(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含む触媒反応器に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を通過させて塩化水素の濃度を低める段階；および
前記廃ガスを前記触媒反応器に通過させた後に、通過された廃ガスに含まれている水素および塩化シラン系化合物を分離する段階を含み、
前記イオン交換樹脂触媒は、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を含む廃ガスの精製方法。
【請求項２】
前記廃ガスは、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）、および塩化シラン系化合物を含む請求項１に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項３】
前記触媒反応器を通過した前記廃ガスに含まれる塩化水素の含量は、前記触媒反応器を通過する前に対して８０モル％以上減少する請求項１に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項４】
前記廃ガスが前記触媒反応器を通過することによって、塩化水素が三塩化シランおよび四塩化珪素に転換される請求項１に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項５】
イオン交換樹脂触媒を含み、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を通過させて塩化水素の濃度を低める触媒反応器；および
前記触媒反応器を通過した廃ガスから、水素および塩化シラン系化合物を分離する分離装置を含み、
前記イオン交換樹脂触媒は、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を含む廃ガスの精製装置。
【請求項６】
前記分離装置は、ノックアウトドラム、蒸留装置、分離膜装置、および気液分離装置からなる群より選択される１種以上を含む請求項５に記載の廃ガスの精製装置。
【請求項７】
化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する段階；および
前記凝縮相流れをイオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含む触媒反応器に通過させて塩化水素の濃度を低める段階を含み、
前記イオン交換樹脂触媒は、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を含む廃ガスの精製方法。
【請求項８】
前記廃ガスは、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）、および塩化シラン系化合物を含む請求項７に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項９】
前記触媒反応器を通過した前記凝縮相流れに含まれる塩化水素の含量は、前記触媒反応器を通過する前に対して８０モル％以上減少する請求項７に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項１０】
前記凝縮相流れが前記触媒反応器を通過することによって、塩化水素が三塩化シランおよび四塩化珪素に転換される請求項７に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項１１】
前記凝縮相流れを前記触媒反応器に通過させた後に、通過された凝縮相流れに含まれている塩化シラン系化合物を分離する段階をさらに含む請求項７に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項１２】
化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する分離装置；および
イオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含み、前記凝縮相流れから塩化水素の濃度を低める触媒反応器を含み、
前記イオン交換樹脂触媒は、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を含む廃ガスの精製装置。
【請求項１３】
前記分離装置は、ノックアウトドラム、蒸留装置、分離膜装置、気液分離装置、吸収塔、および吸着塔からなる群より選択される１種以上を含む請求項１２に記載の廃ガスの精製装置。
【請求項１４】
前記分離装置の前端に位置し、前記廃ガスを冷却する第１冷却器をさらに含む、請求項１２に記載の廃ガスの精製装置。
【請求項１５】
化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する段階；
前記非凝縮相流れを第１触媒反応器に通過させて塩化水素の濃度を低める段階；および
前記凝縮相流れの塩化シラン系化合物を沸点によって分離する段階を含み、
前記第１触媒反応器に使用される触媒は、
環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を含むイオン交換樹脂、及び
パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）を含む遷移金属からなる群より選択される１種以上を含む廃ガスの精製方法。
【請求項１６】
前記廃ガスは、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）、および塩化シラン系化合物を含む請求項１５に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項１７】
前記廃ガスを−３０℃超過乃至１０℃以下で凝縮して非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する、請求項１５に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項１８】
前記第１触媒反応器を通過した前記非凝縮相流れに含まれる塩化水素の含量は、前記第１触媒反応器を通過する前に対して８０モル％以上減少する請求項１５に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項１９】
前記非凝縮相流れが前記第１触媒反応器を通過することによって、塩化水素が三塩化シランおよび四塩化珪素に転換される請求項１５に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項２０】
前記第１触媒反応器に通過した非凝縮相流れを水素流れと塩化シラン系流れに分離する段階をさらに含む請求項１５に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項２１】
前記分離された塩化シラン系流れは、前記凝縮相流れと合流して前記凝縮相流れの塩化シラン系化合物を沸点によって分離する段階に移送される、請求項２０に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項２２】
前記凝縮相流れの塩化シラン系化合物を沸点によって分離する段階を遂行する前に、前記凝縮相流れに含まれている塩化水素の濃度を低める段階をさらに含む請求項１５に記載の廃ガスの精製方法。
【請求項２３】
前記凝縮相流れに含まれている塩化水素の濃度を低める段階は、前記凝縮相流れを蒸留するか、第２触媒反応器に通過させて遂行され、
前記第２触媒反応器に使用される触媒は、
環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を含むイオン交換樹脂、及び
パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）を含む遷移金属からなる群より選択される１種以上を含む請求項２２に記載の廃ガスの精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃ガスの精製方法および精製装置に関するものである。より詳しくは、化学気相蒸着反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガスから塩化水素の濃度を低めて高純度の水素を分離することができる廃ガスの精製方法および精製装置に関するものである。
【０００２】
本出願は、２０１４年１月２４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−０００９１０１号、２０１４年１月２４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−０００９１０２号、および２０１４年４月２９日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−００５１６６８号の出願日の利益を主張し、その内容全部は本明細書に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池用ポリシリコンを生産する知られた方法の一つは化学気相蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）反応器でポリシリコンの積層によるものであって、シーメンス工程（Ｓｉｅｍｅｎｓ  ｐｒｏｃｅｓｓ）と知られている。
【０００４】
シーメンス工程において、通常シリコンフィラメントは１０００℃以上の高温でキャリアガスと共にトリクロロシラン（ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）に露出される。トリクロロシランガスは、加熱されたシリコンフィラメント上に下記式１のようにシリコンを分解して蒸着させて、加熱されたシリコンフィラメントを成長させる。
［式１］
２ＨＳｉＣｌ３→Ｓｉ＋２ＨＣｌ＋ＳｉＣｌ４
【０００５】
前記のように化学気相蒸着によるポリシリコンの蒸着工程を行った後、反応副産物として二塩化シラン、三塩化シラン、または四塩化ケイ素のような塩化シラン系化合物と、水素および塩化水素が排出される。
【０００６】
このような塩化シラン系化合物、水素、塩化水素を含む廃ガス（ＯＧＲ；Ｏｆｆ−Ｇａｓ）は、一般に１）凝縮および圧縮（Ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ  ＆  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）工程、２）塩化水素（ＨＣｌ）吸収および蒸留（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ＆  ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）工程、３）水素（Ｈ２）吸着（Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）工程、４）塩化シラン系化合物の分離（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）工程の４段階を経て回収および再利用される。
【０００７】
より具体的に見れば、ポリシリコン蒸着反応器から排出された廃ガスは、凝縮および圧縮工程に移送されて冷却されノックアウトドラム（ｋｎｏｃｋ−ｏｕｔ  ｄｒｕｍ）に流入する。温度による分離が行われ、塩化シラン系（Ｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）化合物凝縮相流れは塩化水素（ＨＣｌ）蒸留塔に、非凝縮相流れは塩化水素吸収塔下部に移送される。この時、非凝縮相中の水素（Ｈ２）の組成は大略９０モル％以上である。
【０００８】
塩化水素蒸留塔で塩化水素成分が除去された凝縮相流れは吸収塔上部から噴霧されながら混合され、非凝縮相流れ内の塩化シラン系化合物成分および塩化水素を吸収して除去する。
【０００９】
大部分の塩化シラン系化合物成分および塩化水素が除去された水素流れは活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）で充填されたカラム（Ｃｏｌｕｍｎ）に流入し、残存している塩化シラン系化合物成分および塩化水素が吸着され、高純度の水素が回収される。
【００１０】
前述の水素精製方式は、圧力循環吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＰＳＡ）工程であって、ポリシリコン廃ガス分離精製のために採択されている。
【００１１】
図１は、従来技術による廃ガスの精製装置を示したものである。
【００１２】
図１を参照すれば、従来の廃ガスの精製装置３００は、ノックアウトドラム３１５、吸収塔３２５、１次蒸留塔３４５、吸着塔３５５および２次蒸留塔３６０を含む。
【００１３】
ポリシリコン蒸着反応器３０５から排出された廃ガス３０１は、第１冷却器３１０で冷却後、ノックアウトドラム３１５に流入して、水素を過量で含む気相の非凝縮相流れ３０２および塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れ３０３に分離される。この時、廃ガス３０１に含まれていた塩化水素のうちの大部分は非凝縮相流れ３０２に分布する。
【００１４】
ノックアウトドラム３１５の上部から排出された気相の非凝縮相流れ３０２は、第２冷却器３２０で追加冷却および加圧後、吸収塔３２５に注入される。この時、非凝縮相流れ３０２に含まれていた塩化水素と塩化シラン成分の大部分が後述の１次蒸留塔３４５から噴霧された塩化シラン系流れ３０７によって除去される。一方、吸収塔３２５上部から排出された水素流れ３０４は、吸着塔３５５で最終精製されて再利用される。
【００１５】
ノックアウトドラム３１５の下部から排出された液相流れ３０３は、ポンプ３５０を経て、吸収塔３２５から排出された流れ３０６と混合された後、１次蒸留塔３４５に注入される。１次蒸留塔３４５の上部からは気相の塩化水素が分離排出され、下部からは塩化水素が除去された塩化シラン系流れ３０７が排出される。この時、１次蒸留塔３４５工程は全体精製工程中の約４０％以上のエネルギーが消費され、最も多くのエネルギーが消費される高エネルギー工程として行われる。この塩化シラン系流れ３０７の大部分は再びポンプ３３５および冷却器３３０を経て吸収塔３２５に移送されて非凝縮相流れ３０２内の塩化水素および塩化シラン吸収に用いられ、残りは２次蒸留塔３６０に移送されて二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後、再利用される。
【００１６】
前記のような従来の精製方法では、非凝縮相流れ３０２に含まれている塩化水素を除去するために、１次蒸留塔３４５で塩化水素成分が除去された凝縮相流れ３０７を吸収塔３２５に噴霧させて供給する。このような工程のために、吸収塔３２５では冷却させ、１次蒸留塔３４５では加熱する必要があるため、エネルギー使用が非効率的であるという問題点がある。なお、非凝縮相の純度確保のために、吸収塔３２５上部の凝縮相流れを過度に再循環（ｒｅｃｙｃｌｅ）させているため、廃ガス精製工程でのエネルギー費用上昇の主な原因になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前記のような従来技術の問題点を解決するために、本発明は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程で発生する廃ガスから、塩化水素ガスを高いエネルギー効率で効果的に除去することができる廃ガスの精製方法および精製装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明は、
イオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含む触媒反応器に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を通過させて塩化水素の濃度を低める段階；および
前記廃ガスを前記触媒反応器に通過させた後に、通過された廃ガスに含まれている水素および塩化シラン系化合物を分離する段階を含む廃ガスの精製方法を提供する。
【００１９】
また、本発明は、
イオン交換樹脂触媒を含み、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を通過させて塩化水素の濃度を低める触媒反応器；および
前記触媒反応器を通過した廃ガスから、水素および塩化シラン系化合物を分離する分離装置を含む廃ガスの精製装置を提供する。
【００２０】
また、本発明は、
化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する段階；および
