DE102010000981A1 - Closed loop-Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium - Google Patents

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Guido Dr. 45721 Stochniol
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan und Siliciumtetrachlorid aus metallurgischem Silicium, bei dem in einem ersten Schritt Trichlorsilan und Siliciumtetrachlorid aus metallurgischem Silicium hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das Siliciumtetrachlorid zum Endprodukt Trichlorsilan weiterverarbeitet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anlage, in der solche Verfahren integriert durchgeführt werden können.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan und Siliciumtetrachlorid aus metallurgischem Silicium. Es handelt sich um ein mehrstufiges Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt Trichlorsilan und Siliciumtetrachlorid aus metallurgischem Silicium hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das Siliciumtetrachlorid zum Endprodukt Trichlorsilan weiterverarbeitet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anlage, in der solche Verfahren integriert durchgeführt werden können.
  • Trichlorsilan kann z. B. verwendet werden, um hochreines Silicium herzustellen. Dabei wird Trichlorsilan thermisch zu hochreinem Silicium zersetzt. Das Trichlorsilan wiederum lässt sich aus metallurgischem Silicium in einem mehrstufigen Prozess herstellen. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise aus DE 29 190 86 bekannt.
  • Bekannte Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan haben jedoch in der Regel den Nachteil, dass der Energieaufwand für den Gesamtprozess der Umwandlung von metallurgischem Silicium zu Trichlorsilan außerordentlich hoch ist. Darüber hinaus weisen viele der bekannten Verfahren den Nachteil auf, dass sie im Hinblick auf das Entstehen und die Wieder- bzw. Weiterverwertung von Nebenprodukten nicht optimiert sind. Sowohl aus ökonomischen als auch aus ökologischen Gesichtspunkten weisen bekannte Verfahren insbesondere auch an diesem Punkt einen hohen Verbesserungsbedarf auf.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine optimierte technische Lösung zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium bereitzustellen, die im Hinblick auf die genannten Probleme auch den Höchstanforderungen genügt. Aufgabe ist somit, innerhalb einer mehrstufigen Anlage die Produkt- und Wärmeströme so zu vernetzen, dass die dort eingesetzten Edukte und Energiemengen möglichst effizient zur Herstellung des Endprodukts Trichlorsilan genutzt werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Folgenden beschriebenen Teil- und Gesamtverfahren bzw. Teil- und Gesamtanlagen.
  • Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan aus Siliciumtetrachlorid durch Hydrodechlorierung mit Wasserstoff, wobei zumindest ein siliciumtetrachloridhaltiger Eduktstrom und zumindest ein wasserstoffhaltiger Eduktstrom in einen Hydrodechlorierungsreaktor geleitet wird und wobei in dem Hydrodechlorierungsreaktor die thermodynamische Gleichgewichtslage zwischen Edukten und Produkten durch Zufuhr von Wärme in Richtung Produkte verschoben wird und wobei ein Produktstrom enthaltend Siliciumtetrachlorid, Trichlorsilan, Wasserstoff und HCl aus dem Hydrodechlorierungsreaktor herausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Wärmetauschers der Produktstrom abgekühlt und der durch denselben Wärmetauscher geführte siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom und/oder der wasserstoffhaltige Eduktstrom vorgewärmt wird. Im Produktstrom können gegebenenfalls auch Nebenprodukte wie Dichlorsilan, Monochlorsilan und/oder Silan enthalten sein.
  • Die Gleichgewichtsreaktion im Hydrodechlorierungsreaktor wird typischerweise bei 700°C bis 1.000°C, bevorzugt 850°C bis 950°C und bei einem Druck im Bereich zwischen 1 und 10 bar, bevorzugt zwischen 3 und 8 bar, besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 bar durchgeführt.
  • Gemäß erfindungsgemäßem Verfahren ist es bevorzugt, dass der siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom und/oder der wasserstoffhaltige Eduktstrom durch den aus dem Reaktor kommenden Produktstrom auf ein Temperaturniveau von 150°C bis 900°C, bevorzugt 300°C bis 800°C, besonders bevorzugt 500°C bis 700°C, vorgewärmt wird.
