CN113518781B - 制备有机氯硅烷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在流化床反应器中通过含一氯甲烷的反应气体与含有硅和催化剂的颗粒接触物料的反应生产有机氯硅烷的方法，其中所述有机氯硅烷具有通式(CH₃)_nHSiCl_4‑n‑m，其中n＝1至3且m＝0或1。所述反应器设计通过特征值(K1)描述，所述接触物料的构成通过特征值(K2)描述，反应条件通过特征值(K3)描述，其中K1的值为1至20，K2的值为0.001至200，K3的值为0.5至10,000。

Description

制备有机氯硅烷的方法

技术领域

本发明涉及在流化床反应器中通过使含氯甲烷的反应气体与含硅和催化剂的颗粒接触物料反应而制备有机氯硅烷的方法，其中所述有机氯硅烷具有通式(CH₃)_nHSiCl_4-n-m，其中n＝1至3且m＝0或1。流化床反应器的设计用特征值K1描述，接触物料的构成用特征值K2描述，反应条件用特征值K3描述，其中K1的值为1至20，K2的值为0.001至200，K3的值为0.5至10000。

背景技术

硅产品市场对于其中运行的企业而言是快速变化的环境。需求变化、质量要求的不断提高、原料和能源的价格变化以及更严格的法规要求高度的操作灵敏性和效率，以实现最大的经济效益。

一个特别重要的产品类别包含在技术类别的有机硅下：聚硅氧烷的物质类别。有机硅的工业生产通过有机氯硅烷的水解和随后的缩合而进行。因此，在工业有机硅化学中，甲基硅氧烷占主导地位，相应的原料，甲基氯硅烷的合成因此具有最大的经济意义。在工业上，后者几乎完全经由所谓的Müller-Rochow直接合成法(MRDS)而生产。

MRDS通常包括在催化剂和任选合适的促进剂的存在下，使包含碳键合的氯的有机化合物，通常为甲基氯(MeCl)与硅进行反应，以提供有机氯硅烷，尤其是甲基氯硅烷(MCS)，根据反应方程式(1)：

(1)Si+CH₃Cl---(催化剂，任选存在的促进剂)--->(CH₃)_nH_mSiCl_4-n-m+副产物(n＝1-3，m＝0、1)

表1总结了MRDS的典型主要产物和副产物及其典型存在的比例。所述副产物的成分还可以包括杂质，例如烃和金属氯化物。通常，随后进行蒸馏以生产高纯度的有机氯硅烷。

表1

除了尽可能高的生产率(每单位时间和反应体积而形成的有机氯硅烷的量)和尽可能高的选择性(尤其是基于基本最重要的目标产物二甲基二氯硅烷(DMDCS，(CH₃)₂SiCl₂)尽可能高的有机硅利用率以外，还需要与整个工厂的安全且灵活操作相关联。例如，DMDCS是生产线性和环状硅氧烷所必需的，而它们又可以进一步聚合以生产广谱的聚二甲基硅氧烷。

MRDS可以不连续或连续地进行。在这两种变体中，有机氯硅烷的大规模工业生产通常经由流化床反应而进行，其中将含有包含碳键合的氯的有机化合物的反应气体同时用作流化介质。MRDS的流化床反应是一个复杂的过程，其中许多不同的影响变量和学科交叉。

MRDS的操作性能(例如，以DMDCS的选择性、生产率、高沸点副产物的低形成率、仲硅烷的选择性和/或比例(仲硅烷是在MRDS形成的除DMDCS外的所有硅烷而表示))通常决定性地取决于反应器设计、操作造粒/接触物料以及所建立的反应参数。特别是对于连续工艺模式，还必须在反应条件下将反应物组分硅和MeCl以及催化剂和任选的促进剂加入反应器中，这与相当大的技术复杂性有关。不连续的MRDS方法通常同样复杂。因此，重要的是实现尽可能高的生产率，每单位时间和反应体积中形成的有机氯硅烷的量，以及基于所需目标产物(通常为DMDCS)的尽可能高的选择性。