前記凝縮相流れをイオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含む触媒反応器に通過させて塩化水素の濃度を低める段階を含む廃ガスの精製方法を提供する。
【００２１】
また、本発明は、
化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する分離装置；および
イオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含み、前記凝縮相流れから塩化水素の濃度を低める触媒反応器を含む廃ガスの精製装置を提供する。
【００２２】
また、本発明は、
化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する段階；
前記非凝縮相流れを第１触媒反応器に通過させて塩化水素の濃度を低める段階；および
前記凝縮相流れの塩化シラン系化合物を沸点によって分離する段階を含む廃ガスの精製方法を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の廃ガスの精製方法および精製装置によれば、ポリシリコン蒸着反応器から排出された廃ガスから塩化水素を除去するために凝縮および圧縮工程を行って沸点差による分離を行う代わりに、触媒反応器を用いて塩化水素を塩化シラン系化合物に転換して除去する。これにより、塩化水素によって引き起こされる様々な問題点、例えば腐食、塩化シランの漏出、分離膜変質、活性炭に含まれている不純物の溶出現象などを減少させることができ、塩化水素が除去された高純度の水素を製造して再利用することができる。
【００２４】
また、本発明の廃ガスの精製方法および精製装置は、比較的に簡単で低エネルギーの装置によって実現することができるため、設備および工程運転費用を節減することができる。
【００２５】
また、本発明の廃ガスの精製方法によれば、塩化水素を除去するための吸収塔が必要でないため１次凝縮および分離段階以後に排出される非凝縮相を圧縮する段階の圧力を従来の圧力範囲より低めて運転が可能であり、これによりエネルギー使用量節減効果がさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の廃ガスの精製装置を示したものである。
【図２】本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【図３】本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【図４】本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【図５】本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【図６】本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【図７】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図８】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図９】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図１０】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図１１】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図１２】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図１３】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【図１４】本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明において、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明することに使用され、前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。
【００２８】
また、本明細書で使用される用語は単に例示的な実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なる意味を有しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、“含む”、“備える”または“有する”などの用語は実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在するのを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
【００２９】
また本発明において、各層または要素が各層または要素の“上に”または“の上に”形成されると言及される場合には各層または要素が直接各層または要素の上に形成されることを意味するか、他の層または要素が各層の間、対象体、基材上に追加的に形成され得ることを意味する。
【００３０】
本発明は多様な変更を加えることができ様々な形態を有し得るところ、特定実施例を例示して下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むと理解されなければならない。
【００３１】
以下、本発明の廃ガスの精製方法および精製装置をより詳しく説明する。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、イオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含む触媒反応器に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を通過させて塩化水素の濃度を低める段階；および前記廃ガスを前記触媒反応器に通過させた後に、通過された廃ガスに含まれている水素および塩化シラン系化合物を分離する段階を含む廃ガスの精製方法を提供する。
【００３３】
まず、本発明の明細書全体において前記廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）とは、ポリシリコン蒸着工程、特に化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出されるガスであって、多様な化合物を含むことができるが、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）、および塩化シラン系化合物を含むガスであり得る。
【００３４】
また、前記廃ガスは、非凝縮された気相状態、凝縮された液相状態またはこれらの混合状態を全て含み、ポリシリコン蒸着工程を行った直後に直ちに排出されるガスだけでなく、他の工程を経て、ポリシリコン蒸着工程の遂行直後とは異なるガス組成を有するようになる場合も含む。
【００３５】
また、本発明の明細書全体において凝縮相流れとは、前記廃ガスが冷却、加圧、分離、精製などの工程を経て液体状態で流動する流れを意味し、一つの工程によって形成された流れ、または２段階以上の多段階の工程によって形成された流れ、またはこれらが混合された流れを全て含む。さらに、前記凝縮相流れは液相流れと同一な意味として使用することができる。一方、前記凝縮相流れには一つ以上の工程から由来した流れが混合されることによって気体が一部（例えば、約１０重量％以下）混合された状態であり得、前記のように気体が一部含まれている場合も本発明の凝縮相流れに含む。
【００３６】
また、本発明の明細書全体において非凝縮相流れとは、前記廃ガスが加熱、解圧、分離、精製などの工程を経て気体状態で流動する流れを意味し、一つの工程によって形成された流れ、または２段階以上の多段階の工程によって形成された流れ、またはこれらが混合された流れを全て含む。さらに、前記非凝縮相流れは気相流れと同一な意味として使用することができる。一方、前記非凝縮相流れには一つ以上の工程から由来した流れが混合されるか、熱交換による凝縮によって液体が一部（例えば、約１５重量％以下）混合された状態であり得、前記のように液体が一部含まれている場合も本発明の凝縮相流れに含む。
【００３７】
ポリシリコンを生産する知られた方法の一つとして化学気相蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）反応は、シリコンフィラメントを加熱させた後、トリクロロシランのようなガス状態のシリコン前駆体化合物を注入して熱分解させることによって、前記シリコンフィラメントにシリコンを析出させる方法をいう。
【００３８】
このような、化学気相蒸着反応によるポリシリコン蒸着工程の副産物として、二塩化シラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）、および四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）のような塩化シラン系化合物だけでなく、塩化水素（ＨＣｌ）、水素（Ｈ２）などが含まれている廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）が発生する。
【００３９】
このような廃ガスに含まれている様々な成分から水素および塩化シラン系化合物は分離して再び化学気相蒸着で再利用することができる。しかし、前記廃ガスに含まれている成分の中の塩化水素は再利用が困難で装置の腐食を起こすことがあるため工程後に除去することが好ましいが、低い沸点および分子量によって除去することが容易でない。
【００４０】
従来の廃ガスの精製方法で、ポリシリコン蒸着反応器から排出された廃ガスは凝縮および圧縮工程に移送されて温度による分離を行った。これにより、塩化シラン系（ｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）化合物を含む凝縮相流れ（ｓｔｒｅａｍ）は蒸留塔に移送されて上部に塩化水素を分離し、非凝縮相流れは吸収塔下部に移送される。
【００４１】
蒸留塔で塩化水素（ＨＣｌ）成分が除去された凝縮相流れが吸収塔上部から噴霧されながら混合され、非凝縮相流れ内の塩化シラン系（ｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）成分および塩化水素（ＨＣｌ）を吸収して除去する。
【００４２】
その後、大部分の塩化シラン成分および塩化水素が除去された水素流れは、活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）で充填されたカラム（Ｃｏｌｕｍｎ）に流入して残存している塩化水素および塩化シラン系化合物が活性炭によって吸着され、高純度の水素が回収される。
【００４３】
前記のような従来の精製方法では、非凝縮相流れに含まれている塩化水素を除去するために蒸留塔で塩化水素成分が除去された凝縮相流れを吸収塔に噴霧させて供給する。このような工程のために前記吸収塔では冷却させ、前記蒸留塔では加熱する必要があるため、エネルギー使用が非効率的であるという問題点がある。また、非凝縮相流れの純度確保のために吸収塔に前記凝縮相流れを過度に再循環させているため、廃ガス精製工程でのエネルギー費用上昇の主な原因になっている。
【００４４】
しかし、本発明の廃ガスの精製方法は、従来の工程に比べて比較的に簡単で低エネルギーの装置によって実現することができるため、設備および工程運転費用を節減することができる長所を有する。
【００４５】
本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法においては、蒸留塔で沸点の差で塩化水素を気相で分離するのではなく、触媒反応器に廃ガスを通過させて塩化水素を三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換させることによって塩化水素の排出を減らすことができる。
【００４６】
即ち、本発明の一実施形態による精製方法によれば、イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器を準備し、前記触媒反応器に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガスを通過させて、前記廃ガスに含まれている塩化水素の濃度を低めるようになる。
【００４７】
前記のイオン交換樹脂触媒としては、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を使用することができる。前記環状アミン化合物の例としては、ビニルピリジン（ｖｉｎｙｌｐｒｉｄｉｎｅ）、ピリダジン（ｐｙｒｉｄａｚｉｎｅ）、ピリミジン（ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、ピラジン（ｐｙｒａｚｉｎｅ）、ピペリジン（ｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ）、またはピロリジン（ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ）などが挙げられるが、本発明がこれに制限されるのではない。
【００４８】
前記アミン基は特に制限されないが、イオン交換樹脂の効率面から３次または４次アミン基が好ましい。また、前記アミン基を含むスチレン系またはスチレン−ジビニルベンゼン系重合体の製造は従来に知られた方法を用いることができ、特に制限されない。例えば、前記触媒製造方法の例として、フタルイミド工程を用いることができる。この場合、ジビニルベンゼン−架橋されたポリスチレン樹脂はフタルイミドまたはフタルイミド誘導体と反応する。これによって得られた１次ポリビニルベンジルアミンの加水分解生成物は、ホルムアルデヒドおよびホルム酸と反応する。これから３次アミノ基を有するポリスチレン樹脂を得ることができる。
【００４９】
また、前記イオン交換樹脂触媒は商業的に容易に入手でき、例えば、アクリル系重合体の種類としては商品名Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ  ＩＲＡ−９５８、またはＡｍｂｅｒｌｉｔｅ  ＩＲＡ−６７などを、スチレン系またはスチレン−ジビニルベンゼン系重合体の種類としては商品名Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）  Ａ−２１、Ｄｏｗｅｘ  Ｍ−４３、またはＬＥＷＡＴＩＴ（登録商標）  ＭＰ  ６２  ＷＳなどを、環状アミン化合物としては商品名Ｒｅｉｌｌｅｘ（登録商標）ＨＰ、またはＲｅｉｌｌｅｘ（登録商標）４２５などが挙げられる。
【００５０】
本発明の一実施形態によれば、前記触媒反応器はアミン系化合物を含むことができる。前記アミン系化合物の例としては、アミン、アンモニウム塩、アミノシラン、アミノシロキサンまたはアミノアルコキシシランなどであり得るが、本発明がこれに制限されるのではない。
【００５１】
本発明の精製方法によれば、前記廃ガスに含まれている塩化水素が前記イオン交換樹脂触媒を通過しながら下記のような反応式１および／または２によって三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）および／または四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）に転換されて塩化水素濃度が低くなる効果を得ることができる。また、前記イオン交換樹脂触媒を使用することによって、廃ガスに含まれている不純物を除去する追加の効果がある。
［反応式１］
ＳｉＨ２Ｃｌ２＋ＨＣＬ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
［反応式２］
ＳｉＨＣｌ３＋ＨＣＬ→ＳｉＣｌ４＋Ｈ２
【００５２】
前記のように、塩化水素、水素、および塩化シラン系化合物を含む廃ガスがイオン交換樹脂触媒を通過することによって、上記のような反応式１および／または２により、塩化水素が三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換される。
【００５３】
より詳細に、前記のような反応は次のようなメカニズムによって起こることが可能である。まず、イオン交換樹脂触媒のアミン官能基によって塩化水素分子がアミン−ヒドロクロリドまたはアミン−塩化シラン塩を形成する。また、アミン−ヒドロクロリドのＣｌ−イオンが酸−触媒反応によって三塩化シランのシリコン原子を攻撃して、水素原子が脱落し四塩化珪素が形成され得る。
【００５４】