  • Gemäß erfindungsgemäßem Verfahren ist vorgesehen, dass der abgekühlte Produktstrom den Wärmetauscher verlassen und in mindestens eine nachgeschaltete Teilanlage geführt werden kann, wobei in der Teilanlage von dem Produktstrom Siliciumtetrachlorid und/oder Trichlorsilan und/oder Wasserstoff und/oder HCl abgetrennt werden können.
  • Die soeben beschriebene mindestens eine Teilanlage kann auch eine Anordnung mehrerer Teilanlagen sein, in denen jeweils ein oder mehrere der genannten Produkte Siliciumtetrachlorid, Trichlorsilan, Wasserstoff und/oder HCl abgetrennt und als Strom weitergeführt werden können. Die ”Produkte” Siliciumtetrachlorid und Wasserstoff können dabei freilich auch nicht umgesetzte Edukte sein. Gegebenenfalls können hier auch andere im Produktstrom enthaltene Nebenprodukte wie Dichlorsilan, Monochlorsilan und/oder Silan abgetrennt werden.
  • Gemäß erfindungsgemäßem Verfahren ist vorgesehen, dass abgetrenntes Siliciumtetrachlorid als Strom in den siliciumtetrachloridhaltigen Eduktstrom geführt und/oder dass abgetrennter Wasserstoff als Strom in den wasserstoffhaltigen Eduktstrom geführt werden kann, wobei dies jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher erfolgen kann. Es ist auch vorgesehen, dass abgetrenntes Trichlorsilan als Endproduktstrom entnommen werden kann und/oder dass abgetrenntes HCl als Strom einer Hydrochlorierung von Silicium zugeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist, dass alle vier zuvor genannten abgetrennten Ströme entsprechend geleitet und somit verwertet werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren bevorzugt ein Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom und der zumindest eine wasserstoffhaltige Eduktstrom aus einem vorgeschalteten Hydrochlorierungsverfahren stammt, wobei das Hydrochlorierungsverfahren die Umsetzung von metallurgischem Silicium mit HCl umfasst.
  • Wie zuvor bereits erwähnt, kann dabei zumindest ein Teil des im vorgeschalteten Hydrochlorierungsverfahren eingesetzten HCl aus dem HCl-Strom stammen, der in der dem Wärmetauscher nachgeschalteten Teilanlage abgetrennt wurde.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach der Hydrochlorierung zumindest ein Teil des Kopplungsprodukts Wasserstoff in einem Kondensator abgetrennt werden kann und von dem übrigen Produktgemisch zumindest Siliciumtetrachlorid und Trichlorsilan in einer Destillationsanlage abgetrennt werden können.
  • Bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass der in dem Kondensator abgetrennte Wasserstoff und/oder das in der Destillationsanlage abgetrennte Siliciumtetrachlorid in den Hydrodechlorierungsreaktor geführt wird, wobei weiter bevorzugt der abgetrennte Wasserstoff via den zumindest einen wasserstoffhaltigen Eduktstrom und/oder das abgetrennte Siliciumtetrachlorid via den zumindest einen siliciumtetrachloridhaltigen Eduktstrom in den Hydrodechlorierungsreaktor geführt wird.
  • Die Wärmezufuhr für die Hydrodechlorierungsreaktion in dem Hydrodechlorierungsreaktor erfolgt typischerweise über einen Heizraum in welchem der Hydrodechlorierungsreaktor angeordnet ist. Die Anordnung aus Heizraum und Hydrodechlorierungsreaktor kann so aussehen, dass ein oder mehrerer Reaktorrohre in dem Heizraum angeordnet sind, wobei der Heizraum vorzugsweise durch eine elektrische Widerstandsheizung erhitzt wird oder wobei der Heizraum eine Brennkammer ist, die mit Brenngas und Brennluft betrieben wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt so erweitert werden, dass das aus der Brennkammer ausströmende Rauchgas in einem nachgeschalteten Rekuperator zur Vorwärmung der Brennluft verwendet wird. Optional kann zusätzlich das aus dem Rekuperator ausströmende Rauchgas zur Dampferzeugung verwendet werden.
