(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状のテトラクロロシランを含むシラン系化合物と、塩化水素とを混合して液状混合物を形成する段階と、
前記液状混合物に金属シリコン粒子を供給して分散させる段階と、
金属シリコン粒子が分散された混合物を管型反応器に供給し水素ガスの存在下で加熱することで、トリクロロシランを生成する反応を生じさせる段階と、
前記管型反応器から排出される生成物から卜リクロロシランを回収する段階と、を備える卜リクロロシラン製造方法。
【請求項２】
前記反応は、管型反応器で行われる液状反応である請求項１に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項３】
前記反応は、３００℃以上１０００℃以下の温度で実施される請求項１又は２に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項４】
前記反応は、５０ｂａｒ以上３００ｂａｒ以下の圧力下で実施される請求項１から３のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項５】
前記金属シリコン粒子は、重量平均粒径が３５ミクロン以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項６】
前記金属シリコン粒子と前記シラン系化合物の重量比は、１：２０〜１：２００である請求項１から５のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項７】
前記シラン系化合物は、卜リクロロシランの熱分解によるポリシリコン析出工程の副産物である請求項１から６のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項８】
水素とテトラクロロシランの重量比は、１：２０〜１：２００である請求項１から７のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項９】
塩化水素とテトラクロロシランの重量比は、１：０よりも大きく１：１０以下である請求項１から８のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項１０】
前記反応後の生成物内に残留するシリコン粒子を分離する段階をさらに含む請求項１から９のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項１１】
前記金属シリコン粒子は反応に消尽され、反応後の生成物に残留しない請求項１から９のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の製造方法により製造された卜リクロロシランを熱分解して、ポリシリコンを析出する工程を含むポリシリコン製造方法。
【請求項１３】
液状のテトラクロロシランを含むシラン系化合物供給手段と、
選択的に塩化水素供給手段と、
前記シラン系化合物供給手段及び前記塩化水素供給手段のそれぞれから供給された、シラン系化合物と選択的に塩化水素とを混合して液状混合物を形成する装置と、
前記液状混合物に金属シリコン粒子を供給して分散させるための金属シリコン粒子供給手段と、
金属シリコン粒子が分散された混合物が供給され、加熱手段が備えられた管型反応器と、
前記反応器に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
前記管型反応器から排出される生成物から卜リクロロシランを回収するための手段と、を備える卜リクロロシラン製造装置。
【請求項１４】
前記金属シリコン粒子は、液状のシラン系化合物に分散された形態に供給される請求項１３に記載の卜リクロロシラン製造装置。
【請求項１５】
前記金属シリコン粒子が分散された混合物を貯蔵するための撹拌機が取り付けられた原料貯蔵タンクをさらに備える請求項１３又は１４に記載の卜リクロロシラン製造装置。
【請求項１６】
前記金属シリコン粒子が分散された混合物が管型反応器に供給される線速度は、前記金属シリコン粒子の沈殿が生じないようにする範囲に調節される請求項１３から１５のいずれか一項に記載の卜リクロロシラン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、卜リクロロシラン製造方法に係り、より具体的には、テトラクロロシランから卜リクロロシランをより効率的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
卜リクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３：ＴＣＳ）は、高純度の多結晶シリコン（すなわち、ポリシリコン）の製造原料として有用な化合物であり、１０００℃以上の高温で水素と反応して高純度のポリシリコンを析出するのに用いられている。この反応は、主に下記反応式１及び２で表される。
