[发明专利]一种催化反应器、系统、四氯化硅催化氢化反应的方法

说明书

技术领域

本发明属于四氯化硅生产三氯氢硅技术领域，具体涉及一种催化反应器、系统、四氯化硅催化氢化反应的方法。

背景技术

多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料,全球75～80％的多晶硅采用改良西门子法生产,该工艺在我国的大规模化应用已有近10年历史,由于核心技术仍未突破,每生产一吨多晶硅会有16吨左右的副产四氯化硅生成。

目前国内外处理四氯化硅(STC)的主流工艺是：热氢化工艺和冷氢化工艺，这两种工艺都不令人满意。就热氢化工艺而言，其处理温度高，导致能耗高；加热碳电极对产品气产生污染，转化效率一般维持在20％左右，另外，高温(1100～1200℃)加热导致电器投入增大，从而产出单位三氯氢硅的成本较高。目前国内大多厂家选用冷氢化工艺处理四氯化硅，虽然该工艺处理温度低(500℃～600℃)，能有效抑制副反应(TCS+HCl→STC+H₂)发生，但操作压力(15atm.～30atm.)很高，导致运行系统投资增加。

在冷氢化工艺中，引入工业级纯度的催化剂和冶金级硅粉会导致生成的产品气的纯度大大降低，导致原料气纯化系统的投资费用增大。另外，冷氢化工艺中引入的催化剂氯化亚铜以气态吸附在冷氢化反应器中的硅颗粒表面，当硅颗粒表面吸附的氯化亚铜分子达到一定分压后，再经过还原和复杂的相形成过程，在硅颗粒表面产生硅化铜(Cu_xSi_y)颗粒从而形成负载型催化剂，由于这种硅化铜颗粒的粘性极高，很容易引起负载催化剂中的硅颗粒之间结块，导致负载型催化剂的催化效率降低。

如图1所示，目前冷氢化工艺中，催化反应器1中的反应是按照下述方式进行：原料气充分混合均匀后，由催化反应器1的原料气入口8以轴向方式经过催化反应器1内的催化剂床层，原料气发生化学反应后生成产品气，产品气流向催化反应器1的产品气出口9。当催化剂用量较大时，这种催化反应器1存在催化剂承受率不均匀，利用率不高，最上层催化剂易结焦失活等缺点；如果通过增加催化反应器1的内径来增大催化剂与反应物的接触面积，又存在催化剂受热不均匀，反应热难以导出，反应温度难以控制等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种催化反应器、系统、四氯化硅催化氢化反应的方法，使用本发明中的催化反应器时，原料气以沿着催化剂装载通道径向的方式通过，并充分与催化剂接触生成产品气。当催化剂用量较大时，其内的催化剂承受率均匀、利用率高，且催化剂不易结焦失活，寿命大大延长。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种催化反应器，包括原料气入口和产品气出口，还包括片材，这些片材之间限定出依次相邻的气体通道一、催化剂装载通道、气体通道二，所述气体通道一与所述催化剂装载通道之间的片材上设置有至少一个第一通气孔，所述催化剂装载通道与所述气体通道二之间的片材上设置有至少一个第二通气孔，

原料气使用所述气体通道一或所述气体通道二进行所述原料气分布，然后，所述原料气再以径向的方式通过装载有催化剂的所述催化剂装载通道后成为产品气，再进入另外一个气体通道，排出催化反应器。

优选的是，所述气体通道一或气体通道二内设置有气体分布板，该气体分布板用于分布原料气或产品气。

优选的是，所述气体通道一、所述催化剂装载通道、所述气体通道二在所述催化反应器内由外到内依次设置，所述片材限制出的所述气体通道一的外围为所述催化反应器的外壁。

优选的是，所述原料气入口设置在所述气体通道一的外围上，所述产品气出口设置在所述气体通道二的两端或一端，

原料气由所述原料气入口进入所述气体通道一，经过所述第一通气孔以径向的方式进入装载有催化剂的所述催化剂装载通道，经过所述第二通气孔进入所述气体通道二得到产品气，该产品气由所述产品气出口排出所述催化反应器。

优选的是，所述原料气入口设置于所述气体通道一的外围的高度的中部，所述第一通气孔至少两个，所述第一通气孔沿着所述气体通道一与所述催化剂装载通道之间的片材上的高度方向上分布，离所述原料气入口由近及远的所述第一通气孔的开孔面积由小到大变化。

优选的是，所述原料气入口设置在所述气体通道二的两端或一端，所述产品气出口设置在所述气体通道一的两端或一端或外围上，

原料气由所述原料气入口进入所述气体通道二，经过所述第二通气孔以径向的方式进入装载有催化剂的所述催化剂装载通道，经过所述第一通气孔进入所述气体通道一得到产品气，该产品气由所述产品气出口排出所述催化反应器。