已知的方法通常是复杂且耗能的。通常通过电气手段而实现的所需能量供应代表了相当大的成本因素。LTC在流化床反应器中的运行性能(例如，以TCS选择性加权的生产率表示，几乎没有高沸点副产物的形成)决定性地取决于可建立的反应参数。对于连续工艺模式，还必须在反应条件下将反应物组分硅、STC和氢加入反应器中，这与相当大的技术复杂性有关。在该背景下，重要的是实现尽可能高的生产率，每单位时间和反应体积所形成的氯硅烷的量，以及基于所需目标产物(通常为TCS)的尽可能高的选择性(TCS选择性加权的生产率)。

通过MRDS生产有机氯硅烷是一个动态过程。必须了解底层动态，以实现最有效的操作和连续优化。为此，可以将高时间分辨率方法用于工艺监测。

在实验室中，通过抽取样品的分析(离线/在线测量)而劳动密集型地测定MRDS产品混合物的组分是已知的。然而，这总是以时间延迟而进行，因此最好只能提供流化床反应器的离散操作状态的孤立且回顾性的快照。但是，例如，如果将来自多个反应器的产物气流送至冷凝段，并且仅抽取该冷凝混合物的样品，则分析结果将无法得出单个反应器的操作条件的任何具体结论。

为了能够在较高的时间分辨率下(优选分别在各个反应器)测量MRDS产品混合物的组分，可以在气体和/或冷凝液流中使用过程分析仪(线上/在线和/或非侵入式性测量)。由于高的机械应力(磨损)和侵蚀性的化学环境，其通用缺点是可使用的仪器数量有限。额外的成本因素为通常较高的采购和维护成本。

为了识别MRDS反应器的离散运行状态，原则上可以采用多种过程分析方法，这些方法可以归纳如下(W.-D.Hergeth，化学反应的在线监测：Ullmann工业化学百科全书,Wiley:Weinheim,德国2006)。

类别	取样	样品运输	分析
				离线	手动	到远处实验室	自动/手动
在线	手动，不连续	到本地分析仪器	自动/手动
				线上	自动	集成	自动
在线	集成	没有运输	自动
				非浸入式	没有接触	没有运输	自动

可以通过基于所谓的软传感器(虚拟传感器)的基于模型的方法来避免过程分析器的缺点。软传感器采用连续收集的操作参数的测量数据，这些参数对于工艺操作至关重要(例如温度、压力、体积流量、填充水平、输出、质量流量、阀门位置)。这样可以预测例诸如主要产物和副产物的浓度。

软传感器基于数学方程式，是对目标值的代表测量值的依赖性模拟。换句话说，软传感器对相关测量值的依赖性进行建模并提供了目标参数。因此，并不直接测量所述目标参数，而是使用与其相关的测量值来测定。在用于MRDS时，这意味着，例如DMDCS含量或DMCCS选择性并不是由真实的测量传感器(例如过程气相色谱仪)来测定，而是经由过运行参数之间的相关性来计算的。

软传感器的数学方程的生成可以通过完全经验的(例如，基于修改的幂律模型)、部分经验的(例如，基于用于描述反应速率的动力学方程)或基本的(例如，基于流体力学和动力学的基本方程式)的建模而进行。该数学方程可以使用过程模拟程序(例如OpenFOAM、ANSYS或Barracuda)或回归程序(例如MATLAB、Excel VBA或Maple)来推导。

发明内容

本发明的一个目的是改善MRDS的经济性。

该目的通过一种在流化床反应器中通过使含MeCl的反应气体与含有硅和催化剂的颗粒接触物料的反应而制备有机氯硅烷的方法来实现，其中所述有机氯硅烷具有通式(CH₃)_nHSiCl_4-n-m，其中n＝1至3且m＝0或1。

