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JP2013112589A - Method and apparatus for producing trichlorosilane - Google Patents

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JP2013112589A
JP2013112589A JP2011262140A JP2011262140A JP2013112589A JP 2013112589 A JP2013112589 A JP 2013112589A JP 2011262140 A JP2011262140 A JP 2011262140A JP 2011262140 A JP2011262140 A JP 2011262140A JP 2013112589 A JP2013112589 A JP 2013112589A
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JP
Japan
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mixed gas
trichlorosilane
reaction
copper
reaction gas
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Pending
Application number
JP2011262140A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsutoshi Ikukawa
満敏 生川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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.)
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

【課題】銅系触媒を円滑に除去することができ、高純度のトリクロロシランを製造することができるトリクロロシランの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】銅系触媒の存在下で金属シリコンとテトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスを反応させてトリクロロシランを製造する方法であって、前記混合ガスを反応可能な温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱された前記混合ガスと前記金属シリコンとを反応させてトリクロロシランを含む反応ガスを生成する転化反応工程と、該反応ガス中に含まれる固形分を除去するダスト除去工程と、前記反応ガスと前記混合ガスとを熱交換させて、該混合ガスを前記加熱工程に送る熱交換工程と、前記熱交換工程により冷却された反応ガス中に析出した銅系触媒を除去する触媒除去工程とを備える。
【選択図】 図1
A trichlorosilane production method and production apparatus capable of smoothly removing a copper-based catalyst and producing high-purity trichlorosilane.
A method for producing trichlorosilane by reacting a mixed gas containing metal silicon, tetrachlorosilane, and hydrogen in the presence of a copper-based catalyst, the heating step for heating the mixed gas to a temperature at which the mixed gas can be reacted. A conversion reaction step of generating a reaction gas containing trichlorosilane by reacting the mixed gas heated by the heating step with the metal silicon; and a dust removal step of removing solids contained in the reaction gas. A heat exchanging step of exchanging heat between the reaction gas and the mixed gas and sending the mixed gas to the heating step; and a catalyst for removing a copper-based catalyst deposited in the reaction gas cooled by the heat exchanging step A removal step.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、テトラクロロシランをトリクロロシランに転換するトリクロロシランの製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for producing trichlorosilane, which converts tetrachlorosilane to trichlorosilane.

半導体材料に用いられる高純度多結晶シリコンは、トリクロロシラン(三塩化珪素:SiHCl:TCS)と水素とを混合して原料とし、この混合ガスを反応炉に導入して赤熱したシリコン棒に接触させ、高温下のトリクロロシランの水素還元や熱分解によってシリコン棒表面に多結晶シリコンを析出させる方法(シーメンス法)によって主に製造されている。
この多結晶シリコンの製造において、反応炉の排出ガスには、未反応のトリクロロシラン及び水素、副生成物のテトラクロロシラン(四塩化珪素:SiCl:STC)、塩化水素などが含まれている。このため、反応後の排出ガスからトリクロロシラン、テトラクロロシランを回収し、テトラクロロシランをトリクロロシランに転化して、シリコン析出の原料として再利用することが行われている。
High-purity polycrystalline silicon used as a semiconductor material is mixed with trichlorosilane (silicon trichloride: SiHCl 3 : TCS) and hydrogen as a raw material, and this mixed gas is introduced into a reaction furnace and brought into contact with a red hot silicon rod. And produced by the method (Siemens method) of depositing polycrystalline silicon on the surface of the silicon rod by hydrogen reduction or thermal decomposition of trichlorosilane at high temperature.
In the production of polycrystalline silicon, the reactor exhaust gas contains unreacted trichlorosilane and hydrogen, by-product tetrachlorosilane (silicon tetrachloride: SiCl 4 : STC), hydrogen chloride, and the like. For this reason, trichlorosilane and tetrachlorosilane are recovered from the exhaust gas after the reaction, and the tetrachlorosilane is converted to trichlorosilane and reused as a raw material for silicon deposition.

