RU2547269C2 - Способ и система для получения трихлорсилана - Google Patents

Способ и система для получения трихлорсилана Download PDF

Info

Publication number
RU2547269C2
RU2547269C2 RU2012106750/04A RU2012106750A RU2547269C2 RU 2547269 C2 RU2547269 C2 RU 2547269C2 RU 2012106750/04 A RU2012106750/04 A RU 2012106750/04A RU 2012106750 A RU2012106750 A RU 2012106750A RU 2547269 C2 RU2547269 C2 RU 2547269C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
silicon particles
fluidized bed
trichlorosilane
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2012106750/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012106750A (ru
Inventor
Адольф ПЕТРИК
Йохем ХАН
Кристиан ШМИД
Original Assignee
Шмид Силикон Текнолоджи Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42813912&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2547269(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Шмид Силикон Текнолоджи Гмбх filed Critical Шмид Силикон Текнолоджи Гмбх
Publication of RU2012106750A publication Critical patent/RU2012106750A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2547269C2 publication Critical patent/RU2547269C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/30—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material
    • B01D46/32—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material the material moving during filtering
    • B01D46/38—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material the material moving during filtering as fluidised bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C01B33/10742—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material
    • C01B33/10757—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane
    • C01B33/10763—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane from silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Описан способ получения трихлорсилана, в котором частицы кремния реагируют с тетрахлорсиланом, водородом и, необязательно, с хлористым водородом в реакторе (101) с кипящим слоем с получением потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, причем поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта отводят из реактора (101) через выпускное отверстие (117), перед которым установлен по меньшей мере один сепаратор (118) частиц, который избирательно пропускает только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера, и в котором предпочтительно через равномерные промежутки времени или непрерывно через по меньшей мере еще одно выпускное отверстие (109; 112) без такого сепаратора частиц частицы кремния отводят из реактора (101). Кроме того, описана система (100), которая пригодна для осуществления такого способа, и которая содержит первый реактор (101) с кипящим слоем и второй реактор (102) с кипящим слоем, которые соединены так, что кремний, удаляемый из первого реактора (101), можно направить во второй реактор (102). 2 н. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предметом настоящего изобретения являются способ получения трихлорсилана посредством предпочтительно каталитической реакции частиц кремния с тетрахлорсиланом и водородом в реакторе с кипящим слоем и система, в которой может быть осуществлен такой способ.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Общеизвестно, что трихлорсилан является ценным промежуточным продуктом при получении высокочистого кремния, который необходим для фотогальванических энергетических установок и для полупроводниковой техники, а также для получения кремнийорганических соединений. Так, например, металлургический кремний, который часто содержит относительно высокую долю загрязнений, можно преобразовать в трихлорсилан, который затем восстанавливается водой до высокочистого кремния. Такой способ известен, например, из публикации DE 2919086. Альтернативно, можно также получать высокочистый кремний посредством термического разложения моносилана, как описано, например, в публикации DE 3311650. Необходимый для этого моносилан можно получить, в частности, посредством диспропорционирования трихлорсилана.
Для синтеза трихлорсилана используют, в частности, два пути реакции: во-первых, прямую реакцию металлургического кремния с хлористым водородом (вариант гидрохлорирования) и, во-вторых, реакцию тетрахлорида кремния с металлургическим кремнием и водородом (вариант гидрирования).
В частности, очень распространенным является вариант гидрирования, так как необходимый для него тетрахлорид кремния образуется при диспропорционировании трихлорсилана до моносилана в качестве побочного продукта (как и практически во всех способах получения поликремния). Общий выход цепи реакций синтеза Si+SiCl+H2→ SiHCl3→SiH4+SiCl4→Si, естественно, можно заметно увеличить, если образующийся при диспропорционировании тетрахлорид кремния снова включать в последовательность реакций.
Реакцию тетрахлорида кремния с металлургическим кремнием и водородом с образованием трихлорсилана предпочтительно проводят в реакторах с кипящим слоем. Подходящий реактор с кипящим слоем известен, например, из публикации DE 19647162. Такой реактор, как правило, содержит реакционную камеру, в нижней части которой предусмотрена распределительная тарелка, через которую в реакционную камеру могут поступать газообразный водород и парообразный тетрахлорид кремния. Частицы кремния можно подавать прямо в реакционную камеру через подходящее впускное отверстие. Текущая вверх газовая смесь, состоящая из водорода и парообразного тетрахлорида кремния, переводит частицы кремния во флюидизированное состояние, в результате чего образуется кипящий слой.