所述反应器设计通过无量纲特征值K1描述，

其中，

V_reactor,eff＝反应器内部的有效体积[m³]，

A_tot,cooled＝反应器中的冷却的表面积之和[m²]，及

d_hyd＝液压反应器直径[m]。

接触物料的构成通过无量纲特征值K2描述，

其中，

B_AK＝接触物料的粒径分布的宽度[μm]，

d₃₂＝颗粒Sauter直径[μm]，

R_Si＝硅的纯度，及

δ_rel＝接触物料中的相对催化剂分布。

反应条件通过无量纲特征值K3描述，

其中，

u_L＝气体空塔速度[m/s]，

ν_F＝流体(反应器内部的气态反应混合物)的运动粘度[m²/s]，

ρ_F＝流体密度[kg/m³]，

p_diff＝经过流化床的压力下降[kg/m*s²]，及

g＝重力加速度[m/s²]。

在该方法中，将K1指定为1至30的值，将K2指定为0.0005至2的值，将K3指定为0.2至3000的值。在这些范围内，该方法的生产率特别高。

使用工艺监控的物理和虚拟方法，可以识别新的相关性，从而可以通过K1、K2和K3描述MRDS，以使可以通过选择某些参数设置及其组合而以特别经济的方式操作该工艺。根据本发明的方法允许在“高级方法控制(APC)”的背景下进行集成、预测性的工艺控制。如果在K1、K2和K3的本发明范围内进行该MRDS，尤其是通过工艺控制系统(最好是APC控制器)，则可以实现尽可能高的经济效率。在用于生产有机硅产品，特别是硅树脂的集成系统中，这可以优化整个生产流程，并降低生产成本。

当在Cartesian坐标系中绘制时，特征值K1、K2和K3的范围跨越三维空间，该三维空间代表MRDS的特别有利的操作范围。在图1中示意性地示出了该操作范围。根据本发明的方法尤其还简化了用于MRDS的新型流化床反应器的构造。

软传感器还允许将性能参数，诸如例如DMDS选择性，显示为K1、K2和K3的函数。这样以高的时间分辨率而确定的性能数据可以作为调节量而提供给工艺控制装置，尤其是模型-预测的控制装置。这允许该工艺以经济上优化的方式而进行。

在所述方法的一个优选实施方案中，K1的值为1.2至25，优选为1.5至20。

K2的值优选为0.001至1.75，更优选为0.001至1.2。

K3的值优选为1至2800，更优选为10至2500。

图2是进行所述方法的具有反应器内部6的流化床反应器1的示意图。反应气体2优选从下方并且任选从侧面(例如与来自下方的气流成切线或正交)注入到颗粒状接触物料中，因而使接触物料的颗粒进行流化以形成流化床3。通常通过使用布置在反应器外部的加热装置(未示出)加热流化床3而引发反应。在连续操作过程中通常不需要加热。一部分颗粒通过气流而从流化床3输送到流化床3上方的空白空间4中。该空白空间4的特征在于非常低的固体密度，并且所述密度在反应器出口的方向上降低。将随着气流离开反应器的颗粒级分称为颗粒排放物5。流化床反应器的实例描述于WO 2017/178080A1和B.Kanner,K.M.Lewis,“Commercial Production of Silanes by the Direct Synthesis”；Studiesin Organic Chemistry–Catalyzed Direct Reactions of Silicon,Elsevier SciencePublishers B.V.,1993,49,1-46。

K1–填充水平加权的反应器设计

特征值K1经由方程式1，而将反应器几何参数，即反应器内部的有效体积V_reactor,eff、反应器内部冷却的表面积之和A_tot,cooled、液压直径d_hyd与流化床通过无量纲填充水平相关联。

V_reactor,eff对应于反应器内部的总体积减去所有内部件的体积。V_reactor,eff优选为1.5至2400m³，优选为5至1200m³，特别优选为12至810m³。

在流化床反应器中的流体动力学研究表明，流化床反应器内部的几何形状对流体动力学因此对生产率具有决定性的影响。内部尤其应理解为可能与反应气体和/或接触物料质的颗粒进行接触的区域(即特别是空白空间和形成流化床的区域)。内部的几何形状不仅取决于一般的结构特征，例如高度、宽度、形状(例如圆柱体或圆锥体)，还取决于排列在内部的内部件。所述内部件尤其可以是热交换器单元、加强平面、用于引入反应气体的进料(管道)和用于分配反应气体的设备(例如气体分配板)。

