(57)【要約】  本発明は、回収効率に優れたクロロシラン回収装置１００に関し、テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却する冷却器１０２と、テトラクロロシランを含む捕集液１１１を収容した捕集槽１０６と、冷却器で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を冷却器１０２から捕集槽１０６内の捕集液１１１中に導出する気液混合物供給管１０３と、捕集槽１０６にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節するテトラクロロシラン供給管１０９とを有する。
2010103633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却する冷却器と、
テトラクロロシランを含む捕集液を収容した捕集槽と、
冷却器で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を冷却器から捕集槽内の捕集液中に導出する気液混合物供給管と、
捕集槽にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節するテトラクロロシラン供給管と
を有するクロロシラン回収装置。
【請求項２】
テトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含むクロロシランガスを冷却する冷却器と、
テトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含む捕集液を収容した捕集槽と、
冷却器で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を冷却器から捕集槽内の捕集液中に導出する気液混合物供給管と、
捕集槽にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節するテトラクロロシラン供給管と
を有するクロロシラン回収装置。
【請求項３】
クロロシランガスがテトラクロロシランとトリクロロシランとを含み、かつ、捕集液がテトラクロロシランとトリクロロシランとを含む請求項１記載のクロロシラン回収装置。
【請求項４】
捕集槽に捕集液を冷却するための冷却ユニットが設けられている請求項１記載のクロロシラン回収装置。
【請求項５】
捕集液が気液混合物の液体成分と略同一の温度もしくはそれ以下の温度まで冷却される請求項４記載のクロロシラン回収装置。
【請求項６】
捕集液が−６０〜−７０℃に冷却される請求項５記載のクロロシラン回収装置。
【請求項７】
捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より１０％以上高くなるように調節される請求項１ないし６のいずれか一項に記載のクロロシラン回収装置。
【請求項８】
捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より２０〜５０％高くなるように調節される請求項７記載のクロロシラン回収装置。
【請求項９】
テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却する工程、
冷却により液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物をテトラクロロシランを含む捕集液中に導出する工程、
捕集液にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節する工程、
捕集液からクロロシランを回収する工程
を有するクロロシラン回収方法。
【請求項１０】
テトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含むクロロシランガスを冷却する工程、
冷却により液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物をテトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含む捕集液中に導出する工程、
捕集液にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節する工程、
捕集液からクロロシランを回収する工程
を有するクロロシラン回収方法。
【請求項１１】
クロロシランガスがテトラクロロシランとトリクロロシランとを含み、かつ、捕集液がテトラクロロシランとトリクロロシランとを含む請求項９記載のクロロシラン回収方法。
【請求項１２】
捕集液を気液混合物の液体成分と略同一の温度もしくはそれ以下の温度まで冷却する工程を有する請求項９記載のクロロシラン回収方法。
【請求項１３】
捕集液を−６０〜−７０℃に冷却する請求項１２記載のクロロシラン回収方法。
【請求項１４】