本発明によれば、前記廃ガスに含まれている各成分の成分比は特に制限されない。化学気相蒸着反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガスの場合、全体廃ガスに対して水素は約５０モル％以上であり、残りが塩化水素および塩化シラン系化合物であり得る。また、水素（Ｈ２）および塩化水素（ＨＣｌ）モル比は約９９：１であり得る。一方、より効果的な塩化水素の除去のために、塩化水素（ＨＣｌ）１モルに対して三塩化シランのモル数は１モル以上に含まれ得る。
【００５５】
塩化水素の含量が前記廃ガス全体で占める含量は、前記触媒反応器を通過する前に対して、約８０モル％以上、例えば、約８０〜約１００モル％、好ましくは約９０〜約９９．９モル％が減少できる。
【００５６】
前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に、前記廃ガスを通過させる段階は、約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度および約１〜約３０ｂａｒ、約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの圧力条件で遂行することができるが、これに制限されるのではなく、前記イオン交換樹脂触媒が活性化される範囲内であれば、条件を適切に変更することができる。
【００５７】
前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器を通過させた後、通過された廃ガスに含まれている水素、および塩化シラン系化合物を分離するための分離工程を行う。
【００５８】
前記分離工程は、混合物から高沸点化合物および低沸点化合物を分離する方法であれば特別な制限なく用いることができ、例えば、蒸留工程、分離膜工程、気液分離工程、またはこれらの組み合わせによって行うことができる。
【００５９】
より具体的に、本発明の一実施形態によれば、まず、前記触媒反応器を通過した廃ガスが１次蒸留塔に流入する。前記１次蒸留塔の上部には水素が、下部では塩化シラン系化合物が排出される。下部に排出された塩化シラン系化合物は２次蒸留塔に流入し、前記２次蒸留塔の上部から二塩化シランおよび三塩化シランが排出され、前記２次蒸留塔の下部では四塩化珪素が分離され得る。分離された成分のうちの四塩化珪素を除いた成分はポリシリコン蒸着工程のための供給工程に再循環し得る。
【００６０】
本発明の他の一実施形態によれば、前記触媒反応器を通過した廃ガスは１次冷却されノックアウトドラム（Ｋｎｏｃｋ  Ｏｕｔ  Ｄｒｕｍ）に流入して凝縮相および非凝縮相に分離される。ノックアウトドラムで分離された成分の中の過量の水素に含まれている非凝縮相は分離膜によって精製され、精製された水素はポリシリコン蒸着工程のために再循環し得る。分離膜を通過しなかった塩化シラン系化合物を含む凝縮相流れは蒸留塔に流入して気相の二塩化シランおよび三塩化シラン、液相の四塩化珪素に分離され得る。分離された成分のうちの四塩化珪素を除いた成分はポリシリコン蒸着工程のための供給工程に再循環する。
【００６１】
本発明の他の一実施形態によれば、イオン交換樹脂触媒を含み、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を通過させて塩化水素の濃度を低める触媒反応器；および前記触媒反応器を通過した廃ガスから、水素および塩化シラン系化合物を分離する分離装置を含む廃ガスの精製装置を提供する。
【００６２】
この時、前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器および廃ガスに関する説明は、前記精製方法で詳述したとおりである。
【００６３】
前記分離装置は、混合物から高沸点化合物および低沸点化合物を分離することができる一般的な装置であれば特別な制限なく使用することができ、例えば、蒸留装置、分離膜装置、ノックアウトドラム、気液分離装置などを含むことができる。また、前記分離装置は前記触媒反応器の後端に設置することができ、分離しようとする対象物によって互いに異なる装置および運転条件で運転することができる。
【００６４】
以下、本発明の一実施形態による精製装置を図面を参照してより詳しく説明する。
【００６５】
図２は、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【００６６】
図２を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置１０は、触媒反応器３および蒸留塔６を含む。
【００６７】
触媒反応器３には、ポリシリコン蒸着反応器１から排出される廃ガス２が分離精製のために移送される。この時、廃ガス２は約５０モル％以上の水素と、約０．０１〜約５モル％の塩化水素、約０．０１〜約１０モル％の二塩化シランおよび約０．０１〜約２５モル％の三塩化シラン、約０．０１〜約１０モル％の四塩化珪素から構成され得るが、これにのみ制限されるのではない。
【００６８】
触媒反応器３にはイオン交換樹脂触媒４が充填される。
【００６９】
廃ガス２はイオン交換樹脂触媒４が充填された触媒反応器３を通過し、触媒反応器３内で塩化水素が前述の反応式１および／または２によって三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換され得る。触媒反応器３は、約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度条件で運転できるが、これに制限されるのではなく、イオン交換樹脂触媒４が非活性化されない範囲内で変化させることができる。
【００７０】
また、運転圧力は約１〜約３０ｂａｒ、好ましくは約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの範囲を有するが、イオン交換樹脂触媒４の活性と触媒反応器３の運転に影響を与えない範囲内で変化させることができる。
【００７１】
触媒反応器３を通過した混合ガス５は、分離精製のために触媒反応器３後端と連携された蒸留塔６に移送される。この時、触媒反応器３を通過した混合ガス５は、約５０モル％以上の水素と約０．０１〜約５モル％の二塩化シランおよび約０．０１〜約２５モル％の三塩化シラン、約０．０１〜約３０モル％の四塩化珪素からなり得る。
【００７２】
蒸留塔６で、混合ガス５は水素、二塩化シランおよび三塩化シラン混合ガス、および液体四塩化珪素に分離され、再利用のためにポリシリコン蒸着反応器１に再循環し得る。
【００７３】
図３は、本発明の他の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【００７４】
図３を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置１００は、触媒反応器１３０、１次蒸留塔１６０、および２次蒸留塔１９０を含む。
【００７５】
触媒反応器１３０には、ポリシリコン蒸着反応器１１０から排出される廃ガス１２０が分離精製のために移送される。この時、廃ガス１２０は約５０モル％以上の水素と、約０．０１〜約５モル％の塩化水素、約０．０１〜約１０モル％の二塩化シランおよび約０．０１〜約２５モル％の三塩化シラン、約０．０１〜約１０モル％の四塩化珪素から構成され得るが、これにのみ制限されるのではない。
【００７６】
触媒反応器１３０にはイオン交換樹脂触媒１４０が充填される。
【００７７】
廃ガス１２０は、イオン交換樹脂触媒１４０が充填された触媒反応器１３０を通過し、触媒反応器１３０内で塩化水素が前述の反応式１および／または２によって三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換され得る。触媒反応器１３０は約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度条件で運転することができるが、これに制限されるのではなく、イオン交換樹脂触媒１４０が非活性化されない範囲内で変化させることができる。
【００７８】
また、運転圧力は約１〜約３０ｂａｒ、好ましくは約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの範囲を有するが、イオン交換樹脂触媒１４０の活性と触媒反応器１３０の運転に影響を与えない範囲内で変化させることができる。
【００７９】
触媒反応器１３０を通過した混合ガス１５０は１次蒸留塔１６０に流入して１次蒸留塔１６０上部には水素１１１が、下部では塩化シラン系化合物１７０が分離される。この時、１次蒸留塔１６０は水素１１１と塩化シラン系化合物１７０の分離のために二塩化シランの沸点以下の低温で稼動され得る。また、分離効率を増加させるために１次蒸留塔１６０以前に冷却器をさらに設置して混合ガス１５０の温度を低めることができる。１次蒸留塔１６０下端から排出された塩化シラン系化合物１７０は、約５〜約１５モル％の二塩化シラン、約４０〜約６０モル％の三塩化シラン、約３０〜約５０モル％の四塩化珪素を含むことができる。
【００８０】
塩化シラン系化合物１７０は、貯蔵タンク１８０に移送される。貯蔵タンク１８０から排出された塩化シラン系化合物は、ポンプ１１４によって２次蒸留塔１９０に移送される。２次蒸留塔１９０上部からは二塩化シランおよび三塩化シランが気相で排出され、下部には四塩化珪素が液相で排出される。この時、２次蒸留塔１９０は、四塩化珪素の露点（Ｄｅｗ  ｐｏｉｎｔ）と三塩化シランの沸点（Ｂｏｉｌｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）の間で稼動され得る。１次蒸留塔１６０と２次蒸留塔１９０の運転圧力は約０〜約１０ｂａｒであり得、各成分の沸点と露点は蒸気圧と運転圧力によって決定される。
【００８１】
一方、１次蒸留塔１６０から排出される水素の純度を高めるために分離膜１１２を設置することができ、流入される水素流れ１１１は全体または一部であり得る。また、分離膜１１２から分離された不純物１１３は貯蔵タンク１８０に流入して、１次蒸留塔１６０から排出された塩化シラン系化合物１７０と共に混合されて２次蒸留塔１９０から移送され得る。
【００８２】
図４は、本発明の他の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【００８３】
図４を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置２００は、触媒反応器２０３、ノックアウトドラム２１６、分離膜２２０、および蒸留塔２２９を含む。
【００８４】
触媒反応器２０３には、ポリシリコン蒸着反応器２０１から排出される廃ガス（Ｏｆｆ−ｇａｓ）２０２が分離精製のために移送される。この時、廃ガス２０２は約５０モル％以上の水素と、約０．０１〜約５モル％の塩化水素、約０．０１〜約１０モル％の二塩化シランおよび約０．０１〜約２５モル％の三塩化シラン、約０．０１〜約１０モル％の四塩化珪素から構成され得るが、これにのみ制限されるのではない。
【００８５】
触媒反応器２０３には、イオン交換樹脂触媒２０４が充填される。
【００８６】
廃ガス２０２はイオン交換樹脂触媒２０４が充填された触媒反応器２０３を通過し、触媒反応器２０３内で塩化水素が前述の反応式１および／または２によって三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換され得る。触媒反応器２０３は、約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度条件で運転することができるが、これに制限されるのではなく、イオン交換樹脂触媒２０４が非活性化されない範囲内で変化させることができる。
【００８７】
また、運転圧力は、約１〜約３０ｂａｒ、好ましくは約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの範囲を有するが、イオン交換樹脂触媒２０４の活性と触媒反応器２０３の運転に影響を与えない範囲内で変化させることができる。
【００８８】
触媒反応器２０３を通過した混合ガス２０５は、冷却器２１５を通過しながら−５℃以下に冷却されてノックアウトドラム２１６に流入する。この時、混合ガス２０５の移送を円滑にするために冷却器２１５後端にポンプを設置するか、ノックアウトドラム２１６の位置を触媒反応器２０３下端に配置して重力によって流れるようにすることができる。
【００８９】
ノックアウトドラム２１６から混合ガス流れは、各成分の蒸気圧によって水素を過量で含む非凝縮相流れ２１７および塩化シラン系化合物を過量で含む凝縮相流れ２２５に分離される。非凝縮相流れ２１７は約８０モル％以上の水素を含むことができ、非凝縮相流れ２１７内の塩化シラン系化合物の組成はノックアウトドラム２１６の温度と圧力によって決定され得る。非凝縮相流れ２１７は分離膜２２０を通過させるために圧縮器２１８を用いて圧縮し、例えば、約３〜約６ｂａｒ以上加圧され得る。加圧された非凝縮相流れ２１９は、分離膜２２０を通過した高純度の水素と分離膜２２０を通過しない不純物２２１に分離される。分離膜２２０から排出された非透過性不純物２２１は液体分離機２２２を通過しながら再び水素流れ２２３と塩化シラン系凝縮相流れ２２４に分離され、この時、水素流れ２２３はノックアウトドラム２１６上部から排出された非凝縮相流れ２１７と混合されて圧縮器２１８を通過する。
【００９０】
ノックアウトドラム２１６下部から排出された凝縮相流れ２２５は、液体分離機２２２から排出された塩化シラン系凝縮相流れ２２４と混合されて塩化シラン系流れ２２６を形成する。塩化シラン系流れ２２６は、ポンプ２２７によって蒸留塔２２９に移送される。この時、蒸留塔２２９に投入される前、分離効率増大のために加熱器２２８を追加的に含むことができ、加熱器２２８によって約３０〜約７０℃まで加熱できる。
【００９１】
蒸留塔２２９に流入した塩化シラン系流れ２２６は、気相の二塩化シランおよび三塩化シランと液相の四塩化珪素に分離されて排出される。この時、蒸留塔２２９は約３〜約７ｂａｒの圧力範囲と四塩化珪素の露点と三塩化シランの沸点の間の温度範囲で運転され得、四塩化珪素の露点と三塩化シランの沸点は運転圧力と各成分の蒸気圧によって決定されるようになる。
【００９２】
前述のような本発明の廃ガスの精製方法および精製装置によれば、ポリシリコン蒸着反応器から排出された廃ガスから塩化水素を除去するために凝縮および圧縮工程を行って沸点差による分離を行う代わりに、イオン交換樹脂が充填された触媒反応器を用いて塩化水素を塩化シラン系化合物に転換して除去する。これにより、吸収塔を使用する従来の廃ガス精製工程に対して、エネルギー消費量が４０％以上減少できる。
【００９３】
したがって、塩化水素が外部に排出されず塩化水素によって引き起こされる様々な問題点を防止することができる。また、低い沸点を有する塩化水素を除去するために従来の精製方法のように塩化水素を含む非凝縮相流れを冷却および圧縮後、再度吸収塔に噴霧して供給するなどのエネルギー使用の非効率性を防止することができて、低エネルギー工程で塩化水素の効果的な除去が可能である。
【００９４】
本発明の他の一実施形態によれば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する段階；および前記凝縮相流れをイオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含む触媒反応器に通過させて塩化水素の濃度を低める段階を含む廃ガスの精製方法を提供する。
【００９５】
本発明の一実施形態による精製方法によれば、まず、ポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を気相の非凝縮相流れと液相の凝縮相流れに分離する。
【００９６】
より具体的に、本発明の一実施形態によれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは冷却後、ノックアウトドラムに流入して水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【００９７】
前記ノックアウトドラムの上部で分離された気相の非凝縮相流れは、追加冷却および加圧後、吸収塔に注入され、前記非凝縮相流れに含まれている水素は吸収塔上部から排出され、吸着塔で最終精製され再利用することができる。また、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は、吸収塔下部に排出され、下記の触媒反応器を経て最終除去される。
【００９８】
前記ノックアウトドラムの下部で分離された液相の凝縮相流れは、イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に注入される。または、前記ノックアウトドラムの下部で分離された凝縮相流れは、前記ノックアウトドラムの上部で分離された非凝縮相流れを吸収塔に通過させた後、前記吸収塔から排出される液相流れと混合してイオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に注入され得る。