特許文献1では、珪素粒子(金属シリコン)、テトラクロロシランおよび水素を、銅シリサイドを含む触媒の存在下で、転化炉の流動層で、400〜700℃で反応させることにより、トリクロロシランに転化する技術が開示されている。転化炉に設けられる反応ガス排出管の途中には、微粒子回収サイクロン(サイクロン)が設置され、流動層中の微粒子を分離して反応ガス排出管により排出するように構成されている。   In Patent Document 1, silicon particles (metal silicon), tetrachlorosilane, and hydrogen are converted to trichlorosilane by reacting at 400 to 700 ° C. in a fluidized bed of a conversion furnace in the presence of a catalyst containing copper silicide. Technology is disclosed. In the middle of the reaction gas discharge pipe provided in the conversion furnace, a fine particle recovery cyclone (cyclone) is installed, and the fine particles in the fluidized bed are separated and discharged through the reaction gas discharge pipe.

特開平10−29813号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-29813

テトラクロロシランをトリクロロシランに転化する際に使用される触媒としては、例えば銅系触媒の塩化銅(CuCl)がある。この転化反応で生じたガス中には、生成されたトリクロロシランの他に、未反応微粉や金属シリコン中の不純物が反応して生成された金属塩化物やポリマー、金属触媒の塩化銅等が含まれており、このうち固形分はサイクロンで回収される。しかし、固形分であってもサイクロンの分級能よりも小さいものや、気体分は、サイクロンを通過して下流側に流れてしまう。
転化炉の下流には、トリクロロシランの純度を高める精製蒸留系が設けられるが、塩化銅が精製蒸留系に導入された場合には、循環ポンプの摩耗、閉塞トラブル等を引き起こすおそれがある。また、精製蒸留系の系内には、ポリマーが含有されており、そのポリマー処理液に含有している塩化銅の処理を行うことが必要になると、処理設備の規模が大きくなるという問題がある。
An example of a catalyst used for converting tetrachlorosilane to trichlorosilane is copper-based catalyst copper chloride (CuCl). The gas generated by this conversion reaction contains, in addition to the generated trichlorosilane, metal chlorides and polymers generated by the reaction of impurities in unreacted fine powder and metal silicon, and copper chloride as a metal catalyst. Of these, the solids are recovered with a cyclone. However, even the solid content is smaller than the cyclone classification ability or the gas content passes through the cyclone and flows downstream.
A purification distillation system for increasing the purity of trichlorosilane is provided downstream of the conversion furnace. However, when copper chloride is introduced into the purification distillation system, there is a risk of causing circulation pump wear, clogging troubles, and the like. In addition, the purification distillation system contains a polymer, and there is a problem that the scale of the treatment equipment increases when it is necessary to treat the copper chloride contained in the polymer treatment liquid. .

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、銅系触媒を円滑に除去することができ、高純度のトリクロロシランを製造することができるトリクロロシランの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, The copper-based catalyst can be removed smoothly and the manufacturing method and manufacturing apparatus of trichlorosilane which can manufacture a highly purified trichlorosilane are provided. For the purpose.

本発明のトリクロロシラン製造方法は、銅系触媒の存在下で金属シリコンとテトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスを反応させてトリクロロシランを製造する方法であって、前記混合ガスを反応可能な温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱された前記混合ガスと前記金属シリコンとを反応させてトリクロロシランを含む反応ガスを生成する転化反応工程と、該反応ガス中に含まれる固形分を除去するダスト除去工程と、前記反応ガスと前記混合ガスとを熱交換させて、該混合ガスを前記加熱工程に送る熱交換工程と、前記熱交換工程により冷却された反応ガス中に析出した銅系触媒を除去する触媒除去工程とを備えることを特徴とする。   The method for producing trichlorosilane of the present invention is a method for producing trichlorosilane by reacting a mixed gas containing metal silicon, tetrachlorosilane and hydrogen in the presence of a copper-based catalyst, wherein the mixed gas is brought to a temperature at which the mixed gas can be reacted. A heating step for heating, a conversion reaction step for generating a reaction gas containing trichlorosilane by reacting the mixed gas heated by the heating step with the metal silicon, and removing solids contained in the reaction gas A dust removal step, a heat exchange step of exchanging heat between the reaction gas and the mixed gas and sending the mixed gas to the heating step, and a copper system precipitated in the reaction gas cooled by the heat exchange step And a catalyst removal step for removing the catalyst.