捕集液のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より１０％以上高くなるように調節する請求項９ないし１３のいずれか一項に記載のクロロシラン回収方法。
【請求項１５】
捕集液のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より２０〜５０％高くなるように調節する請求項１４記載のクロロシラン回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回収効率に優れたクロロシラン回収装置およびそれを用いたクロロシラン回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）は、半導体、液晶パネル、太陽電池等の製造に用いられる特殊材料ガスである。近年、需要は順調に拡大し、エレクトロニクス分野で広く使用されるＣＶＤ材料として、今後も伸びが期待されている。【０００３】
トリクロロシランは、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）と水素（Ｈ２）とを接触させ、以下の熱平衡状態を達成することによって生成される。
ＳｉＣｌ４＋Ｈ２⇔ＳｉＨＣｌ３＋ＨＣｌ          （１）
この反応は、ガス化したテトラクロロシランと水素からなる原料ガスを反応炉において７００〜１４００℃に加熱することによって行われる。
また、このとき上記反応以外に以下の平衡反応が起こり、トリクロロシラン以外にもモノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）が副生される。
ＳｉＣｌ４＋３Ｈ２⇔ＳｉＨ３Ｃｌ＋３ＨＣｌ     （２）
ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２⇔ＳｉＨ２Ｃｌ２＋２ＨＣｌ    （３）【０００４】
トリクロロシランを効率よく回収するためには、特許文献１に示されるように、上記式（１）の熱平衡状態に達した後、一旦生成したトリクロロシランが再びテトラクロロシランへと戻らないよう、反応生成ガスを可能な限り瞬時に所定温度にまで冷却して平衡を凍結する。上記平衡状態を瞬時に凍結するには、典型的には、反応生成ガスを１秒未満のうちに６００℃程度にまで急冷する必要がある。急冷後の反応生成ガスには、上記式（１）により生成されたトリクロロシランおよび塩化水素の他、多量の未反応テトラクロロシランおよび水素、並びに上記式（２）および（３）を経て副生したモノクロロシランおよびジクロロシランが含まれている。【０００５】
反応生成ガスから目的とするトリクロロシランを取り出すには、凝縮器で−７０℃程度にまで冷却して、凝縮分であるクロロシランと、未凝縮分である塩化水素、水素、未凝縮クロロシランとに分け、さらに、凝縮分であるクロロシランを蒸留してトリクロロシランを回収する。
また、トリクロロシラン以外のクロロシラン、すなわちモノクロロシラン、ジクロロシランおよびテトラクロロシランについても、トリクロロシランの生成に再利用したり、モノシラン（ＳｉＨ４）の生成原料として利用したりすることができため、効率よく回収することが望ましい。
【特許文献１】特開昭６０−８１０１０号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載のトリクロロシラン製造法によれば、反応器から排出される混合ガス、すなわちトリクロロシランをはじめとする種々のクロロシランを含む反応生成ガスが、−７０℃の凝縮器にその上方から導入される（第３図および第４図）。そのため、凝縮器において凝縮されなかったクロロシランはもちろん、凝縮されたものの液体として捕集されず微粒子状のままガス流に混入してしまったクロロシランは、未凝縮ガスとして凝縮器から排出されてしまう。かくして、−７０℃にまで冷却した凝縮器から排出される未凝縮ガス中にも、依然として無視し得ない量のクロロシランが含まれており、クロロシランの回収率を低減する一因となっていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、回収効率に優れたクロロシラン回収装置およびそれを用いたクロロシラン回収方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のクロロシラン回収装置は、
テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却する冷却器と、
テトラクロロシランを含む捕集液を収容した捕集槽と、
前記冷却器で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を冷却器から前記捕集槽内の捕集液中に導出する気液混合物供給管と、
前記捕集槽にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が前記気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節するテトラクロロシラン供給管と
を有する。
