METHOD FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE SILICON GRANULES

• Main Authors: HERTLEIN, Harald, GOTTANKA, Michael, KÖNINGER, Benedikt
• Format: Patent
• Language: English; French; German
• Published: 20.01.2022
• Subjects: CHEMISTRY; COMPOUNDS THEREOF; INORGANIC CHEMISTRY; METALLURGY; NON-METALLIC ELEMENTS

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumgranulat in einem Wirbelschichtreaktor, wobei in einem Wirbelschichtbereich kontinuierlich zugeführte Keimpartikel mittels einer Gasströmung in einer Wirbelschicht fluidisiert werden, wobei der Wirbelschichtbereich mit einer Heizvorrichtung geheizt wird, wobei durch Zufuhr eines Wasserstoff und Silan und/oder Halogensilan enthaltenden Zugasstroms elementares Silicium an den Keimpartikeln unter Bildung des polykristallinen Siliciumgranulats abgeschieden wird, und wobei in einem kontinuierlichen Prozess das Siliciumgranulat als Produktstrom aus dem Wirbelschichtreaktor abgeführt wird, wobei als Regelgröße die Temperatur der Wirbelschicht T WS als Temperatur T Abgas,WS eines Abgasstroms aus dem Wirbelschichtbereich (Formel (I)) mittels der Stoff- und Energiebilanz eines Bilanzraums I und/oder eines Bilanzraums II bestimmt wird. Der Bilanzraum I setzt sich zusammen aus der - Enthalpie (Formel (II)) des Zugasstroms (Formel (III)), - Enthalpie (Formel (IV)) eines Keimpartikelstroms in den Wirbelschichtbereich (Formel (V)), - Enthalpie (Formel (VI)) des Produktstroms (Formel (VII)), - Enthalpie (Formel (VIII)) des Abgasmassenstroms aus dem Wirbelschichtbereich (Formel (IX)), - Reaktionsenthalpie Δ 11 Η 23 , - Heizleistung der Heizvorrichtung Q 20 , - Energieabfuhr aus dem Reaktor im Wirbelschichtbereich Q 24 ; und die Enthalpie des Abgasstroms (Formel (VIII)) für den Bilanzraum I ergibt sich aus der Gleichung (Formel (IX)). Der Bilanzraum II setzt sich zusammen aus der Enthalpie (Formel (IV)) des Keimpartikelstroms in den Wirbelschichtbereich (Formel (V)), - Enthalpie (Formel (X)) des Keimpartikelstroms in den Reaktor (Formel (XI)), - Enthalpie (Formel (VIII)) des Abgasmassenstroms aus dem Wirbelschichtbereich (Formel (I)), - Enthalpie (Formel (XII)) eines Abgasstroms aus dem Reaktor (Formel (XIII)), - Energieabfuhr aus dem Reaktor im Bereich oberhalb der Wirbelschicht Q 25 und die Enthalpie (Formel (VIII)) des Abgasstroms für den Bilanzraum II ergibt sich aus der Gleichung (Formel (XIV)). Die Temperatur der Wirbelschicht T WS ergibt sich aus der Gleichung (Formel (XV)) mit (Formel (I)) = Abgasmassenstrom, C p,22 = Wärmekapazität des Abgasstroms, wobei in Abhängigkeit von T WS zumindest die Heizleistung Q 20 als Stellgröße derart gesteuert wird, dass Q 20 in einem Bereich von 0,5 bis 3 kW pro Kilogramm Silicium in der Wirbelschicht liegt. The invention relates to a method for producing silicon granules in a fluidised-bed reactor, wherein, in a fluidised-bed reactor, continuously supplied seed particles are fluidised by a gas flow in a fluidised bed, wherein the fluidised bed region is heated with a heating device, wherein elementary silicon is deposited onto the seed particles, forming the polycrystalline silicon granules, by supplying a hydrogen- and silane- and/or halogen silane-containing supply gas flow, and wherein the silicon granules are discharged from the fluidised-bed reactor as a product flow in a continuous process, wherein, as a control variable, the temperature of the fluidised bed T WS is determined as the temperature T Abgas,WS of an exhaust gas flow from the fluidised bed region (formula (I)) by means of the material and energy balance of a balance area I and/or a balance area II. The balance area I is made up of: the enthalpy (formula (II)) of the supply gas flow (formula (III)); the enthalpy (formula (IV)) of a seed particle flow into the fluidised bed region (formula (V)); the enthalpy (formula (VI)) of the product flow (formula (VII)); the enthalpy (formula (VIII)) of the exhaust gas mass flow from the fluidised bed region (formula (IX)); the