４ＳｉＨＣｌ３→Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２  …（１）
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ  …（２）
【０００３】
前記のようなポリシリコン析出反応に用いられる卜リクロロシランは、一般に金属シリコンと塩化水素の反応により製造される。例えば、特許文献１には、流動層式反応装置を用いて金属シリコンと塩化水素とを鉄及びアルミニウム含有触媒の存在下で反応させ、下記反応式３の反応により卜リクロロシランを製造する方法が開示されている。
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２  …（３）
【０００４】
金属シリコンと塩化水素の反応により生成されたガスを−１０℃以下に冷却して、卜リクロロシランを凝縮分離するが、この凝縮液には、卜リクロロシラン以外に副生した他のクロロシランが含まれている。これらのクロロシランを含む凝縮液から卜リクロロシランを蒸留により分離回収して、ポリシリコンの製造原料として使われている。また、蒸留により分離されたテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４：ＳＴＣ）は、主に下記反応式４の反応による卜リクロロシラン（ＴＣＳ）に切り替えられ、ポリシリコンの製造に再び用いられる。
３ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２＋Ｓｉ→４ＳｉＨＣｌ３  …（４）
【０００５】
一方、特許文献２には、金属シリコン粒子が充填された流動層反応器内に、約１００ないし３００μｍの大きさの金属シリコン粒子、塩化水素、テトラクロロシラン及び水素を供給し、この反応器内で金属シリコンと塩化水素による卜リクロロシランの生成反応（反応式３の反応）と、金属シリコン、テトラクロロシラン及び水素の反応による卜リクロロシランの生成反応（反応式４の反応）とを同時に行う卜リクロロシラン製造方法が提案されている（図１参照）。前記方法においては、反応が行われるほど金属シリコン粒子の大きさが次第に小さくなるので、金属シリコン粒子の補充が必要となる。ところが、原料の温度変化を見て補充時期を決定するため、反応温度が一定せずに変動して、反応時間によって生成物の品質が均一でないという問題がある。
【０００６】
したがって、卜リクロロシランからポリシリコンを製造する工程における排気ガスのうちクロロシラン類、特にテトラクロロシランをより効率的に卜リクロロシランに切り替えって再び用いる方法が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３，３２４，９２２号公報
【特許文献２】特開昭５６−７３６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、卜リクロロシランからポリシリコンを製造する工程における排気ガスのうちクロロシラン類、特にテトラクロロシランをより効率的に卜リクロロシランに切り替える方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、前記方法を具現できる卜リクロロシラン製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、テトラクロロシランを含む液状のシラン系化合物に金属シリコン粒子が分散された混合物を、水素ガスの存在下で選択的に塩化水素と反応させて卜リクロロシランを生成する段階を含む卜リクロロシラン製造方法を提供する。
【００１１】
前記反応は、管型反応器で行われる液状反応であることが好ましい。
【００１２】
また、前記反応は、約３００℃以上１０００℃以下の温度で実施されてもよい。
【００１３】
また、前記反応は、約５０ｂａｒ以上３００ｂａｒ以下の圧力下で実施されてもよい。
【００１４】
前記金属シリコン粒子は、重量平均粒径が約３５ミクロン以下であることが好ましい。
【００１５】
前記金属シリコン粒子と前記液状のシラン系化合物の重量比は、約１：２０〜１：２００であってもよい。
【００１６】
前記液状のシラン系化合物は、卜リクロロシランの熱分解によるポリシリコン析出工程の副産物であってもよい。
【００１７】
前記反応は、水素とテトラクロロシランの重量比が１：２０以上１：２００以下の条件で実施されてもよい。
【００１８】
また、前記反応は、塩化水素とテトラクロロシランの重量比が１：０以上１：１０以下の条件で実施されてもよい。
【００１９】
一具現例によれば、前記反応後の生成物内に残留するシリコン粒子を分離する段階をさらに含む。
【００２０】
他の具現例によれば、前記金属シリコン粒子は反応に消尽され、反応後の生成物に残留しない。
【００２１】
上述の方法により製造された卜リクロロシランを熱分解して、ポリシリコンを析出する工程に用いられる。
【００２２】