反应器内部的冷却表面积之和A_tot,cooled限定了多少表面积可以用于热交换。例如，A_tot,cooled由冷却介质(由单个喷枪、U型管等组成)和外套冷却器的表面积而组成。

流化床反应器的液压直径d_hyd是一种工程特征值，通过将它们归因于等效直径，其可以描述内部件、通道或其他几何形状的流体-机械摩擦和表面效应。d_hyd是根据方程式2来计算

其中，

A_q,free＝内部的自由流动横截面[m²]，及

U_tot,wetted＝所有内部件的润湿的周长[m]。

该自由流动截面是反应器中形成流化床的部分(没有内部件)的横截面。

液压设备直径d_hyd优选为0.1至1.5m，特别优选为0.15至1.3m，特别是0.2至1.1m。

例如，可以通过激光测量/3-D扫描(ZEISS COMET L3D 2)来测定所有物体的测量值(内部直径、内部件周长、冷却的表面积)。通常，该尺寸还可以从反应器制造商的文献中识别和/或参考设计图纸来计算。

填充水平指示在反应器内部存在的多少接触物料。根据方程式3计算

其中，

p_diff＝流化床的压力下降[kg/m*s²]，及

ρ_p＝接触物料的颗粒固体密度[kg/m³]。

该颗粒固体密度ρ_p可以看作近似恒定值。例如，典型的值为2336kg/m³(20℃下Si的密度)。可以用比重瓶进行测量。

流化床的压力下降p_diff优选为10,000至200,000kg/m*s²，特别优选为20,000至150,000kg/m*s²，尤其是50,000至130,000kg/m*s²。为了测定p_diff，可以例如使用压力计在反应气体的进料管和废气的排放管中测量压力。p_diff是差值。

K2–接触物料的构成

K2通过方程式4来描述所用的颗粒接触物料，特别是颗粒化的构成。

K2由硅的无量纲纯度R_Si、接触物料的粒径分布宽度B_AK、Sauter直径d₃₂以及接触物料中的相对催化剂分布δ_rel组成。B_AK根据方程式5得出

B_AK＝d₉₀–d₁₀， (方程式5)

其中，

d₁₀[μm]是较小颗粒的尺寸的度量，而值d₉₀[μm]是粒级或造粒化混合物中较大颗粒的度量。d₁₀和d₉₀通常是表征粒度分布的重要参数。例如，值d₁₀是指所有颗粒的10％小于所述值。此外，值d₅₀定义为中等粒度(参见DIN 13320)。

d₁₀和d₉₀的优选选择应使得到的接触物料的粒度分布的宽度B_AK为10至1000μm，优选为20至900μm，特别优选为30至800μm。

Sauter直径d₃₂是接触物料的平均等体积粒径，优选为5至350μm，更优选为10至300μm，特别优选为10至250μm。

可以根据ISO 13320(激光衍射)和/或ISO 13322(图像分析)来测定粒度分布的宽度/Sauter直径。由粒径分布计算平均粒径/直径可以根据DIN ISO 9276-2进行。

接触物料中的相对催化剂分布δ_rel是颗粒接触物料与催化剂的润湿/一般润湿性的量度。所述术语催化剂应特别理解为还包括可以添加到流化床反应器中的不同催化剂的混合物以及催化剂和促进剂的混合物。因此，δ_rel也可以是颗粒接触物料与催化剂混合物或催化剂-促进剂混合物的润湿的量度。

δ_rel可以根据方程式6计算

其中，

λ＝催化剂/硅颗粒的质量比或催化剂负载量，

O_spec,cat＝催化剂的平均比表面积[m²/kg]，及

O_spec,SiG＝硅颗粒的平均比表面积[m²/kg]。

接触物料中的相对催化剂分布δ_rel优选为0.001至0.6，更优选为0.015至0.5，特别优选为0.003至0.2。

平均比表面积可以例如根据BET方法(ISO 9277)通过气体吸附来测定。

“造粒化”尤其应理解为是指例如借助粉碎和研磨设备通过粉碎块状硅，特别是冶金硅(Si_mg)而获得的硅颗粒的混合物。所述块状硅的平均粒度可以>10mm，优选>20mm，特别优选>50mm。最大平均粒径优选为500mm。可以基本通过筛分和/或筛分而将颗粒分为不同级份。

