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。
us4092446a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。
de19654154a1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，us2009/0060818a1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。
de3640172c1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。
wo2008/088465a1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。
本发明所要实现的目的来源于上述问题。具体而言，本发明的目的在于识别用于流化床反应器衬层的替换的且不太昂贵的抗磨损的构造材料。
本发明目的通过用于制备氯硅烷的流化床反应器实现，所述反应器包括由钢制造的反应器壳体，其特征在于该反应器壳体的内壁具有焊接到其上的多孔金属网，且该多孔金属网具有包括其上施用陶瓷颗粒的粘结剂。
本发明另外涉及在该反应器中制备氯硅烷。
本发明还提供一种用于将磨损保护施用于流化床反应器的钢表面的方法，其包括将多孔金属网焊接到钢表面，将包含陶瓷颗粒的粘结剂与水混合以制备悬浮液，将该混合的粘结剂施用于钢表面并干燥及固化粘结剂10-30天。
反应器优选地是一种流化床反应器，其用于在流化床中将研磨的金属硅与氯化氢反应以制备氯硅烷，更具体地制备四氯硅烷及三氯硅烷，和/或将研磨的金属硅与四氯硅烷和氢气反应以制备三氯硅烷。
反应器在反应器壳体的内壁上包括以砂浆/粘结剂形式施用的磨损保护。已发现这可增加反应器封套4倍的寿命。
不同于现有技术，没有将耐磨镀层施用于基底材料，而是反应器内部利用耐磨打底作衬层。
砂浆比镀层材料的耐磨性要强得多。并且，替换衬层比替换镀层或修复基底材料要容易得多。
最后，耐磨砂浆比耐磨镀层更廉价。
反应器优选地包括反应器壳体、用于气态hcl和/或h2及stc的供给、用于金属硅的供给和用于已制备的氯硅烷的输出。
取决于实施，可存在内部冷却元件。
在反应器中用hcl和/或h2和stc使研磨的金属硅流化。
反应器中的压力一般为1-30bar。
温度优选地为300-600℃。
反应器壳体材料可由碳钢、不锈钢或更高级合金钢(例如镍基的构造材料例如hastelloy、incolloy)制成。
反应器壳体的内壁具有焊接到其上的多孔金属网。
术语多孔金属网应被理解为意指其表面具有孔的构造材料。这些孔是通过偏移切割及同时拉伸变形但不损失材料而形成的。
常见网孔形状的实例包括：菱形、长边、六边形、圆形、正方形和特殊形状。多孔金属网尤其用作结构及天花板、墙壁和外立面的包层的打底载体。
所述多孔金属网的起始材料优选地为1至5mm厚的钢板或不锈钢板。
网孔优选地为正方形、矩形或菱形。网孔优选地具有10至50mm的边长。
施用于反应器壳体的内壁/多孔金属网上的粘结剂(cao)包括陶瓷颗粒。
所述陶瓷颗粒优选地由选自以下组中的材料制成：碳化硅、氮化硅、氮化硼、氧化锆及氮化铝。
也可使用由来自上述组中的不同材料以组合方式制成陶瓷颗粒。
特别优选的是，陶瓷颗粒为sic颗粒或si3n4颗粒。
在一个实施方案中，所述粘结剂包含一种或多种选自以下组中的添加剂：sio2、al2o3、tio2、cr6+(例如cro3)及fe2o3。
反应器内壁具有焊接到其上的多孔金属网，在该多孔金属网上施加粘结剂。
将粘结剂与一些水混合并以悬浮液引入反应器中并至多孔金属网上。
所述粘结剂层的厚度优选地为5-50mm。
在第二步骤中，使粘结剂在室温下干燥。固化/干燥时间为10-30天。
使用sic基的砂浆允许反应器操作长达65周。然后必须清除砂浆并替换新砂浆。反应器的中间部分则可使用至少12年。
该粘结剂的优点在于，与含ni的构造材料、碳化钨、sic的镀层及衬层相比，其购买成本低廉。
引入反应器中是相对简单的。
此外，耐磨性相对高。
结合根据本发明工艺的上述实施方案所述的特征可相应地应用于根据本发明的装置。相反地，结合根据本发明的装置的上述实施方案所述的特征可相应地应用于根据本发明的工艺。在权利要求中说明了根据本发明的实施方案的这些及其它特征。单独特征可单独地或以组合方式被理解为本发明的实施方案。所述特征可进一步描述本身适于保护的有利实施例。
本发明以上公开内容使本领域技术人员理解本发明及与其相关的优势，也涵盖了对本领域技术人员来说显而易见的所述结构及工艺的变更和修改。所有这些变更和修改以及其等效物因此应被权利要求的保护范围覆盖。