この場合、トリクロロシランの製造に際し、テトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスの加熱においては、高温状態で転化炉から排出される反応ガスの温度を利用して熱交換を行うことにより、効率的な加熱を行うことができる。また一方で、熱交換を行うことにより、反応により生じたトリクロロシランを含む反応ガスの温度を低下させ、反応ガス中に含まれる銅系触媒を析出させることができ、ガス状の銅系触媒を固体状態で除去することができるので、その処理設備を小規模なものとすることができる。
このように、熱交換後の反応ガスを、精製蒸留系に導入する前に、銅系触媒を除去できるので、精製蒸留系での循環ポンプの摩耗、閉塞トラブル等を未然に防止することができる。
In this case, in the production of trichlorosilane, in the heating of the mixed gas containing tetrachlorosilane and hydrogen, efficient heating is performed by performing heat exchange using the temperature of the reaction gas discharged from the conversion furnace in a high temperature state. It can be performed. On the other hand, by performing heat exchange, the temperature of the reaction gas containing trichlorosilane generated by the reaction can be lowered, and the copper-based catalyst contained in the reaction gas can be precipitated. Since it can be removed in a solid state, the processing equipment can be made small.
As described above, since the copper catalyst can be removed before the reaction gas after heat exchange is introduced into the purification distillation system, it is possible to prevent the circulation pump from being worn or clogged in the purification distillation system. .

本発明のトリクロロシラン製造方法において、前記触媒除去工程は、焼結フィルター又は金属フィルター等のフィルターにより銅系触媒を捕捉することができる。
熱交換工程により、反応ガス中に含まれる銅系触媒を固化させているので、フィルターにより簡単に除去することができる。
In the method for producing trichlorosilane of the present invention, in the catalyst removal step, the copper-based catalyst can be captured by a filter such as a sintered filter or a metal filter.
Since the copper catalyst contained in the reaction gas is solidified by the heat exchange step, it can be easily removed by a filter.

本発明のトリクロロシラン製造装置は、銅系触媒の存在下で金属シリコンとテトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスを反応させてトリクロロシランを製造する装置であって、前記混合ガスを反応可能な温度に加熱する加熱器と、前記加熱器で加熱された前記混合ガスと前記金属シリコンとを反応させてトリクロロシランを含む反応ガスを生成する転化炉と、前記転化炉から導出される反応ガス中に含まれる固形分を除去するダスト除去器と、前記ダスト除去器を経由した反応ガスを前記加熱器に供給される前の混合ガスと熱交換する熱交換器と、該混合ガスと熱交換された反応ガス中に含まれる銅系触媒を除去するフィルターとを備えることを特徴とする。   The trichlorosilane production apparatus of the present invention is an apparatus for producing trichlorosilane by reacting a mixed gas containing metal silicon, tetrachlorosilane and hydrogen in the presence of a copper-based catalyst, wherein the mixed gas is brought to a temperature at which the mixed gas can be reacted. Included in a heater for heating, a conversion furnace for generating a reaction gas containing trichlorosilane by reacting the mixed gas heated by the heater and the metal silicon, and a reaction gas derived from the conversion furnace A dust remover that removes the solid content, a heat exchanger that exchanges heat with the mixed gas before the reaction gas that has passed through the dust remover is supplied to the heater, and a reaction that exchanges heat with the mixed gas And a filter that removes the copper-based catalyst contained in the gas.