  • In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche alle oder beliebige zuvor genannte Variationsmöglichkeiten einschließt, können der Produktstrom und der siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom und/oder der wasserstoffhaltige Eduktstrom jeweils unter Druck stehend durch den Wärmetauscher geführt werden, wobei der Wärmetauscher Wärmetauscherelemente aus keramischem Material umfasst.
  • Das keramische Material für die Wärmetauscherelemente wird vorzugsweise ausgewählt aus Al2O3, AlN, Si3N4, SiCN oder SiC, besonders bevorzugt ausgewählt aus Si-infiltriertem SiC, isostatisch gepresstem SiC, heiß isostatisch gepresstem SiC oder drucklos gesintertem SiC (SSiC).
  • In allen beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens können der siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom und der wasserstoffhaltige Eduktstrom auch als ein gemeinsamer Strom durch den Wärmetauscher geführt werden.
  • Die Druckunterschiede im Wärmetauscher zwischen den verschiedenen Strömen sollten nicht mehr als 10 bar, bevorzugt nicht mehr als 5 bar, weiter bevorzugt nicht mehr als 1 bar, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,2 bar betragen, gemessen an den Eingängen und Ausgängen der Produktgas- und Eduktgasströme.
  • Weiterhin sollte der Druck des Produktstromes am Eingang des Wärmetauschers nicht mehr als 2 bar unter dem Druck des Produktstromes am Ausgang des Hydrodechlorierungsreaktors liegen, wobei bevorzugt die Drücke des Produktstromes am Eingang des Wärmetauschers und am Ausgang des Hydrodechlorierungsreaktors gleich sein sollten. Der Druck am Ausgang des Hydrodechlorierungsreaktors liegt typischerweise im Bereich zwischen 1 und 10 bar, bevorzugt im Bereich zwischen 4 und 6 bar.
  • In allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Wärmetauscher bevorzugt ein Rohrbündelwärmetauscher.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Ansage zur Umsetzung von Siliciumtetrachlorid mit Wasserstoff unter Bildung von Trichlorsilan umfassend:
    • – einen in einem Heizraum oder einer Brennkammer angeordneten Hydrodechlorierungsreaktor, wobei die Anordnung bevorzugt ein oder mehrerer Reaktorrohre in einer Brennkammer umfassen kann,
    • – zumindest eine Leitung für siliciumtetrachloridhaltiges Gas und zumindest eine Leitung für wasserstoffhaltiges Gas, die in den Hydrodechlorierungsreaktor bzw. die Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre führen, wobei optional anstelle getrennter Leitungen eine gemeinsame Leitung für das siliciumtetrachloridhaltige Gas und das wasserstoffhaltige Gas vorgesehen sein kann;
    • – eine aus dem Hydrodechlorierungsreaktor herausgeführte Leitung für ein trichlorsilanhaltiges und HCl-haltiges Produktgas;
    • – einen Wärmetauscher, der bevorzugt ein Rohrbündelwärmetauscher ist, durch den die Produktgasleitung sowie zumindest die eine Siliciumtetrachlorid-Leitung und/oder die zumindest eine Wasserstoff-Leitung so geführt wird, dass ein Wärmeübertrag aus der Produktgasleitung in die zumindest eine Siliciumtetrachlorid-Leitung und/oder die zumindest eine Wasserstoff-Leitung möglich ist, wobei optional der Wärmetauscher Wärmetauscherelemente aus keramischem Material umfassen kann; – optional eine Teilanlage oder eine Anordnung umfassend mehrere Teilanlagen zum Abtrennen jeweils eines oder mehrerer Produkte umfassend Siliciumtetrachlorid, Trichlorsilan, Wasserstoff und HCl; – optional eine Leitung, die abgetrenntes Siliciumtetrachlorid in die Siliciumtetrachlorid-Leitung führen kann, vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher; – optional eine Leitung über die abgetrenntes Trichlorsilan einer Endproduktentnahme zugeführt werden kann; – optional eine Leitung, die abgetrennten Wasserstoff in die Wasserstoff-Leitung führen kann, vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher; und – optional eine Leitung über die abgetrenntes HCl einer Anlage zur Hydrochlorierung von Silicium zugeführt werden kann.
  • Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Anlage kann derart erweitert werden, dass die Anlage eine Anlage zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zusätzlich umfasst:
    • – eine vorgeschaltete Hydrochlorierungsanlage, wobei optional zumindest ein Teil des eingesetzten HCl via den HCl-Strom in die Hydrochlorierungsanlage geführt werden kann;
    • – einen Kondensator zum Abtrennen zumindest eines Teils des Kopplungsprodukts Wasserstoff, der aus der Reaktion in der Hydrochlorierungsanlage stammt, wobei dieser Wasserstoff über die Wasserstoff-Leitung in den Hydrodechlorierungsreaktor bzw. die Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre geführt wird;
    • – eine Destillationsanlage zum Abtrennen von zumindest Siliciumtetrachlorid und Trichlorsilan aus dem übrigen Produktgemisch, welches aus der Reaktion in der Hydrochlorierungsanlage stammt, wobei das Siliciumtetrachlorid über die Siliciumtetrachlorid-Leitung in den Hydrodechlorierungsreaktor bzw. in die Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre geführt werden kann; und
    • – optional einen Rekuperator zur Vorwärmung der für die Brennkammer vorgesehenen Brennluft mit dem aus der Brennkammer ausströmende Rauchgas; und
    • – optional eine Anlage zur Dampferzeugung aus dem aus dem Rekuperator ausströmenden Rauchgas.
  • 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium inklusive einer Teilanlage zur Hydrochlorierung des metallurgischen Siliciums inklusive wichtiger Stoffströme.
  • 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlagenvariante umfassend zwei Destillationsstraßen inklusive wichtiger Stoffströme, typischerweise besonders geeignet bei der Hydrochlorierung von Silicium im Wirbelschichtreaktor.
  • 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlagenvariante umfassend zwei Destillationsstraßen inklusive wichtiger Stoffströme, typischerweise besonders geeignet bei der Hydrochlorierung von Silicium im Festbettreaktor.
  • 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlagenvariante umfassend eine Destillationsstraße inklusive wichtiger Stoffströme, typischerweise besonders geeignet bei der Hydrochlorierung von Silicium im Wirbelschichtreaktor.
  • 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlagenvariante umfassend eine Destillationsstraße inklusive wichtiger Stoffströme, typischerweise besonders geeignet bei der Hydrochlorierung von Silicium im Festbettreaktor.
  • Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Anlage umfasst einen in einer Brennkammer 15 angeordneten Hydrodechlorierungsreaktor 3, eine Leitung 1 für siliciumtetrachloridhaltiges Gas und eine Leitung 2 für wasserstoffhaltiges Gas, die beide in den Hydrodechlorierungsreaktor 3 führen, eine aus dem Hydrodechlorierungsreaktor 3 herausgeführte Leitung 4 für ein trichlorsilanhaltiges und HCl-haltiges Produktgas, einen Wärmetauscher 5 durch den die Produktgasleitung 4 sowie die Siliciumtetrachlorid-Leitung 1 und die Wasserstoff-Leitung 2 geführt wird, so dass ein Wärmeübertrag aus der Produktgasleitung 4 in die Siliciumtetrachlorid-Leitung 1 und in die Wasserstoff-Leitung 2 möglich ist. Die Anlage umfasst ferner eine Teilanlage 7 zum Abtrennen von Siliciumtetrachlorid 8, von Trichlorsilan 9, von Wasserstoff 10 und von HCl 11. Dabei wird das abgetrennte Siliciumtetrachlorid durch die Leitung 8 in die Siliciumtetrachlorid-Leitung 1 geführt, das abgetrennte Trichlorsilan durch die Leitung 9 einer Endproduktentnahme zugeführt, der abgetrennte Wasserstoff durch die Leitung 10 in die Wasserstoff-Leitung 2 geführt und das abgetrennte HCl durch die Leitung 11 einer Anlage 12 zur Hydrochlorierung von Silicium zugeführt. Die Anlage umfasst ferner einen Kondensator 13 zum Abtrennen des Kopplungsprodukts Wasserstoff, der aus der Reaktion in der Hydrochlorierungsanlage 12 stammt, wobei dieser Wasserstoff über die Wasserstoff-Leitung 