(57)【要約】【課題】トリクロロシランの分解とポリマーの生成を効果的に抑制し、トリクロロシランの回収率が高いトリクロロシランの製造装置および製造方法を提供する。【解決手段】トリクロロシランの製造装置１０は、テトラクロロシランと水素とを含む原料ガスを転換反応させて反応生成ガスを生成する転換炉２０と、転換炉２０から反応生成ガスを供給され、この反応生成ガスを冷却してトリクロロシランを含む反応生成物を回収する冷却器３０とを備え、冷却器３０には、反応生成ガスを冷却する冷却液を噴霧するノズル４０，４２が２以上備えられ、これらノズル４０，４２は冷却液の平均液滴径が異なるものを有し、その噴霧量がそれぞれ調整可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラクロロシランと水素とを含む原料ガスを転換反応させて反応生成ガスを生成する転換炉と、
前記転換炉から前記反応生成ガスを供給され、この反応生成ガスを冷却してトリクロロシランを含む反応生成物を回収する冷却器とを備え、
前記冷却器には、前記反応生成ガスを冷却する冷却液を噴霧するノズルが２以上備えられ、これらノズルは前記冷却液の平均液滴径が異なるものを有し、その噴霧量がそれぞれ調整可能であることを特徴とするトリクロロシランの製造装置。
【請求項２】
前記反応生成物の温度を測定する温度センサと、
前記各ノズルの各噴霧量を個別に制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のトリクロロシランの製造装置。
【請求項３】
前記反応生成物の組成を分析する組成分析部と、
前記各ノズルの各噴霧量を個別に制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のトリクロロシランの製造装置。
【請求項４】
テトラクロロシランと水素とを含む原料ガスを転換反応させて反応生成ガスを生成する転換工程と、この反応生成ガスを冷却してトリクロロシランを含む反応生成物を回収する冷却工程とを有するトリクロロシランの製造方法において、
前記冷却工程において、冷却液の平均液滴径の異なる２以上のノズルからそれぞれの噴霧量を調整しながら前記冷却液を噴霧することにより、前記反応生成ガスの冷却速度を調整することを特徴とするトリクロロシランの製造方法。
【請求項５】
前記冷却工程において、前記反応生成物の温度を測定し、その温度に応じて前記冷却液の各噴霧量を調整することを特徴とする請求項４に記載のトリクロロシランの製造方法。
【請求項６】
前記冷却工程によって得られた前記反応生成物の組成を分析し、その分析結果に基づいて前記冷却液の各噴霧量を調整することを特徴とする請求項４または５に記載のトリクロロシランの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高純度の多結晶シリコン（Ｓｉ）は、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4）を水素と反応させる転換反応（式（１））等により製造される高純度のトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）を原料として、トリクロロシランの水素還元反応（式（２））および熱分解反応（式（３））により製造される。
【０００３】
ＳｉＣｌ4＋Ｈ2→ＳｉＨＣｌ3＋ＨＣｌ         …（１）
ＳｉＨＣｌ3＋Ｈ2→Ｓｉ＋３ＨＣｌ            …（２）
４ＳｉＨＣｌ3→Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ4＋２Ｈ2     …（３）
【０００４】
式（１）のような反応によりトリクロロシランを製造する装置として、たとえば特許文献１に記載のような転換反応装置が知られている。この転換反応装置は、反応室（転換炉）で生成した反応生成ガスに含まれるトリクロロシランを回収する装置であって、発熱体に囲まれた反応室は、同心配置の２つの管によって形成された外室と内室との二重室を有する二重室となっている。この反応室には、その下部に設けられた熱交換器を介して、反応室に水素とテトラクロロシランとを供給する原料ガス供給管路と、反応室から反応生成ガスを排出する排出管路とが接続されている。この熱交換器において、反応室に供給される原料ガスと反応室から排出される反応生成ガスとの間で熱交換が行われ、原料ガスが予熱されるとともに反応生成ガスが冷却される。