【００９９】
本発明の他の一実施形態によれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次冷却後、ノックアウトドラムに流入して水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１００】
前記ノックアウトドラムの上部から排出された気相の非凝縮相流れは、凝縮装置に流入して低温で２次冷却される。前記２次の低温冷却によって気相の非凝縮相流れ内に含まれていた塩化水素および塩化シランの追加凝縮が発生し、前記凝縮された流れは再び前記ノックアウトドラムに再循環する。その後、非凝縮相流れは吸収塔に注入され、前記非凝縮相流れに含まれている水素は吸収塔上部から排出され、吸着塔で最終精製され再利用することができる。また、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は吸収塔下部に排出され、下記の触媒反応器を経て最終除去される。
【０１０１】
前記ノックアウトドラムの下部から排出された液相の凝縮相流れは、イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に注入される。または、吸収塔から排出された液相流れと混合されてイオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に注入され得る。
【０１０２】
前記液相の凝縮相流れをイオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に通過させることによって、前記液相の凝縮相流れに含まれている塩化水素を除去する。
【０１０３】
前記イオン交換樹脂触媒としては、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を使用することができる。前記環状アミン化合物の例としては、ビニルピリジン（ｖｉｎｙｌｐｒｉｄｉｎｅ）、ピリダジン（ｐｙｒｉｄａｚｉｎｅ）、ピリミジン（ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、ピラジン（ｐｙｒａｚｉｎｅ）、ピペリジン（ｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ）、またはピロリジン（ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ）などが挙げられるが、本発明がこれに制限されるのではない。
【０１０４】
前記イオン交換樹脂触媒に関するより詳細な説明、具体的な種類、メカニズム、および効果などに関する説明は前述したとおりである。
【０１０５】
前記凝縮相流れに含まれている各成分の成分比は特に制限されないが、本発明の一実施形態によれば、前記触媒反応器に投入される凝縮相流れは、塩化水素を約０．０１〜約５モル％、水素を約０．０１〜約１モル％、および残量の塩化シラン系化合物を含むことができる。一方、より効果的な塩化水素の除去のために、塩化水素（ＨＣｌ）１モルに対して三塩化シランのモル数は１モル以上に含まれ得る。
【０１０６】
塩化水素の含量が前記凝縮相流れ全体で占める相対的含量は、前記触媒反応器を通過する前に対して、約８０モル％以上、例えば、約８０〜約１００モル％、好ましくは約９０〜約９９．９モル％が減少できる。
【０１０７】
前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に前記凝縮相流れを通過させる段階は、約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度および約１〜約３０ｂａｒ、約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの圧力条件で遂行され得るが、これに制限されるのではなく、前記イオン交換樹脂触媒が活性化される範囲内であれば、条件を適切に変更することができる。
【０１０８】
本発明の一実施形態によれば、前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器を通過させた後、通過された凝縮相流れに含まれている塩化シラン系化合物を分離するための分離工程を行うことができる。
【０１０９】
前記分離工程は、混合物から高沸点化合物および低沸点化合物を分離する方法であれば特別な制限なく用いることができ、例えば、蒸留工程、分離膜工程、気液分離工程、またはこれらの組み合わせによって遂行できる。
【０１１０】
本発明の他の一実施形態によれば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する分離装置；およびイオン交換樹脂触媒（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｒｅｓｉｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含み、前記凝縮相流れから塩化水素の濃度を低める触媒反応器を含む廃ガスの精製装置を提供する。
【０１１１】
この時、前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器および廃ガスに関する説明は、前記精製方法で詳述したとおりである。
【０１１２】
前記分離装置は、混合物から高沸点化合物および低沸点化合物を分離することができる一般的な装置であれば特別な制限なく使用することができ、例えばノックアウトドラム、蒸留装置、分離膜装置、気液分離装置、吸収塔、吸着塔などを含むことができる。また、前記分離装置は前記触媒反応器の前端に設置することができ、分離しようとする対象物によって互いに異なる装置および運転条件で運転することができる。
【０１１３】
より具体的に、本発明の一実施形態によれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、冷却後、ノックアウトドラムに流入して水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１１４】
前記ノックアウトドラムの上部から排出された気相の非凝縮相流れは追加冷却および加圧後に吸収塔に注入され、前記非凝縮相流れに含まれている水素は吸収塔上部から排出され、吸着塔で最終精製され再利用することができる。また、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は吸収塔下部に排出され、下記の触媒反応器を経て最終除去される。
【０１１５】
前記ノックアウトドラムの下部から排出された液相の凝縮相流れは、吸収塔から排出された液相流れと混合されてイオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に注入される。前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器では塩化水素が前述の反応式１および／または２の反応によって三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）および／または四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）に転換されて塩化水素濃度が低くなり、このように塩化水素の濃度が低くなった塩化シラン系流れが排出される。
【０１１６】
本発明の他の一実施形態によれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、冷却後、ノックアウトドラムに流入して水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１１７】
前記ノックアウトドラムの上部から排出された気相の非凝縮相流れは、凝縮装置に流入して低温で冷却される。低温冷却によって気相の非凝縮相流れ内に含まれていた塩化水素および塩化シランの追加凝縮が発生し、前記凝縮された流れは再び前記ノックアウトドラムに再循環する。その後、前記非凝縮相流れは吸収塔に注入され、前記非凝縮相流れに含まれている水素は吸収塔上部から排出され、吸着塔で最終精製され再利用することができる。また、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は吸収塔下部に排出され、下記の触媒反応器を経て最終除去される。
【０１１８】
前記ノックアウトドラムの下部から排出された液相の凝縮相流れは、前記吸収塔から排出された液相流れと混合されてイオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器に注入される。前記イオン交換樹脂触媒を含む触媒反応器では塩化水素が前記反応式１および／または２の反応によって塩化水素濃度が低くなり、このように塩化水素の濃度が低くなった塩化シラン系流れが排出される。この時、前記ノックアウトドラム上部から排出された流れの低温冷却によって非凝縮相流れにおいて塩化水素および塩化シランの量が減るため、前記吸収塔に移送される液相塩化シラン再循環流れを相当量節減して運転することができ、残りは２次蒸留塔に移送されて二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用される。
【０１１９】
以下、本発明の一実施形態による精製装置を図面を参照してより詳しく説明する。
【０１２０】
図５は、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【０１２１】
図５を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置５００は、触媒反応器５５０、ノックアウトドラム５１５、吸収塔５２５、および吸着塔５６０および蒸留塔５６５を含む。
【０１２２】
ポリシリコン蒸着反応器５０５から排出される廃ガス５０１は、第１冷却器５１０で冷却後、ノックアウトドラム５１５に流入して水素を過量で含む非凝縮相流れ５０２と、塩化シラン系化合物を過量で含む凝縮相流れ５０３に分離される。非凝縮相流れ５０２は約８０モル％以上の水素を含むことができ、非凝縮相流れ５０２内の塩化シラン系化合物の組成はノックアウトドラム５１５の温度と圧力によって決定され得る。
【０１２３】
ノックアウトドラム５１５の上部から排出された非凝縮相流れ５０２は、第２冷却器５２０で追加冷却および加圧後、吸収塔５２５に注入され、この時、非凝縮相流れ５０２に含まれている水素は吸収塔５２５上部から排出され、吸着塔５６０で最終精製されて再利用される。また、前記非凝縮相流れ５０２に含まれている塩化水素は、下記で説明するように、吸収塔５２５下部に排出され、触媒反応器５５０を経て最終除去される。
【０１２４】
ノックアウトドラム５１５下部から排出された凝縮相流れ５０３は、ポンプ５７０を経て吸収塔５２５下部から排出された液相流れ５０６と混合されて触媒反応器５５０に注入される。この時の凝縮相流れ５０３および液相流れ５０６が混合された流れは、約０．０１〜１モル％の水素、約０．０１〜約５モル％の塩化水素、約０．０１〜約１０モル％の二塩化シランおよび約０．０１〜約８０モル％の三塩化シラン、約０．０１〜約５０モル％の四塩化珪素から構成され得るが、これにのみ制限されるのではない。
【０１２５】
凝縮相流れ５０３および液相流れ５０６が混合された流れは、イオン交換樹脂触媒５５５が充填された触媒反応器５５０を通過し、触媒反応器５５０内で塩化水素が前述の反応式１および／または２によって三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換され得る。触媒反応器５５０は約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度条件で運転することができるが、これに制限されるわけではなく、イオン交換樹脂触媒５５５が非活性化しない範囲内で変化させることができる。
【０１２６】
また、運転圧力は約１〜約３０ｂａｒ、好ましくは約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの範囲を有するが、イオン交換樹脂触媒５５５の活性と触媒反応器５５０の運転に影響を与えない範囲内で変化させることができる。
【０１２７】
触媒反応器５５０の代わりに蒸留塔を含む従来の精製工程と異なり、前記工程では塩化水素を塩化シラン系化合物に転換するので、気相の塩化水素が排出されない。
【０１２８】
触媒反応器５５０下部から排出された液相の塩化シラン系流れ５０７は、一部は冷却器５３０を経て吸収塔５２５に移送されて非凝縮相流れ５０２内の塩化水素および塩化シラン系化合物吸収に使用され、残りは蒸留塔５６５に移送される。蒸留塔５６５に流入した塩化シラン系流れ５０７は気相の二塩化シランおよび三塩化シランと液相の四塩化珪素に分離されて排出される。この時、蒸留塔５６５は約３〜約７ｂａｒの圧力範囲と四塩化珪素の露点と三塩化シランの沸点の間の温度範囲で運転され得、四塩化珪素の露点と三塩化シランの沸点は運転圧力と各成分の蒸気圧によって決定される。
【０１２９】
図６は、本発明の他の一実施形態による廃ガスの精製装置を示したものである。
【０１３０】
図６を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製装置６００は、触媒反応器６５０、ノックアウトドラム６１５、吸収塔６２５、および吸着塔６６０および蒸留塔６６５を含む。
【０１３１】
ポリシリコン蒸着反応器から排出される廃ガス６０１は、第１冷却器６１０で冷却後、ノックアウトドラム６１５に流入して水素を過量で含む非凝縮相流れ６０２と、塩化シラン系化合物を過量で含む凝縮相流れ６０３に分離される。非凝縮相の流れ６０２は約８０モル％以上の水素を含むことができ、非凝縮相流れ６０２内の塩化シラン系化合物の組成はノックアウトドラム６１５の温度と圧力によって決定され得る。
【０１３２】
ノックアウトドラム６１５の上部から排出された非凝縮相流れ６０２は、第２冷却器６２０に流入して低温で冷却される。この時、冷却温度は約−３０〜約−７０℃の範囲で運転することができ、より好ましくは約−４０〜約−６０℃の範囲で運転することができる。低温冷却により非凝縮相流れ６０２内に含まれていた塩化水素および塩化シランの追加凝縮が発生し、前記凝縮された液相流れは再びノックアウトドラム６１５に再循環する。その後、吸収塔６２５に注入された非凝縮相流れ６０２に含まれている塩化水素は、吸収塔６２５下部に排出されて下記の触媒反応器６５０を経て最終除去される。吸収塔６２５上部から排出された水素流れ６０４は、吸着塔６６０で最終精製されて再利用される。
【０１３３】
ノックアウトドラム６１５下部から排出された凝縮相流れ６０３は、ポンプ６７０を経て吸収塔６２５下部から排出された液相流れ６０６と混合されて触媒反応器６５０に注入される。この時の凝縮相流れ６０３および液相流れ６０６が混合された流れは、約０．０１〜１モル％の水素、約０．０１〜約５モル％の塩化水素、約０．０１〜約１０モル％の二塩化シランおよび約０．０１〜約８０モル％の三塩化シラン、約０．０１〜約５０モル％の四塩化珪素から構成され得るが、これにのみ制限されるのではない。
【０１３４】
凝縮相流れ６０３および液相流れ６０６が混合された流れは、イオン交換樹脂触媒６５５が充填された触媒反応器６５０を通過し、触媒反応器６５０内で塩化水素が前述の反応式１および／または２によって三塩化シランおよび／または四塩化珪素に転換され得る。触媒反応器６５０は、約−４０〜約２００℃、好ましくは約−２０〜約１５０℃、より好ましくは約０〜約１００℃の温度条件で運転することができるが、これに制限されるのではなく、イオン交換樹脂触媒６５５が非活性化されない範囲内で変化させることができる。
【０１３５】
また、運転圧力は、約１〜約３０ｂａｒ、好ましくは約１〜約２０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約１０ｂａｒの範囲を有するがイオン交換樹脂触媒６５５の活性と触媒反応器６５０の運転に影響を与えない範囲内で変化させることができる。
【０１３６】
触媒反応器６５０の代わりに蒸留塔を含む従来の精製工程と異なり、前記工程では塩化水素を塩化シラン系化合物に転換するので、気相の塩化水素が排出されない。
【０１３７】
触媒反応器６５０下部から排出された液相の塩化シラン系流れ６０７は、一部は吸収塔６２５に移送されて非凝縮相流れ内の塩化水素および塩化シラン系化合物吸収に使用される。この時、ノックアウトドラム６１５上部から排出された非凝縮相流れ６０２は、第２冷却器６２０による追加的な低温冷却によって塩化水素および塩化シラン系化合物の量が顕著に減った状態であるため、吸収塔６２５に移送される液相塩化シラン系再循環流れを約３０〜９０％の範囲まで節減して運転することができ、より好ましくは約５０〜８０％の範囲まで節減して運転することができる。
【０１３８】