【０００９】
より具体的には、本発明のクロロシラン回収装置は、
テトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含むクロロシランガスを冷却する冷却器と、
テトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含む捕集液を収容した捕集槽と、
前記冷却器で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を冷却器から前記捕集槽内の捕集液中に導出する気液混合物供給管と、
前記捕集槽にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が前記気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節するテトラクロロシラン供給管と
を有する。
【００１０】
また、本発明のクロロシラン回収方法は、
テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却する工程、
前記冷却により液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物をテトラクロロシランを含有する捕集液中に導出する工程、
前記捕集液にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が前記気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節する工程、
前記捕集液からクロロシランを回収する工程
を有する。
【００１１】
より具体的には、本発明のクロロシラン回収方法は、
テトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含むクロロシランガスを冷却する工程、
前記冷却により液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物をテトラクロロシランと、モノクロロシラン、ジクロロシランおよびトリクロロシランからなる群から選択される少なくとも一つのクロロシランとを含む捕集液中に導出する工程、
前記捕集液にテトラクロロシランを添加して捕集液のテトラクロロシラン濃度が前記気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節する工程、
前記捕集液からクロロシランを回収する工程
を有する。
【００１２】
本発明者等は、鋭意研究の結果、テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却して得られた気液混合物を、気液混合物を構成する液体成分よりテトラクロロシラン濃度の高い捕集液中に導出することにより、トリクロロシランをはじめとする各種クロロシランの回収率を従来よりも大幅に向上できることを見出した。
【００１３】
このような構成とすることにより、気液混合物の気体成分が捕集液中に微細な泡として通気されるため、冷却により凝縮はされたものの気体成分中に微粒子状のまま浮遊しているミスト状のクロロシランを捕集液との界面に高確率で接触させることができ捕集液中に確実に捕捉することができる。
また、気液混合物の気体成分を捕集液に微細な泡として通気することにより、微細に分断された気体成分を捕集液が取り囲んで冷却するため、気体成分をより確実に冷却することができる。そのため、気液混合物の気体成分中に未凝縮のまま含まれているクロロシランをより確実に凝縮することができる。
【００１４】
さらに、驚くべきことに、捕集液にテトラクロロシランを積極的に添加して、捕集液のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分よりも高くなるように調節することにより、クロロシランの回収効率が向上することが見出された。これにより、従来であれば未凝縮ガスとして排出されてしまうクロロシランの量を低減することができる。
【００１５】
このように、本発明に係るクロロシラン回収装置およびそれを用いたクロロシラン回収方法によれば、気体成分中に未凝縮のまま含まれているクロロシランをより確実に凝縮することができ、気体成分中に微粒子状のまま浮遊しているミスト状のクロロシランをより確実に捕捉することができる。しかも、捕集液のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分よりも高くなるように調節することにより、クロロシランの回収効率を向上させることができる。このため、従来であれば未凝縮ガスとして排出されてしまうクロロシランの量を低減することができ、結果的に、目的とするクロロシランの生産性を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態であるクロロシラン回収装置の説明図である。