【０００５】
また、テトラクロロシランと水素とを反応室に導入して６００℃〜１２００℃の温度で転換反応させることによって、トリクロロシランと塩化水素とを含む反応生成ガスを得るとともに、反応室から導出されたこの反応生成ガスをたとえば１秒以内に３００℃以下にまで達する冷却速度で急冷することが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７８１４３９号公報
【特許文献２】特公昭５７−３８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のトリクロロシランの製造装置では、反応室下部の熱交換器において、原料ガスとの熱交換により反応生成ガスが冷却される。この反応生成ガスが冷却される過程で冷却速度が遅すぎると、式（１）の逆反応（式（４））が生じ、トリクロロシランへの転換率が低下する。
【０００８】
これに対して、特許文献２に記載されているように、反応生成ガスを３００℃以下の温度範囲まで１秒以下で急冷することにより、式（４）の反応を抑制することができる。しかしながら、反応生成ガスを冷却する速度が速すぎる場合、反応生成ガスに含まれるジクロロシリレン（ＳｉＣｌ2）がテトラクロロシランと反応してポリマーが副生し（式（５））、トリクロロシランの転換率が低下するとともに、ポリマーの付着による配管の閉塞等の問題が生じる。
【０００９】
ＳｉＨＣｌ3＋ＨＣｌ→ＳｉＣｌ4＋Ｈ2         …（４）
ＳｉＣｌ2＋ＳｉＣｌ4→Ｓｉ2Ｃｌ6            …（５）
【００１０】
ジクロロシリレンは、転換反応において高温下（特に１２００℃を超える温度下）で多く生成し、転換炉から排出される反応生成ガスに多く含まれている。ポリマーとは、クロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6）、クロロトリシラン（Ｓｉ3Ｃｌ8）、テトラクロロジシラン（Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ4）などのように、シリコン２原子以上を含む高次クロロシラン類の総称である。
【００１１】
このように、反応生成ガスが極端に短い時間で急冷された場合、冷却中のトリクロロシランの分解（式（４））が抑制されて、トリクロロシランの減少量が少なくなる反面、冷却後の温度が低くなりすぎるとポリマーの生成量が増加し（式（５））、冷却工程後の配管などにポリマーが堆積するなどの不具合が生じる。一方、冷却速度が遅い場合には、冷却後の温度を適切に維持してポリマーの生成量を低減しやすい反面、トリクロロシランの分解が進行して、トリクロロシランの回収率が低下する。
【００１２】
このため、転換炉から抜き出した反応生成ガスを、トリクロロシランが分解しやすい６００℃以上の高温域においては特に、適切な冷却速度にコントロールしながら冷却する必要がある。しかしながら、転換炉から抜き出された反応生成ガスは１０００℃以上の高温であり、６００℃以上の高温域での冷却速度を適切にコントロールしながら急冷することは難しい。これらの問題から、従来はトリクロロシランの回収率を高めることを優先して過剰な冷却速度で冷却しており、ポリマーの発生が問題となっていた。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、転換反応によって生成したガスを冷却する工程において、トリクロロシランの分解とポリマーの生成を効果的に抑制し、トリクロロシランの回収率が高いトリクロロシランの製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、テトラクロロシランと水素とを含む原料ガスを転換反応させて反応生成ガスを生成する転換炉と、前記転換炉から前記反応生成ガスを供給され、この反応生成ガスを冷却してトリクロロシランを含む反応生成物を回収する冷却器とを備え、前記冷却器には、前記反応生成ガスを冷却する冷却液を噴霧するノズルが２以上備えられ、これらノズルは平均液滴径が異なるものを有し、その噴霧量がそれぞれ調整可能であるトリクロロシランの製造装置である。
