JP2011026155A - クロロシラン重合物の分解方法および分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応炉の外壁を腐食させることなく、クロロシラン重合物を効率よく分解する。
【解決手段】クロロシラン重合物の分解方法であって、クロロシラン重合物およびＨＣｌを混合してなる原料ガスを予熱温度Ｔｉ［℃］に予熱する予熱工程と、予熱された前記原料ガスを分解炉内に滞留させる分解工程とを有し、前記分解工程での前記原料ガスの前記分解炉内における平均滞留時間ｔ［秒］とすると、Ｔ１≦Ｔｉ≦Ｔ２，Ｔ１＝６００×ｔ^{（−０．０５７）}−１５０，Ｔ２＝１９０×ｔ^{（−０．９）}＋４７０ただしｔ≦１０かつ４００≦Ｔｉ≦５５０を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、多結晶シリコン製造時に発生するクロロシラン重合物をトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３（ＴＣＳ））や四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４（ＳＴＣ））等のモノマーに転換するための、クロロシラン重合物の分解方法および分解装置に関する。

半導体材料に用いられる高純度多結晶シリコンは、たとえば、トリクロロシランおよび水素を原料とし、この混合ガスを還元炉に導入して、この還元炉内に設置されたシリコン棒表面にシリコンを析出させる方法（シーメンス法）によって製造されている。また、上記還元炉に導入する高純度のトリクロロシランは、たとえば、金属シリコンと塩化水素を塩化炉に導入して反応させ、シリコンを塩素化するか、四塩化珪素と水素を転化炉に導入して反応させることなどで製造されている。

これら多結晶シリコンやトリクロロシランの製造において、還元炉や塩化炉、転化炉の排出ガスには、有用なトリクロロシラン、四塩化珪素、水素および塩化水素とともに、ペンタクロロジシラン（Ｓｉ_２ＨＣｌ_５）やヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ_３Ｃｌ_８）など、シリコン原子を２以上含む高沸点のクロロシラン重合物（ポリマー）が含まれている。

従来、還元炉や塩化炉、転化炉の排ガスから分離されるポリマーは、加水分解処理してシリカに転換し、廃棄されていた。

これに対し、ポリマーを有用なトリクロロシランや四塩化珪素に変換することを目的として、塩化水素および水素の存在下で活性炭、アルミナ、白金、パラジウムなどの触媒にポリマーを接触させることにより、ポリマーのクロロシランモノマーへの接触転化を行い、ポリマーを分解させる方法が知られている（特許文献１）。

特開平０７−１０１７１３号公報

しかしながら、ポリマーを塩化水素および水素の存在下により分解する反応は発熱反応であり、ポリマーの分解を進めると反応温度が上昇する。特に触媒を用いた反応では、早い反応速度により発熱が急激に起こり得るため、反応温度が急激に上昇してしまい、触媒が高温で劣化して失活したり、触媒を充填した分解炉の温度が設計値以上に上昇してしまうなどの不具合があった。特に分解炉の温度上昇は、原料である塩化水素による壁材料の腐食につながるおそれがある。そのため、反応温度の上昇を抑制するために、過剰な水素や塩化水素などを供給してポリマーを希釈して反応させる必要があり、分解炉が大型になるなど、効率の面で不経済であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、反応温度を十分にコントロールすることで分解装置の壁温度を設計値以下に抑え、分解炉の壁を腐食させることなくクロロシラン重合物を効率よく分解することを目的とする。

本発明は、クロロシラン重合物およびＨＣｌを混合してなる原料ガスを予熱温度Ｔｉ［℃］に予熱する予熱工程と、
予熱された前記原料ガスを分解炉内に滞留させる分解工程とを有し、
前記分解工程での前記原料ガスの前記分解炉内における平均滞留時間ｔ［秒］とすると、前記予熱温度Ｔｉを
４００≦Ｔｉ≦５５０
かつ Ｔ１≦Ｔｉ≦Ｔ２
Ｔ１＝６００×ｔ^{（−０．０５７）}−１５０
Ｔ２＝１９０×ｔ^{（−０．９）}＋４７０
ただし ｔ≦１０
を満たすように設定するクロロシラン重合物の分解方法である。