2 via den Wärmetauscher 5 in den Hydrodechlorierungsreaktor 3 geführt wird. Gezeigt ist auch eine Destillationsanlage 14 zum Abtrennen von Siliciumtetrachlorid 1 und Trichlorsilan (TCS) sowie Leichtsiedern (LS) und Hochsiedern (HS) aus dem Produktgemisch, welches via den Kondensator 13 von der Hydrochlorierungsanlage 12 kommt. Die Anlage umfasst schließlich noch einen Rekuperator 16, der die für die Brennkammer 15 vorgesehene Brennluft 19 mit dem aus der Brennkammer 15 ausströmende Rauchgas 20 vorwärmt sowie eine Anlage 17 zur Dampferzeugung mit Hilfe des aus dem aus dem Rekuperator 16 ausströmenden Rauchgases 20.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    siliciumtetrachloridhaltiger Eduktstrom
    2
    wasserstoffhaltiger Eduktstrom
    1, 2
    gemeinsamer Eduktstrom
    3
    Hydrodechlorierungsreaktor
    3a, 3b, 3c
    Reaktorrohre
    4
    Produktstrom
    5
    Wärmetauscher
    6
    abgekühlter Produktstrom
    7
    nachgeschaltete Teilanlage
    7a, 7b, 7c
    Anordnung mehrerer Teilanlagen
    8
    in (7) oder (7a, 7b, 7c) abgetrennter Siliciumtetrachloridstrom
    9
    in (7) oder (7a, 7b, 7c) abgetrennter Endproduktstrom
    10
    in (7) oder (7a, 7b, 7c) abgetrennter Wasserstroffstrom
    11
    in (7) oder (7a, 7b, 7c) abgetrennter HCl-Strom
    12
    vorgeschaltetes Hydrochlorierungsverfahren bzw. -anlage
    13
    Kondensator
    14
    Destillationsanlage
    15
    Heizraum oder Brennkammer
    16
    Rekuperator
    17
    Anlage zur Dampferzeugung
    18
    Brenngas
    19
    Brennluft
    20
    Rauchgas
    21
    Siliciumtetrachlorid-Leitung
    22
    Trichlorsilan/Siliciumtetrachlorid-Leitung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 2919086 [0002]

Claims (20)

  1. Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan aus Siliciumtetrachlorid durch Hydrodechlorierung mit Wasserstoff, wobei zumindest ein siliciumtetrachloridhaltiger Eduktstrom (1) und zumindest ein wasserstoffhaltiger Eduktstrom (2) in einen Hydrodechlorierungsreaktor (3) geleitet wird und wobei in dem Hydrodechlorierungsreaktor (3) die thermodynamische Gleichgewichtslage zwischen Edukten und Produkten durch Zufuhr von Wärme in Richtung Produkte verschoben wird und wobei ein Produktstrom (4) enthaltend Siliciumtetrachlorid, Trichlorsilan, Wasserstoff und HCl aus dem Hydrodechlorierungsreaktor (3) herausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Wärmetauschers (5) der Produktstrom (4) abgekühlt und der durch denselben Wärmetauscher (5) geführte siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom (1) und/oder der wasserstoffhaltige Eduktstrom (2) vorgewärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom (1) und/oder der wasserstoffhaltige Eduktstrom (2) durch den Produktstrom (4) auf ein Temperaturniveau von 150°C bis 900°C, bevorzugt 300°C bis 800°C, besonders bevorzugt 500°C bis 700°C, vorgewärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgekühlte Produktstrom (6) den Wärmetauscher (5) verlässt und in mindestens eine nachgeschaltete Teilanlage (7) geführt wird, in der von dem Produktstrom (6) Siliciumtetrachlorid und/oder Trichlorsilan und/oder Wasserstoff und/oder HCl abgetrennt wird/werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Teilanlage (7) eine Anordnung mehrerer Teilanlagen (7a, 7b, 7c) ist, in denen jeweils ein oder mehrere der Produkte Siliciumtetrachlorid, Trichlorsilan, Wasserstoff und HCl abgetrennt und als Strom weitergeführt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass – Siliciumtetrachlorid abgetrennt wird und als Strom (8) in den siliciumtetrachloridhaltigen Eduktstrom (1) geführt wird, vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher (5); und/oder – Trichlorsilan abgetrennt wird und als Endproduktstrom (9) entnommen wird; und/oder – Wasserstoff abgetrennt wird und als Strom (10) in den wasserstoffhaltigen Eduktstrom (2) geführt wird, vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher (5); und/oder – HCl abgetrennt wird und als Strom (11) einer Hydrochlorierung von Silicium zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom (1) und der zumindest eine wasserstoffhaltige Eduktstrom (2) aus einem vorgeschalteten Hydrochlorierungsverfahren (12) stammt, welches die Umsetzung von metallurgischem Silicium mit HCl umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorgeschalteten Hydrochlorierungsverfahren (12) zumindest ein Teil des eingesetzten HCl aus dem HCl-Strom (11) stammt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Hydrochlorierung (12) zumindest ein Teil des Kopplungsprodukts Wasserstoff in einem Kondensator (13) abgetrennt wird und von dem übrigen Produktgemisch in einer Destillationsanlage (14) zumindest Siliciumtetrachlorid und Trichiorsilan abgetrennt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Kondensator (13) abgetrennte Wasserstoff und/oder das in der Destillationsanlage (14) abgetrennte Siliciumtetrachlorid in den Hydrodechlorierungsreaktor (3) geführt wird, wobei vorzugsweise der abgetrennte Wasserstoff via den zumindest einen wasserstoffhaltigen Eduktstrom (2) und/oder das abgetrennte Siliciumtetrachlorid via den zumindest einen siliciumtetrachloridhaltigen Eduktstrom (1) in den Hydrodechlorierungsreaktor (3) geführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr für die Hydrodechlorierungsreaktion in dem Hydrodechlorierungsreaktor (3) über einen Heizraum (15) in welchem der Hydrodechlorierungsreaktor (3) angeordnet ist erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Heizraum (15) angeordnete Hydrodechlorierungsreaktor (3) eine Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre (3a, 3b, 3c) in dem Heizraum (15) umfasst, wobei vorzugsweise der Heizraum durch eine elektrische Widerstandsheizung erhitzt wird oder eine Brennkammer (15) ist, die mit Brenngas (18) und Brennluft (19) betrieben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Brennkammer (15) ausströmende Rauchgas (20) in einem nachgeschalteten Rekuperator (16) zur Vorwärmung der Brennluft (19) verwendet wird, und optional das aus dem Rekuperator (16) ausströmende Rauchgas (20) zur Dampferzeugung verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom (4) und der siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom (1) und/oder der wasserstoffhaltige Eduktstrom (2) jeweils unter Druck stehend durch den Wärmetauscher (5) geführt werden und der Wärmetauscher (5) Wärmetauscherelemente aus keramischem Material umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material ausgewählt ist aus Al2O3, AlN, Si3N4, SiCN oder SiC, vorzugsweise ausgewählt ist aus Si-infiltriertem SiC, isostatisch gepresstem SiC, heiß isostatisch gepresstem SiC oder drucklos gesintertem SiC (SSiC).
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der siliciumtetrachloridhaltige Eduktstrom (1) und der wasserstoffhaltige Eduktstrom (2) als ein gemeinsamer Strom (1, 2) durch den Wärmetauscher (5) geführt werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckunterschiede im Wärmetauscher (5) zwischen den verschiedenen Strömen nicht mehr als 10 bar, bevorzugt nicht mehr als 5 bar, weiter bevorzugt nicht mehr als 1 bar, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,2 bar beträgt, gemessen an den Eingängen und Ausgängen der Produktgas- (4, 6) und Eduktgasströme (1, 2).
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Produktstromes (4) am Eingang des Wärmetauschers (5) nicht mehr als 2 bar unter dem Druck des Produktstromes (4) am Ausgang des Hydrodechlorierungsreaktors (3) liegt, wobei bevorzugt die Drücke des Produktstromes (4) am Eingang des Wärmetauschers (5) und am Ausgang des Hydrodechlorierungsreaktors (3) gleich sind.
  18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) ein Rohrbündelwärmetauscher ist.