【００１５】
この製造装置によれば、平均液滴径の大きい冷却液の噴霧によって高温の反応生成ガスを効果的に冷却できるとともに、平均液滴径の小さい冷却液の噴霧によって反応生成ガスを急冷できる。したがって、各平均液滴径の冷却液の噴霧量や総噴霧量を適宜調整することにより、反応生成ガスを適切な冷却速度で冷却できる。
【００１６】
この製造装置において、前記反応生成物の温度を測定する温度センサと、前記各ノズルの各噴霧量を個別に制御する制御部とを備えることが好ましい。温度センサの測定結果に応じて、各ノズルの各噴霧量を調整することにより、冷却器内に噴霧される冷却液の総量や、平均液滴径の大きい冷却液と小さい冷却液との比率を調節できる。これにより、反応生成ガスの冷却速度や、冷却器から回収される反応生成物の温度等を適切に調節できる。
【００１７】
この製造装置において、前記反応生成物の組成を分析する組成分析部と、前記各ノズルの各噴霧量を個別に制御する制御部とを備えることが好ましい。この場合、組成分析の結果に応じて、各ノズルの各噴霧量を調整することにより、冷却器内に噴霧される冷却液の総量や、平均液滴径の大きい冷却液と小さい冷却液との比率を調節できる。これにより、反応生成ガスの冷却速度や、冷却器から回収される反応生成物の温度等を適切に調節できる。
【００１８】
また、本発明は、テトラクロロシランと水素とを含む原料ガスを転換反応させて反応生成ガスを生成する転換工程と、この反応生成ガスを冷却してトリクロロシランを含む反応生成物を回収する冷却工程とを有するトリクロロシランの製造方法において、前記冷却工程において、平均液滴径の異なる２以上のノズルからそれぞれの噴霧量を調整しながら冷却液を噴霧することにより、前記反応生成ガスの冷却速度を調整する。
【００１９】
この製造方法によれば、平均液滴径の大きい冷却液の噴霧によって高温の反応生成ガスを効果的に冷却できるとともに、平均液滴径の小さい冷却液の噴霧によって反応生成ガスを急冷できるので、各噴霧量や総噴霧量を調整しながら冷却液を噴霧することにより、反応生成ガスを適切な冷却速度で冷却できる。
【００２０】
前記冷却工程において、前記反応生成物の温度を測定し、その温度に応じて前記冷却液の各噴霧量を調整することが好ましい。この場合、トリクロロシランがテトラクロロシランに転換しにくい６００℃以下にまで反応生成ガスを確実に冷却できる。
【００２１】
この製造方法において、前記冷却工程によって得られた前記反応生成物の組成を分析し、その分析結果に基づいて前記冷却液の各噴霧量を調整することが好ましい。この場合、分析の結果に応じて、冷却液の各噴霧量を適切に調整することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のトリクロロシランの製造装置および製造方法によれば、平均液滴径の異なる冷却液を、各噴霧量を調整して噴霧することにより、反応生成ガスの冷却速度や、冷却後の反応生成物の温度を調整することができるので、ポリマーの生成やトリクロロシランの分解を防ぐように反応生成ガスを冷却し、効率よくトリクロロシランを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のトリクロロシランの製造装置の実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明のトリクロロシランの製造装置および製造方法に係る実施例と比較例とにおけるポリマーおよびトリクロロシラン（ＴＣＳ）の各転換率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るトリクロロシランの製造装置および製造方法の実施形態について説明する。図１に示すように、本発明のトリクロロシランの製造装置１０は、テトラクロロシランと水素とを含む原料ガスを転換反応させて反応生成ガスを生成する転換炉２０と、転換炉２０から反応生成ガスを供給され、この反応生成ガスを冷却してトリクロロシランを含む反応生成物を回収する冷却器３０とを備えている。
【００２５】