残り流れは蒸留塔６６５に移送される。蒸留塔６６５に流入した塩化シラン系流れ６０７は、気相の二塩化シランおよび三塩化シランと液相の四塩化珪素に分離されて排出される。この時、蒸留塔６６５は約３〜約７ｂａｒの圧力範囲と四塩化珪素の露点と三塩化シランの沸点の間の温度範囲で運転され得、四塩化珪素の露点と三塩化シランの沸点は運転圧力と各成分の蒸気圧によって決定される。
【０１３９】
本発明の他の一実施形態によれば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）反応によるポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を非凝縮相流れと凝縮相流れに分離する段階；
前記非凝縮相流れを第１触媒反応器に通過させて塩化水素の濃度を低める段階；および
前記凝縮相流れの塩化シラン系化合物を沸点によって分離する段階を含む廃ガスの精製方法を提供する。
【０１４０】
本発明の一実施形態による精製方法によれば、まず、ポリシリコン蒸着工程を行った後に排出される廃ガス（ｏｆｆ−ｇａｓ）を凝縮して気相の非凝縮相流れと液相の凝縮相流れに分離する（１次凝縮および分離段階）。この時、前記非凝縮相流れは水素を過量で含み、前記凝縮相流れは塩化シラン系化合物を過量で含むことができる。また、塩化水素は、凝縮相流れより非凝縮相流れに相対的にさらに多く分布することができる。
【０１４１】
前記１次凝縮は、約−３０℃超過乃至約１０℃以下、好ましくは約−２０℃以上乃至約５℃以下、さらに好ましくは約−１０℃以上乃至約０℃以下で行われ得、前記温度範囲で凝縮させる時、水素を過量で含む流れと、塩化シラン系化合物を過量で含む流れとに効果的に分離され得る。−３０℃以下の温度で凝縮時、二塩化シランおよび三塩化シラン組成が相対的に過度に低くなって効果的な塩化水素の除去が困難になり、１０℃を超過して凝縮する場合、非凝縮相流れに含まれる塩化シラン系化合物含量が増加し、これによる処理費用が上昇するため好ましくない。
【０１４２】
前記気相の非凝縮相流れは第１触媒反応器に投入されて、前記第１触媒反応器で塩化水素が塩化シラン系化合物に転換され得る（触媒反応段階）。
【０１４３】
前記気相の非凝縮相流れは、前記第１触媒反応器に投入される前に、前記１次凝縮段階で低下した圧力を前記第１触媒反応器に流入するに適切な水準に上昇させるために加圧する段階をさらに経ることができる（圧縮段階）。本発明の一実施形態によれば、前記気相の非凝縮相流れは、約１〜約５０ｂａｒの圧力、好ましくは約１〜約４０ｂａｒの圧力、さらに好ましくは約１〜約３０ｂａｒの圧力がなるように加圧することができる。
【０１４４】
本発明の一実施形態によれば、前記第１触媒反応器はイオン交換樹脂触媒を含むことができる。
【０１４５】
前記イオン交換樹脂触媒としては、環状アミン化合物、アミン基を含むスチレン（ｓｔｙｒｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むスチレン−ジビニルベンゼン（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｄｉｖｉｎｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）系重合体、アミン基を含むアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）系重合体またはこれらの混合物を使用することができる。前記環状アミン化合物の例としてはビニルピリジン（ｖｉｎｙｌｐｒｉｄｉｎｅ）、ピリダジン（ｐｙｒｉｄａｚｉｎｅ）、ピリミジン（ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｅ）、ピラジン（ｐｙｒａｚｉｎｅ）、ピペリジン（ｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ）、またはピロリジン（ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ）などが挙げられるが、本発明がこれに制限されるのではない。
【０１４６】
前記イオン交換樹脂触媒に関するより詳細な説明、具体的な種類、メカニズム、および効果などに関する説明は前述したとおりである。
【０１４７】
本発明の一実施形態によれば、前記第１触媒反応器はアミン系化合物を含むことができる。前記アミン系化合物の例としては、アミン、アンモニウム塩、アミノシラン、アミノシロキサンまたはアミノアルコキシシランなどであり得るが、本発明がこれに制限されるのではない。
【０１４８】
本発明の他の一実施形態によれば、前記第１触媒反応器は遷移金属触媒を含むことができる。前記遷移金属触媒としては、例えば、白金（Ｐｌａｔｉｎｕｍ）、パラジウム（Ｐａｌｌａｄｉｕｍ）、ルテニウム（Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）、ニッケル（Ｎｉｃｋｅｌ）、イリジウム（Ｉｒｉｄｉｕｍ）、またはロジウム（Ｒｈｏｄｉｕｍ）などが挙げられ、これら金属の酸化物、水素化物、有機金属化合物、複合金属酸化物などが含まれ得るが、本発明がこれに限定されるのではない。本発明の一実施形態によれば、前記遷移金属触媒は、好ましくは、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）であり得る。
【０１４９】
また、前記アミン系化合物または遷移金属触媒は、好ましくは、支持体に結合または担持された状態であり得る。また、前記支持体は一般にアミン系化合物または遷移金属の支持体に用いることができるものであれば特に制限されないが、好ましくは、活性炭、炭素ナノチューブ、炭素ナノリボン、炭素ナノワイヤー、多孔性炭素、炭素粉末、またはカーボンブラックなどのような炭素支持体、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのような無機支持体であり得る。
【０１５０】
本発明の他の実施例によれば、前記第１触媒反応器は、活性炭を触媒として含むことができる。
【０１５１】
前記第１触媒反応器を経た非凝縮相流れでは、塩化水素が塩化シラン系化合物に転換されることにより塩化水素の濃度が前記第１触媒反応器を通過する前に比べて約８０モル％以上、例えば、約８０〜約１００モル％、好ましくは約９０〜約９９．９モル％に顕著に減少できる。
【０１５２】
このように、塩化水素の濃度が低くなった非凝縮相流れは２次に凝縮して、水素流れと塩化シラン系流れに分離する（２次凝縮および分離段階）。前記２次凝縮によって分離された水素流れは、吸着工程に送られ最終精製され再利用することができる（吸着段階）。前記２次凝縮後に分離された塩化シラン系流れは、再び１次凝縮および分離段階に注入されて再循環し得る。
【０１５３】
一方、前記１次凝縮および分離段階で排出された凝縮相流れは、蒸留段階に移送されて二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる（蒸留段階）。
【０１５４】
本発明の一実施形態によれば、前記蒸留段階を経る前に前記凝縮相流れに含まれている少量の塩化水素を除去するための塩化水素蒸留段階をさらに経るか、別途に第２触媒反応器を通過させる段階をさらに遂行することができる。
【０１５５】
また、本発明の一実施形態によれば、前記２次凝縮後に分離された塩化シラン系流れは、前記１次凝縮および分離段階で排出された凝縮相流れと合流後、または個別的に蒸留段階に注入され得る。
【０１５６】
前記のように、前記１次凝縮および分離段階で排出された凝縮相流れを二／三塩化シランと四塩化珪素に分離する前に蒸留段階または第２触媒反応段階をさらに遂行することによって全体循環流れの塩化水素含量がさらに低くなることが可能である。
【０１５７】
前記凝縮相流れの塩化水素除去に使用される第２触媒反応器は、前記第１触媒反応器と同一若しくは異なり、イオン交換樹脂、アミン系化合物または遷移金属などの触媒を含むことができる。前記第１および第２触媒反応器はそれぞれ個別的な条件で運転することができる。
【０１５８】
下記では図面を参照して本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法をより詳細に説明する。
【０１５９】
図７および８は、本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【０１６０】
図７および８を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製工程は、１次凝縮および分離段階（Ｓ１０）、圧縮段階（Ｓ２０）、触媒反応段階（Ｓ３０）、２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）、吸着段階（Ｓ５０）、および蒸留段階（Ｓ６０）を含む。
【０１６１】
まず、図７を参照すれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次凝縮および分離段階（Ｓ１０）で、水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１６２】
１次凝縮および分離段階（Ｓ１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ２０）後、触媒反応段階（Ｓ３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素が触媒反応段階（Ｓ３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１６３】
触媒反応段階（Ｓ３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ５０）で最終精製され再利用することができる。また、２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）で排出された、塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、１次蒸留段階（Ｓ１０）で排出された凝縮相流れと合流後、蒸留段階（Ｓ６０）に注入され得る。
【０１６４】
蒸留段階（Ｓ６０）に送られた流れは、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０１６５】
図８を参照すれば、図７と同様に、化学蒸着反応器から排出された廃ガスが、１次凝縮および分離段階（Ｓ１０）で、水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１６６】
１次凝縮および分離段階（Ｓ１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ２０）後、触媒反応段階（Ｓ３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素が、触媒反応段階（Ｓ３０）で、三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１６７】
触媒反応段階（Ｓ３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ５０）で最終精製され再利用できる。また、２次凝縮および分離段階（Ｓ４０）で排出された、塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、１次蒸留段階（Ｓ１０）に送られて再循環し得る。
【０１６８】
別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ１０）で排出された前記凝縮相流れは、蒸留段階（Ｓ６０）に送られて二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０１６９】
図９〜１１は、本発明の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【０１７０】
図９〜１１を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製工程は、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）、圧縮段階（Ｓ１２０）、触媒反応段階（Ｓ１３０）、２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）、吸着段階（Ｓ１５０）、１次蒸留段階（Ｓ１６０）、および２次蒸留段階（Ｓ１７０）を含む。
【０１７１】
まず、図９を参照すれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で、水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１７２】
１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ１２０）後、触媒反応段階（Ｓ１３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は、触媒反応段階（Ｓ１３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１７３】
触媒反応段階（Ｓ１３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ１５０）で最終精製され再利用することができる。また別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された前記凝縮相流れに含まれている塩化水素は１次蒸留段階（Ｓ１６０）で分離され、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）に再流入し得る。
【０１７４】
２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）で排出された、塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された凝縮相流れと合流後、１次蒸留段階（Ｓ１６０）に注入され得る。１次蒸留段階（Ｓ１６０）では、気相の塩化水素と液相の塩化シラン系流れが分離される。
【０１７５】
１次蒸留段階（Ｓ１６０）で排出された塩化シラン系流れは２次蒸留段階（Ｓ１７０）に送られて、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０１７６】
図１０を参照すれば、図９と同様に、化学蒸着反応器から排出された廃ガスが、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で、水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１７７】
１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ１２０）後、触媒反応段階（Ｓ１３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は、触媒反応段階（Ｓ１３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１７８】
触媒反応段階（Ｓ１３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ１５０）で最終精製され再利用することができる。
【０１７９】
また別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された前記凝縮相流れに含まれている塩化水素は、１次蒸留段階（Ｓ１６０）で塩化シラン系流れと分離されて１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）に再流入し得る。
【０１８０】
２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）で排出された、塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、１次蒸留段階（Ｓ１６０）で排出された凝縮相流れと合流後、２次蒸留段階（Ｓ１７０）に注入され得る。１次蒸留段階（Ｓ１６０）では、気相の塩化水素と液相の塩化シラン系流れが分離される。
【０１８１】
２次蒸留段階（Ｓ１７０）に送られた流れは、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０１８２】
その次に、図１１を参照すれば、図９と同様に、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で、水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１８３】