  19. Anlage zur Umsetzung von Siliciumtetrachlorid mit Wasserstoff unter Bildung von Trichlorsilan umfassend: – einen in einem Heizraum (15) oder einer Brennkammer (15) angeordneten Hydrodechlorierungsreaktor (3), wobei die Anordnung bevorzugt ein oder mehrerer Reaktorrohre (3a, 3b, 3c) in einer Brennkammer (15) umfasst; – zumindest eine Leitung (1) für siliciumtetrachloridhaltiges Gas und zumindest eine Leitung (2) für wasserstoffhaltiges Gas, die in den Hydrodechlorierungsreaktor (3) bzw. die Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre (3a, 3b, 3c) führen, wobei optional anstelle getrennter Leitungen (1) und (2) eine gemeinsame Leitung (1,2) für das siliciumtetrachloridhaltige Gas und das wasserstoffhaltige Gas vorgesehen ist; – eine aus dem Hydrodechlorierungsreaktor (3) herausgeführte Leitung (4) für ein trichlorsilanhaltiges und HCl-haltiges Produktgas; – einen Wärmetauscher (5), der bevorzugt ein Rohrbündelwärmetauscher ist, durch den die Produktgasleitung (4) sowie zumindest die eine Siliciumtetrachlorid-Leitung (1) und/oder die zumindest eine Wasserstoff-Leitung (2) so geführt wird, dass ein Wärmeübertrag aus der Produktgasleitung (4) in die zumindest eine Siliciumtetrachlorid-Leitung (1) und/oder die zumindest eine Wasserstoff-Leitung (2) möglich ist, wobei optional der Wärmetauscher (5) Wärmetauscherelemente aus keramischem Material umfasst; – optional eine Teilanlage (7) oder eine Anordnung umfassend mehrere Teilanlagen (7a, 7b, 7c) zum Abtrennen jeweils eines oder mehrerer Produkte umfassend Siliciumtetrachlorid, Trichlorsilan, Wasserstoff und HCl; – optional eine Leitung (8), die abgetrenntes Siliciumtetrachlorid in die Siliciumtetrachlorid-Leitung (1) führt, vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher (5); – optional eine Leitung (9) über die abgetrenntes Trichlorsilan einer Endproduktentnahme zugeführt wird; – optional eine Leitung (10), die abgetrennten Wasserstoff in die Wasserstoff-Leitung (2) führt, vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmetauscher (5); und – optional eine Leitung (11) über die abgetrenntes HCl einer Anlage zur Hydrochlorierung von Silicium zugeführt wird.
  20. Anlage nach Anspruch 19, derart erweitert, dass die Anlage eine Anlage zur Herstellung von Trichlorsilan aus metallurgischem Silicium ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zusätzlich umfasst: – eine vorgeschaltete Hydrochlorierungsanlage (12), wobei optional zumindest ein Teil des eingesetzten HCl via den HCl-Strom (11) in die Hydrochlorierungsanlage (12) geführt wird; – einen Kondensator (13) zum Abtrennen zumindest eines Teils des Kopplungsprodukts Wasserstoff, der aus der Reaktion in der Hydrochlorierungsanlage (12) stammt, wobei dieser Wasserstoff über die Wasserstoff-Leitung (2) in den Hydrodechlorierungsreaktor (3) bzw. die Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre (3a, 3b, 3c) geführt wird; – eine Destillationsanlage (14) zum Abtrennen von zumindest Siliciumtetrachlorid und Trichlorsilan aus dem übrigen Produktgemisch, welches aus der Reaktion in der Hydrochlorierungsanlage (12) stammt, wobei das Siliciumtetrachlorid über die Siliciumtetrachlorid-Leitung (1) in den Hydrodechlorierungsreaktor (3) bzw. die Anordnung ein oder mehrerer Reaktorrohre (3a, 3b, 3c) geführt wird; und – optional einen Rekuperator (16) zur Vorwärmung der für die Brennkammer (15) vorgesehenen Brennluft (19) mit dem aus der Brennkammer (15) ausströmende Rauchgas (20); und – optional eine Anlage (17) zur Dampferzeugung aus dem aus dem Rekuperator (16) ausströmenden Rauchgas (20).
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