転換炉２０は、原料ガスを炉内に供給するための原料ガス供給管２１と、炉内で生成された反応生成ガスを冷却器３０に供給するための反応生成ガス供給管２２とが接続されている。この転換炉２０では、原料ガス供給管２１を通じて供給された原料ガスが加熱されることによりテトラクロロシラン（ＳＴＣ）が転換し、トリクロロシラン（ＴＣＳ）を含む反応生成ガスが生成される（転換工程）。反応生成ガスは、反応生成ガス供給管２２を通じて冷却器３０に供給される。
【００２６】
冷却器３０では、反応生成ガス供給管２２を通じて供給された反応生成ガスが冷却され、トリクロロシランを含む反応生成物が回収される（冷却工程）。この冷却器３０には、室内の液体を回収する液回収部３２と、室内のガスを回収するガス回収部３４と、室内の温度を測定する温度センサ３６と、室内に冷却液を噴霧する第１ノズル４０および第２ノズル４２とが設けられている。
【００２７】
液回収部３２は、冷却器３０の下部に接続された接続管３２ａと、この接続管３２ａに接続されたタンク３２ｂとを備え、冷却器３０内の液体を回収してタンク３２ｂに貯留する装置である。タンク３２ｂに貯留された液体は、冷却器３０での反応生成物（トリクロロシラン等）および冷却液を含み、トリクロロシランの蒸留装置（図示せず）と、第１ノズル４０および第２ノズル４２とに、ポンプ３３によって制御された流量で送出される。
【００２８】
タンク３２ｂには、回収した液体の組成を分析する第１組成分析部３２ｃが備えられている。第１組成分析部３２ｃで液体の組成を分析することにより、反応生成物に含まれるポリマーおよびトリクロロシランの量を測定することができる。
【００２９】
ガス回収部３４は、冷却器３０の上部に接続された接続管３４ａと、この接続管３４ａに接続された凝縮器３４ｂとを備え、冷却器３０内のガスを凝縮器３４ｂで凝縮して液分とガス分とに分けて回収する装置である。回収されたガスは、冷却器３０での反応生成物（トリクロロシラン等）を含み、凝縮器３４ｂで凝縮されることにより液化した分はトリクロロシランの蒸留装置へと送出され、水素および塩化水素を含むガス分は塩化水素回収装置（図示せず）へと送出されて水素と塩化水素とに分離され、それぞれ利用される。また、凝縮器３４ｂには、凝縮した液体の組成を分析する第２組成分析部３４ｃが備えられている。第２組成分析部３４ｃで液体の組成を分析することにより、第１組成分析部３２ｃでの測定値とあわせて、反応生成物に含まれるトリクロロシランの量を測定することができる。
【００３０】
温度センサ３６は、冷却器３０内において第１ノズル４０および第２ノズル４２より下方に備えられ、冷却液によって冷却された状態の冷却器３０内の温度（反応生成物の温度）を測定する。
【００３１】
第１ノズル４０および第２ノズル４２は、冷却器３０内の上部に備えられ、それぞれ冷却液供給管４０ａ，４０ｂを通じて供給された冷却液を下方に向けて噴霧する。冷却液は、ポンプ３３によってタンク３２ｂから供給されるテトラクロロシランおよびトリクロロシランを主成分とする混合液である。冷却液供給管４０ａ，４２ａにはそれぞれ流量調整装置４０ｂ，４２ｂが設けられており、これら流量調整装置４０ｂ，４２ｂを操作することにより各ノズルからの噴霧量を個別に調整することができる。第１ノズル４０から噴霧される冷却液の平均液滴径は２．０ｍｍ〜６．０ｍｍ、たとえば好ましくは４．０ｍｍ、第２ノズル４２から噴霧される冷却液の平均液滴径は０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、たとえば好ましくは１．０ｍｍであり、第１ノズル４０および第２ノズル４２からは異なる平均液滴径で冷却液が噴霧される。
【００３２】
冷却速度は、冷却液の平均液滴径とその流量により調整する。平均液滴径が小さいほど、ガスと冷却液とが接触する面積が大きくなるため、冷却速度が大きい。また、冷却液の流量が大きいほど、冷却速度が大きく、冷却後のガスの温度が低下する。
【００３３】
平均液滴径が大きい第１ノズル４０について、平均液滴径が２．０ｍｍよりも小さいと、冷却速度が速すぎ、特にポリマーの生成が抑えられる６００〜９５０℃の領域の保持時間が短すぎるため、ポリマーの量が増加する。一方、平均液滴径が６．０ｍｍよりも大きいと、冷却速度が遅くなり、トリクロロシランの分解を抑制する６００℃以上の領域の保持時間が長くなりすぎ、トリクロロシランの収率が低下する。また、冷却後のガス温度を十分に低下させるために必要な液量が増加するため、効率的でない。したがって、第１ノズル４０の平均液滴径は２．０ｍｍ〜６．０ｍｍに設定されている。