分解炉に投入される原料ガスをポリマー分解反応が開始する４００℃以上５５０℃以下に予熱することにより、分解炉内で原料ガスの分解反応が進行し、その分解反応熱により原料ガスの温度がさらに上昇して分解反応がさらに進行する。また、４００℃以上５５０℃以下の予熱温度であれば、予熱工程で用いる予熱器にステンレス鋼などの金属製部品を使用してもＨＣｌによる腐食や応力腐食割れを防止することができる。ところが、分解炉内における平均滞留時間ｔが短い場合には原料ガスの予熱温度が４００℃では低すぎ、ポリマーの分解率が低下するため、平均滞留時間ｔから求めたＴ１（≧４００℃）を予熱温度の下限に設定する。一方、平均滞留時間ｔが長い場合には原料ガスの予熱温度が５５０℃では高すぎ、ポリマーの分解率が高くなる反面、反応温度が上昇しすぎてＳｉＨＣｌ_３の収率が低下してしまうとともに、予熱器の金属製部品の腐食が生じやすくなるため、平均滞留時間ｔから求めたＴ２（≦５５０℃）を予熱温度の上限に設定する。

したがって、この分解方法によれば、平均滞留時間ｔに応じて適切な予熱温度を設定でき、分解炉内における分解反応を効率よく行うことができるとともに、分解炉での過剰な温度上昇を抑え、予熱器や配管等の金属部品の腐食や応力腐食割れを防止できる。

この分解方法において、前記予熱温度Ｔｉは、さらに
Ｔｉ≦Ｔｂ２
Ｔｂ２＝１９０×ｔ^{（−０．５９）}＋４００
を満たすことが好ましい。この場合、予熱温度の上限をＴ２よりも低いＴｂ２に抑えることにより、反応温度の上昇をより確実に抑え、ＳｉＨＣｌ_３の収率低下をより確実に防止できる。

また本発明は、クロロシラン重合物およびＨＣｌを混合してなる原料ガスを供給される分解炉と、前記分解炉の内壁を覆うように備えられた断熱層と、前記原料ガスを所定の予熱温度Ｔｉ［℃］に加熱して前記分解炉に供給する原料ガス供給部と、前記分解炉内における前記原料ガスの平均滞留時間ｔ［秒］に応じて、前記予熱温度Ｔｉを制御する制御部とを備えるクロロシラン重合物の分解装置であって、前記制御部は、前記予熱温度Ｔｉ［℃］を
４００≦Ｔｉ≦５５０
かつ Ｔ１≦Ｔｉ≦Ｔ２
Ｔ１＝６００×ｔ^{（−０．０５７）}−１５０
Ｔ２＝１９０×ｔ^{（−０．９）}＋４７０
ただし ｔ≦１０
を満たすように制御する。

この分解装置によれば、適切に制御された予熱温度の原料ガスが、断熱層を内側に備える分解炉に投入される。分解炉に断熱層が備えられているので、ポリマーの分解反応熱によって原料ガスの反応温度が維持され、分解炉の温度上昇が抑制される。つまり、断熱層を備えることにより、反応温度が高くなっても、分解炉を比較的低温に維持することができる。したがって、分解炉等の金属部品の腐食を抑えながら、十分なポリマー分解率を得ることができる。

この分解装置において、前記予熱温度Ｔｉは、さらに
Ｔｉ≦Ｔｂ２
Ｔｂ２＝１９０×ｔ^{（−０．５９）}＋４００
を満たすことが好ましい。この場合、原料ガスの予熱温度をより適切な範囲に設定できる。