【図２】図１のクロロシラン回収装置を用いたクロロシラン回収方法を実施するための説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１００    クロロシラン回収装置
１０１    クロロシランガス導入管
１０２    冷却器
１０３    気液混合物供給管
１０４    先端部
１０５    吹き出し孔
１０６    捕集槽
１０７    凝縮液抜き取り管
１０８    未凝縮ガス抜出管
１０９    テトラクロロシラン供給管
１１０    冷却ユニット
１１１    捕集液
２００    反応塔
２０１    反応炉
２０２    ヒータ
２０３    反応炉ガス抜出管
２０４    原料ガス供給管
３００    急冷塔
３０１    一次スプレーノズル
３０２    二次スプレーノズル
３０３    ポンプ
３０４    熱交換器
３０５    急冷塔ガス成分抜出管
４００    コンデンサ
４０１    コンデンサ液体成分導出管
５００    貯槽
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜用語の説明＞
本明細書および請求の範囲において、「クロロシラン」とは、ＳｉＨｎＣｌ４−ｎ、ｎ＝０〜３で表されるモノクロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシランまたはテトラクロロシラン、並びにこれらの混合物の総称を意味するものとする。
また、「クロロシランガス」とは、ＳｉＨｎＣｌ４−ｎ、ｎ＝０〜３で表されるモノクロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシランまたはテトラクロロシラン、並びにこれらの混合物を含む気体を意味するものとする。従って、クロロシランガスには、クロロシラン以外の物質、例えば、反応系に存在するH２ガスやＨＣｌガスが含まれてもよい。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
１．クロロシラン回収装置
図１は、本実施形態のクロロシラン回収装置を概略的に示したものである。
本実施形態のクロロシラン回収装置１００は、
テトラクロロシランを含むクロロシランガスを冷却する冷却器１０２と、
テトラクロロシランを含む捕集液１１１を収容した捕集槽１０６と、
前記冷却器１０２で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を冷却器１０２から前記捕集槽１０６内の捕集液１１１中に導出する気液混合物供給管１０３と、
前記捕集槽１０６にテトラクロロシランを添加して捕集液１１１のテトラクロロシラン濃度が前記気液混合物の液体成分より高くなるように調節するテトラクロロシラン供給管１０９と
を有する。
【００２０】
＜冷却器＞
冷却器１０２は、テトラクロロシランを含むクロロシランガスを最終的に−４０〜−７０℃程度、さらに好ましくは−６０〜−７０℃程度まで冷却できるものであれば、特に限定されない。クロロシランをクロロシランガスから十分に凝縮させるためには、これよりもさらに低い温度まで冷却することも考えられる。しかし、クロロシランガス中に含まれ得るＨＣｌの沸点が−８５℃であること及びテトラクロロシランの凝固温度が−７０℃であることから、上記温度範囲まで冷却することが好ましい。
冷却器１０２は、冷却器１０２内にクロロシランガスを導入するクロロシランガス導入管１０１と、冷却器１０２で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を後述する捕集槽１０６内に収容された捕集液１１１中に供給する気液混合物供給管１０３とに接続されている。
【００２１】
＜捕集槽＞
捕集槽１０６は、クロロシランガスと反応しない材質、典型的にはステンレス等の金属から構成される。捕集槽１０６の下部側壁には、冷却器１０２で得られた気液混合物を取り込むための気液混合物供給管１０３が接続され、気液混合物供給管１０３の先端は捕集槽１０６の内部に達するように挿入されている。また、捕集槽１０６の底部には凝縮液抜き取り管１０７が接続されており、後述する捕集液１１１と共に捕集槽１０６に捕集された液体成分を取り出せるようになっている。また、捕集槽１０６の上部には未凝縮ガス抜出管１０８が接続されており、捕集槽１０６で捕集されなかった未凝縮の気体成分を導出できるようになっている。
【００２２】
捕集槽１０６の外周部には、捕集槽１０６の内部に収容されている捕集液１１１を冷却するための冷却ユニット１１０が設けられている。冷却ユニット１１０は、捕集液１１１を、前記冷却器１０２で冷却された気液混合物の液体成分とほぼ同じ温度もしくはそれ以下の温度、好ましくは−６０〜−７０℃程度まで冷却できるものであれば、特に限定されない。捕集液１１１の温度を気液混合物とほぼ同じ温度もしくはそれ以下の温度まで冷却しておくことにより、気液混合物が捕集液１１１に供給された際に、ミスト状のクロロシランが温められて再び気化してしまうことを防止することができる。さらに、気液混合物の気体成分を捕集液１１１中に微細な泡として通気する際に、冷却された捕集液１１１が泡を取り囲むため、気体成分をさらに確実に冷却することができる。