本発明によれば、反応ガスと混合ガスとの熱交換を行うことにより、効率的に混合ガスを加熱できるとともに、小規模な処理設備で銅系触媒を円滑に除去することができ、高純度のトリクロロシランを製造することができる。   According to the present invention, by performing heat exchange between the reaction gas and the mixed gas, the mixed gas can be efficiently heated, and the copper-based catalyst can be removed smoothly with a small-scale processing facility. Of trichlorosilane can be produced.

本発明の実施形態のトリクロロシランの製造方法を実施するための装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the apparatus for enforcing the manufacturing method of the trichlorosilane of embodiment of this invention.

以下、本発明のトリクロロシランの製造方法及び製造装置の実施形態について説明する。
図1は、トリクロロシラン製造装置の全体の概略構成を示しており、図中、トリクロロシランはTCS、テトラクロロシランはSTC、金属シリコンはSi、水素はH、銅系触媒の塩化銅はCuClとして表記している。
Hereinafter, embodiments of the method and apparatus for producing trichlorosilane of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a trichlorosilane production apparatus. In the figure, trichlorosilane is TCS, tetrachlorosilane is STC, metal silicon is Si, hydrogen is H 2 , and copper-based catalyst copper chloride is CuCl. It is written.

トリクロロシラン製造装置1は、テトラクロロシランを金属シリコン、水素と反応させて、トリクロロシランを含むクロロシラン類を生成する転化炉2と、テトラクロロシランおよび水素の混合ガスを加熱して転化炉2に供給する加熱器3と、転化炉2から導出される反応ガス中に含まれる固形分を除去するダスト除去器4と、ダスト除去器4を経由した反応ガスが加熱器3に供給される前の混合ガスと熱交換される熱交換器5と、混合ガスと熱交換された反応ガス中に含まれる銅系触媒等の固形分を除去するフィルター8と、トリクロロシランを蒸留によって精製する精製蒸留系9とを備えている。   The trichlorosilane production apparatus 1 reacts tetrachlorosilane with metal silicon and hydrogen to produce chlorosilanes containing trichlorosilane, and heats and supplies a mixed gas of tetrachlorosilane and hydrogen to the conversion furnace 2. A heater 3, a dust remover 4 that removes solids contained in the reaction gas derived from the conversion furnace 2, and a mixed gas before the reaction gas that has passed through the dust remover 4 is supplied to the heater 3 A heat exchanger 5 that exchanges heat with the mixed gas, a filter 8 that removes solids such as a copper catalyst contained in the reaction gas exchanged with the mixed gas, and a purified distillation system 9 that purifies trichlorosilane by distillation. It has.

転化炉2に供給される金属シリコンは、粒状をなしており、転化炉2は、この金属シリコンと水素、テトラクロロシランを流動層によって反応させる構成である。転化炉2内の反応は吸熱反応であり、水素およびテトラクロロシランは、事前に加熱器3により加熱された状態で供給される。   The metal silicon supplied to the conversion furnace 2 is in the form of particles, and the conversion furnace 2 is configured to react this metal silicon with hydrogen and tetrachlorosilane by a fluidized bed. The reaction in the conversion furnace 2 is an endothermic reaction, and hydrogen and tetrachlorosilane are supplied in a state heated in advance by the heater 3.