この分解装置において、前記分解炉は、前記断熱層の内側に設けられた内容器と、前記断熱層の外側に設けられた外容器とを備え、これら内容器と外容器との間が不活性ガスによってパージされていることが好ましい。この場合、内容器からガスが漏れても、このガスが外容器の内側で滞留することを防止でき、外容器とＨＣｌとの接触を避け、外容器の腐食を効果的に防止できる。

この分解装置において、前記断熱層の内側にヒータが備えられていることが好ましい。この場合、断熱層による熱損失をヒータで補完し、高温でのポリマー分解反応が可能であるとともに、分解炉にガスが直接接触するのを防止しながら、分解炉の温度上昇を断熱層により抑制できる。

この分解装置において、前記原料ガス供給部は、前記ＨＣｌを加熱するＨＣｌ予熱器と、このＨＣｌ予熱器で加熱されたＨＣｌを供給されながら前記クロロシラン重合物を蒸発させるポリマー蒸発器とを備えることが好ましい。この場合、加熱されたポリマーが熱分解して固体のシリコンが生成するのを、高温のＨＣｌにより防止できる。

本発明のクロロシラン重合物の分解方法および分解装置によれば、反応温度を適切な範囲に調節でき、予熱器や分解炉等の金属部品の温度上昇を抑えて腐食を防止しながら、効率よくポリマーを分解することができる。

本発明に係るクロロシラン重合物の分解装置を示す模式図である。 クロロシラン重合物の分解反応における原料ガスの反応時間とガス温度（ａ）、ポリマー量（ｂ）およびＴＣＳ量（ｃ）との関係を各予熱温度について示す図である。 クロロシラン重合物の分解反応における原料ガスの予熱温度と反応時間との関係を示す図である。 本発明に係るクロロシラン重合物の分解装置の第２実施形態を示す模式図である。 本発明に係るクロロシラン重合物の分解装置の第３実施形態を示す模式図である。 本発明に係るクロロシラン重合物の分解装置の第４実施形態を示す模式図である。 本発明に係るクロロシラン重合物の分解装置の第５実施形態を示す模式図である。

以下、本発明に係るクロロシラン重合物（ポリマー）の分解方法および分解装置の実施形態について説明する。
なお、ポリマーとは、Ｓｉ_２Ｃｌ_６，Ｓｉ_３Ｃｌ_８など、Ｓｉ_ｎＨ_ａＣｌ_ｂ（ｎ≧２，０≦ａ≦２ｎ＋２，ｂ＝２ｎ＋２−ａ）で表されるクロロシランの重合物であり、以下のように分解される。
Ｓｉ_ｎＨ_ａＣｌ_ｂ＋ｃＨＣｌ→ｄＳｉＨＣｌ_３＋ｅＳｉＣｌ_４＋ｆＨ_２ …（１）
さらに、ＳｉＨＣｌ_３は、ＨＣｌとの反応によりＳｉＣｌ_４に変化する。
ＳｉＨＣｌ_３＋ＨＣｌ→ＳｉＣｌ_４＋Ｈ_２ …（２）
クロロシラン重合物の分解の際には、ＴＣＳ（ＳｉＨＣｌ_３）を効率よく生成することが求められる。

本発明の分解装置１０は、クロロシラン重合物（ポリマー）およびＨＣｌを混合してなる原料ガスＧ１を供給される分解炉２０と、分解炉２０の内壁を覆うように備えられた断熱層３０と、原料ガスＧ１を所定の予熱温度Ｔｉ［℃］に加熱して分解炉２０に供給する原料ガス供給部４０と、分解炉２０内における原料ガスＧ１の平均滞留時間ｔ［秒］に応じて、予熱温度Ｔｉを制御する制御部５０とを備える。