Образующийся в кипящем слое трихлорсилан (а также, при определенных условиях, другие продукты реакции), как правило, отводят из реактора через выпускное отверстие, расположенное в верхней части реактора с кипящим слоем. При этом проблематичным является то, что, в частности - при высоких скоростях газа, мелкие частицы постоянно уносятся потоком газа из кипящего слоя и вместе с потоком содержащего трихлорсилан газообразного продукта удаляются из реактора. Чтобы эти потери не были слишком большими, реакторы с кипящим слоем для синтеза трихлорсилана, как правило, оборудуют сепараторами частиц, например - циклонами. Подходящие циклоны, как правило, содержат корпус циклона с впускным отверстием для газа, выпускное отверстие для газа, выпускное отверстие для частиц и трубу для отведения частиц, верхний конец которой сообщается с выпускным отверстием для частиц корпуса циклона. Между корпусом циклона и трубой для отведения частиц обычно размещают пылевую воронку.
Корпус циклона, пылевая воронка и отводящая труба для пыли, как правило, расположены в реакционной камере реактора с кипящим слоем так, что корпус циклона находится в верхней части реакционной камеры, в идеале - над образующимся в реакционной камере кипящим слоем. Нижняя часть трубы для отведения частиц, напротив, предпочтительно вдается в кипящий слой.
В характерном рабочем состоянии такого реактора с кипящим слоем средний диаметр частиц, подаваемых в реакционную камеру, лежит в диапазоне от 100 до 400 мкм. В ходе работы размер частиц уменьшается, и все в большем количестве образуются частицы, размер которых меньше, например, 10 мкм. Как только размер частиц падает ниже определенного значения (точный размер зависит от таких параметров, как плотность частиц, скорости потока газа в реакторе с кипящим слоем и т.п.), частицы такой величины захватываются потоком содержащего трихлорсилан газообразного продукта и проникают в корпус циклона. Внутри корпуса циклона все частицы, размер которых больше определенной (как правило, регулируемой) величины, отделяются от потока газообразного продукта и через выпускное отверстие для частиц корпуса циклона попадают в трубу для отведения частиц. По этой трубе они могут быть поданы обратно в кипящий слой. Тем не менее более мелкие частицы проходят через циклон, и их приходится с большим трудом отделять от потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта на следующих этапах с помощью фильтров или других средств.
Вторая проблема, возникающая в таких реакторах с кипящим слоем, состоит в том, что подаваемый в реактор в виде частиц металлургический кремний всегда содержит определенную долю «неактивных» или «инертных» частиц кремния, которые в условиях реакции, существующих в реакторе с кипящим слоем, не взаимодействуют или очень медленно взаимодействуют с газообразным тетрахлоридом кремния и водородом. Это имеет место, например, в том случае, если частица кремния имеет сильно окисленную поверхность, которая экранирует химически активные части частицы от парогазовой смеси, состоящей из тетрахлорида кремния и водорода. При длительной эксплуатации концентрация таких частиц в кипящем слое с течением времени увеличивается и может значительно снижать эффективность реактора с кипящим слоем. Вследствие этого может появиться необходимость через регулярные промежутки времени прерывать эксплуатацию реактора с кипящим слоем и частично или полностью заменять порцию кремния, находящуюся в реакторе.
В качестве альтернативы производились попытки удерживать концентрацию неактивных частиц в кипящем слое на низком уровне, при этом с помощью сепаратора частиц, расположенного в реакторе с кипящим слоем, совместно с потоком газообразного продукта удаляли больше частиц и частицы большего размера, чем это было на самом деле необходимо. Как уже упомянуто, селективность сепараторов частиц, таких как циклоны, как правило, можно варьировать.
Вследствие этого повышаются затраты на последующее отделение частиц от содержащего трихлорсилан газообразного продукта. Кроме того, естественно, снижается общий выход реакции с учетом расхода металлургического кремния.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основе настоящего изобретения лежала задача разработать техническое решение для получения трихлорсилана, при котором вышеуказанные проблемы либо не возникали бы, либо были по меньшей мере значительно снижены.