加熱器3は、熱交換器5を経由して加熱された状態の混合ガスをさらに加熱して、混合ガスが反応可能な温度に加熱する。図示例では、加熱器3は、加熱部31と事前転化反応部32とで構成されており、加熱部31は、熱交換器5を経由して加熱された状態の混合ガスを、その混合ガスの反応温度以下まで加熱し、事前転化反応部32は、加熱部31により加熱された混合ガスをさらに加熱して、混合ガスが反応可能な温度に加熱する構成とされる。
また、加熱部31は、金属製の電気ヒーター(金属製ヒーターという)により混合ガスを約400℃まで加熱する構成とされ、事前転化反応部32は、内部にカーボン製ヒーターが備えられており、600℃〜850℃の高温に発熱したカーボン製ヒーターに混合ガスを接触させることにより、速やかに混合ガスを反応可能な580℃以上の温度に加熱する構成とされる。
The heater 3 further heats the mixed gas heated via the heat exchanger 5 to a temperature at which the mixed gas can react. In the illustrated example, the heater 3 includes a heating unit 31 and a pre-conversion reaction unit 32, and the heating unit 31 converts the mixed gas heated through the heat exchanger 5 into the mixed gas. The pre-conversion reaction unit 32 is configured to further heat the mixed gas heated by the heating unit 31 to a temperature at which the mixed gas can react.
The heating unit 31 is configured to heat the mixed gas to about 400 ° C. with a metal electric heater (referred to as a metal heater), and the pre-conversion reaction unit 32 includes a carbon heater inside. By bringing the mixed gas into contact with a carbon heater that has generated heat at a high temperature of 600 ° C. to 850 ° C., the mixed gas is rapidly heated to a temperature of 580 ° C. or higher at which the mixed gas can react.

ダスト除去器4は、サイクロン等により構成されており、転化炉2から導出される高温の反応ガス中に含まれる金属シリコン粉末等の固形分と、気体分とを分離して、熱交換器5導入前に反応ガス中の固形分を除去する構成とされる。
熱交換器5は、反応ガスの温度を利用し、加熱器3に供給される前の混合ガスを加熱する構成とされ、高温(約550℃)の反応ガスと、低温(約150℃)の混合ガスとの熱交換を行うことにより、混合ガスを加熱し、反応ガスを冷却するものである。
フィルター8は、焼結フィルター又は金属フィルター等のフィルターにより構成されており、熱交換器5を経由することにより反応ガス中に析出した銅系触媒の塩化銅を含む不純物を取り除く構成とされる。
精製蒸留系9は、転化反応後のトリクロロシランを含む反応ガスを冷却して凝縮した後、その凝縮液を蒸留することによりテトラクロロシラン及びトリクロロシランを精製する構成とされる。
なお、図1に示す符号6は金属シリコンの乾燥器、符号7は金属シリコンと後述する銅系触媒の塩化銅とを混合するホッパーである。
The dust remover 4 is composed of a cyclone or the like, and separates the solid content such as metal silicon powder contained in the high-temperature reaction gas led out from the conversion furnace 2 from the gas content, and the heat exchanger 5 The solid content in the reaction gas is removed before the introduction.
The heat exchanger 5 is configured to heat the mixed gas before being supplied to the heater 3 by using the temperature of the reaction gas. The heat exchanger 5 has a high temperature (about 550 ° C.) and a low temperature (about 150 ° C.). By performing heat exchange with the mixed gas, the mixed gas is heated and the reaction gas is cooled.
The filter 8 is configured by a filter such as a sintered filter or a metal filter, and is configured to remove impurities including copper chloride of the copper-based catalyst deposited in the reaction gas through the heat exchanger 5.
The purification distillation system 9 is configured to purify tetrachlorosilane and trichlorosilane by cooling and condensing the reaction gas containing trichlorosilane after the conversion reaction, and then distilling the condensed liquid.
Reference numeral 6 shown in FIG. 1 is a metallic silicon drier, and reference numeral 7 is a hopper that mixes metallic silicon and copper chloride, which will be described later.