分解炉２０は、上下端が閉塞された直径４０ｃｍの略筒状のステンレス製容器であり、断熱層３０の内部に形成された反応室２１を備えている。断熱層３０は、ＨＣｌと反応しにくい厚さ１５ｃｍのカーボンフェルトからなり、分解炉２０の内壁を覆い、直径約１０ｃｍの略筒状の反応室２１を形成している。この反応室２１の下端には原料ガスＧ１の供給管２２が開口しており、上端には生成ガスＧ２の排出管２３が開口している。また、反応室２１の内部には、カーボン等の耐食材からなり原料ガスＧ１の流路を形成するバッフル板２４が備えられている。したがって、原料ガス供給部４０から供給管２２を通じて反応室２１の下部に供給された原料ガスＧ１は、バッフル板２４によって蛇行しながら反応室２１内を進み、排出管２３を通じて反応室２１の上部から生成ガスＧ２として排出される。

原料ガス供給部４０は、ポリマーとＨＣｌとをそれぞれ加熱して混合した原料ガスＧ１を、任意の温度および任意の供給量で分解炉２０に供給する。この原料ガス供給部４０において、ポリマーおよびＨＣｌの各温度および供給量は、制御部５０によって制御されている。

原料ガス供給部４０において、まず、ポリマー供給部４１は、液状ポリマーをポリマー蒸発器４２に供給する。この液状ポリマーの供給量は、制御部５０によって制御されている。一方、ＨＣｌ供給部４４は、ＨＣｌをＨＣｌ予熱器４５に供給する。このＨＣｌの供給量は、制御部５０によって制御されている。ＨＣｌを供給されたＨＣｌ予熱器４５は、制御部５０によって制御されてＨＣｌを任意の温度（１２０℃以上３００℃以下）に加熱し、ポリマー蒸発器４２に供給する。

ポリマー蒸発器４２は、液状ポリマーを加熱して蒸発させる。このとき、ポリマー蒸発器４２に高温のＨＣｌが供給されていることにより、加熱されたポリマーが熱分解して固体のシリコンが生成するのが防止されている。このポリマー蒸発器４２で蒸発したポリマーはＨＣｌと混合されて原料ガス予熱器４３へ送られる。

原料ガス予熱器４３は、ポリマー蒸発器４２で混合されたポリマーとＨＣｌとをさらに加熱し、任意の予熱温度Ｔｉの原料ガスＧ１を分解炉２０へ送る。この予熱温度Ｔｉは、分解炉２０内における原料ガスＧ１の平均滞留時間ｔに応じて、制御部５０によって制御されている。

ここで、予熱温度Ｔｉ［℃］は、制御部５０によって
４００≦Ｔｉ≦５５０
かつ Ｔ１≦Ｔｉ≦Ｔ２
Ｔ１＝６００×ｔ^{（−０．０５７）}−１５０
Ｔ２＝１９０×ｔ^{（−０．９）}＋４７０
ただし ｔ≦１０
を満たすように制御される。Ｔ１は予熱温度Ｔｉの下限温度、Ｔ２は上限温度である。

なお、平均滞留時間ｔ［秒］は、以下のように算出され、制御部５０が原料供給量を制御することによって制御されている。
平均滞留時間ｔ＝Ｖ÷Ｆ …（３）
ただし
Ｖ：反応室２１の容積［ｍ^３］
Ｆ：流量［ｍ^３／秒］
流量Ｆ＝Ｎ×Ｒ×Ｔｉ÷Ｐ …（４）
ただし
Ｎ：原料供給量［ｍｏｌ／秒］
Ｒ：ガス定数（８．３１４［Ｊ／ｍｏｌ／Ｋ］）
Ｔｉ：原料ガスＧの予熱温度［Ｋ］（すなわち分解炉２０の入口ガス温度）
Ｐ：圧力［Ｐａ（Ａ）］（絶対圧基準）

つまり、この分解装置１０において制御部５０は、分解炉２０に導入する原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉを制御するとともに、原料ガスＧ１の供給量を制御することにより平均滞留時間ｔを制御する。