Эта задача решена за счет способа получения трихлорсилана с признаками пункта 1 формулы изобретения и системы для получения трихлорсилана с признаками пункта 6 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления способа согласно настоящему изобретению определены в зависимых пунктах со 2 по 5 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления системы согласно настоящему изобретению определены в зависимых пунктах 7 и 8 формулы изобретения. Точный текст всех пунктов формулы изобретения включен в данное описание посредством ссылки на них.
В способе согласно настоящему изобретению, как и в большинстве указанных в начале способов согласно предшествующему уровню техники, использован реактор с кипящим слоем, в котором частицы кремния реагируют с тетрахлорсиланом и водородом и, при необходимости, с хлористым водородом с образованием потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта. Присутствие хлористого водорода, как правило, не является настоятельно необходимым, однако может оказывать положительный эффект, в частности - при запуске реактора.
Используемый реактор с кипящим слоем содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для тетрахлорсилана и водорода, в частности - для парогазовой смеси, состоящей из этих двух компонентов, а также, необязательно, для хлористого водорода и по меньшей мере одно впускное отверстие для частиц кремния. По меньшей мере одно впускное отверстие для тетрахлорсилана и водорода при этом предпочтительно расположено в нижней части реактора с кипящим слоем, так что тетрахлорсилан и водород внутри реактора с кипящим слоем могут перемещаться вверх. За счет этого частицы кремния, загруженные в реактор, могут образовывать с тетрахлорсиланом и водородом кипящий слой.
В предпочтительных вариантах осуществления способа согласно настоящему изобретению реакция частиц кремния с тетрахлорсиланом и водородом и, необязательно, с хлористым водородом протекает в каталитических условиях. В качестве катализаторов могут быть использованы, в частности, железо- и/или медьсодержащие катализаторы, причем последние предпочтительны. В качестве железосодержащего катализатора пригодно, в частности, металлическое железо, в качестве медьсодержащего катализатора - металлическая медь (например, в форме медного порошка или медных хлопьев) или соединение меди. Катализатор можно загружать в реактор с кипящим слоем отдельно, или его можно заранее смешать с частицами кремния.
Используемый реактор с кипящим слоем также содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие для потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта. Как уже упомянуто ранее, такой поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта всегда содержит мелкие частицы кремния. Поэтому и в рамках настоящего изобретения перед по меньшей мере одним выпускным отверстием для потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта предусмотрен по меньшей мере один сепаратор частиц, который избирательно пропускает только частицы, размер которых меньше определенного максимального размера. Этот максимальный размер частиц обычно можно регулировать в зависимости от используемого сепаратора частиц. Так, например, в качестве сепаратора частиц можно использовать центробежный сепаратор, в частности - циклон. В случае таких сепараторов, как правило, можно точно отрегулировать, частицы какого размера должны быть отделены, и частицы какого размера еще могут проходить через сепаратор.
Способ согласно настоящему изобретению особенно отличается тем, что через предпочтительно регулярные промежутки времени или непрерывно через по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие частицы кремния удаляют из реактора, причем перед этим по меньшей мере одним дополнительным выпускным отверстием не предусмотрен такой избирательный сепаратор частиц. Соответственно, через по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие могут проходить и частицы, размер которых больше вышеуказанного максимального размера частиц.
Как уже упомянуто в начале описания, в реакторах с кипящим слоем для получения трихлорсилана часто возникает проблема, связанная с тем, что внутри реактора накапливаются неактивные частицы кремния, и поэтому эффективность реактора снижается. За счет целенаправленного удаления частиц кремния, которые, как правило, могут быть незамедлительно заменены свежими частицами кремния через по меньшей мере одно впускное отверстие для частиц кремния, можно эффективно препятствовать такому накоплению неактивных частиц.
Особо предпочтительно, если частицы кремния удаляются непосредственно из флюидизированной части кипящего слоя реактора с кипящим слоем. В настоящем изобретении водород и тетрахлорсилан и, необязательно, хлористый водород также предпочтительно поступают в реактор в нижней части реактора с кипящим слоем. Над этой нижней частью образуется кипящий слой. Этот кипящий слой, как правило, имеет четкую нижнюю границу. По направлению вверх флюидизированный участок также может быть относительно четко ограниченным, в частности, если кипящий слой является стационарным кипящим слоем. При этом флюидизированным участком кипящего слоя является участок между верхней и нижней границами.
Напротив, если кипящий слой является циркулирующим кипящим слоем, то в связи с большими скоростями потоков водорода и тетрахлорида кремния и необязательно, хлористого водорода такой слой часто не имеет явной верхней границы.
