DE102010007916A1

DE102010007916A1 - Verfahren zur Hydrierung von Chlorsilanen und Konverter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010007916A1
Application number: DE102010007916A
Authority: DE
Inventors: Matteo 84508 Branzi
Original assignee: Centrotherm Sitec GmbH
Current assignee: Centrotherm Sitec GmbH
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-13
Also published as: DE102010007916B4; WO2011098064A1; US20110200511A1

Abstract

Verfahren zur Hydrierung von Chlorsilanen, bei welchem ein Gasgemisch (50) aufweisend ein zu hydrierendes Chlorsilangas und Wasserstoffgas in einem Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) auf Temperaturen im Bereich zwischen 500°C und 1800°C erhitzt und in dieser Weise das Chlorsilangas wenigstens zum Teil hydriert wird und bei welchem zum Zwecke des Erhitzens des Gasgemisches (50) der Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) mittels wenigstens einer Flamme erhitzt wird, welche in einer Umgebung des Reaktors (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) angeordnet wird, sowie Konverter (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrierung von Chlorsilanen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Konverter zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Eine Hydrierung von Siliziumtetrachlorid erfolgt insbesondere in Verbindung mit der Herstellung von Silizium. Zusätzlich vorhandene Chlorsilane können während der Hydrierung des Siliziumtetrachlorids zum Teil ebenfalls hydriert werden, sodass entsprechende Verfahren grundsätzlich auch gezielt zur Hydrierung von Chlorsilanen eingesetzt werden können. Die Verfahrensparameter sind dann gegebenenfalls entsprechend anzupassen. Auf Grund dieser Nähe von Siliziumtetrachlorid zu Chlorsilanen wird Siliziumtetrachlorid teilweise fälschlicherweise auch als Tetrachlorsilan bezeichnet und damit der Gruppe der Chlorsilane zugeordnet. In der vorliegenden Anmeldung wird zwar die korrekte Bezeichnung Siliziumtetrachlorid verwendet, doch wird Siliziumtetrachlorid als Chlorsilan im Sinne der vorliegenden Erfindung aufgefasst. Sofern vorliegend von Chlorsilanen die Rede ist, schließt dies Siliziumtetrachlorid ausdrücklich mit ein.
Gegenwärtig wird Silizium zu einem großen Teil mit dem so genannten Siemens-Verfahren mittels chemischer Abscheidung aus der Dampfphase hergestellt. Hierbei wird aus Trichlorsilangas stammendes Silizium an einem Siliziumkeim abgeschieden. Infolge von Nebenreaktionen fallen bei einer solchen Abscheidung große Mengen an Siliziumtetrachlorid an. Es ist daher wünschenswert, dieses Siliziumtetrachlorid durch Hydrierung wieder in Trichlorsilan umzuwandeln, welches sodann wiederum dem Siliziumabscheideprozess zugeführt werden kann.
Es ist bekannt, dass eine solche Umwandlung des Siliziumtetrachlorids zu Trichlorsilan durch eine thermische Gleichgewichtsrückführung bei Temperaturen über etwa 600°C realisiert werden kann, wobei eine signifikante Ausbeute an Trichlorsilan sich erst bei Temperaturen von mehr als 900°C einstellt. Verwendete Reaktoren, bzw. Konverter, müssen daher gegenüber solchen Temperaturen bestehen können. Da weiterhin der Eintrag von Verunreinigungen, welche sich auf aus dem gewonnenen Silizium gefertigte Halbleiterbauelemente negativ auswirken können, vermieden werden soll, werden im Stand der Technik Bauteile, welche mit Reaktanden oder Reaktionsprodukten in Berührung kommen, aus Graphit gefertigt. (Vergleiche beispielsweise DE 30 24 319 A1 ). Des Weiteren ist aus DE 43 17 905 C2 die Verwendung von Kohlenstofffaserverbundmaterial bekannt. Zur weiteren Verbesserung der chemischen Resistenz dieser Bauteile gegenüber bei der Konversion vorkommender Edukte und Produkte ist zudem bekannt, die Wände der aus Kohlenstoff oder Graphit gefertigten Bauteile in situ mit einer Siliziumcarbidschicht zu versehen.