分解炉２０に供給された原料ガスＧ１は、分解反応が開始する４００℃以上５５０℃以下に予熱されているため、反応室２１内で上記式（１）のように分解しはじめる。この分解反応は発熱反応であり、反応室２１は断熱層３０で覆われていることから、原料ガスＧ１の温度はさらに上昇し、分解反応がさらに進行する。そして、反応後の生成ガスＧ２は、排気管２３を通じて分解炉２０から排出されて、分解反応を終了させるべく速やかに冷却される。この生成ガスＧ２からＴＣＳが回収される。

この分解反応において、分解炉２０の内壁を覆う断熱層３０が備えられていることにより、反応室２１からの放熱が妨げられる。したがって、反応熱を用いて原料ガスＧ１の温度を上昇させることができるので、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉを比較的低温に抑えても、反応室２１内において十分な分解反応を生じさせることができる。このため、分解炉２０、ポリマー蒸発器４２、原料ガス予熱器４３、供給管２２および排出管２３等、原料ガスＧ１または生成ガスＧ２に接触する金属部品の温度上昇が抑えられるので、ＨＣｌによる腐食を抑制することができる。

ここで、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉと分解反応時間、ガス温度、ポリマー（Ｓｉ_２Ｃｌ_６）の量およびＴＣＳの量との関係について、図２を参照して説明する。図２は、原料ガスＧ１の温度を３８０℃、４８０℃、５４０℃としたときの分解反応によるガス温度（ａ）、ポリマーの量（ｂ）、ＴＣＳの量（ｃ）の各変化を、断熱層３０が完全に断熱するものと仮定して、シミュレーションした結果をグラフに示したものである。

予熱温度Ｔｉが５４０℃である場合、反応開始から約０．１秒の間にポリマーは分解されてほぼ０となるが、一旦は生成されたＴＣＳがガス中のＨＣｌと反応して減少してしまう。ポリマーの分解およびＴＣＳの反応はいずれも発熱反応であり、これによりガス温度が約９００℃まで上昇して定常状態となる。したがって、予熱温度Ｔｉが５４０℃である場合には、原料ガスＧ１を０．１秒〜０．２秒程度の間分解炉２０内に滞留させた後に反応を終了させることにより、効率よくＴＣＳを生産できる。

予熱温度Ｔｉが４８０℃である場合、反応開始から約１秒後にポリマーは分解されてほぼ０となり、ほぼ同時にＴＣＳ量が最大となる。その後、これら反応の発熱によってＴＣＳは減少する。したがって、予熱温度Ｔｉが４８０℃である場合には、原料ガスＧ１を約１秒の間分解炉２０内に滞留させた後に反応を終了させることにより、効率よくＴＣＳを生産できる。

予熱温度Ｔｉが３８０℃である場合、ガス温度はほとんど変化がなく、ポリマーおよびＴＣＳの量もあまり変化がない。つまり、予熱温度Ｔｉが低いとポリマーの分解反応が行われない。

これらのことから、予熱温度Ｔｉと、反応の継続時間すなわち分解炉２０内における滞留時間との関係を適切に設定することにより、効率よくＴＣＳを生産できることがわかる。

〈実施例および比較例〉
以上説明した分解装置１０を用いて、予熱温度Ｔｉおよび平均滞留時間ｔ（すなわちポリマー供給量）を調整し、ポリマー分解処理を行った。各実施例および比較例に共通の条件を以下に示す。
反応室２１の容積：５．０［Ｌ］
断熱層３０の厚さ：０．１５ｍ
圧力：０．０５［ＭＰａ（Ｇ）］（大気圧基準）
また、分解炉２０に導入した原料ガスＧ１の組成（モル比）は表１の通りである。

各実施例および比較例について、ポリマー分解率、ＴＣＳ生産率、生成ガスＧ２の温度、および分解炉２０の温度を測定した結果を表２および図３に示す。この試験結果において、ポリマー分解率およびＴＣＳ生産率が高いほど好ましい。また、金属部品の腐食を抑えるために、ガス温度が低く、分解炉２０の温度は低いことが好ましい。ここでは、ポリマー分解率が９０％以上かつＴＣＳ生産率がプラスであればＯＫとした。