В особо предпочтительных вариантах осуществления способа согласно настоящему изобретению удаленные частицы кремния направляют во второй реактор, который особо предпочтительно является вторым реактором с кипящим слоем. Там они снова реагируют с тетрахлорсиланом и водородом и, необязательно, с хлористым водородом с образованием потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта. В отличие от частиц кремния, которые выносятся из реактора через выпускное отверстие с сепаратором частиц, частицы, целенаправленно удаленные через по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие, используют повторно. Естественно, что это оказывает положительное влияние на общий выход способа согласно настоящему изобретению.
Возникающий во втором реакторе поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта принципиально можно очищать и перерабатывать дальше абсолютно отдельно от потока газообразного продукта, образующегося в первом реакторе. Однако особо предпочтительно, если поток трихлорисилансодержащего газообразного продукта из второго реактора возвращается в расположенный выше по течению (первый) реактор с кипящим слоем. В частности, это позволяет использовать очень простой с конструктивной точки зрения второй реактор. Так, например, во втором реакторе не нужны отдельные сепараторы частиц. Вместо этого поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта из второго реактора очищают совместно с потоком содержащего трихлорсилан газообразного продукта из расположенного выше по течению реактора с кипящим слоем. Объединенные потоки газообразных продуктов при этом проходят через по меньшей мере один сепаратор частиц, расположенный в первом реакторе с кипящим слоем.
Чтобы доля неактивных частиц, поступающих из первого реактора с кипящим слоем во второй реактор, вступала в последнем в реакцию и не увеличивалась в нем, предпочтительно, чтобы условия реакции, при которых преобразуются удаленные частицы кремния, во втором реакторе отличались от условий в расположенном выше по течению реакторе с кипящим слоем. В частности, это относится к таким параметрам реакции, как температура и/или давление. Особо предпочтительно, чтобы второй реактор работал при более высоких температурах, чем первый реактор.
Впрочем, теоретически возможно использовать вместе со вторым реактором параллельный третий реактор или, необязательно, подсоединить к нему последующие дополнительные реакторы, опять-таки, чтобы воспрепятствовать накоплению неактивных частиц во втором реакторе. Однако на практике в большинстве случаев этого не требуется.
Система согласно настоящему изобретению для получения трихлорсилана содержит первый и второй реакторы, в частности - два реактора с кипящим слоем, которые пригодны для проведения реакции частиц кремния с тетрахлорсиланом и водородом, а необязательно - с хлористым водородом, с образованием потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта. В первом реакторе образуется первый поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта, во втором реакторе - второй поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта.
Первый реактор предпочтительно содержит по меньшей мере следующие компоненты:
- по меньшей мере одно впускное отверстие для тетрахлорсилана и водорода и, при необходимости, для хлористого водорода,
- по меньшей мере одно впускное отверстие для частиц кремния,
- реакционную камеру, в которой частицы кремния могут образовывать кипящий слой вместе с тетрахлорсиланом и водородом и, при необходимости, с хлористым водородом,
- по меньшей мере одно выпускное отверстие для первого потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, перед которым предусмотрен по меньшей мере один сепаратор частиц, который избирательно пропускает только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера частиц, и
- по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие без такого сепаратора частиц, через которое из реактора могут удаляться частицы кремния с размерами, превышающими максимальный размер частиц.
Второй реактор содержит по меньшей мере:
- по меньшей мере одно впускное отверстие для частиц кремния,
- реакционную камеру, в которой частицы кремния могут образовывать кипящий слой вместе с тетрахлорсиланом и водородом и, при необходимости, с хлористым водородом, и
- по меньшей мере одно выпускное отверстие для второго потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта.
Система согласно настоящему изобретению особенно отличается тем, что между по меньшей мере одним дополнительным выпускным отверстием первого реактора и по меньшей мере одним впускным отверстием для частиц кремния второго реактора есть соединение, через которое частицы кремния, удаленные из первого реактора, могут проходить во второй реактор. Такое соединение может представлять собой, например, трубопровод, который с помощью подходящего соединительного элемента, например - вентиля или клапана, соединен с впускным отверстием или выпускным отверстием соответствующего реактора.