Da der eingesetzte Graphit eine Entzündungstemperatur von etwa 600°C aufweist und auch die anderen im Stand der Technik eingesetzten Kohlenstoffmaterialien bei den vorherrschenden Temperaturen entzündungsgefährdet sind, werden sie im Stand der Technik unter einer sauerstofffreien Schutzgasatmosphäre elektrisch beheizt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstiges Verfahren zur Hydrierung von Siliziumtetrachlorid oder Chlorsilanen zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Konverter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Konverter mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Hydrierung von Chlorsilanen wird ein Gasgemisch, welches ein zu hydrierendes Chlorsilangas und Wasserstoffgas aufweist, in einem Reaktor auf Temperaturen in einem Bereich zwischen 500°C und 1800°C erhitzt und in dieser Weise das Chlorsilangas wenigstens zum Teil hydriert. Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, zum Zwecke des Erhitzens des Gasgemisches den Reaktor mittels wenigstens einer Flamme zu erhitzen, welche in einer Umgebung des Reaktors angeordnet wird. Unter einer Flamme ist vorliegend eine offene Feuerflamme zu verstehen, wie sie beispielweise durch Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann der Reaktor anstatt mit exergetisch hochwertigem Strom mit Primärenergieträgern wie Gas oder Öl erhitzt werden, sodass der Aufwand für die Durchführung des Verfahrens verringert wird. Da die Flamme durch Verbrennung des Primärenergieträgers unter Sauerstoffzufuhr ausgebildet wird, kann zudem das Vorsehen bisher üblicher Schutzgasatmosphären entfallen, was eine weitere Aufwandsverringerung darstellt.
Bislang wurde davon ausgegangen, dass bei der Hydrierung von Chlorsilanen ablaufende Reaktionen bei einer Beheizung mittels Flammen nicht beherrschbar sind, sodass aus Sicherheitsgründen eine elektrische Beheizung gewählt wurde. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die ablaufenden Reaktionen hinreichend kontrollierbar sind, insbesondere wenn ein geeigneter Konverter verwendet wird. Weiterhin hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Chlorsilane hydriert werden können, ohne dass ein gegenüber bekannten großtechnischen Verfahren erhöhter Verunreinigungseintrag in die Reaktionsprodukte vorliegt.
In der Praxis hat es sich bewährt, wenn während der Durchführung des Verfahrens in dem Reaktor ein Druck im Bereich von 1 bis 50 bar herrscht.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Siliziumtetrachlorid zu Trichlorsilan hydriert. Grundsätzlich können offensichtlich auch andere Chlorsilane als Siliziumtetrachlorid hydriert werden.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Hydrierung gebildete Reaktionsprodukte innerhalb eines Zeitraums von weniger als einer Sekunde auf eine Temperatur von weniger als 700°C abgekühlt, vorzugsweise auf eine Temperatur von weniger als 300°C. Auf diese Weise kann die Konversionseffizienz, das heißt der Anteil an hydriertem Chlorsilangas in den Reaktionsprodukten nach deren Abkühlung, erhöht werden. Vorteilhafterweise werden die Reaktionsprodukte durch Beimengung flüssigen Siliziumtetrachlorids innerhalb des genannten Zeitraums auf eine Temperatur von weniger als 700°C, beziehungsweise von weniger als 300°C, abgekühlt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärme der Reaktionsprodukte zurückgewonnen, vorzugsweise über einen Wärmetauscher. Es hat sich bewährt, die zurückgewonnene Wärme zum Vorheizen des Chlorsilangases und/oder des Wasserstoffes des Gasgemisches oder zur Vorheizung von Verbrennungsluft zu verwenden. Unter Verbrennungsluft ist dabei grundsätzlich ein beliebiges sauerstoffhaltiges Gasgemisch zu verstehen, dessen Sauerstoffgehalt zur Ausbildung der wenigstens einen Flamme verwendet wird. Vorzugsweise wird die zurückgewonnene Wärme zum Vorheizen des zu hydrierenden Chlorsilangases und des beigemengten Wasserstoffs verwendet.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung eines nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Konverters Chlorsilane hydriert werden können, ohne dass ein stärkerer Verunreinigungseintrag erfolgt als bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik, welche eine in-situ-Beschichtung der Reaktorwände mit Siliziumcarbid vorsehen. Auf eine in-situ-Beschichtung mit Siliziumcarbid kann dabei jedoch verzichtet werden, sodass das damit verbundene verstärkte Aufheizen des Reaktors entfallen kann. Dies stellt eine weitere Aufwandsreduktion dar.