reaction enthalpy Δ 11 Η 23 ; heating power of the heating device Q 20 ; energy dissipation from the reactor in the fluidised bed region Q 24 ; and the enthalpy of the exhaust gas flow (formula (VIII)) for the balance area I comes from the equation (formula (IX)). The balance area II is made up of: the enthalpy (formula (IV) of the seed particle flow into the fluidised bed region (formula (V)); the enthalpy (formula (X)) of the seed particle flow into the reactor (formula (XI)); the enthalpy (formula (VIII)) of the exhaust gas mass flow from the fluidised bed region (formula (I)); the enthalpy (formula (XII)) of an exhaust gas flow from the reactor (formula (XIII)); energy dissipation from the reactor in the region above the fluidised bed Q 25 ; and the enthalpy (formula (VIII)) of the exhaust gas flow for the balance area II comes from the equation (formula (XIV)). The temperature of the fluidised bed T WS comes from the equation (formula (XV)) where (formula (I)) = exhaust gas mass flow, C p,22 = heat capacity of the exhaust gas flow, wherein, according to T WS , at least the heating power Q 20 is controlled as the control variable in such a way that Q 20 is present in the fluidised bed in a range from 0.5 to 3 kW per kilogram of silicon. L'invention concerne une méthode de production de granulés de silicium dans un réacteur à lit fluidisé, dans un réacteur à lit fluidisé, des particules germes alimentées en continu étant fluidisées par un flux de gaz dans un lit fluidisé, la région de lit fluidisé étant chauffée au moyen d'un dispositif de chauffage, le silicium élémentaire étant déposé sur les particules germes, formant les granulés de silicium polycristallin, par apport d'un flux de gaz d'alimentation contenant de l'hydrogène et du silane et/ou du silane halogéné, et les granulés de silicium étant évacués du réacteur à lit fluidisé en tant que flux de produit dans un processus continu, en tant que variable de contrôle, la température du lit fluidisé T WS étant déterminée en tant que température T Abgas,WS d'un flux de gaz d'échappement provenant de la région de lit fluidisé (formule (I)) au moyen du matériau et de l'équilibre énergétique d'une zone d'équilibre I et/ou d'une zone d'équilibre II. La zone d'équilibre I est constituée de : l'enthalpie (formule (II)) du flux de gaz d'alimentation (formule (III)) ; l'enthalpie (formule (IV)) d'un flux de particules germes dans la région de lit fluidisé (formule (V)) ; l'enthalpie (formule (VI)) du flux de produit (formule (VII)) ; l'enthalpie (formule (VIII)) du flux massique de gaz d'échappement depuis la région de lit fluidisé (formule (IX)) ; l'enthalpie de réaction Δ 11 Η 23 ; la puissance de chauffage du dispositif de chauffage Q 20 ; la dissipation d'énergie du réacteur dans la région de lit fluidisé Q 24 ; et l'enthalpie du flux de gaz d'échappement (formule (VIII)) pour la zone d'équilibre I provient de l'équation (formule (IX)). La zone d'équilibre II est constituée de : l'enthalpie (formule (IV) du flux de particules germes dans la région de lit fluidisé (formule (V)) ; l'enthalpie (formule (X)) du flux de particules germes dans le réacteur (formule (XI)) ; l'enthalpie (formule (VIII)) du flux massique de gaz d'échappement depuis la région de lit fluidisé (formule (I)) ; l'enthalpie (formule (XII)) d'un flux de gaz d'échappement provenant du réacteur (formule (XIII)) ; la dissipation d'énergie du réacteur dans la région au-dessus du lit fluidisé Q 25 ; et l'enthalpie (formule (VIII)) du flux de gaz d'échappement pour la zone d'équilibre II provient de l'équation (formule (XIV)). La température du lit fluidisé T WS provient de l'équation (formule (XV)) où (formule (I)) = flux massique de gaz d'échappement, C p,22 = capacité thermique du flux de gaz d'échappement, selon T WS , au moins la puissance thermique Q 20 étant contrôlée en tant que variable de contrôle de telle sorte que Q 20 est présent dans le lit fluidisé dans une plage de 0,5 à 3 kW par kilogramme de silicium.