１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ１２０）後、触媒反応段階（Ｓ１３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は触媒反応段階（Ｓ１３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１８４】
触媒反応段階（Ｓ１３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ１５０）で最終精製され再利用することができる。また別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された前記凝縮相流れに含まれている塩化水素は、１次蒸留段階（Ｓ１６０）で塩化シラン系流れと分離されて１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）に再流入することが可能である。
【０１８５】
一方、２次凝縮および分離段階（Ｓ１４０）で排出された塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れも再び１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）に注入されて循環し得る。
【０１８６】
１次凝縮および分離段階（Ｓ１１０）で排出された液相の凝縮相流れは、１次蒸留段階（Ｓ１６０）に送られて塩化水素と塩化シラン系流れに分離される。１次蒸留段階（Ｓ１６０）で排出された塩化シラン系流れは、２次蒸留段階（Ｓ１７０）に送られて、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０１８７】
図１２乃至１４は、本発明の他の一実施形態による廃ガスの精製方法のフローチャートを示したものである。
【０１８８】
図１２乃至１４を参照すれば、本発明の一実施形態による廃ガスの精製工程は、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）、圧縮段階（Ｓ２２０）、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）、２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）、吸着段階（Ｓ２５０）、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）、および蒸留段階（Ｓ２７０）を含む。
【０１８９】
まず、図１２を参照すれば、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１９０】
１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ２２０）後、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１９１】
１次触媒反応段階（Ｓ２３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）で排出された水素は吸着段階（Ｓ２５０）で最終精製され再利用することができる。
【０１９２】
また別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された前記凝縮相流れに含まれている塩化水素は、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１９３】
２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）で排出された、塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された凝縮相流れと合流後、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）に注入され得る。２次触媒反応段階（Ｓ２６０）では、前述のように塩化水素が三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、これから塩化シラン系流れが分離される。
【０１９４】
２次触媒反応段階（Ｓ２６０）で排出された塩化シラン系流れは、蒸留段階（Ｓ２７０）に送られて、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０１９５】
図１３を参照すれば、図１２と同様に、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０１９６】
１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ２２０）後、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１９７】
１次触媒反応段階（Ｓ２３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ２５０）で最終精製され再利用することができる。
【０１９８】
また別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された前記凝縮相流れに含まれている塩化水素は、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０１９９】
一方、２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）で排出された塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）で排出された凝縮相流れと合流後、蒸留段階（Ｓ２７０）に注入され得る。
【０２００】
蒸留段階（Ｓ２７０）に送られた流れは、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０２０１】
その次に図１４を参照すれば、図１２と同様に、化学蒸着反応器から排出された廃ガスは、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で水素を過量で含む気相の非凝縮相流れおよび塩化シラン系化合物を過量で含む液相の凝縮相流れに分離される。
【０２０２】
１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された気相の非凝縮相流れは、圧縮段階（Ｓ２２０）後、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）に投入される。この時、前記非凝縮相流れに含まれている塩化水素は、１次触媒反応段階（Ｓ２３０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。
【０２０３】
１次触媒反応段階（Ｓ２３０）を経た前記非凝縮相流れは、２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）に送られる。２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）で排出された水素は、吸着段階（Ｓ２５０）で最終精製され再利用することができる。
【０２０４】
一方、２次凝縮および分離段階（Ｓ２４０）で排出された塩化水素の濃度が低くなった液相の凝縮相流れは、再び１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）に注入されて再循環し得る。
【０２０５】
また、別途に、１次凝縮および分離段階（Ｓ２１０）で排出された前記凝縮相流れは、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）に送られる。この時、前記凝縮相流れに含まれている塩化水素は、２次触媒反応段階（Ｓ２６０）で三塩化シランおよび四塩化珪素に転換され、塩化水素の濃度が低くなる。２次触媒反応段階（Ｓ２６０）で排出された、塩化水素の濃度が低くなった塩化シラン系流れは、蒸留段階（Ｓ２７０）に送られ、二／三塩化シランと四塩化珪素に分離された後に再利用することができる。
【０２０６】
前記凝縮相または非凝縮相流れに含まれている各成分の成分比は特に制限されないが、本発明の一実施形態によれば、前記１次触媒反応段階に投入される非凝縮相流れは、塩化水素を約０．０１〜約５モル％、水素を約８０〜約９９モル％、および残量の塩化シラン系化合物を含むことができる。一方、より効果的な塩化水素の除去のために、塩化水素（ＨＣｌ）１モルに対して塩化シラン系化合物のモル数は１モル以上に含まれ得る。
【０２０７】
前記１次触媒反応段階に前記非凝縮相流れを通過させる段階は、約−４０〜約４００℃、好ましくは約−２０〜約３００℃、より好ましくは約０〜約２００℃の温度および約１〜約５０ｂａｒ、約１〜約４０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約３０ｂａｒの圧力条件で遂行することができるが、これに制限されるのではなく、前記１次触媒反応段階で使用される触媒が活性化される範囲内であれば、条件を適切に変更することができる。一方、本発明の廃ガスの精製方法によれば、前記１次触媒反応段階は、塩化水素を除去するための従来の吸収塔工程よりエネルギー消費がはるかに低い温度および圧力条件で運用が可能であるためエネルギー使用量を画期的に節減することができる。それにもかかわらず、塩化水素の除去効率も吸収塔工程と比較して同等乃至同等以上の効率を示して、廃ガス精製工程に所要される全体費用の節減および生産性向上の効果がある。
【０２０８】
本発明の一実施形態によれば、前記２次触媒反応段階に投入される凝縮相流れは、塩化水素を約０．０１〜約５モル％、水素を約０．０１〜約１モル％、および残量の塩化シラン系化合物を含むことができる。一方、より効果的な塩化水素の除去のために、塩化水素（ＨＣｌ）１モルに対して塩化シラン系化合物のモル数は１モル以上に含まれ得る。
【０２０９】
前記２次触媒反応段階に前記凝縮相流れを通過させる段階は、約−４０〜約４００℃、好ましくは約−２０〜約３００℃、より好ましくは約０〜約２００℃の温度および約１〜約５０ｂａｒ、約１〜約４０ｂａｒ、より好ましくは約１〜約３０ｂａｒの圧力条件で遂行され得るが、これに制限されるのではなく、前記２次触媒反応段階で使用される触媒が活性化される範囲内であれば、条件を適切に変更することができる。
【０２１０】
塩化水素の含量が前記凝縮相流れまたは非凝縮相流れ全体で占める相対的含量は、前記第１または第２触媒反応段階を通過する前に対して、少なくとも５０モル％以上、例えば約５０〜約９９．９モル％、好ましくは約８０〜約９９．９モル％、さらに好ましくは約９０〜約１００モル％が減少できる。
【０２１１】
以下、発明の具体的な実施例を通じて、発明の作用および効果をより詳述する。但し、このような実施例は発明の例示として提示されたものに過ぎず、これによって発明の権利範囲が決められるのではない。
【０２１２】
＜実施例＞
触媒反応器の製造および性能評価
製造例１
イオン交換樹脂触媒が充填された触媒反応器を準備し、ガスクロマトグラフィーを用いて触媒反応器の性能を評価した。
【０２１３】
外径１／２ｉｎｃｈチューブ状ステンレス材質の反応器内に直径４９０〜６９０μｍの直径を有するアミン官能基を有するスチレン−ジビニルベンゼンマトリックス型のイオン交換樹脂触媒（商品名：Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）  Ａ−２１、Ａｌｄｒｉｃｈ）を充填した。別途に連結されたラインを通じて触媒ベッド体積の３倍に該当する量のエタノールを一時間フラッシングした後、再び触媒ベッド体積の３倍に該当する量のトルエンで一時間フラッシングして、触媒に含まれている不純物および水分を除去した。その後、触媒ベッド体積の３倍に該当する量の四塩化珪素で一時間最終フラッシングして、残存する溶媒を全て除去した。
【０２１４】
前記のように準備した触媒反応器に塩化水素を溶解させた三塩化シラン溶液に水素を分当り１００ｃｃ水準で反応器内に供給し、三塩化シラン溶液にバブリング（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）して気相で反応器内に供給されるようにした。この時、温度は１００℃、圧力は三塩化シランが凝縮されないように２ｂａｒに維持した。そして、前記条件での反応滞留時間は約１０秒であった。水素によって蒸発された三塩化シランガスの組成は、触媒反応前バイパスライン（ｂｙ−ｐａｓｓ  ｌｉｎｅ）を通じてガスクロマトグラフィーで分析され、三塩化シランに対して約５モル％の塩化水素を含んでいることを確認した。
【０２１５】
前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２１６】
製造例２
前記製造例１の触媒反応器に塩化水素を溶解させた三塩化シラン溶液を分当り１０ｍｌ水準で反応器内に供給した。反応器温度は５０℃、圧力は水素で加圧して１０ｂａｒに維持した。触媒ベッドの空隙容量（ｖｏｉｄ  ｖｏｌｕｍｅ）は６５％であり、前記条件での反応滞留時間は１３．５秒であった。塩化水素が溶解された前記三塩化シラン溶液の組成は、触媒反応前バイパスライン（ｂｙ−ｐａｓｓ  ｌｉｎｅ）を通じてガスクロマトグラフィーで分析され、三塩化シランに対して約２モル％の塩化水素を含んでいることを確認した。
【０２１７】
前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２１８】
製造例３
活性炭に担持された白金（Ｐｔ）触媒を含む触媒反応器の廃ガス精製効果を確認した。
【０２１９】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。この反応器に活性炭基盤０．５ｗｔ％白金触媒１．６５ｇを充填後、２００℃で窒素を流しながら１時間活性化した。触媒は粒子型（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）を使用した。
【０２２０】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約１００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約３０ｃｃ／ｍｉｎ注入し、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：１．４であった。
【０２２１】
反応器温度は１５０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２２２】
製造例４
活性炭を含む触媒反応器の廃ガス精製効果を確認した。
【０２２３】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。この反応器に粒子型活性炭（２ｍｍ以下大きさ、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）１．６５ｇを充填して実施し、活性化は製造例３で言及した方法と同様に実施した。
【０２２４】
反応条件は製造例３と同様に設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２２５】
製造例５
活性炭に担持されたパラジウム（Ｐｄ）触媒を含む触媒反応器の廃ガス精製効果を確認した。
【０２２６】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。この反応器に粒子型活性炭基盤０．５ｗｔ％パラジウム触媒（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）１．６ｇを充填して実施し、活性化は製造例３で言及した方法と同様に実施した。
【０２２７】
反応条件は製造例３と同様に設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２２８】
製造例６
活性炭に担持された白金（Ｐｔ）触媒を含む触媒反応器の廃ガス精製効果を確認した。
【０２２９】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。この反応器に粒子型活性炭基盤０．５ｗｔ％白金（Ｐｔ）触媒１．６ｇを充填して使用し、活性化は製造例３で言及した方法と同様に実施した。
【０２３０】
反応温度は８０℃とし、残りの反応ガス投入およびその他の反応条件は製造例３と同様にした。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２３１】
製造例７
触媒反応器に粒子型活性炭基盤０．５ｗｔ％パラジウム（Ｐｄ）触媒１．６ｇを充填して使用したことを除いては、製造例６と同様に反応を行った。
【０２３２】
製造例８