【００３４】
平均液滴径が小さい第２ノズル４２について、平均液滴径が０．３ｍｍよりも小さいと、転換温度から６００〜９５０℃の領域にまで冷却するための冷却速度を高めてトリクロロシランの分解を抑制する効果は変わらず、むしろ冷却液を細かく分散して供給するために必要な動力が増加するため、不経済である。一方、平均液滴径が２．０ｍｍよりも大きいと、転換温度から６００〜９５０℃の領域にまで冷却するための冷却速度を高める効果が小さくなり、この領域での冷却速度が遅くなる。その場合、トリクロロシランの分解を十分抑制することができず、トリクロロシランの収率が低下する。したがって、第２ノズル４２の平均液滴径は０．３ｍｍ〜２．０ｍｍに設定されている。
【００３５】
つまり、液滴径の異なる複数のノズルを設ける場合は、少なくとも平均液滴径が２．０ｍｍ〜６．０ｍｍであるノズルと、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであるノズルとを含むことが望ましい。なお、これらのノズルには、小径の液滴を広範囲に均一に噴霧することができるフルコーン型を用いることが好ましい。
【００３６】
さらに、このトリクロロシラン製造装置１０には、第１組成分析部３２ｃおよび温度センサ３６の測定分析結果に基づき、流量調整装置４０ｂ，４２ｂを操作して第１ノズル４０および第２ノズル４２の各噴霧量を個別に制御する制御部３８が備えられている。
【００３７】
トリクロロシランは、以上のように構成されたトリクロロシラン製造装置１０を用いて、次のように製造することができる。
＜転換工程＞
まず、原料ガス供給管２１を通じて、テトラクロロシランおよび水素を含む原料ガスが転換炉２０内に導入される。転換炉２０内で原料ガスが１０００℃〜１９００℃に加熱されることにより、式（１）の転換反応（水素化）が起こり反応性生成ガスが生成される。
ＳｉＣｌ4＋Ｈ2→ＳｉＨＣｌ3＋ＨＣｌ         …（１）
この反応生成ガスは、反応生成ガス供給管２２を通じて冷却器３０に投入される。
【００３８】
＜冷却工程＞
反応生成ガスが冷却器３０内で第１ノズル４０および第２ノズル４２から噴霧される冷却液によって冷却されることにより、反応生成物が生成される。この冷却工程において、第１ノズル４０および第２ノズル４２の各噴霧量が調整されることにより、ポリマーの生成量が抑えられ、かつトリクロロシランの分解が抑えられる冷却速度で、反応生成ガスが冷却される。具体的には、反応生成ガスが０．０１秒〜１秒の間に６００℃〜９５０℃まで冷却された後、６００℃〜９５０℃に０．０１秒〜５秒間維持し、最終的に６００℃未満にまで冷却されるように、冷却速度（すなわち各噴霧量）が調整される。この調整は、温度センサ３６の測定結果が６００℃未満となるように、また第１組成分析部３２ｃによる分析の結果、ポリマーの生成が抑えられるとともにトリクロロシランの量が多くなるように、制御部３８が流量調整装置４０ｂ，４２ｂを操作することにより行われる。
【００３９】
冷却され液化した反応生成物（主にテトラクロロシランおよびトリクロロシラン）は冷却液とともに液回収部３２に回収され、接続管３２ａを通じてタンク３２ｂに貯留される。また、冷却器３０内の気体は、ガス回収部３４によって回収され、接続管３４ａを通じて凝縮器３４ｂへ送られる。気体には主にトリクロロシラン、塩化水素、水素が含まれており、凝縮器３４ｂでは塩化水素ガスおよび水素ガスが回収されるとともに、凝縮され液化したトリクロロシランが回収される。液回収部３２によって回収されたトリクロロシランは、一部が冷却液として第１ノズル４０および第２ノズル４２へと送られ、残りのトリクロロシランはガス回収部３４によって回収されたトリクロロシランとともに回収される。
【００４０】
冷却工程での冷却速度の調整は、次のような考察に基づいている。