颗粒可通过/由如下而生产：

-块状硅的粉碎和研磨；随后任选筛分和/或筛分(分级)，

-废料，特别是在多种硅类型(晶片、多晶/多晶硅/单晶硅、Si_mg)的加工(粉碎、研磨、锯切)中产生的呈粉尘形式，并且可以分类；呈尺寸过大和/或尺寸过小的形式，其中这些是目标粒径以外的部分，-用于生产粒状Si_mg或多晶硅以及由此形成的共生材料的方法，特别是硅粉(平均粒径<10μm，任选进行加工(压制/聚集)，例如呈粒料形式)。

不同颗粒的混合物可以称为颗粒混合物，并且由颗粒混合物组成的颗粒可以称为造粒级分。造粒级分可以相对于彼此而分为粗粒级分和细粒级分。在造粒混合物的情况下，原则上可以将多于一个制粒级分为粗粒级分和/或细粒级分。引入流化床反应器中的造粒可以称为操作造粒。接触物料通常是造粒混合物，其在反应器中与反应气体进行接触。

送上接触物料特别是造粒混合物。所述接触物料优选除硅、催化剂和任选的促进剂之外并不包含其他组分。优选，硅包含不大于5重量％，特别优选不大于2重量％，特别不大于1重量％的其他元素作为杂质。优选，通常纯度为98％至99.9％的Si_mg。典型的组合物包括例如98％的硅，其中其余的2％通常主要由以下元素组成：Fe、Ca、Al、Ti、Cu、Mn、Cr、V、Ni、Mg、B、C、P和O。可能存在的其他元素包括：Co、W、Mo、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Zr、Ge、Sn、Pb、Zn、Cd、Sr、Ba、Y和Cl。因此，硅的指定纯度应理解为应使在待测硅样品中测定了所述元素的含量，然后将这些元素的总和用于计算纯度(例如以重量％计)。如果测定了杂质的总含量为2重量％，则其等于98重量％的硅含量。然而，也可以使用具有75重量％至98重量％的较低纯度的硅。然而，所述硅含量优选大于75重量％，优选大于85重量％，特别优选大于95重量％。

所述催化剂可以是一种或多种选自如下的元素：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。所述催化剂优选选自Fe、Al、Ca、Ni、Mn、Cu、Zn、Sn、C、V、Ti、Cr、B、P、O、Cl及其混合物。这些催化活性，并且在某些情况下还具有促进作用的元素可能已经以一定比例作为杂质而存在于硅中，例如呈氧化物或金属的形式、作为硅化物或其他冶金相或作为氧化物或氯化物而存在。其比例取决于所用硅的纯度。但是，也可以通过预成型来专门生产含有催化剂混合物或催化剂-促进剂混合物的硅。

所述催化剂可以呈金属、合金和/或盐等的形式添加到接触物料中。尤其可以考虑催化活性元素的氯化物和/或氧化物。优选的化合物是CuCl、CuCl₂、CuP、CuO或其混合物。该接触物料可以进一步包含促进剂，例如Zn和/或ZnCl₂和/或Sn。

所使用的硅和接触物料的元素组成可以例如通过X射线荧光分析来测定。

所述催化剂基于硅的存在比例优选为0.1至20重量％，特别优选为0.5至15重量％，特别是0.8至10重量％，特别优选为1至5重量％。

K3–反应条件

特征值K3通过方程式7使MRDS的最重要参数彼此相关。其中包含气体空塔速度u_L、经过流化床的压力下降p_diff、流体的运动粘度ν_F和流体密度ρ_F。流体应理解为是指反应器内部的气态反应混合物。