触媒反応器および活性化は製造例６と同様に準備した。
【０２３３】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約２００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約１５ｃｃ／ｍｉｎ注入し、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：２．４であった。
【０２３４】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２３５】
製造例９
触媒反応器および活性化は製造例７と同様に準備した。
【０２３６】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約２００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約１５ｃｃ／ｍｉｎ注入し、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：２．４であった。
【０２３７】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２３８】
製造例１０
触媒反応器および活性化は製造例４と同様に準備した。
【０２３９】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約２００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約１５ｃｃ／ｍｉｎ注入し、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：２．４であった。
【０２４０】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２４１】
製造例１１
活性炭に担持された白金（Ｐｔ）触媒を含む触媒反応器の廃ガス精製効果を確認した。
【０２４２】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。この反応器に粒子型活性炭基盤２．０ｗｔ％白金（Ｐｔ）触媒１．６ｇを充填して使用し、活性化は製造例３で言及した方法と同様に実施した。
【０２４３】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約２００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約１５ｃｃ／ｍｉｎ注入し、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：２．４であった。
【０２４４】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２４５】
製造例１２
イオン交換樹脂触媒が充填された触媒反応器を準備して廃ガス精製効果を確認した。
【０２４６】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。前記反応器に使用された触媒としてはイオン交換樹脂としてアンバーリスト（Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）  Ａ−２１）（Ｄｏｗ  ｃｈｅｍｉｃａｌ）を１．３ｇ充填して使用した。触媒は、反応器に充填前、エタノール（Ｅｔｈａｎｏｌ）浸潤および塩化メチル（Ｍｅｔｈｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）洗浄後、窒素で吹いて２０時間乾燥して前処理した。
【０２４７】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約１００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約３０ｃｃ／ｍｉｎ注入して、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：１．４であった。
【０２４８】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２４９】
製造例１３
触媒反応器および活性化は製造例１２と同様に準備した。
【０２５０】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約２００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約１５ｃｃ／ｍｉｎ注入して、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：２．４であった。
【０２５１】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２５２】
製造例１４
イオン交換樹脂触媒が充填された触媒反応器を準備して廃ガス精製効果を確認した。
【０２５３】
触媒反応器は、長さ５０ｃｍ、外径１／２ｉｎｃｈのステンレススチールチューブを用いて製作した。前記反応器に使用された触媒としてはイオン交換樹脂としてレイレックス（Ｒｅｉｌｌｅｘ（登録商標）  ＨＰ）（Ｖｅｒｔｅｌｌｕｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）を１．７ｇ充填して使用した。触媒は反応器に充填前、エタノール（Ｅｔｈａｎｏｌ）浸潤および塩化メチル（Ｍｅｔｈｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）洗浄後、窒素で吹いて２０時間乾燥して前処理した。
【０２５４】
反応ガス投入時、三塩化シランは液体状態の三塩化シランが入った容器に水素を注入して気化する方式を用い、無水塩化水素は反応器流入直前に投入して混合した。水素約２００ｃｃ／ｍｉｎ、塩化水素約１５ｃｃ／ｍｉｎ注入し、塩化水素と三塩化シランのモル比は約１：２．４であった。
【０２５５】
反応器温度は８０℃、圧力は１ｂａｒに設定した。前記条件で反応後のガスの組成分析結果は下記表１に記載した。
【０２５６】
【表１】
0006297160.tif 000002
【０２５７】
廃ガス精製工程の実施例
実施例１
図２に示された精製装置を用いて廃ガスを精製した。
【０２５８】
イオン交換樹脂触媒４が充填された触媒反応器３は製造例１によって製造した。
【０２５９】
触媒反応器３の反応温度は１００℃、圧力は５ｂａｒに設定し、触媒反応器３に流入する廃ガスの組成は、塩化水素１モル％、二塩化シラン２モル％、三塩化シラン１０モル％、四塩化珪素７モル％、水素８０モル％であった。
【０２６０】
触媒反応器３を通過した混合ガス５の組成は、二塩化シラン１モル％、三塩化シラン１１モル％、四塩化珪素７モル％、水素８１モル％であって、塩化水素が与えられた反応条件で二塩化シランと反応して全て除去され、三塩化シランなどの高次塩化シランに転換されることが確認された。
【０２６１】
実施例２
図３に示された精製装置を用いて廃ガスを精製した。
【０２６２】
イオン交換樹脂触媒１４０が充填された触媒反応器１３０は製造例１によって製造した。
【０２６３】
触媒反応器１３０の反応温度は１００℃、圧力は５ｂａｒに設定し、触媒反応器１３０に流入する廃ガスの組成は、塩化水素１モル％、二塩化シラン２モル％、三塩化シラン１０モル％、四塩化珪素７モル％、水素８０モル％であった。
【０２６４】
触媒反応器１３０を通過した混合ガス１５０の組成は、二塩化シラン１モル％、三塩化シラン１１モル％、四塩化珪素７モル％、水素８１モル％であった。
【０２６５】
１次蒸留塔１６０での精製温度は−５〜−６０℃の分布を有し、圧力は２３ｂａｒに設定した。
【０２６６】
その結果、１次蒸留塔１６０上部から排出される流れの組成は、二塩化シラン０．０１モル％、三塩化シラン０．０３モル％、四塩化珪素０．００１モル％、水素９９．９６モル％であって、高純度の水素からなる流れが排出されることを確認した。
【０２６７】
実施例３
図４に示された精製装置を用いて廃ガスを精製した。
【０２６８】
イオン交換樹脂触媒２０４が充填された触媒反応器２０３は製造例１によって製造した。
【０２６９】
触媒反応器２０３の反応温度は１００℃、圧力は５ｂａｒに設定し、触媒反応器２０３に流入する廃ガスの組成は、塩化水素１モル％、二塩化シラン２モル％、三塩化シラン１０モル％、四塩化珪素７モル％、水素８０モル％であった。
【０２７０】
触媒反応器２０３を通過して分離膜２２０に流入する混合ガス２１９流れの組成は、二塩化シラン１モル％、三塩化シラン１１モル％、四塩化珪素７モル％、水素８１モル％であった。
【０２７１】
ノックアウトドラム２１６での温度は−５℃を有するように設定し、圧力は３ｂａｒに設定した。
【０２７２】
その結果、分離膜２２０から排出される流れの組成は、二塩化シラン０．０１モル％、三塩化シラン０．０３モル％、四塩化珪素０．００１モル％、水素９９．９６モル％であって、高純度の水素からなる流れが排出されることを確認した。
【０２７３】
実施例４
図５に示された精製装置を用いて廃ガスを精製した。
【０２７４】
イオン交換樹脂触媒５５５が充填された触媒反応器５５０は製造例２によって製造した。
【０２７５】
ノックアウトドラム５１５での温度は−５℃を有するように設定し、圧力は３ｂａｒに設定し、触媒反応器５５０の反応温度は５０℃、圧力は１１ｂａｒに設定した。
【０２７６】
ノックアウトドラム５１５を通過した後に触媒反応器５５０に流入する凝縮相流れの組成は、塩化水素２モル％、二塩化シラン９モル％、三塩化シラン５４モル％、四塩化珪素３４モル％、水素１モル％であった。
【０２７７】
その結果、触媒反応器５５０から排出される流れの組成は、二塩化シラン２モル％、三塩化シラン６７モル％、四塩化珪素２９モル％、水素２モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０２７８】
実施例５
図６に示された精製装置を用いて廃ガスを精製した。
【０２７９】
イオン交換樹脂触媒６５５が充填された触媒反応器２５０は製造例２によって製造した。
【０２８０】
ノックアウトドラム６１５での温度は−５℃を有するように設定し、圧力は３ｂａｒに設定し、触媒反応器６５０の反応温度は５０℃、圧力は１１ｂａｒに設定した。ノックアウトドラム６１５の上部から排出された非凝縮相流れは第２冷却器６２０に流入して低温冷却によってもう一度凝縮され、凝縮された流れはノックアウトドラム６１５に再循環した。第２冷却器６２０での低温冷却条件は−４０℃に、圧力は２３ｂａｒに設定した。
【０２８１】
このようにノックアウトドラム６１５および第２冷却器６２０を通過した後、吸収塔６２５に流入する非凝縮相流れは、第２冷却器６２０を含まない場合に比べて塩化水素の６６％、二塩化シランの８８％、三塩化シランの９９％、および四塩化珪素の９７％が減ることを確認した。したがって、触媒反応器２５０下部から排出されて吸収塔６２５に再循環する流れを５６％節減して適用し、約１０．３％のエネルギー節減効果があることを確認した。
【０２８２】
ノックアウトドラム６１５を通過した後に触媒反応器６５０に流入する凝縮相流れの組成は、塩化水素２モル％、二塩化シラン９モル％、三塩化シラン５４モル％、四塩化珪素３４モル％、水素１モル％であった。
【０２８３】
その結果、触媒反応器６５０から排出される流れの組成は二塩化シラン２モル％、三塩化シラン６７モル％、四塩化珪素２９モル％、水素２モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０２８４】
実施例６
図７に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０２８５】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は１００℃、圧力は２３．８５ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は製造例１によって製造した。
【０２８６】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０２８７】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着塔を経て高純度の水素を回収することができた。
【０２８８】
また、前記２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相流れは、１次凝縮および分離段階で分離された凝縮流れと合流してシラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入し、この時、前記蒸留段階に注入される前記合流した流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５８．７モル％、四塩化珪素３５．０モル％であった。
【０２８９】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約４０％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０２９０】
実施例７
図９に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０２９１】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は１００℃、圧力は２３．８５ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は製造例１によって製造した。
【０２９２】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０２９３】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０２９４】
また、前記２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相流れは、１次凝縮および分離段階で分離された凝縮流れと合流して、塩化水素分離のための１次蒸留段階に投入した。この時、前記１次蒸留段階に注入される前記合流した流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５８．７モル％、四塩化珪素３５．０モル％であった。前記１次蒸留段階に使用された蒸留塔での温度は−３５〜１５０℃の分布を有し、圧力は１２．３ｂａｒに設定した。前記１次蒸留段階で分離された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための２次蒸留段階に注入した。
【０２９５】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約３８％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０２９６】
実施例８
図１２に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０２９７】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、１次触媒反応段階で使用された１次触媒反応器の反応温度は１００℃、圧力は２３．８５ｂａｒに設定した。前記第１触媒反応器は、製造例１によって製造した。
【０２９８】
ノックアウトドラムを通過した後に１次触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０２９９】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３００】
また、２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の組成は、１次凝縮および分離段階で排出された、凝縮相流れと合流して、塩化水素を除去するための２次触媒反応段階のために２次触媒反応器に注入した。この時、２次触媒反応器に流入する流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５８．７モル％、四塩化珪素３５．０モル％であった。
【０３０１】
前記２次触媒反応器の反応温度は５０℃、圧力は１２．３ｂａｒに設定し、前記第２触媒反応器は製造例２によって製造した。
【０３０２】
前記第２触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン５．７モル％、三塩化シラン５８．３モル％、四塩化珪素３６．０モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。前記第２触媒反応器から排出された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入した。