Der erfindungsgemäße Konverter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist wenigstens einen durchströmbaren Reaktor und eine an einer Innenwandung des Reaktors angeordnete Inertschicht auf, welche gegenüber Chlorsilanen, Wasserstoff und Chlorwasserstoff chemisch inert ist. Weiterhin ist eine Feuerkammer vorgesehen, in welcher der wenigstens eine Reaktor zumindest teilweise angeordnet ist. Außerhalb des Reaktors ist mindestens eine Flammenquelle angeordnet. Ferner ist eine Außenwandung des Reaktors bis zu einer Temperatur von wenigstens 1800°C feuerfest.
Unter einem durchströmbaren Reaktor im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Reaktor zu verstehen, durch welchen das in ihn eingebrachte Gasgemisch, bzw. die bei der Durchführung des Verfahrens gebildeten Produkte, hindurchströmen können. Eine Außenwandung des Reaktors ist im Sinne der vorliegenden Erfindung feuerfest, wenn sie bis zu dem genannten Temperaturwert formbeständig und in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre nicht entzündbar ist.
In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Konverters ist der Reaktor gefertigt aus einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium, Rhenium, Iridium, Platinlegierungen, Palladiumlegierungen, Rheniumlegierungen sowie Iridiumlegierungen. Die Inertschicht ist zudem aus Reaktormaterial gebildet, das heißt sie besteht aus dem aus der genannten Gruppe ausgewähltem Element. Bevorzugt ist der Reaktor aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt, sodass die Inertschicht in diesem Fall aus Platin oder der Platinlegierung besteht.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Konverters ist der Reaktor aus einem keramischen Material gefertigt, vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumoxid. Grundsätzlich ist es ferner denkbar, als keramisches Material Siliziumcarbid einzusetzen. In-situ-abgeschiedenes Siliziumcarbid, wie es zum Teil im eingangs beschriebenen Stand der Technik Verwendung findet, ist jedoch nicht geeignet, da die in dieser Weise erzielten Schichtdicken zu gering sind. Stattdessen wäre dicht gepresstes Siliziumcarbid zu verwenden. Derzeit ist es jedoch technologisch jedoch nicht möglich, Reaktoren aus dicht gepresstem Siliziumcarbid in hinreichender Länge zu fertigen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Reaktoren mit einer größeren Länge erforderlich sind, als bei Verfahren, welche ein elektrisches Erhitzen des Gasgemisches, bzw. des das Gasgemisch führenden Reaktors vorsehen. Durch die beschriebene Verlängerung des Reaktors kann die infolge eines vorherrschenden Temperaturgradienten auftretende Materialspannung zuverlässig über die Länge des Reaktors verteilt werden. Eine elektrische Beheizung hingegen ermöglicht eine bessere Einstellbarkeit des Temperaturgradienten und damit kürzere Reaktoren.
Eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Konverters sieht vor, dass der Reaktor nach einem Schleudergussverfahren aus Edelstahl gefertigt ist und die Innenwandung des Reaktors mit einem gegenüber Chlorsilanen, Wasserstoff und Chlorwasserstoff chemisch inerten Material ausgekleidet ist. Dadurch, dass der Reaktor nach dem Schleudergussverfahren aus Edelstahl gefertigt ist, ist der resultierende Edelstahl hochtemperaturbeständig und somit feuerfest im Sinne der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise ist der Reaktor röhrenförmig ausgeführt und mit einem röhrenförmigen Inertmaterial, beispielsweise einer Platinröhre ausgekleidet.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Innenwandung mit einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium, Rhenium, Iridium, Platinlegierungen, Palladiumlegierungen, Rheniumlegierungen und Iridiumlegierungen ausgekleidet. Vorzugsweise erfolgt die Auskleidung mit Platin oder einer Platinlegierung.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist die Innenwandung mit einem keramischen Material ausgekleidet, vorzugsweise mit Aluminiumoxid oder Siliziumoxid. Wie bereits oben erwähnt, kann grundsätzlich auch Siliziumcarbid als keramisches Material Verwendung finden, sofern dies zukünftig in hinreichender Qualität und ausreichender Länge zur Verfügung gestellt werden kann. Gegenwärtig ist dies jedoch nicht der Fall.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Konverters ist wenigstens ein Reaktor als Röhre mit einer Länge von mindestens 7 m ausgeführt. Auf diese Weise können infolge des entlang der Röhre herrschenden Temperaturgradienten in der Röhre auftretende Spannungen hinreichend über deren Länge hinweg verteilt werden. Die Röhre weist dabei vorzugsweise einen Durchmesser in einem Bereich von 10 mm bis 50 mm und besonders bevorzugt einen Durchmesser in einem Bereich von 10 mm bis 30 mm auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Konverter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mehrere als Röhren ausgeführte Reaktoren vorzusehen. Diese sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Konverters
2 Schematische Schnittdarstellung durch einen Reaktor eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Konverters
3 Reaktor eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Konverters in einer schematischen Schnittdarstellung
1 illustriert in einer schematischen Prinzipdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Konverters 1. Dieser Konverter 1 weist eine Feuerkammer 5 auf, welche beispielsweise aus hochtemperaturbeständigem Edelstahl gefertigt sein kann. Der dargestellte Konverter 1 weist drei von einem Eduktstrom 50 durchströmbare Reaktoren 3a, 3b, 3c auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 sind diese Reaktoren 3a, 3b, 3c als Platinröhren ausgeführt. Anstelle von Platin kann als Material auch Palladium, Rhenium oder Iridium vorgesehen sein oder Legierungen aus den genannten Metallen.
Die röhrenförmigen Reaktoren 3a, 3b, 3c sind in der Feuerkammer 5 parallel zueinander ausgerichtet. In der Feuerkammer 5 werden die Reaktoren 3a, 3b, 3c, und damit in den Reaktoren 3a, 3b, 3c befindliche Edukte, mittels Flammenquellen 7 erhitzt. Solche Flammenquellen 7 können beispielsweise durch Gas- oder Öldüsen gebildet sein. Die Flammenquellen 7 sind verteilt in der Feuerkammer außerhalb der Reaktoren 3a, 3b, 3c angeordnet, was in der 1 lediglich schematisch angedeutet ist. In der Praxis haben sich für die Reaktoren 3a, 3b, 3c Längen von mindestens 7 m und Durchmesser im Bereich von 10 mm bis 30 mm bewährt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die an den Innenwandungen 17 der Reaktoren 3a, 3b, 3c angeordnete Inertschicht gebildet durch den Reaktor selbst, da Platin gegenüber Chlorsilanen, Wasserstoff und Chlorwasserstoff chemisch inert ist. Ferner ist Platin feuerfest im Sinne der vorliegenden Erfindung, sodass dies auch auf Außenwandungen 19 der Reaktoren 3a, 3b, 3c zutrifft.
Wie in 1 schematisch dargestellt, kann der erfindungsgemäße Konverter 1 zur Durchführung eines dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Hierbei wird ein Eduktstrom 50, welcher ein Gasgemisch darstellt, welches zu hydrierendes Siliziumtetrachloridgas und Wasserstoffgas aufweist, in die Reaktoren 3a, 3b, 3c eingeleitet. Dies ist in 1 schematisch durch einen Pfeil angedeutet. In dem Konverter 1 werden die Bestandteile des Eduktstroms 50 mittels Flammen, welche dem Flammenquellen 7 entstammen auf Temperaturen im Bereich zwischen 500°C und 1800°C erhitzt. Dabei wird das in dem Eduktstrom 50 enthaltene Siliziumtetrachloridgas zum Teil zu Trichlorsilan hydriert, welches ebenfalls gasförmig ist. Da die Flammenquellen 7, wie oben beschreiben, außerhalb der Reaktoren 3a, 3b, 3c angeordnet sind, befinden sich auch die den Flammenquellen 7 entstammenden Flammen außerhalb der Reaktoren 3a, 3b, 3c und somit in deren Umgebung.