【００２３】
＜気液混合物供給管＞
気液混合物供給管１０３は、冷却器１０２で液化された液体成分と液化されなかった気体成分とからなる気液混合物を、捕集槽１０６に収容されている捕集液１１１中に供給する。気液混合物供給管１０３から供給される気液混合物中には気体成分が含まれているため、このような構成とすることにより、気体成分が捕集液１１１中に通気される。このため、微細な泡に分断された気体成分を捕集液が取り囲んで冷却でき、気体成分を確実に冷却することができる。
【００２４】
また、捕集槽１０６内に挿入された気液混合物供給管１０３の先端部１０４に多数の吹き出し孔１０５を設けることにより、放出される気体成分の泡をより微細化し、冷却効率のさらなる向上を図ることができる。気液混合物供給管１０３の先端部１０４は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻き状、並列状に管を屈曲形成させて多数の吹き出し孔１０５を貫通形成させたものとすることができる。また、先端部１０４として、気液混合物供給管１０３の先端に多数の吹き出し孔１０５を設けた円盤状または球状等のヘッダを取り付ける構成としてもよい。
【００２５】
＜テトラクロロシラン供給管＞
テトラクロロシラン供給管１０９は、捕集槽１０６の内部に液体状のテトラクロロシランを供給して捕集液１１１中のテトラクロロシラン濃度を調節する。捕集液１１１中のテトラクロロシラン濃度は、冷却器１０２で冷却された気液混合物を供給していく内に徐々に低下してしまう。テトラクロロシラン供給管１０９は、捕集液１１１内のテトラクロロシラン濃度の低下に合わせてテトラクロロシランを補充し、テトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高い一定の値に維持する。
【００２６】
テトラクロロシランの供給により捕集液１１１の温度を上昇させることがないように、テトラクロロシラン供給管１０９から供給されるテトラクロロシランの温度を捕集液１１１とほぼ同一の温度もしくはそれ以下の温度まで冷却しておく。
供給されたテトラクロロシランは、前記気液混合物供給管１０３の先端部１０４から放出される泡により捕集液１１１が撹拌されることによって、捕集液１１１中に均一に混ぜ合わせられる。
【００２７】
＜捕集液＞
捕集液１１１は、冷却器１０２でクロロシランガスを冷却して得られる液体成分とほぼ同一の組成のものを用いる。典型的には、冷却器１０２で得られた液体成分にテトラクロロシランを添加し、液体成分と比べてテトラクロロシラン濃度を高くしたものを使用する。また、事前に気液混合物の液体成分の組成を調べておき、テトラクロロシランと種々のクロロシランとを混合して調製することもできる。
【００２８】
捕集液１１１は、前記冷却ユニット１１０により、前記冷却器１０２で冷却された気液混合物の液体成分とほぼ同じ温度もしくはそれ以下の温度、好ましくは−６０〜−７０℃程度まで冷却しておく。このような構成とすることにより、気液混合物が捕集液１１１に供給された際に、ミスト状のクロロシランが温められて再び気化してしまうことを防止することができる。また、通気された気体成分を確実に冷却することができる。
【００２９】
また、捕集液１１１のテトラクロロシラン濃度は、上述したようにテトラクロロシラン供給管１０９を介して、冷却器１０２でクロロシランガスを冷却して得られる液体成分よりも高くなるように調節される。特に、下記の実施例に示すように、捕集液１１１のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分より１０％以上、さらに好ましくは２０％以上高くなるように調節した場合に、回収効率に大きな向上が認められる。これは恐らく、クロロシランガス中に含まれるクロロシランのうち最も沸点の高いテトラクロロシランを捕集液１１１に添加することにより、捕集液１１１の蒸気圧が下がり、クロロシランの気化を抑えることができ、結果的に未凝縮ガスとして排出されてしまうクロロシラン量を低減できるためと考えられる。
【００３０】
２．クロロシラン回収方法
次に、上記クロロシラン回収装置を用いてクロロシランを製造する方法について、図２を用いて説明する。本実施態様では、図２に記載するように、クロロシラン回収装置１００の他に、原料ガスを高温で反応させる反応塔２００、反応塔２００から抜き出された反応生成ガスを急冷して平衡を凍結するための急冷塔３００、急冷塔３００から抜き出された気体成分を凝縮するためのコンデンサ４００、コンデンサ４００およびクロロシラン回収装置１００において凝縮された凝縮液体成分を貯蔵するための貯槽５００とから構成される。
【００３１】
まず、ガス化したテトラクロロシランと水素とを混合した原料ガスを原料ガス供給管２０４を通じて反応塔２００の底部から反応炉２０１に供給する。