次に、このトリクロロシラン製造装置1によりトリクロロシランを製造する方法について説明する。
原料としては、金属シリコン、テトラクロロシラン、水素が用いられる。金属シリコンは珪石(SiO)を精錬して、純度98%程度にした粒状のシリコンである。
これらのうち、テトラクロロシランと水素との混合ガスを、転化炉2に供給する前に加熱する。まず、これらテトラクロロシランと水素との混合ガスは、熱交換器5で、転化炉2で生成される高温(約550℃)の反応ガスと熱交換され、約400℃まで加熱される。一方、反応ガスは、この熱交換により約300℃に冷却される(熱交換工程)。
その後、混合ガスは、加熱器3の加熱部31で約400℃に加熱され、次の事前転化反応部32のカーボン製ヒーターにより速やかに580℃以上に加熱される(加熱工程)。このとき、混合ガスは、以下の反応式(1)によって一部が反応する。
SiCl+H → SiHCl+HCl …(1)
Next, a method for producing trichlorosilane using the trichlorosilane production apparatus 1 will be described.
As a raw material, metallic silicon, tetrachlorosilane, or hydrogen is used. Metallic silicon is granular silicon made by refining silica (SiO 2 ) to a purity of about 98%.
Of these, a mixed gas of tetrachlorosilane and hydrogen is heated before being supplied to the conversion furnace 2. First, the mixed gas of these tetrachlorosilane and hydrogen is heat-exchanged with the high temperature (about 550 degreeC) reaction gas produced | generated by the converter 2 with the heat exchanger 5, and is heated to about 400 degreeC. On the other hand, the reaction gas is cooled to about 300 ° C. by this heat exchange (heat exchange step).
Thereafter, the mixed gas is heated to about 400 ° C. by the heating unit 31 of the heater 3 and quickly heated to 580 ° C. or more by the carbon heater of the next pre-conversion reaction unit 32 (heating step). At this time, a part of the mixed gas reacts according to the following reaction formula (1).
SiCl 4 + H 2 → SiHCl 3 + HCl (1)

一方、転化炉2内には金属シリコンと反応触媒が供給され、流動層を形成しており、加熱された混合ガスが転化炉2に供給されると、これらが反応してトリクロロシランを含む反応ガスが生成される(転化反応工程)。この場合、反応触媒として塩化銅(CuCl)などの銅系触媒が用いられる。このとき、トリクロロシランは、以下の反応式(2)により生成される。
Si+3HCl → SiHCl+H …(2)
On the other hand, metallic silicon and a reaction catalyst are supplied into the conversion furnace 2 to form a fluidized bed, and when the heated mixed gas is supplied to the conversion furnace 2, they react to contain trichlorosilane. Gas is generated (conversion reaction step). In this case, a copper-based catalyst such as copper chloride (CuCl) is used as the reaction catalyst. At this time, trichlorosilane is produced by the following reaction formula (2).
Si + 3HCl → SiHCl 3 + H 2 (2)

なお、加熱工程で発生した塩化水素(HCl)も、金属シリコン(Si)と反応してトリクロロシランが生成される(反応式(3))。
Si+3SiCl+2H → 4SiHCl …(3)
Note that hydrogen chloride (HCl) generated in the heating process also reacts with metal silicon (Si) to generate trichlorosilane (reaction formula (3)).
Si + 3SiCl 4 + 2H 2 → 4SiHCl 3 (3)

前述したように、転化反応工程で生成される反応ガスには、トリクロロシランの他に、未反応のテトラクロロシラン、水素が含まれているとともに、金属シリコンの微粉や金属シリコン中の不純物(Fe、Al、Ti、Ni等)が反応して生成された金属塩化物および高次塩化珪素化合物からなるポリマー、銅系触媒の塩化銅が含まれる。この転化炉2から導出された反応ガス中において、塩化銅は、金属シリコンと結合した固形分と、ガス状の気体分として含まれている。このうち、反応ガス中に含まれる金属シリコン粉末や塩化銅等の固形分は、その大部分がダスト除去器4で除去される(ダスト除去工程)。   As described above, the reaction gas generated in the conversion reaction step contains, in addition to trichlorosilane, unreacted tetrachlorosilane and hydrogen, as well as fine metal silicon powder and impurities (Fe, Al, Ti, Ni, etc.) are reacted to form a metal chloride and a polymer composed of a higher-order silicon chloride compound, and copper-based catalyst copper chloride. In the reaction gas derived from the conversion furnace 2, copper chloride is contained as a solid component combined with metallic silicon and a gaseous component. Of these, most of the solids such as metal silicon powder and copper chloride contained in the reaction gas are removed by the dust remover 4 (dust removal step).