气体空塔速度u_L优选为0.002至0.4m/s，更优选为0.005至0.36m/s，特别优选为0.008至0.32m/s。

流体密度ρ_F和运动粘度ν_F可以通过使用软件对(相)平衡状态进行模拟来测定。这些模拟通常基于适应的状态方程，对于变化的物理参数(例如p和T)，利用气相和液相中反应混合物的实际测量的组成。该模拟模型可以使用实际运行状态/参数而得以验证，并允许指定关于参数ρ_F和ν_F的最佳操作。

相平衡的测定可以例如使用测量设备(例如改进的和Sieg再循环设备，例如MKS Baratron类型690，MKS Instruments)而进行。物理影响变量，例如压力和温度，的变化会导致物质混合物的状态发生变化。随后对不同的状态进行分析，并且例如使用气相色谱仪来测定组分组成。可以使用计算机辅助的建模来调整状态方程以描述相平衡。将数据传输到软件程序中，以便可以计算相平衡。

运动粘度是垂直于运动流体中流动方向的动量传递的量度。运动粘度ν_F可以通过动态粘度和流体密度而进行描述。密度可以例如通过用于液体的Rackett方程和通过状态方程，例如用于气体的Peng-Robinson而估计。密度的测量可以使用扭摆法(本征频率测量)的数字密度测量仪器(例如Anton Paar DMA 58)而进行。

流体密度ρ_F优选为1至5kg/m³。

运动粘度ν_F优选为3*10^-6至2.5*10^-5m²/s。

在本发明方法优选进行的方法中的流化床反应器中的绝对压力为0.05-1MPa，特别优选为0.08-0.8MPa，特别是0.1-0.6MPa。

该方法优选在220℃至400℃，特别优选250℃至380℃，特别是280℃至350℃的温度范围内进行。

在进入反应器之前，所述反应气体优选包含至少50体积％、特别优选至少70体积％、特别是至少90体积％的MeCl。

所述反应气体可以进一步包含一种或多种选自氯硅烷、甲基氯硅烷、HCl、H₂、CH₄、C₂H₆、CO、CO₂、O₂和N₂的组分。这些组分例如可以作为杂质存在于循环气体中。

所述反应气体可以进一步包含载气，例如氮气或稀有气体，例如氩气。

通常在供入反应器以前经由拉曼光谱和红外光谱以及气相色谱法来测定反应气体的组成。这可以通过以现场检查和随后的“离线分析”方式采集的样品而进行，也可以通过连接到系统的“在线”分析仪器而进行。

该方法优选是用于生产聚硅氧烷的集成系统的一部分。该方法可以进一步是用于生产硅氧烷弹性体、硅氧烷油、官能硅氧烷、硅氧烷树脂、硅氧烷树脂配制剂、线性和环状聚二甲基硅氧烷、硅酸盐、有机官能化的硅烷、氯硅烷和多晶硅的集成系统的一部分。

实施例：

为了将所述发现和相关性应用于有机氯硅烷生产中的生产率，并确定特征值K1、K2和K3的范围(工作范围)，对不同大小的连续和不连续操作的流化床反应器进行了详细研究。

进行了各种实验V(表2：V1至V15)，其中在每种情况下如下发生变化：液压设备直径d_hyd的值为0.1至1.5m，气体空塔速度u_L的值为0.0015至0.5m/s，颗粒Sauter直径d₃₂的值为5μm至1000μm，操作造粒的宽度B_AK的值为10至1000μm，在接触物料中催化剂的相对分布δ_rel的值为0.0002至3，硅纯度的值为0.75至0.99999，催化剂负载量λ的值为0.0004至0.6，经过流化床的压力下降p_diff的值为10,000至230,000kg/m*s²。

颗粒固体密度ρ_P可以认为是近似恒定的，例如为2336kg/m³。流体密度ρ_F通常为1至5kg/m³。运动粘度ν_F通常为3*10^-6至2.5*10^-5m²/s。