Der Eduktstrom 50 wird vorzugsweise unter einem Druck in einem Bereich zwischen 1 und 50 bar in die Reaktoren 3a, 3b, 3c eingeleitet. Im Zuge der teilweisen Umwandlung des Siliziumtetrachlorids in dem Konverter 1 wird aus dem Eduktstrom 50 ein heißer Produktstrom 52, welcher unter anderem das gewonnene Trichlorsilan enthält. Daneben enthält der heiße Produktstrom 52 nicht hydriertes Siliziumtetrachlorid, Wasserstoff und Chlorwasserstoff. Der heiße Produktstrom 52 tritt an einem unteren Ende des Konverters 1 aus den Reaktoren 3a, 3b, 3c aus und wird im Weiteren abgekühlt. Dabei wird der heiße Produktstrom 52 vorteilhafterweise innerhalb eines Zeitraums von weniger als einer Sekunde auf eine Temperatur von weniger als 700°C abgekühlt. Dies erfolgt vorzugsweise durch ein Abschrecken, häufig als Quenchen bezeichnet, des heißen Produktstroms 52 mit flüssigem Siliziumtetrachlorid 60, welches dem heißen Produktstrom 52 beigemengt wird. Hierbei kann, wie in 1 schematisch dargestellt, beispielsweise ein an sich bekannter Quenchtopf 27 Verwendung finden. Besonders bevorzugt wird der heiße Produktstrom 52 innerhalb des genannten Zeitraums auf eine Temperatur von weniger als 300°C abgekühlt. Im Ergebnis erhält man einen vorgekühlten Produktstrom 53, welcher unter anderem das durch Hydrierung gewonnene Trichlorsilan enthält.
Der durch Abschrecken vorgekühlte Produktstrom 53 wird im Weiteren einem Wärmetausche 9 zugeführt, in welchem dem vorgekühlten Produktstrom 53 Restwärme entzogen wird, sodass im Ergebnis ein kalter Produktstrom 54 vorliegt. Die mittels des Wärmestauschers 9 zurückgewonnene Wärme wird bevorzugt dazu verwendet, den Eduktstrom 50 vorzuheizen, ehe er in die Reaktoren 3a, 3b, 3c eingeleitet wird. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen werden, die zurückgewonnene Wärme zum Vorheizen von Verbrennungsluft zu verwenden, welche der Feuerkammer 5 zum Zwecke der Ausbildung von Flammen zugeführt wird. Diese Zuführung ist in 1 der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch einen Reaktor 13a eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Konverters. Ein solcher Reaktor 13a kann beispielsweise anstelle eines oder mehrerer der Reaktoren 3a, 3b, 3c in dem Konverter 1 aus 1 Verwendung finden. Der in 2 wiedergegebene Reaktor 13a ist nach einem Schleudergussverfahren aus Edelstahl gefertigt, welcher infolge dieses speziellen Gussverfahrens hochtemperaturbeständig und feuerfest im Sinne der vorliegenden Erfindung ist. Eine Innenwandung 17 des Reaktors 13a ist mit einem gegenüber Chlorsilanen, Wasserstoff und Chlorwasserstoff chemisch inerten Material ausgekleidet. Diese Auskleidung ist im Falle der 2 realisiert mittels einer Platinröhre 15, welche in dem röhrenförmigen Reaktor 13a angeordnet ist und diesen somit auskleidet.
Da der Platinröhre 15 keine tragende Eigenschaft zukommt, kann diese vergleichsweise dünnwandig ausgeführt sein. Anstelle der Platinröhre 15 kann beispielsweise auch eine Iridiumröhre oder eine Palladiumröhre vorgesehen sein. Daneben ist eine Röhre aus einem keramischen Material, beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliziumoxid grundsätzlich denkbar.
Eine Außenwandung 19 des Reaktors 13a ist im Ausführungsbeispiel der 2 aus dem hochtemperaturbeständigen, mit einem Schleudergussverfahren hergestellten Edelstahl gebildet und somit feuerfest im Sinne der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Schnitt durch einen Reaktor 23a eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Konverters. Dieser Konverter kann beispielsweise gebildet werden, indem anstatt einer oder mehrere der Reaktoren 3a, 3b, 3c in 1 der Reaktor 23a vorgesehen wird. Entsprechend dem Reaktor 13a aus 2 ist der Reaktor 23a mit einem Schleudergussverfahren aus Edelstahl hergestellt, sodass seine Außenwandung 19 wiederum feuerfest im Sinne der vorliegenden Erfindung ist. An der Innenwandung 17 des Reaktors 23a ist eine Keramikauskleidung 25 vorgesehen. Diese ist gebildet durch Beschichten der Innenwandung 17 mit einer Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliziumoxid. Die Keramikausbildung 25 stellt somit die an der Innenwandung 17 des Reaktors 23a angeordnete Inertschicht dar.