そして、ダスト除去器4を経由した反応ガスは、熱交換器5に送られて混合ガスと熱交換され、約300℃に冷却される。これにより、反応ガス中に含まれる銅系触媒の塩化銅を含む不純物が析出する。この析出した固形の塩化銅を含む不純物は、フィルター8により除去される(触媒除去工程)。
その後、フィルター8を経由した反応ガスは精製蒸留系9に送られる。反応ガスは、精製蒸留系9で冷却されて凝縮液とされ、その凝縮液を蒸留することによりテトラクロロシラン及びトリクロロシランが精製され、トリクロロシランの純度が高められる。
Then, the reaction gas that has passed through the dust remover 4 is sent to the heat exchanger 5 to exchange heat with the mixed gas, and is cooled to about 300 ° C. Thereby, the impurity containing the copper catalyst of the copper catalyst contained in the reaction gas is deposited. The impurities containing the precipitated solid copper chloride are removed by the filter 8 (catalyst removal step).
Thereafter, the reaction gas passing through the filter 8 is sent to the purification distillation system 9. The reaction gas is cooled in the purification distillation system 9 to be a condensed liquid, and the condensed liquid is distilled to purify tetrachlorosilane and trichlorosilane, thereby increasing the purity of trichlorosilane.

上述したように、本実施形態のトリクロロシラン製造装置1においては、転化炉2から導出される高温状態の反応ガスの温度を利用して、テトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスと熱交換することにより、混合ガスを効率的に加熱することができる。
また、転化炉2から導出される反応ガスは、熱交換器5への導入前に、予めダスト除去器4において反応ガス中に含まれる大部分の固形分が除去されるが、ダスト除去器4で捕捉できなかった微細な固形分や、ガス状の塩化銅等は下流側に流れる。このダスト除去器4を通過した反応ガスは、次の熱交換器5でテトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスと熱交換されることにより温度が低下し、反応ガス中に含まれるガス状の塩化銅を析出させて固体状態とすることができる。そして、固体状態となった塩化銅を含む不純物は、ダスト除去器4を通過した微細な固形分とともに、フィルター8で除去することができる。塩化銅は固体状態とされているので、その後の処理も小規模なものとすることができる。
そして、このフィルター8を通過した反応ガスは、トリクロロシランの純度が高められており、次の精製蒸留系9により、高純度のトリクロロシランを精製することができる。
このように、本発明によれば、精製蒸留系9に流入する前に銅系触媒を除去できるので、循環ポンプの摩耗、閉塞トラブル等を未然に防止することができるとともに、高純度のトリクロロシランを製造することができる。
As described above, in the trichlorosilane production apparatus 1 of the present embodiment, heat exchange with a mixed gas containing tetrachlorosilane and hydrogen is performed using the temperature of the high-temperature reaction gas derived from the conversion furnace 2. The mixed gas can be heated efficiently.
In addition, the reaction gas derived from the conversion furnace 2 is previously removed from the solid gas in the reaction gas in the dust remover 4 before being introduced into the heat exchanger 5. Fine solids that could not be trapped by gas, gaseous copper chloride, etc. flow downstream. The reaction gas that has passed through the dust remover 4 undergoes heat exchange with a mixed gas containing tetrachlorosilane and hydrogen in the next heat exchanger 5, so that the temperature decreases, and gaseous copper chloride contained in the reaction gas. Can be deposited into a solid state. Then, impurities including copper chloride in a solid state can be removed by the filter 8 together with the fine solid content that has passed through the dust remover 4. Since copper chloride is in a solid state, the subsequent treatment can be made small.
The reaction gas that has passed through the filter 8 has increased purity of trichlorosilane, and high purity trichlorosilane can be purified by the following purification distillation system 9.
As described above, according to the present invention, the copper-based catalyst can be removed before flowing into the purification distillation system 9, so that it is possible to prevent the circulation pump from being worn, clogged, and the like, and high purity trichlorosilane. Can be manufactured.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態のトリクロロシラン製造装置においては、金属シリコンを、転化炉への導入前に乾燥器を通して乾燥させているが、乾燥させた後に、さらに加熱する工程を設けてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the trichlorosilane production apparatus of the above embodiment, the metal silicon is dried through a drier before being introduced into the conversion furnace. However, a step of further heating after the drying may be provided.

1 トリクロロシラン製造装置
2 転化炉
3 加熱器
4 ダスト除去器
5 熱交換器
6 乾燥器
7 ホッパー
8 フィルター
9 精製蒸留系
31 加熱部
32 事前転化反応部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Trichlorosilane manufacturing apparatus 2 Conversion furnace 3 Heater 4 Dust removal device 5 Heat exchanger 6 Dryer 7 Hopper 8 Filter 9 Purification distillation system 31 Heating part 32 Pre-conversion reaction part

Claims (3)

銅系触媒の存在下で金属シリコンとテトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスを反応させてトリクロロシランを製造する方法であって、前記混合ガスを反応可能な温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱された前記混合ガスと前記金属シリコンとを反応させてトリクロロシランを含む反応ガスを生成する転化反応工程と、該反応ガス中に含まれる固形分を除去するダスト除去工程と、前記反応ガスと前記混合ガスとを熱交換させて、該混合ガスを前記加熱工程に送る熱交換工程と、前記熱交換工程により冷却された反応ガス中に析出した銅系触媒を除去する触媒除去工程とを備えることを特徴とするトリクロロシラン製造方法。   A method for producing trichlorosilane by reacting a mixed gas containing metal silicon, tetrachlorosilane, and hydrogen in the presence of a copper-based catalyst, the heating step heating the mixed gas to a reactable temperature, and the heating step A conversion reaction step of generating a reaction gas containing trichlorosilane by reacting the mixed gas heated with the metal silicon, a dust removal step of removing solids contained in the reaction gas, and the reaction gas A heat exchange step of exchanging heat with the mixed gas and sending the mixed gas to the heating step; and a catalyst removal step of removing the copper-based catalyst deposited in the reaction gas cooled by the heat exchange step. A method for producing trichlorosilane, comprising: 前記触媒除去工程は、焼結フィルター又は金属フィルター等のフィルターにより銅系触媒を捕捉して行われることを特徴とする請求項1記載のトリクロロシラン製造方法。   The method for producing trichlorosilane according to claim 1, wherein the catalyst removing step is performed by capturing the copper catalyst with a filter such as a sintered filter or a metal filter. 銅系触媒の存在下で金属シリコンとテトラクロロシランおよび水素を含む混合ガスを反応させてトリクロロシランを製造する装置であって、前記混合ガスを反応可能な温度に加熱する加熱器と、前記加熱器で加熱された前記混合ガスと前記金属シリコンとを反応させてトリクロロシランを含む反応ガスを生成する転化炉と、前記転化炉から導出される反応ガス中に含まれる固形分を除去するダスト除去器と、前記ダスト除去器を経由した反応ガスを前記加熱器に供給される前の混合ガスと熱交換する熱交換器と、該混合ガスと熱交換された反応ガス中に含まれる銅系触媒を除去するフィルターとを備えることを特徴とするトリクロロシラン製造装置。   An apparatus for producing trichlorosilane by reacting a mixed gas containing metal silicon, tetrachlorosilane and hydrogen in the presence of a copper-based catalyst, the heater for heating the mixed gas to a temperature capable of reacting, and the heater A conversion furnace for generating a reaction gas containing trichlorosilane by reacting the mixed gas heated with metal with the metal silicon, and a dust remover for removing solids contained in the reaction gas derived from the conversion furnace A heat exchanger for exchanging heat with the mixed gas before being supplied to the heater, and a copper catalyst contained in the reaction gas heat-exchanged with the mixed gas. An apparatus for producing trichlorosilane, comprising a filter to be removed.
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