По меньшей мере один сепаратор частиц, который входит в состав первого реактора с кипящим слоем, предпочтительно представляет собой один или несколько циклонов. Подходящие циклоны известны специалистам в данной области техники, и нет необходимости подробно описывать их в рамках настоящего изобретения. Кроме того, в этой связи можно сослаться на упомянутые в начале описания конструкции циклонов, подходящие для реакторов с кипящим слоем.
В особо предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения между первым и вторым реакторами, кроме уже упомянутого соединения, имеется по меньшей мере еще одно соединение, по которому второй поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта может быть направлен в первый реактор. В варианте осуществления с обоими этими соединениями реакционная камера второго реактора оказывается «соединенной параллельно» с реакционной камерой первого реактора. Кремний, удаляемый из первого реактора, взаимодействует в реакционной камере второго реактора с тетрахлоридом кремния и водородом и, необязательно, с хлористым водородом, а образующийся при этом трихлорсилан затем снова направляют в первый реактор, за счет чего контур замыкается.
Другие признаки настоящего изобретения будут очевидными из последующего описания предпочтительного варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению в сочетании с зависимыми пунктами формулы изобретения. При этом конкретные признаки могут быть осуществлены как по отдельности, так и по несколько в комбинации друг с другом в одном варианте осуществления изобретения. Описанные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения служат исключительно для разъяснения и лучшего понимания изобретения, и их ни в коем случае не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг.1 схематически изображает строение предпочтительного варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению, которая содержит первый реактор с кипящим слоем и второй реактор с кипящим слоем.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Представленный предпочтительный вариант осуществления системы 100 согласно настоящему изобретению содержит первый реактор 101 с кипящим слоем и второй реактор 102 с кипящим слоем.
Первый реактор 101 с кипящим слоем в нижней части содержит впускное отверстие 103, через которое в реактор подают водород и газообразный тетрахлорид кремния, а также, необязательно, хлористый водород. Внутри реактора 101 находится распределительное устройство 104, которое обеспечивает возможность получения равномерно распределенного внутри реактора потока газа. Через впускное отверстие 105 в реактор 101 может быть загружен металлургический кремний, подлежащий преобразованию. Благодаря восходящему потоку парогазовой смеси, состоящей из водорода и тетрахлорида кремния и, при необходимости, хлористого водорода, металлургический кремний образует кипящий слой в реакционной камере 106 реактора 101 с кипящим слоем. Кипящий слой предпочтительно является стационарным кипящим слоем, то есть кипящим слоем, который как сверху, так и снизу имеет относительно четкую границу. Нижняя граница обозначена отметкой 107, верхняя граница - отметкой 108. Между обеими отметками находится так называемый флюидизированный участок кипящего слоя. Из него можно удалить частицы кремния из реактора 101 с кипящим слоем через выпускное отверстие 109, и через соединительную трубу 110 и впускное отверстие 111 переместить их в реактор 102 с кипящим слоем. Также изображены выпускное отверстие 112 и соединительная труба 113. Через них можно удалять частицы кремния из расположенной выше области флюидизированного участка кипящего слоя. Принципиально в реакторе 101 может также быть реализовано больше двух таких возможностей удаления частиц.
В реакторе 102 с кипящим слоем удаленные частицы кремния могут снова образовывать кипящий слой с водородом и тетрахлоридом кремния и, необязательно, с хлористым водородом (реактор 102 с кипящим слоем может для этой цели содержать собственные впускные устройства для водорода, тетрахлорида кремния и хлористого водорода). Образующаяся при этом содержащая трихлорсилан реакционная смесь может через выпускное отверстие 114 и соединительную трубу 115 быть направлена обратно в реактор 101 с кипящим слоем. Предпочтительно смесь подают в реактор 101 выше верхней границы 108 кипящего слоя. Там она может смешиваться с образующейся в реакторе 101 содержащей трихлорсилан смесью продуктов реакции.
Через выпускное отверстие 117 и отводящую трубу 116 можно отвести объединенную содержащую трихлорсилан смесь продуктов реакции из реактора и направить для дальнейшего использования. Перед выпускным отверстием 117 установлен сепаратор 118 частиц. Через него могут проходить только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера. Остальные частицы отделяются внутри сепаратора 118 и через выпускное отверстие 119 для частиц возвращаются в кипящий слой.