特征值K1(方程式1)、K2(方程式4)和K3(方程式7)是从选定/指定的参数中得出的。生产率[kg/(kg*h)]，即基于在反应器中使用的接触物料(操作制粒)的量[kg]，每小时的有机氯硅烷生产量[kg/h]用作基础，来评估所选的K1、K2和K3的组合，并定义最佳范围。基于有机氯硅烷产物混合物的量，>0.15kg/(kg*h)的生产率被认为是最佳或可接受的。以V1至V15作为用于确定最佳范围所进行的多个实验的代表。在实验V1、V2、V10、V11和V15中，生产率并不令人满意。使用大量此类负面实施例来确定特征值所基于的参数的最佳范围。因此，在开始时在实施例中所述的范围比请求保护的范围更大。

表2

实验表明，当在特征值K1、K2和K3的最佳范围内进行所述方法时，MRDS可以生产具有特别高的生产率的有机氯硅烷。

Claims (13)

1.在流化床反应器中通过含一氯甲烷的反应气体与含有硅和催化剂的颗粒接触物料的反应生产有机氯硅烷的方法，其中所述有机氯硅烷具有通式(CH₃)_nH_mSiCl_4-n-m，其中n＝1至3且m＝0或1，其特征在于：

所述反应器设计通过如下特征值描述：

其中，

φ＝反应器的填充水平，

φ根据方程式3计算

其中，

p_diff＝经过流化床的压力下降，以kg/m×s²计，

ρ_p＝接触物料的颗粒固体密度，以kg/m³计，

V_reactor,eff＝有效反应器体积，以m³计，

A_tot,cooled＝反应器中冷却的表面积之和，以m²计，

d_hyd＝液压反应器直径，以m计；

其中，V_reactor,eff为1.5至2400m³，d_hyd为0.1至1.5m，

所述接触物料的构成通过如下特征值描述：

其中，

B_AK＝接触物料的粒径分布的宽度，以μm计，B_AK根据方程式5得出

B_AK＝d₉₀–d₁₀，(方程式5)

其中，

d₁₀是指所有颗粒的10％小于所述值的直径，以μm计，

d₉₀是指所有颗粒的90％小于所述值的直径，以μm计，

d₃₂＝颗粒Sauter直径，以μm计，

R_Si＝硅的纯度，

δ_rel＝接触物料中的催化剂分布，

其中，δ_rel为0.001至0.6，d₃₂为5至350μm，

其中δ_rel根据方程式6计算

其中，

λ＝催化剂/硅的质量比，

O_spec,cat＝催化剂的平均比表面积，以m²/kg计，及

O_spec,SiG＝硅颗粒的平均比表面积，以m²/kg计，

B_AK为10至1000μm，R_Si为0.75至0.99999，

反应条件通过如下特征值描述：

其中，

u_L＝气体空塔速度，以m/s计，

ν_F＝流体的运动粘度，以m²/s计，

ρ_F＝流体密度，以kg/m³计，

p_diff＝经过流化床的压力下降，以kg/m×s²计，

g＝重力加速度，以m/s²计，

其中，p_diff为10,000至200,000kg/m×s²，u_L为0.002至0.4m/s，ρ_F为1至5kg/m³，ν_F为3×10^-6至2.5×10^-5m²/s，

其中K1的值为1至30，K2的值为0.0005至2，K3的值为0.2至3000，其中所述催化剂选自以下组中：CuCl、CuCl₂、CuP、CuO及其混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，K1的值为1.2至25。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，K2的值为0.001至1.75。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，K3的值为1至2800。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述有效反应器体积V_reactor,eff为5至1200m³。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述液压反应器直径d_hyd为0.15至1.3m。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述经过流化床的压力下降p_diff为20,000至150,000kg/m×s²。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述颗粒Sauter直径d₃₂为10至300μm。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接触物料的粒度分布的宽度B_AK为20至900μm。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接触物料中的催化剂分布δ_rel为0.015至0.5。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接触物料含有至少一种促进剂。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气体空塔速度u_L为0.005至0.36m/s。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应气体在进入反应器以前，含有至少50体积％的一氯甲烷。