反応炉２０１は黒鉛製であり、周囲に設けられたヒータ２０２にて加熱することで、内部温度を７００℃を超え１４００℃以下の範囲に保つことができる。反応温度が７００℃以上であれば上記式（１）の平衡が十分に右側に傾くため好ましく、１４００℃以下であれば金属シリコンが析出して装置の閉塞に繋がる現象を抑制できるため好ましい。
【００３２】
反応炉２０１内で加熱され、上記式（１）に示す熱平衡状態に達した反応生成ガスは、反応炉２０１の上方へ移動し、１２００℃以上の温度を保った状態で反応炉ガス抜出管２０３を通じて急冷塔３００に導入される。
【００３３】
反応炉ガス抜出管２０３は急冷塔３００の側壁を貫通して急冷塔３００の内部に達している。反応炉ガス抜出管２０３から放出される反応生成ガスに対し、一次スプレーノズル３０１から冷却液を噴霧して、反応生成ガスと微細液滴状の冷却液とを接触させる。これによって、冷却液が気化する際の蒸発潜熱を利用して反応生成ガスから瞬時に効率よく熱を奪うことができ、反応生成ガスを平衡が凍結する６００℃以下の範囲まで瞬間的に急冷する。
【００３４】
次いで、急冷された反応生成ガスは、急冷塔３００内部を上昇する。ここで、二次スプレーノズル３０２から冷却液をさらに噴霧して、反応生成ガス中の高沸点ポリマー（Ｓｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ３Ｃｌ８、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４等）を凝縮させつつ、反応生成ガスの温度を３０〜６０℃の範囲まで穏やかに冷却する。
【００３５】
急冷塔３００内に噴霧される冷却液はポンプ３０３により抜き取られ、熱交換器３０４により冷却され、一次スプレーノズル並びに二次スプレーノズルを通じて再び急冷塔３００に供給される。
【００３６】
３０〜６０℃の範囲に冷却してもなお気体状である反応生成ガスは、急冷塔ガス成分抜出管３０５より抜き出され、コンデンサ４００に導入される。
コンデンサ４００は、一般的に用いられている凝縮器を使用することができる。図２ではコンデンサ４００が一つの装置であるかのように記載されているが、単一の装置のみからなるコンデンサでは装置にかかる負荷が大きく、十分な冷却を行うことが難しい場合があるため、その場合には複数の装置を直列的に並べて段階的な冷却を行う構成としてもよい。
【００３７】
コンデンサ４００によって凝縮した液体成分はコンデンサ液体成分導出管４０１を介して貯槽５００に導出される。反応生成ガスに含まれるクロロシランの大部分がコンデンサ４００で凝縮される。一方、コンデンサ４００を通過する気体成分、すなわち未反応のテトラクロロシランを含むクロロシランガスは、クロロシランガス導入管１０１を介してクロロシラン回収装置１００の冷却器１０２に供給される。コンデンサ４００から供給されるクロロシランガスは、冷却器１０２に過度の負荷がかからないよう、最終的に−５〜−２０℃程度の範囲まで冷却しておく。
【００３８】
冷却器１０２では、クロロシランガスは最終的に−４０〜−７０℃まで冷却される。冷却により液化した液体成分および液化しなかった気体成分からなる気液混合物は、気液混合物供給管１０３の先端部１０４を介して捕集槽１０６の内部に収容されている捕集液１１１に供給される。このとき、気液混合物の液体成分は捕集液１１１に吸収され、気体成分は捕集液１１１中に微細な泡状で通気されて捕集槽１０６の上方へと移動する。
【００３９】
一方で、テトラクロロシラン供給管１０９から捕集液１１１中にテトラクロロシランを供給して、捕集液１１１のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節する。また、捕集槽１０６の外周に設けられた冷却ユニット１１０により捕集液１１１の温度を冷却器１０２において冷却された気液混合物と同じかそれ以下の温度である−６０〜−７０℃程度の範囲に冷却する。
【００４０】
捕集槽１０６の捕集液１１１に捕捉されたクロロシランは、凝縮液抜き取り管１０７を介して貯槽５００に導出される。また、捕集槽１０６で捕捉されなかった気体成分は、未凝縮ガス抜出管１０８からクロロシラン回収装置１００の外に排出される。この実施態様では、未凝縮ガス抜出管１０８をコンデンサ４００に通過させることによって、コンデンサ４００におけるクロロシランガスの冷却に利用している。
【００４１】
クロロシラン回収装置１００およびコンデンサ４００で凝縮された液体成分は貯槽５００からさらに蒸留塔（不図示）に導出され、そこでトリクロロシランをはじめとするモノクロロシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシランの分離が行われる。
【００４２】
なお、本発明の技術範囲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。
【００４３】