第１ノズル４０から噴霧される平均液滴径が大きい状態の冷却液によって、高温の反応生成ガスを効率よく冷却することができる。また、第２ノズル４２から噴霧される冷却液は、平均液滴径が小さく比表面積が大きいため、反応生成ガスを急冷することができる。したがって、平均液滴径の異なる冷却液を混合状態で噴霧することにより、小さい液滴と大きい液滴とによって冷却効果が得られるため冷却速度が大きい第１段階と、小さい液滴が気化した後で大きい液滴によって冷却効果が得られるため冷却速度が小さい第２段階との２段階の冷却速度で反応生成ガスを冷却することができる。さらに、これら第１ノズル４０および第２ノズル４２の各噴霧量や各ノズルによる総噴霧量を適切に調整することにより、各段階での冷却速度や到達温度を所望の大きさに設定することができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明に係るトリクロロシラン製造装置１０を用いて、本発明に係る製造方法を行うことにより、ポリマーの生成やトリクロロシランの分解を防ぐように反応生成ガスを冷却し、効率よくトリクロロシランを製造することができる。
【００４２】
ここで、本発明に係る製造装置１０の実施例１〜４および比較例１〜４を示し、冷却液の平均液滴径および冷却液量を変化させることによる反応生成物の温度および組成の違いを比較する。
各実施例１〜４は、平均液滴径が１．０ｍｍのノズルと４．０ｍｍのノズルから冷却液を噴霧する製造装置を用いて、これらノズルからの噴霧量をそれぞれ変更したものである。また比較例１〜４は、平均液滴径が２．５ｍｍのノズルから冷却液を噴霧する製造装置を用いて、このノズルからのそれぞれ噴霧量を変更したものである。なお、ここで言う平均液滴径とは、レーザー光散乱方式、および位相ドップラー方式の粒度分布測定装置で測定される体積平均径（ボリュームミーディアン径）である。
【００４３】
各実施例および各比較例に共通して、水素（Ｈ2）およびテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ4）をＨ2／ＳｉＣｌ4のモル比２で混合した原料ガスを用いた。転換炉における転換温度は１１５０℃とした。冷却液は、反応生成物の組成に影響しないように、反応生成物から回収したテトラクロロシランおよびトリクロロシランを主成分とする混合液を利用せず、１００％のテトラクロロシラン液を用いた。
【００４４】
転換率は、原料ガス中のＳｉを１００ｍｏｌとした場合の、反応生成物中のポリマーおよびトリクロロシラン（ＴＣＳ）の各Ｓｉ量を示している（図２参照）。トリクロロシランの製造においては、ポリマーへの転換率が低く（０．２［ｍｏｌ％−Ｓｉ］よりも低い、すなわちポリマーの生成量が少ない）、またＴＣＳ（トリクロロシラン）への転換率が高い（２９［ｍｏｌ％−Ｓｉ］よりも高い、すなわちＴＣＳの製造量が多い）方が好ましい。
冷却後温度は、温度センサ３６による測定温度であり、この製造装置および製造方法においては６００℃以下であることが求められる。
【００４５】
＜実施例＞
表１に示すように、平均液滴径の異なる冷却液の噴霧量の比率を変更して、冷却工程を行った。その結果、同じ冷却液量を用いた実施例１，２および４を比較すると、平均液滴径の小さい冷却液の比率が高い方が、冷却後温度が低く、また、平均液滴径の小さい冷却液の比率が高い方が、ポリマーおよびトリクロロシランの量が多いことが確認された。さらに、実施例２に対して平均液滴径が１．０ｍｍの冷却液を同量とし、４．０ｍｍの冷却液量を減らした場合（実施例３）、冷却後温度が高くなり、トリクロロシランの量は２９ｍｏｌ％−Ｓｉ以上としたまま、ポリマーの量を０．２ｍｏｌ％−Ｓｉ未満に低下させることができた。これら実施例１〜４のうち、実施例３，４が、ポリマーが少なくかつＴＣＳが多く、適正であった。
【００４６】
【表１】
2010235439.tif 000003
【００４７】
実施例１では、急冷の効果によりＴＣＳの分解を抑制できた反面、急冷での冷却速度が過度に大きくなりすぎ、また冷却後温度が低くなりすぎたため、ポリマーが多く生成したと考えられる。
この実施例１と比較して、液滴の小さい冷却液の比率を低くし同量の冷却液を用いた実施例２では、実施例１に比較して冷却速度が小さく、冷却後温度が過剰に低くなるのが抑制されたと考えられ、実施例１に比較してＴＣＳを減少させず、かつポリマーの生成量を抑えることができた。