Claims (8)

1. Способ получения трихлорсилана, в котором частицы кремния реагируют с тетрахлорсиланом и водородом и, необязательно, с хлористым водородом в реакторе (101) с кипящим слоем с получением потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, причем реактор (101) с кипящим слоем содержит по меньшей мере одно впускное отверстие (103) для тетрахлорсилана, водорода и, при необходимости, хлористого водорода, по меньшей мере одно впускное отверстие (105) для частиц кремния, которые совместно с тетрахлорсиланом и водородом образуют кипящий слой, и по меньшей мере одно выпускное отверстие (117) для потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, перед которым установлен по меньшей мере один сепаратор (118) частиц, который избирательно пропускает только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера частиц, отличающийся тем, что предпочтительно через регулярные промежутки времени или непрерывно через по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие (109; 112) без такого сепаратора (118) частиц частицы кремния удаляют из реактора (101).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы кремния удаляют непосредственно из флюидизированного участка кипящего слоя.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаленные частицы кремния перемещают во второй реактор (102), в частности - во второй реактор с кипящим слоем, где они реагируют с тетрахлорсиланом и водородом и, необязательно, с хлористым водородом с образованием второго потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что второй поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта направляют в расположенный выше по течению реактор (101) с кипящим слоем через по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие без сепаратора (109; 112) частиц.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что условия реакции во втором реакторе (102), в частности - температура и/или давление, при которых реагируют удаленные частицы кремния, отличаются от условий в расположенном выше по течению реакторе (101) с кипящим слоем, содержащем по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие без сепаратора (109; 112) частиц.
6. Система (100) для получения трихлорсилана, в частности - для осуществления способа по любому из п. с 1 по 5, содержащая первый реактор, выполненный в форме реактора с кипящим слоем, для проведения реакции частиц кремния с тетрахлорсиланом и водородом и, при необходимости, с хлористым водородом с получением первого потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, и второй реактор (102), в частности - выполненный в форме реактора с кипящим слоем, для проведения реакции частиц кремния с тетрахлорсиланом и водородом и, при необходимости, с хлористым водородом с получением второго потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, причем первый реактор (101) содержит
- по меньшей мере одно впускное отверстие (103) для тетрахлорсилана и водорода и, при необходимости, для хлористого водорода,
- по меньшей мере одно впускное отверстие (105) для частиц кремния, реакционную камеру (106), в которой частицы кремния могут образовывать кипящий слой вместе с тетрахлорсиланом и водородом,
- по меньшей мере одно выпускное отверстие (117) для первого потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта, перед которым предусмотрен по меньшей мере один сепаратор (118) частиц, который избирательно пропускает только частицы кремния, размер которых меньше определенного максимального размера частиц, и
- по меньшей мере одно дополнительное выпускное отверстие (109; 112) без такого сепаратора частиц, через которое из реактора (101) могут удаляться частицы кремния с размерами, превышающими максимальный размер частиц,
а второй реактор (102) содержит
- по меньшей мере одно впускное отверстие (111) для частиц кремния,
- реакционную камеру, в которой частицы кремния могут образовывать кипящий слой вместе с тетрахлорсиланом и водородом, и
по меньшей мере одно выпускное отверстие (114) для второго потока содержащего трихлорсилан газообразного продукта,
причем между по меньшей мере одним дополнительным выпускным отверстием (109; 112) первого реактора (101) и по меньшей мере одним впускным отверстием (111) для частиц кремния второго реактора (102) имеется соединение (110), через которое частицы кремния, удаленные из первого реактора (101), могут быть перемещены во второй реактор (102).
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что по меньшей мере один сепаратор (118) частиц представляет собой один или более циклонов.
8. Система по п.6, отличающаяся тем, что между первым реактором (101) и вторым реактором (102) имеется по меньшей мере одно дополнительное соединение (115), по которому второй поток содержащего трихлорсилан газообразного продукта может быть направлен в первый реактор (101).