例えば、上記実施態様では、捕集槽１０６の外周部に冷却ユニット１１０を設ける構成としたが、捕集液１１１を気液混合物の液体成分とほぼ同じ温度もしくはそれ以下の温度に冷却することができれば、冷却ユニット１１０を捕集槽１０６の外周部に設ける必要はない。例えば、捕集槽１０６から捕集液１１１を抜き出し、外部冷却器で冷却した後に再び捕集槽１０６へと循環させる構成としてもよい。同様に、捕集液１１１を外部に抜き出し、そこで捕集液１１１中のテトラクロロシラン濃度を調節し、捕集槽１０６に循環させてもよい。
【実施例】
【００４４】
＜実施例１＞
実施例１は、図１および図２に示す装置を用いた。反応炉２０１は内径５０ｍｍ、長さ８００ｍｍで、最大出力５００ＫＷのヒータ２０２により加熱されるようになっており、反応炉２０１の中心部が温度１３００℃となるように加熱した。【００４５】
予め６００℃に加熱したテトラクロロシランと水素とからなる原料ガス（モル比＝１：２）を２７モル／時間の流量で原料ガス供給管２０４を通じて反応炉２０１に連続的に供給し、さらに反応炉２０１において反応したガスを反応炉ガス抜出管２０３を通じて内径１４０ｍｍ、長さ１３００ｍｍの急冷塔３００内部に供給した。【００４６】
急冷塔３００において、トリクロロシランとテトラクロロシランの混合物（モル比＝８５：１５）からなる冷却液を一次スプレーノズル３０１および二次スプレーノズル３０２を介して連続的に噴霧した。【００４７】
冷却液の温度は、熱交換器３０４を通過させることにより３０℃に保った。噴霧した冷却液は急冷塔３００の塔底よりポンプ３０３を用いて抜き出して、連続的に循環させて使用した。必要に応じて、冷却液に、テトラクロロシランあるいはトリクロロシランを補充し、組成を一定に保った。【００４８】
次いで、急冷塔３００で冷却された反応生成ガスを凝縮器を直列的に４つ並べたコンデンサ４００で段階的に冷却し、最終的に排出されるクロロシランガスの温度が−１０℃になるように冷却した。このとき、コンデンサ４００で液化された凝縮分は貯槽５００に導出した。【００４９】
コンデンサ４００で−１０℃に冷却されたクロロシランガスを冷却器１０２に供給し、ここで−７０℃に冷却した。冷却器１０２で冷却することによって得られた液体成分と気体成分とからなる気液混合物を、気液混合物供給管１０３を介して捕集槽１０６内の捕集液１１１中にバブリングさせながら導出した。【００５０】
この場合に冷却器１０２で冷却することによって得られた液体成分におけるテトラクロロシランの濃度は３８％であった。そこで、本実施例１では捕集液１１１のテトラクロロシラン濃度を５０％とし、本装置の運転中、この濃度を一定に保つようにテトラクロロシラン供給管１０９から適宜テトラクロロシランを補充した。【００５１】
捕集槽１０６で捕捉された液体成分を捕集液１１１ごと適宜貯槽５００に導出した。貯槽５００に貯蔵された液体成分をさらに蒸留塔へ送り、そこでクロロシランを分離・精製した。
凝縮されなかった未凝縮分のクロロシランロスは、０．２８％であった。【００５２】
＜比較例１＞
捕集液１１１を使用せず、気液混合物を捕集槽１０６の内部空間に導出したこと以外は、実施例１と同じ条件でクロロシランを分離・精製した。
この場合の未凝縮のクロロシランロスは、０．４２％であり、約５０％近くもクロロシランロスが増える結果となった。【００５３】
＜実施例２〜５および比較例２＞
捕集液１１１におけるテトラクロロシラン濃度を以下の表１に示す値に調節したこと以外は、実施例１と同じ条件でクロロシランを分離・精製した。
実施例２〜５および比較例２のそれぞれについて、クロロシランの回収率を調べた。実施例１の結果と併せて、結果を以下の表１に示す。【００５４】
【表１】
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【００５５】
＜結果の考察＞
上記の実施例１および比較例１の実験結果から、気液混合物を捕集液中にバブリングさせながら供給することにより、クロロシランロスを削減でき、その結果、目的とするクロロシランの回収率を向上できることがわかる。また、実施例１〜５および比較例２に示されるとおり、捕集液のテトラクロロシラン濃度を気液混合物の液体成分のテトラクロロシラン濃度より高くなるように調節することにより、クロロシランロスを削減でき、その結果、目的とするクロロシランの回収率を向上できることがわかる。
なお、実施例５の結果によれば、テトラクロロシラン濃度を限りなく高くすればクロロシランロスの削減に効果的であることがわかるが、後段のプロセスにおいてテトラクロロシランを分離する際に蒸留塔にかかる負荷が高くなるため、経済的観点からはあまり好ましくなかった。
従って、気液混合物の液体成分中のテトラクロロシラン濃度に対して捕集液のテトラクロロシラン濃度を好ましくは１０％以上高くすることによりクロロシランの回収率を大幅に向上させることができるが、回収率と経済性の両面を考慮するならば、このテトラクロロシラン濃度の増加量を２０〜５０％の範囲とすることが好ましい。【００５６】
以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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