実施例３では、液滴の小さい冷却液量は実施例２と同じにし、液滴の大きい冷却液量を実施例２よりも少なくしたところ、ＴＣＳがやや減少したが、ポリマーを半減させることができた。これは、液滴の小さい冷却液による急冷効果でＴＣＳの分解は抑制されたまま、液滴の大きい冷却液量を減らしたことにより冷却後温度が高くなり、ポリマーの生成を抑制できたためと考えられる。
実施例４では、実施例２と同量の冷却液を用いたが、実施例２と比較して液滴の小さい冷却液の比率を低くしたところ、冷却後温度が実施例２よりも高くなり、ＴＣＳがやや減少したが、ポリマーを半減させることができた。これは、液滴の小さい冷却液による急冷効果が比較的弱いためにＴＣＳが減少し、冷却後温度が高いためにポリマーが減少したものと考えられる。
【００４８】
＜比較例＞
表２に示すように、原料に対する冷却液の重量比を４．０から７．０まで変更して、平均液滴径が２．５ｍｍのノズルのみを用いて冷却工程を行った。その結果、冷却液が多いほど冷却後温度が低いことが確認された。また、冷却液量が多く冷却後温度が低いほど、ポリマーおよびＴＣＳがいずれも少ないことが確認された。比較例１〜４においては、冷却液量を多くすることによりある程度の急冷効果が得られたと考えられ、ＴＣＳを若干増量させることができたが、その一方で冷却後温度の低下によるポリマーの生成量の増大を抑えることができなかった。つまり、単一のノズルを用いて冷却した場合、適切な冷却速度および冷却後温度での冷却が難しいと考えられる。
【００４９】
【表２】
2010235439.tif 000004
【００５０】
さらに、表３に示すように、平均液滴径が２．５ｍｍである同一の２つのノズルを用いて、各ノズルから噴霧する冷却液の原料に対する重量比をそれぞれ２．５（合計で５．０）として、冷却工程を行った（比較例５）。その結果、比較例２と同様に、ある程度の急冷効果が得られたと考えられるが、やはりポリマーの生成量の増大を抑えることができなかった。つまり、複数のノズルを用いて冷却した場合でも、各ノズルの平均液滴径が同一であると、適正な冷却速度および冷却後温度での冷却が難しいと考えられる。
【００５１】
【表３】
2010235439.tif 000005
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、平均液滴径の異なる第１ノズル４０および第２ノズル４２を備えるトリクロロシラン製造装置１０において、各ノズルの噴霧量を適切に調整することにより、冷却器３０内での反応生成ガスの冷却速度を調整することができる。これにより、高温の反応生成ガスを急冷してＴＣＳの分解を抑えることができるとともに、冷却後の反応生成物の温度を適切に維持して、ポリマーの生成を抑えることができ、トリクロロシランを効率よく製造することができる。
【００５３】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、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。
たとえば、前記実施形態では、平均液滴径の異なるノズルを２つ備えるトリクロロシラン製造装置を説明したが、ノズルの数およびその平均液滴径は２に限らず、３以上であってもよい。また、ノズルは、縦方向に並べて配置してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０  トリクロロシラン製造装置
２０  転換炉
２１  原料ガス供給管
２２  反応生成ガス供給管
３０  冷却器
３２  液回収部
３２ａ  接続管
３２ｂ  タンク
３２ｃ  第１組成分析部
３４  ガス回収部
３４ａ接続管
３４ｂ  凝縮器
３４ｃ  第２組成分析部
３６  温度センサ
３８  制御部
４０  第１ノズル
４２  第２ノズル
４０ａ，４２ａ  冷却液供給管
４０ｂ，４２ｂ  流量調整装置
【図１】
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【図２】
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