RU2012106750/04A 2009-08-04 2010-08-02 Способ и система для получения трихлорсилана RU2547269C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009037155.9 2009-08-04
DE102009037155A DE102009037155B3 (de) 2009-08-04 2009-08-04 Verfahren und Anlage zur Herstellung von Trichlorsilan
PCT/EP2010/061224 WO2011015560A1 (de) 2009-08-04 2010-08-02 Verfahren und anlage zur herstellung von trichlorsilan

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012106750A RU2012106750A (ru) 2013-09-10
RU2547269C2 true RU2547269C2 (ru) 2015-04-10

Family

ID=42813912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012106750/04A RU2547269C2 (ru) 2009-08-04 2010-08-02 Способ и система для получения трихлорсилана

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20120189526A1 (ru)
EP (1) EP2462058B1 (ru)
JP (1) JP5788877B2 (ru)
KR (1) KR20120041234A (ru)
CN (1) CN102639440B (ru)
CA (1) CA2769759A1 (ru)
DE (1) DE102009037155B3 (ru)
MY (1) MY162486A (ru)
RU (1) RU2547269C2 (ru)
TW (1) TWI507359B (ru)
WO (1) WO2011015560A1 (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010044108A1 (de) * 2010-11-18 2012-05-24 Evonik Degussa Gmbh Herstellung von Chlorsilanen aus kleinstteiligem Reinstsilicium
US9139442B2 (en) 2011-10-18 2015-09-22 Toagosei Co. Ltd. Method for producing chloropolysilane and fluidized-bed reactor
DE102013201742A1 (de) 2012-12-21 2014-06-26 Evonik Industries Ag Verfahren zur Aufbereitung von Silizium-haltigem feinkörnigen Material bei der Herstellung von Chlorsilanen
DE102012224182A1 (de) 2012-12-21 2014-07-10 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Aufbereitung feinteiliger Feststoffe bei der Herstellung von Chlorsilanen
EP2969948A1 (en) * 2013-03-13 2016-01-20 SiTec GmbH Temperature management in chlorination processes and systems related thereto
DE102013212908A1 (de) 2013-07-02 2015-01-08 Wacker Chemie Ag Analyse der Zusammensetzung eines Gases oder eines Gasstromes in einem chemischen Reaktor und ein Verfahren zur Herstellung von Chlorsilanen in einem Wirbelschichtreaktor
MY179882A (en) 2013-09-30 2020-11-18 Lg Chemical Ltd Method for producing trichlorosilane
CN105980305B (zh) * 2013-12-10 2021-02-26 萨密特工艺设计有限公司 三氯氢硅制造工艺
EP3088358A1 (de) 2015-04-28 2016-11-02 Evonik Degussa GmbH Verfahren zur aufbereitung feinteiliger feststoffe bei der herstellung von chlorsilanen
EP3100979A1 (de) 2015-06-02 2016-12-07 Evonik Degussa GmbH Aufbereitung feinteiliger feststoffe bei der herstellung von chlorsilanen durch sintern bei niedrigen temperaturen
EP3100978A1 (de) 2015-06-02 2016-12-07 Evonik Degussa GmbH Aufbereitung feinteiliger feststoffe bei der herstellung von chlorsilanen durch agglomerieren und kompaktierung
KR101987129B1 (ko) * 2016-09-19 2019-06-10 한화케미칼 주식회사 3염화 실란 합성용 유동층 반응기
CN107433055B (zh) * 2017-08-30 2019-10-08 上海华畅环保设备发展有限公司 沸腾床分离器中沸腾颗粒再生方法及装置
CN109395675B (zh) * 2018-09-14 2021-07-20 四川永祥多晶硅有限公司 一种固定流化工艺
WO2020221421A1 (de) * 2019-04-29 2020-11-05 Wacker Chemie Ag Verfahren zur herstellung von trichlorsilan mit struktur-optimierten silicium-partikeln
CN116639699B (zh) * 2023-07-12 2024-02-02 江苏中圣高科技产业有限公司 一种制备三氯氢硅的生产工艺及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19647162A1 (de) * 1995-11-14 1997-05-15 Tokuyama Corp Zyklon und Wirbelschichtreaktor
DE19654154A1 (de) * 1995-12-25 1997-06-26 Tokuyama Corp Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan
RU2274602C1 (ru) * 2004-08-16 2006-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" Способ получения трихлорсилана

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2028289B (en) * 1978-08-18 1982-09-02 Schumacher Co J C Producing silicon