Bezugszeichenliste

1: Konverter
3a: Reaktor
3b: Reaktor
3c: Reaktor
5: Feuerkammer
7: Flammenquelle
9: Wärmetauscher
13a: Reaktor
15: Platinröhre
17: Innenwandung
19: Außenwandung
23a: Reaktor
25: Keramikauskleidung
27: Quenchtopf
50: Eduktstrom
52: heißer Produktstrom
53: vorgekühlter Produktstrom
54: kalter Produktstrom
60: flüssiges Siliziumtetrachlorid

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3024319 A1 [0004]
DE 4317905 C2 [0004]

Claims

Verfahren zur Hydrierung von Chlorsilanen, bei welchem ein Gasgemisch (50) aufweisend ein zu hydrierendes Chlorsilangas und Wasserstoffgas in einem Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) auf Temperaturen im Bereich zwischen 500°C und 1800°C erhitzt und in dieser Weise das Chlorsilangas wenigstens zum Teil hydriert wird, dadurch gekennzeichnet, zum Zwecke des Erhitzens des Gasgemisches (50) der Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) mittels wenigstens einer Flamme erhitzt wird, welche in einer Umgebung des Reaktors (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumtetrachlorid zu Trichlorsilan hydriert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Hydrierung gebildete Reaktionsprodukte (52) innerhalb eines Zeitraums von weniger als einer Sekunde auf eine Temperatur von weniger als 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von weniger als 300°C abgekühlt werden.
Konverter (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend – wenigstens einen durchströmbaren Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) und – eine an einer Innenwandung (17) des Reaktors (3a, 3b, 3c, 13a; 23a) angeordnete Inertschicht (15; 25), welche gegenüber Chlorsilanen, Wasserstoff und Chlorwasserstoff chemisch inert ist, gekennzeichnet durch – eine Feuerkammer (5), in welcher der wenigstens eine Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) zumindest teilweise angeordnet ist, – mindestens eine Flammenquelle (7), welche in der Feuerkammer (5) außerhalb des Reaktors (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) angeordnet ist und – dadurch, dass eine Außenwandung (19) des Reaktors (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) bis zu einer Temperatur von wenigstens 1800°C feuerfest ist.
Konverter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3a, 3b, 3c) gefertigt ist aus einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium, Rhenium, Iridium, Platinlegierungen, Palladiumlegierungen, Rheniumlegierungen sowie Iridiumlegierungen und die Inertschicht aus Reaktormaterial gebildet ist, wobei der Reaktor (3a, 3b, 3c) vorzugsweise aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt ist.
Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor gefertigt ist aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumoxid.
Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (13a; 23a) nach einem Schleudergussverfahren aus Edelstahl gefertigt ist und die Innenwandung (17) des Reaktors mit einem gegenüber Chlorsilanen, Wasserstoff und Chlorwasserstoff chemisch inerten Material (15, 25) ausgekleidet ist.
Konverter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (17) mit einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Palladium, Rhenium, Iridium, Platinlegierungen, Palladiumlegierungen, Rheniumlegierungen und Iridiumlegierungen ausgekleidet ist, vorzugsweise mit Platin (15) oder einer Platinlegierung.
Konverter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (17) mit einem keramischen Material (25) ausgekleidet ist, vorzugsweise mit Aluminiumoxid oder Siliziumoxid.
Konverter (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reaktor (3a, 3b, 3c; 13a; 23a) als Röhre mit einer Länge von mindestens 7 m ausgeführt ist, welche vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 10 mm bis 50 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 30 mm aufweist.
Konverter (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere als Röhren (3a, 3b, 3c) ausgeführte Reaktoren (3a, 3b, 3c) vorgesehen sind, welche vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind.