一種催化反應器、系統、四氯化硅催化氫化反應的方法技術方案

本發明專利技術公開了一種催化反應器、系統、四氯化硅催化氫化反應的方法，該催化反應器包括原料氣入口和產品氣出口，還包括片材，這些片材之間限定出依次相鄰的氣體通道一、催化劑裝載通道、氣體通道二，氣體通道一與催化劑裝載通道之間的片材上設置有至少一個第一通氣孔，催化劑裝載通道與氣體通道二之間的片材上設置有至少一個第二通氣孔，原料氣使用氣體通道一或氣體通道二進行原料氣分布，然后，原料氣再以徑向的方式通過裝載有催化劑的催化劑裝載通道后成為產品氣，再進入另外一個氣體通道，排出催化反應器。原料氣以沿著催化劑裝載通道徑向通過，并充分與催化劑接觸，當催化劑用量較大時，其承受率均勻、利用率高，且不易結焦失活，壽命大大延長。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于四氯化硅生產三氯氫硅
，具體涉及一種催化反應器、系統、四 氯化硅催化氫化反應的方法。
技術介紹
多晶硅是太陽能光伏行業的基礎材料，全球75~80 %的多晶硅采用改良西門子 法生產，該工藝在我國的大規模化應用已有近10年歷史，由于核心技術仍未突破，每生 產一噸多晶娃會有16噸左右的副產四氯化娃生成。 目前國內外處理四氯化硅（STC)的主流工藝是：熱氫化工藝和冷氫化工藝，這兩 種工藝都不令人滿意。就熱氫化工藝而言，其處理溫度高，導致能耗高；加熱碳電極對產品 氣產生污染，轉化效率一般維持在20%左右，另外，高溫（1100~1200°C )加熱導致電器投 入增大，從而產出單位三氯氫硅的成本較高。目前國內大多廠家選用冷氫化工藝處理四氯 化石圭，雖然該工藝處理溫度低（500°C~600°C )，能有效抑制副反應（TCS+HC1 - STC+H2)發 生，但操作壓力（15atm.~30atm.)很高，導致運行系統投資增加。 在冷氫化工藝中，引入工業級純度的催化劑和冶金級硅粉會導致生成的產品氣的 純度大大降低，導致原料氣純化系統的投資費用增大。另外，冷氫化工藝中引入的催化劑氯 化亞銅以氣態吸附在冷氫化反應器中的硅顆粒表面，當硅顆粒表面吸附的氯化亞銅分子達 到一定分壓后，再經過還原和復雜的相形成過程，在硅顆粒表面產生硅化銅（Cu xSiy)顆粒 從而形成負載型催化劑，由于這種硅化銅顆粒的粘性極高，很容易引起負載催化劑中的硅 顆粒之間結塊，導致負載型催化劑的催化效率降低。 如圖1所示，目前冷氫化工藝中，催化反應器1中的反應是按照下述方式進行：原 料氣充分混合均勻后，由催化反應器1的原料氣入口 8以軸向方式經過催化反應器1內的 催化劑床層，原料氣發生化學反應后生成產品氣，產品氣流向催化反應器1的產品氣出口 9。當催化劑用量較大時，這種催化反應器1存在催化劑承受率不均勻，利用率不高，最上層 催化劑易結焦失活等缺點；如果通過增加催化反應器1的內徑來增大催化劑與反應物的接 觸面積，又存在催化劑受熱不均勻，反應熱難以導出，反應溫度難以控制等問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種催化反 應器、系統、四氯化硅催化氫化反應的方法，使用本專利技術中的催化反應器時，原料氣以沿著 催化劑裝載通道徑向的方式通過，并充分與催化劑接觸生成產品氣。當催化劑用量較大時， 其內的催化劑承受率均勻、利用率高，且催化劑不易結焦失活，壽命大大延長。 解決本專利技術技術問題所采用的技術方案是提供一種催化反應器，包括原料氣入口 和產品氣出口，還包括片材，這些片材之間限定出依次相鄰的氣體通道一、催化劑裝載通 道、氣體通道二，所述氣體通道一與所述催化劑裝載通道之間的片材上設置有至少一個第 一通氣孔，所述催化劑裝載通道與所述氣體通道二之間的片材上設置有至少一個第二通氣 孔， 原料氣使用所述氣體通道一或所述氣體通道二進行所述原料氣分布，然后，所述 原料氣再以徑向的方式通過裝載有催化劑的所述催化劑裝載通道后成為產品氣，再進入另 外一個氣體通道，排出催化反應器。 優選的是，所述氣體通道一或氣體通道二內設置有氣體分布板，該氣體分布板用 于分布原料氣或產品氣。 優選的是，所述氣體通道一、所述催化劑裝載通道、所述氣體通道二在所述催化反 應器內由外到內依次設置，所述片材限制出的所述氣體通道一的外圍為所述催化反應器的 外壁。 優選的是，所述原料氣入口設置在所述氣體通道一的外圍上，所述產品氣出口設 置在所述氣體通道二的兩端或一端， 原料氣由所述原料氣入口進入所述氣體通道一，經過所述第一通氣孔以徑向的方 式進入裝載有催化劑的所述催化劑裝載通道，經過所述第二通氣孔進入所述氣體通道二得 到產品氣，該產品氣由所述產品氣出口排出所述催化反應器。 優選的是，所述原料氣入口設置于所述氣體通道一的外圍的高度的中部，所述第 一通氣孔至少兩個，所述第一通氣孔沿著所述氣體通道一與所述催化劑裝載通道之間的片 材上的高度方向上分布，離所述原料氣入口由近及遠的所述第一通氣孔的開孔面積由小到 大變化。 優選的是，所述原料氣入口設置在所述氣體通道二的兩端或一端，所述產品氣出 口設置在所述氣體通道一的兩端或一端或外圍上， 原料氣由所述原料氣入口進入所述氣體通道二，經過所述第二通氣孔以徑向的方 式進入裝載有催化劑的所述催化劑裝載通道，經過所述第一通氣孔進入所述氣體通道一得 到產品氣，該產品氣由所述產品氣出口排出所述催化反應器。 優選的是，所述第二通氣孔至少兩個，所述第二通氣孔沿著所述氣體通道二與所 述催化劑裝載通道之間的片材上的高度方向上分布，離所述原料氣入口由近及遠的所述第 二通氣孔的開孔面積由小到大變化。 優選的是，所述氣體通道二為圓桶形通道。 優選的是，所述催化劑裝載通道內設置有熱電偶。 優選的是，所述第一通氣孔與所述第二通氣孔在限制所述催化劑裝載通道的片材 上對稱設置。 本專利技術還提供一種催化氫化反應系統，包括上述的催化反應器、換熱器、原料氣供 給器、產品收集器，所述催化反應器與所述換熱器連接，所述換熱器與所述原料氣供給器連 接，所述產品收集器與所述換熱器連接， 所述催化反應器內流出的產品氣與所述原料氣供給器供給的原料氣在所述換熱 器內換熱，經過換熱后的原料氣流入所述催化反應器，經過換熱后的產品氣流入所述產品 收集器內。 優選的是，在所述催化反應器和所述換熱器之間還設置有輔助加熱器，所述輔助 加熱器的兩端分別與所述換熱器和所述催化反應器連接，所述輔助加熱器用于對從所述換 熱器流出的原料氣進行加熱，經過所述輔助加熱器加熱后的原料氣再流入所述催化反應器 內。 本專利技術還提供一種四氯化硅催化氫化反應的方法，將原料氣四氯化硅和氫氣通過 上述的催化反應器進行催化氫化反應得到三氯氫硅，所述催化反應器內的催化劑裝載通道 內裝載有四氯化硅催化氫化反應的催化劑。 優選的是，所述催化劑為銅硅合金。 優選的是，所述銅娃合金中包括：22~25wt%的銅，73~76wt%的石圭。 優選的是，所述催化劑的粒徑為1~5mm。 優選的是，所述氫氣與所述四氯化硅的摩爾比為（1.5:1)~（6:1)。 優選的是，所述原料氣四氯化硅和氫氣的混合氣體在所述催化反應器內的流速為 0. 05 ~0. 5m/s。 優選的是，所述催化反應器內的溫度為300~550°C，所述催化反應器內的壓強為 0. 4~0. 6Mpa，所述催化氫化反應時所述原料氣四氯化硅和氫氣的混合氣體在所述催化劑 裝載通道內的催化劑上的滯留時間為1~10秒。 當使用本專利技術中的催化反應器進行催化反應時，原料氣以沿著催化劑裝載通道徑 向的方式通過催化劑裝載通道，并充分的與催化劑裝載通道內的催化劑接觸生成產品氣。 當催化劑裝載通道內的催化劑用量較大時，其內的催化劑承受率均勻、利用率高，且催化劑 不易結焦失活，催化劑的壽命大大延長。 本專利技術中的催化反應器可替代現行的高壓原位催化冷氫化反應器，有益效果：一、 通過本催化反應器的原料氣和產品氣品質一致；二、由于產生的產品氣和原料氣品質一致， 從而大大降低四氯化硅催化氫化尾氣的后處理投資；三、該催化反應器采用低溫（低于 550°C )低壓（低于0. 6MPa)下，四氯化硅和氫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種催化反應器，包括原料氣入口和產品氣出口，其特征在于，還包括片材，這些片材之間限定出依次相鄰的氣體通道一、催化劑裝載通道、氣體通道二，所述氣體通道一與所述催化劑裝載通道之間的片材上設置有至少一個第一通氣孔，所述催化劑裝載通道與所述氣體通道二之間的片材上設置有至少一個第二通氣孔，原料氣使用所述氣體通道一或所述氣體通道二進行所述原料氣分布，然后，所述原料氣再以徑向的方式通過裝載有催化劑的所述催化劑裝載通道后成為產品氣，再進入另外一個氣體通道，排出催化反應器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭增昌，呂學謙，張兆東，
申請(專利權)人：新特能源股份有限公司，
類型：發明
國別省市：新疆;65