【０３０３】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約４０％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３０４】
実施例９
図７に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３０５】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は１５０℃、圧力は２３．８５ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は製造例３によって製造した。
【０３０６】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３０７】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着塔を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３０８】
また、前記２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の流れは、１次凝縮および分離段階で分離された凝縮相流れと合流して、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入し、この時、前記蒸留段階に注入される流れの組成は塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５８．７モル％、四塩化珪素３５．０モル％であった。
【０３０９】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約３０％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３１０】
実施例１０
図８に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３１１】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は１００℃、圧力は２３．８５ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は製造例１によって製造した。
【０３１２】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３１３】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着塔を経て高純度の水素を回収することができた。２次凝縮および分離段階で分離された塩化シラン系流れは二塩化シラン３．２モル％、三塩化シラン７６．４モル％、四塩化珪素２０．４モル％であって、この流れは１次凝縮および分離段階のノックアウトドラムに再循環した。
【０３１４】
一方１次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の流れは、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入した。
【０３１５】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約３５％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３１６】
実施例１１
図９に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３１７】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は１５０℃、圧力は１２．０ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は製造例３によって製造した。
【０３１８】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３１９】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３２０】
また、前記２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の流れは、１次凝縮および分離段階で分離された凝縮相流れと合流して、塩化水素を分離するための１次蒸留段階に注入し、この時、前記１次蒸留段階に注入される流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５８．７モル％、四塩化珪素３５．０モル％であった。
【０３２１】
前記１次蒸留段階に使用された蒸留塔での温度は−３５〜１５０℃の分布を有し、圧力は１２．３ｂａｒに設定した。前記１次蒸留段階で分離された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための２次蒸留段階に注入した。
【０３２２】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約４５％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３２３】
実施例１２
図１０に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３２４】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は１００℃、圧力は１２．０ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は製造例１によって製造した。
【０３２５】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３２６】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３２７】
また、前記２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の流れは、下記の１次蒸留段階で分離された塩化シラン系化合物流れと合流して、シラン系化合物を分離するための２次蒸留段階に移送した。この時、前記２次蒸留段階に注入される流れの組成は、二塩化シラン５．７モル％、三塩化シラン５８．３モル％、四塩化珪素３６．０モル％であった。
【０３２８】
一方、１次凝縮および分離段階で分離された凝縮相流れは、１次蒸留段階に移送された。前記１次蒸留段階に使用された蒸留塔での温度は−３５〜１５０℃の分布を有し、圧力は１２．３ｂａｒに設定した。前記１次蒸留段階で分離された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための２次蒸留段階に注入した。
【０３２９】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約５０％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３３０】
実施例１３
図１１に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３３１】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、触媒反応段階で使用された触媒反応器の反応温度は８０℃、圧力は１２．０ｂａｒに設定した。前記触媒反応器は、製造例１によって製造した。
【０３３２】
ノックアウトドラムを通過した後に触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３３３】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３３４】
また、凝縮相の組成は二塩化シラン３．２モル％、三塩化シラン７６．４モル％、四塩化珪素２０．４モル％であって、この流れは１次凝縮および分離段階のノックアウトドラムに再循環した。
【０３３５】
一方、１次凝縮および分離段階で分離された凝縮相流れは、１次蒸留段階に移送された。前記１次蒸留段階に使用された蒸留塔での温度は−３５〜１５０℃の分布を有し、圧力は１２．３ｂａｒに設定した。前記１次蒸留段階で分離された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための２次蒸留段階に注入した。
【０３３６】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約５３％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３３７】
実施例１４
図１２に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３３８】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、１次触媒反応段階で使用された１次触媒反応器の反応温度は１５０℃、圧力は１２．０ｂａｒに設定した。前記第１触媒反応器は、製造例３によって製造した。
【０３３９】
ノックアウトドラムを通過した後に１次触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３４０】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３４１】
また、２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の組成は、１次凝縮および分離段階で排出された凝縮相流れと合流して、塩化水素を除去するための２次触媒反応段階のために２次触媒反応器に注入した。この時、２次触媒反応器に流入する流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５８．７モル％、四塩化珪素３５．０モル％であった。
【０３４２】
前記２次触媒反応器の反応温度は５０℃、圧力は１２．３ｂａｒに設定し、前記第２触媒反応器は製造例２によって製造した。
【０３４３】
前記第２触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン５．７モル％、三塩化シラン５８．３モル％、四塩化珪素３６．０モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。前記第２触媒反応器から排出された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入した。
【０３４４】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、同一の従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約４７％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３４５】
実施例１５
図１３に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３４６】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、１次触媒反応段階で使用された１次触媒反応器の反応温度は１００℃、圧力は１２．０ｂａｒに設定した。前記第１触媒反応器は製造例１によって製造した。
【０３４７】
ノックアウトドラムを通過した後に１次触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３４８】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３４９】
また、２次凝縮および分離段階で分離された凝縮相の組成は、下記の２次触媒反応段階で排出された凝縮相流れと合流して、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に移送した。
【０３５０】
一方、１次凝縮および分離段階で排出された凝縮相流れは、塩化水素を除去するための２次触媒反応段階のために２次触媒反応器に注入した。この時、２次触媒反応器に流入する流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５６．９モル％、四塩化珪素３３．１モル％であった。
【０３５１】
前記２次触媒反応器の反応温度は５０℃、圧力は１２．３ｂａｒに設定し、前記第２触媒反応器は製造例２によって製造した。
【０３５２】
前記第２触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン５．７モル％、三塩化シラン５８．３モル％、四塩化珪素３６．０モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。前記第２触媒反応器で分離された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入した。
【０３５３】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約５２％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【０３５４】
実施例１６
図１４に示された工程フローチャートによって廃ガスを精製した。
【０３５５】
１次凝縮および分離段階で使用されたノックアウトドラムでの温度は−５℃、圧力は３．４ｂａｒに設定し、１次触媒反応段階で使用された１次触媒反応器の反応温度は８０℃、圧力は１２．０ｂａｒに設定した。前記第１触媒反応器は、製造例１によって製造した。
【０３５６】
ノックアウトドラムを通過した後に１次触媒反応器に流入する非凝縮相流れの組成は、塩化水素１．１モル％、二塩化シラン１．１モル％、三塩化シラン２．９モル％、四塩化珪素０．７モル％、水素９４．２モル％であった。触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン０．２モル％、三塩化シラン３．６モル％、四塩化珪素０．９モル％、水素９５．３モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。
【０３５７】
前記の塩化水素の濃度が低くなった流れは２次凝縮および分離段階で−３５℃で凝縮し、この時、非凝縮相の組成は三塩化シラン０．２モル％、水素９９．８モル％であって、その後、吸着段階を経て高純度の水素を回収することができた。
【０３５８】
また、凝縮相の組成は二塩化シラン３．２モル％、三塩化シラン７６．４モル％、四塩化珪素２０．４モル％であって、この流れは１次凝縮および分離段階のノックアウトドラムに再循環した。
【０３５９】
一方、１次凝縮および分離段階で排出された凝縮相流れは、塩化水素を除去するための２次触媒反応段階のために２次触媒反応器に注入した。この時、２次触媒反応器に流入する流れの組成は、塩化水素０．２モル％、二塩化シラン６．１モル％、三塩化シラン５６．９モル％、四塩化珪素３３．１モル％であった。
【０３６０】
前記２次触媒反応器の反応温度は５０℃、圧力は１２．３ｂａｒに設定し、前記第２触媒反応器は製造例２によって製造した。
【０３６１】
前記第２触媒反応器から排出される流れの組成は二塩化シラン５．７モル％、三塩化シラン５８．３モル％、四塩化珪素３６．０モル％であって、塩化水素は全て除去された状態で流れが排出されることを確認した。前記第２触媒反応器で分離された塩化シラン系化合物流れは、シラン系化合物を分離するための蒸留段階に注入した。
【０３６２】
前記のように廃ガス精製を実施する場合、従来の工程によるエネルギー使用量と比較した結果、約５５％のエネルギー使用量節減効果を確認することができた。
【符号の説明】
【０３６３】
１０、１００、２００、３００：廃ガスの精製装置
３、１３０、２０３、５５０、６５０：触媒反応器
６、２２９：蒸留塔
１６０、３４５：１次蒸留塔
１９０、３６０：２次蒸留塔
２１６、３１５、５１５、６１５：ノックアウトドラム
Ｓ１０、Ｓ１１０、Ｓ２１０：１次凝縮および分離段階
Ｓ２０、Ｓ１２０、Ｓ２２０：圧縮段階
Ｓ３０、Ｓ１３０：触媒反応段階
Ｓ４０、Ｓ１４０、Ｓ２４０：２次凝縮および分離段階
Ｓ５０、Ｓ１５０、Ｓ２５０：吸着段階
Ｓ６０、Ｓ２７０：蒸留段階
Ｓ１６０：１次蒸留段階
Ｓ１７０：２次蒸留段階
Ｓ２３０：１次触媒反応段階
Ｓ２６０：２次触媒反応段階
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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