入的STC与H₂混合并且在热交换器中将其加热至所述催化转化器的出口温度的几摄氏度以内以提供预热的气体；随后在补充加热器中将这些预热的气体加热至高于所述催化转化器的出口温度几摄氏度以提供热的气体；通过选自直接燃烧的气体和电加热器的方式加热所述补充加热器；将所述热的气体供给至所述催化转化器，在所述催化转化器中发生了形成包含TCS和HCl的气体产物的反应；在所述热交换器中将从所述催化转化器排出的所述热的气体用于预热进入的STC和H₂蒸汽；随后将从所述热交换器排出的冷却的产物气体分离为组成部分(例如TCS、HCl和STC)以便在多晶硅工厂中重复使用；并且将从所述催化转化器废气中分离的STC循环回催化转化器系统直至完全转化为TCS。

17.系统，包括其中具有催化剂的转化器、原料进口、产物出口、测量所述原料中的STC浓度的监测装置、测量所述产物中的TCS浓度的监测装置、将所述转化器维持在所需的温度范围内的加热机构，以及将所述原料在所述反应器中维持所需的滞留时间的流速机构。

18.如权利要求17所述的系统，还包括反馈回路，通过所述反馈回路将所测的STC和TCS的浓度用于计算STC向TCS的实际转化率，并且将该转化率与在所述转化器的操作温度下的平衡转化率相比，当所述实际转化率不在预设范围内或低于超过所述平衡转化率的预设值时，则所述系统自动调整所述转化器的操作条件参数以实现符合超过所述平衡转化率的预设值的STC向TCS的转化率。