前記他の目的を達成するために、本発明は、液状のテトラクロロシランを含むシラン系化合物供給手段と、選択的に塩化水素供給手段と、前記シラン系化合物供給手段及び塩化水素供給手段のそれぞれから供給された、シラン系化合物と選択的に塩化水素とを混合して液状混合物を形成する装置と、前記液状混合物に金属シリコン粒子を供給して分散させるための金属シリコン粒子供給手段と、金属シリコン粒子が分散された混合物が供給され、加熱手段が備えられた管型反応器と、前記反応器に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、前記管型反応器から排出される生成物から卜リクロロシランを回収するための手段と、を備える卜リクロロシラン製造装置を提供する。
【００２３】
一具現例によれば、前記金属シリコン粒子は、液状のシラン系化合物に分散された形態に供給されてもよい。
【００２４】
また、前記装置は、金属シリコン粒子が分散された混合溶液を貯蔵するための撹拌機が取り付けられた原料貯蔵タンクをさらに備えてもよい。
【００２５】
また、一具現例によれば、金属シリコン粒子が分散された混合溶液が管型反応器に供給される線速度は、金属シリコン粒子の沈殿が生じないようにする範囲に調節されてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、金属シリコン粒子を気状でない液状のテトラクロロシラン及び塩化水素の混合物に分散させて液状反応させることにより、反応混合物が均一に混合されて接触効率が向上するので、卜リクロロシランの生産性を高くすることができる。また、流動層反応器でない微細管型反応器を用いるために熱制御が容易であるので、副反応を最小化し、生成物の品質及び生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の技術による流動層工程を示す概略図である。
【図２】本発明による卜リクロロシラン製造工程を概略的に示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、様々な変換を加えることができ、色々な実施形態を持つところ、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されなければならない。本発明を説明するにあたって、公知の技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明確にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
本発明は、テトラクロロシランを含む液状のシラン系化合物に金属シリコン粒子を分散させた後、水素ガスの存在下で選択的に塩化水素と反応させることで卜リクロロシランを製造する方法を提供する。
【００３０】
本発明による卜リクロロシラン製造方法は、前記反応式３による金属シリコン及び塩化水素の反応と、前記反応式４によるテトラクロロシラン、金属シリコン及び水素の反応とが同時に行われて卜リクロロシランを生成するが、液状反応を行うものであるので、下記反応式５のように表すことができる。
３ＳｉＣｌ４（ｌ）＋ＨＣｌ（ｌ）＋３Ｈ２（ｇ）＋Ｓｉ（ｓ） →４ＳｉＨＣｌ３（ｌ）＋ＨＣＩ（ｌ）＋Ｈ２（ｌ）  …（５）
【００３１】
前記反応式５において、反応結果物は、反応直後に反応器の内部圧力によって液状に存在する。
【００３２】
以下、各反応物についてより具体的に説明する。
【００３３】
テトラクロロシラン
本発明による反応に用いるテトラクロロシランには、特に制限されるものではないが、ポリシリコンなどの製造過程において副生するテトラクロロシランの有効な利用を図るために、卜リクロロシランからポリシリコンを製造する過程において副生するテトラクロロシランが使われている。
【００３４】
金属シリコン粒子
金属シリコン粒子の大きさを３５ミクロン以下に調節することにより、テトラクロロシランとシリコン粒子の接触面積が増大し、反応サイトが増大するので、反応速度が速くなり、卜リクロロシランの生産性を高くすることができ、金属シリコン粒子の大きさが次第に小さくなるので、一定の反応時間が経過した後にシリコン粒子は完全に消尽される。
【００３５】
本発明においては、シリコン金属粒子を液状のテトラクロロシランに均一に分散させて凝集及び沈殿を防止し、シリコン金属粒子とテトラクロロシランの接触面積を増大させるために、金属シリコン粒子を使用している。
【００３６】
前記反応に用いる金属シリコンは、冶金製の金属シリコンや、ケイ素鉄またはポリシリコンなどの金属状態のケイ素元素を含む固体粒子物質である。なお、金属ケイ素に含まれる鉄化合物などの不純物に対しても、その成分や含有量において特に制限はない。ただし、本発明において、金属シリコン粒子または粉末は、重量平均粒径が約３５ミクロン以下の粒子を指すものとする。金属シリコンの平均粒径は、約３０ミクロン以下、または約２５ミクロン以下、または約１０ミクロン以下、または約５ミクロン以下であり、かつ約０．１ミクロン以上、または約０．５ミクロン以上である。
【００３７】
金属シリコン粒子とテトラクロロシランの混合割合は、金属シリコン粒子１重量部に対して、約２００重量部以下、または約１５０重量部以下であり、かつ約２０重量部以上、または約５０重量部以上である。
【００３８】
金属シリコン粒子の投入量は、テトラクロロシランに分散された金属シリコン粒子間の距離が約１０００ｎｍ以下、または約５００ｎｍ以下であり、かつ約１０ｎｍ以上、または約５０ｎｍ以上である範囲で適宜選択することができる。
【００３９】
好ましくは、金属シリコン粒子が反応に全て用いられて残留しないことにより、反応に用いられて残った微分の金属シリコンを反応結果物から分離する工程を省略することが可能である。
【００４０】
塩化水素
金属シリコンとの反応に選択的に使われる塩化水素は、水素などが取り込まれていても何らの制限なしに使われている。しかし、一般に卜リクロロシラン、テトラクロロシラン、ジクロロシランなどのクロロシランは加水分解性に優れているので、水分と反応することになる。これにより、塩化水素に水分が含まれていれば、生成された卜リクロロシランの収率を低下する恐れがある。したがって、この塩化水素は、乾燥状態であることが好ましい。塩化水素は、分子単位で分散されるため、液状反応物に分散されたシリコンナノ粒子の周辺に十分に分布されるので、反応効率が向上する。
【００４１】
塩化水素とテトラクロロシランの重量比は、１：０〜１：１０であり、より好ましくは、１：０〜１：５である。
【００４２】
あるいは、テトラクロロシラン１モルに対して、塩化水素約１モル以下、または約０．８モル以下、または約０．５モル以下であり、かつ約０．１モル以上、または約０．２モル以上であるが、これに限定されず、それぞれの供給速度と共に反応装置の種類や大きさによって適切な範囲に設定することができる。
【００４３】
反応器
本発明による反応は液状で行われるので、反応装置は管型反応器、特に微細管型反応器を用いることが好ましい。微細管型反応器は、管内径が約１０ｍｍ以下、または約１ｍｍ以上の範囲であり、長さが約１０ｃｍ以上、または約５００ｃｍ以下の範囲に属していることが、反応物の均一な分散と十分な滞留時間の確保において好ましい。微細管型反応器の直径に対する長さの比は、１：１０〜１：５０００であり、より好ましくは、１：２０〜１：５００である。
【００４４】
反応温度は、製造装置の材質や能力などに鑑みて適宜決定すればよいが、反応温度が必要以上に高ければ、卜リクロロシランの選択率が低下し、テトラクロロシランやジクロロシランなどの卜リクロロシラン以外のクロロシラン副産物の量が多くなる。また、直接塩化反応（Ｄｉｒｅｃｔ  ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ：Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２）は、発熱反応である。同一な反応器内でテトラクロロシランが水素と反応して卜リクロロシランが発生する反応は、吸熱反応である。したがって、両方の反応の条件に鑑みて反応温度を多様に設定可能であり、一般に１０００℃以下の範囲に設定される。好ましくは、８００℃以下、または６００℃以下、または４００℃以下の温度に設定され、かつ２００℃以上、または３００℃以上の温度に設定されるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
反応器の圧力が高くなるほど卜リクロロシランの選択率が増加し、テトラクロロシランの反応性も増加するので、圧力に対する適切な調節が必要である。一般に約１００ｂａｒ以下、または約５０ｂａｒ以下の圧力に設定されるが、液状を維持しなければならないので、約５０ｂａｒ以上、または約３００ｂａｒ以下の圧力で設定される。
【００４６】
水素
本発明による反応において、水素は、テトラクロロシランと反応して卜リクロロシランを形成するのに助けになる。水素源には、工業的に入手できる様々な水素を使用することができ、ポリシリコンの製造過程において排出される水素などを適切に精製して使用することもできる。
【００４７】
水素とテトラクロロシランの重量比は、１：２０〜１：２００であり、より好ましくは、１：５０〜１：１００である。
【００４８】
あるいは、テトラクロロシラン１モルに対して、水素５モル以下、または４モル以下、または３モル以下であり、かつ１モル以上であるが、これに限定されるものではなく、その供給速度は、利用する反応装置の種類や大きさによって適切な範囲に設定することができる。
【００４９】
反応触媒
本発明による方法において反応効率を向上するために、触媒を用いることもできるが、必ずしも使用する必要はない。本発明は、触媒を用いなくとも効率的な反応が可能である。
【００５０】
触媒には、金属シリコンと塩化水素の反応における触媒成分として公知のものを制限なしに用いることができる。このような触媒成分には、具体的には、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金などの第ＶＩＩＩ族元素の金属やその塩化物、アルミニウム、銅、チタンなどの金属やその塩化物が挙げられる。これらの触媒は単独で用いてもよいし、複数の触媒を組み合わせて用いてもよい。前記触媒成分の使用量は、卜リクロロシランの製造効率を向上する量であれば特に制限されず、製造装置の能力などに鑑みて適宜決定すればよい。
【００５１】
また、前記触媒成分は、反応系内に添加することによって存在させることもできるが、使用する金属シリコンに不純物として鉄化合物などの触媒成分が含まれている場合には、この不純物を触媒成分として有効に用いることもできる。もちろん、触媒成分を不純物として含有する金属シリコンを使用する場合にも、金属シリコンと塩化水素の反応性を高めるために、触媒成分を反応系内にさらに添加しても全く問題はない。
【００５２】
ポリシリコンの製造
本発明によってテトラクロロシランから製造された卜リクロロシランは、高純度の多結晶シリコン（すなわち、ポリシリコン）の製造原料として使われている。卜リクロロシランは、下記反応式に表すように、１０００℃以上の高温で熱分解されてポリシリコンとして析出される。場合によっては水素の存在下で熱分解することが好ましい。
４ＳｉＨＣｌ３→Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２  …（１）
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ  …（２）
【００５３】
卜リクロロシランを用いたポリシリコン析出反応は当業界で広く知られているので、具体的な工程条件についての説明は省略する。
【００５４】
以下、図２を参照して、本発明の方法による一実施形態をより具体的に説明する。
【００５５】
本発明による卜リクロロシラン製造装置は、液状のテトラクロロシランを含むシラン系化合物供給手段と、選択的に塩化水素供給手段と、前記シラン系化合物供給手段及び塩化水素供給手段のそれぞれから供給された、シラン系化合物と選択的に塩化水素とを混合して液状混合物を形成する装置と、前記液状混合物に金属シリコン粒子を供給して分散させるための金属シリコン粒子供給手段と、金属シリコン粒子が分散された混合物が供給され、加熱手段が備えられた管型反応器と、前記反応器に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、前記管型反応器から排出される生成物から卜リクロロシランを回収するための手段と、を備える。
【００５６】
より具体的に説明すれば、水素ガス供給手段では、水素ガスの流量がＭＦＣ（Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）により調節される。水素原料ボンベの圧力により排出された水素ガスは、ＭＦＣを通過しながら流量が制御され、反応器に供給される。
【００５７】
塩化水素供給手段では、塩化水素ガスの流量がＭＦＣにより調節される。塩化水素ボンベの圧力により排出された塩化水素ガスは、テトラクロロシラン溶液に溶解され、テトラクロロシラン溶液と共に反応器に供給される。
【００５８】
一具現例によれば、塩化水素が溶解されているテトラクロロシラン溶液は原料貯蔵タンクに保管することができる。
【００５９】
原料貯蔵タンクは、原料の沸点を考慮して１０℃以下の温度を維持するように二重ジャケットからなっており、冷却器により低温に維持されることが好ましい。
【００６０】
前記タンクの上部には、シリコン粉末を添加できる装置が取り付けられており、シリコン粉末を注入してテトラクロロシラン溶液に分散させることができる。
【００６１】
前記タンクには、外気が容器の内部に流入されることを防止するために隔壁の空間が設けられており、この隔壁の空間は真空ポンプと連結されており、シリコン粉末の注入時に外部からの酸素及び水分の流入を防止する。
【００６２】
シリコン粒子の均一な分散状態を維持するために、原料貯蔵タンクには撹拌機が取り付けられていることが好ましい。約５０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍで撹拌機が回転し、シリコン粒子の沈殿を抑制する。
【００６３】
このような原料貯蔵タンクが二つあるいはそれ以上存在し、最初のタンクに貯蔵された原料を消尽する場合、二番目のタンクに連続的に注入できるように配管が連結されている。
【００６４】
シリコン粒子が分散された混合物は、原料貯蔵タンクから液体移送用ポンプにより管型反応器に連続的に注入される。液体移送用ポンプは、吐出圧力が約１００ｂａｒ以上、より好ましくは、約２００ｂａｒ以上である。固体のシリコン粉末も溶液と共に移送されなければならず、テトラクロロシラン溶液の水分と酸素との反応性を考慮して特定の方式のポンプ（高圧用ポンプ）が適当である。
【００６５】
高圧用ポンプを用いて管型反応器に注入された原料は、高温及び高圧の管型反応器を通過しながら反応が起こる。このとき、管型反応器の反応温度は、約２００℃〜４００℃が適当であり、約２５０℃〜３５０℃がより好ましい。
【００６６】
反応が終了した生成物は、管型反応器の１０℃以下に冷却した後段部を通過しながら全て液状になって捕集装置に回収される。このとき、未反応水素と塩化水素ガス及び塩素ガスは捕集装置により液体と分離され、液体は他の移送装置を介して他の貯蔵容器に移送される。
【００６７】
図２は、一具現例による装置の構成を概略的に説明する。
【００６８】
図２に示すように、気状のテトラクロロシラン１は、冷却器１０を通過して液状のテトラクロロシラン２に切り替えられる。液状のテトラクロロシラン２は塩化水素４と共に配合され、塩化水素はテトラクロロシランに溶解されて液状を形成する。ここに金属シリコン粒子６が投入されて配合される。金属シリコン粒子と配合される前に、必要に応じてポンプ２０により加圧されるが、これに限定されるものではない。
【００６９】
水素ガスは、上述の段階のうち任意の段階で添加される。例えば、液状のテトラクロロシラン２を塩化水素４と配合する前または後、あるいは金属シリコン粒子が分散される前または後に添加する。
【００７０】
金属シリコン粒子が分散された液状のテトラクロロシラン／塩化水素混合液７は管型反応器３０に注入されて反応が行われる。前記混合液は、図示していないが、上述のように撹拌機が取り付けられた原料貯蔵タンクに保管されている。反応器３０には、最適な反応温度を提供するための加熱手段（図示せず）が備えられ、十分な滞留時間と接触面積を提供できるように設計される。
【００７１】
また、テトラクロロシランに分散されたシリコン粒子は、密度が高いために沈殿することになる。したがって、シリコンが分散されたシラン溶液が管型反応器を通過するときの線速度は、シリコンの沈殿速度よりも速くなければならない。例えば、１０μｍのシリコン粒子の場合、テトラクロロシラン溶液での沈殿速度は秒当たり約１０ｍｍであり、この溶液が内径１０ｍｍの管型反応器を沈殿なしに通過するのには、溶液の線速度は最小限秒当たり１０ｍｍ以上でなければならない。したがって、管型反応器の長さと内径は、シリコン粉末の大きさと沈殿速度によって決定される。
【００７２】
好ましい具現例によれば、金属シリコン粒子は反応に全て消尽し、この場合、反応後に残留する金属シリコン粒子を分離するための工程（例えば、フィルタリング工程）が省略する。
【００７３】
反応器３からの排出物８は、反応器の内部の圧力により液状に存在し、液状反応物のうちの卜リクロロシランと塩化水素／水素を分離するために、加圧または減圧蒸留装置を用いることもできるが、常温で卜リクロロシランは液体であり、塩化水素と水素は気体である性質を用いて、反応直後に液状に存在する卜リクロロシラン、塩化水素及び水素は圧力が解除された状態で保管することにより、液状の卜リクロロシランが容易に得られる。
【００７４】
本発明による方法は、液状のテトラクロロシランを用いて液状反応により管型反応器を用いて進行し、また、金属シリコン粒子を反応させるために反応物が均一に混合され、反応表面積が増大し、反応温度の制御が容易であるので、生産効率が極大化される。
【００７５】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。しかし、下記実施例は本発明の一具現例に過ぎず、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。
【００７６】
実施例１
内径４ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ３１６製の反応管が四つ連結された微細管型反応管を３５０℃の反応温度で内圧を１６０ｂａｒに維持しながら、金属シリコン（純度９８％、平均粒径３μｍ）を１重量％でテトラクロロシランに分散させた分散液、塩化水素及び水素をそれぞれ表１に示したような流量で取り込んで反応を実施した。
【００７７】
【表１】
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【００７８】
実施例２
反応温度を２６０℃としたことを除いては、実施例１−１と同様な方法により反応を実施した結果、生成物のうちのＴＣＳ含量は７モル％であった。
【００７９】
実施例３
反応圧力を１２０ｂａｒとしたことを除いては、実施例１−１と同様な方法により反応を実施した結果、生成物のうちのＴＣＳ含量は１４モル％であった。
【００８０】
比較例１
反応温度を３５０℃とし、反応管内の圧力を１０ｋｇ／ｃｍ２Ｇとした結果、ＳＴＣを始めとした全ての反応物が気化して連続工程ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、金属シリコン粒子を気状でない液状のテトラクロロシラン及び塩化水素の混合物に分散させて液状反応させることにより、反応混合物が均一に混合されて接触効率が向上するので、卜リクロロシランの生産性を高くすることができる。また、流動層反応器でない微細管型反応器を用いるために熱制御が容易であるので、副反応を最小化し、生成物の品質及び生産性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０  冷却器
２０  ポンプ
３０  管型反応器
【図１】
0006037047.tif 000003
【図２】
0006037047.tif 000004