US4676967A (en) * 1978-08-23 1987-06-30 Union Carbide Corporation High purity silane and silicon production
DE3024319C2 (de) * 1980-06-27 1983-07-21 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan
JPS57118017A (en) * 1981-01-16 1982-07-22 Koujiyundo Silicon Kk Manufacture of trichlorosilane
JPS57156318A (en) * 1981-03-16 1982-09-27 Koujiyundo Silicon Kk Production of trichlorosilane
FR2530638A1 (fr) * 1982-07-26 1984-01-27 Rhone Poulenc Spec Chim Procede de preparation d'un melange a base de trichlorosilane utilisable pour la preparation de silicium de haute purete
FR2533906A1 (fr) * 1982-09-30 1984-04-06 Rhone Poulenc Spec Chim Procede et dispositif pour la preparation de silane pur par reaction de chlorosilanes avec l'hydrure de lithium
US4526769A (en) * 1983-07-18 1985-07-02 Motorola, Inc. Trichlorosilane production process
CN85107465A (zh) * 1985-10-12 1987-04-15 北京有色冶金设计研究总院 四氯化硅氢化新工艺
JP2519094B2 (ja) * 1988-11-29 1996-07-31 高純度シリコン株式会社 トリクロロシラン製造用流動反応装置
JP3778631B2 (ja) * 1995-11-14 2006-05-24 株式会社トクヤマ サイクロン及びこれを備えた流動層反応装置
JP3708648B2 (ja) * 1995-12-25 2005-10-19 株式会社トクヤマ トリクロロシランの製造方法
JP3708649B2 (ja) * 1995-12-25 2005-10-19 株式会社トクヤマ 銅シリサイドを有する金属珪素粒子の製造方法
DE10062413A1 (de) * 2000-12-14 2002-07-04 Solarworld Ag Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan
DE102004045245B4 (de) * 2004-09-17 2007-11-15 Degussa Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silanen
JP5397580B2 (ja) * 2007-05-25 2014-01-22 三菱マテリアル株式会社 トリクロロシランの製造方法と製造装置および多結晶シリコンの製造方法
CN101125654A (zh) * 2007-09-04 2008-02-20 浙江开化合成材料有限公司 一种用于三氯氢硅生产的大型流化床反应器
CN101279735A (zh) * 2008-05-30 2008-10-08 中蓝晨光化工研究院有限公司 三氯氢硅的生产方法及其设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19647162A1 (de) * 1995-11-14 1997-05-15 Tokuyama Corp Zyklon und Wirbelschichtreaktor
DE19654154A1 (de) * 1995-12-25 1997-06-26 Tokuyama Corp Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan
RU2274602C1 (ru) * 2004-08-16 2006-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" Способ получения трихлорсилана

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013500928A (ja) 2013-01-10
MY162486A (en) 2017-06-15
EP2462058B1 (de) 2014-01-01
RU2012106750A (ru) 2013-09-10
JP5788877B2 (ja) 2015-10-07
CA2769759A1 (en) 2011-02-10
CN102639440A (zh) 2012-08-15
EP2462058A1 (de) 2012-06-13
CN102639440B (zh) 2017-05-31
US20120189526A1 (en) 2012-07-26
TWI507359B (zh) 2015-11-11
DE102009037155B3 (de) 2010-11-04
KR20120041234A (ko) 2012-04-30
TW201111281A (en) 2011-04-01
WO2011015560A1 (de) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2547269C2 (ru) Способ и система для получения трихлорсилана
US7553466B2 (en) Method for producing highly pure, granular silicon in a fluidised bed
CN103787336B (zh) 生产高纯颗粒硅的方法
KR101873923B1 (ko) 불균화 작업을 포함하는 실질적으로 폐쇄-루프형 방법에서의 다결정 실리콘의 제조
JP6246905B2 (ja) 多結晶シリコンを製造する反応器、およびそのような反応器の構成部品上のシリコン含有層を除去する方法
KR20110015527A (ko) 순수 실리콘의 제조방법 및 제조시스템
US20100129281A1 (en) A process for the recycling of high purity silicon metal
JP5946835B2 (ja) 実質的に閉ループの方法およびシステムにおける多結晶シリコンの製造
US9394180B2 (en) Production of polycrystalline silicon in substantially closed-loop systems
US8449848B2 (en) Production of polycrystalline silicon in substantially closed-loop systems
CN219424369U (zh) 一种流化床
CN209242692U (zh) 提纯三氯氢硅的装置
KR20130027445A (ko) 기포 크기 조절 기능을 갖는 싸이클론 및 이를 포함하는 유동층 반응기
KR102528127B1 (ko) 클로로실란의 제조 방법
KR20170001465A (ko) 트리클로로실란 제조장치 및 제조방법
KR20170031878A (ko) 트리클로로실란 제조장치 및 제조방법
KR20170001411A (ko) 트리클로로실란 제조방법 및 제조장치
KR20140011226A (ko) 폴리실리콘 제조 장치 및 방법