ポリマー分解率は、下記式のように算出され、原料よりもポリマーが増量した場合にマイナスとなる。
ポリマー分解率［％］＝１００−反応後のポリマー量［ｍｏｌ］／原料中のポリマー量［ｍｏｌ］×１００ …（５）
ここでは、ポリマー全体の９割以上を占めるＳｉ_２ＨＣｌ_５とＳｉ_２Ｃｌ_６とについて、分解率を測定した。

ＴＣＳ生産率は下記式のように算出され、ＴＣＳが原料ガスＧ１よりも減量した場合にマイナスとなる。
ＴＣＳ生産率［％］＝１００×（生成ガスＧ２中のＴＣＳ量［ｍｏｌ］−原料ガスＧ１中のＴＣＳ量［ｍｏｌ］）／（原料ガスＧ１中のＴＣＳおよびポリマーに含まれるシリコン量［ｍｏｌ］） …（６）

〈予熱温度Ｔｉが５４５℃である場合〉
図３に点ａで示す実施例１および点ｂで示す実施例２は、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉが５４５℃に設定されている。これらの場合、予熱温度Ｔｉが比較的高温であり、平均滞留時間ｔの短い実施例１のＴＣＳ生産率がより高かったが、いずれもポリマー分解率は９０％以上であった。
一方、図３に点ｋで示す比較例１は、予熱温度Ｔｉが同じ実施例１，２よりも平均滞留時間ｔが長い３．４秒に設定されており、この平均滞留時間ｔにおけるＴ２よりも予熱温度Ｔｉが高くなっている。この場合、ポリマー分解率は１００％と高いが、ＴＣＳ生産率が低かった。これは、ガスの温度に対して反応時間が長すぎたため、換言すると反応時間に対してガスの温度が高すぎたため、生成されたＴＣＳが上記式（２）に示す反応によりＳｉＣｌ_４に変化したためと考えられる。

〈予熱温度Ｔｉが４８０℃である場合〉
図３に点ｃで示す実施例３、点ｄで示す実施例４、および点ｅで示す実施例５は、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉが４８０℃に設定されている。これらの場合、ポリマー分解率もＴＣＳ生産率も高かった。
一方、図３に点ｌで示す比較例２は、予熱温度Ｔｉが同じ実施例３〜５よりも平均滞留時間ｔが短く設定されており、ポリマー分解率が低かった。これは、ガスの温度に対して反応時間が短く、ポリマーが十分に分解されなかったものと考えられる。
また、図３に点ｍで示す比較例３は、予熱温度Ｔｉが同じ実施例３〜５よりも平均滞留時間ｔが長い１１秒に設定されており、ポリマー分解率は高かったがＴＣＳ生産率が低かった。これは、ガスの温度に対して反応時間が長すぎ、生成されたＴＣＳが上記式（２）に示す反応によりＳｉＣｌ_４に変化したためと考えられる。

〈予熱温度Ｔｉが４５０℃である場合〉
図３に点ｆで示す実施例６、点ｇで示す実施例７、および点ｈで示す実施例８は、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉが４５０℃に設定されている。これらの場合、ポリマー分解率もＴＣＳ生産率も高かった。

〈予熱温度Ｔｉが４０５℃である場合〉
図３に点ｉで示す実施例９、および点ｊで示す実施例１０は、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉが４０５℃に設定されている。これらの場合、予熱温度Ｔｉが比較的低温であり、平均滞留時間ｔの短い実施例９ではポリマー分解率が少し低くなったが、高いＴＣＳ生産率が得られた一方、平均滞留時間ｔの長い実施例１０ではポリマー分解率が１００％であったが、ＴＣＳ生産率は実施例９よりも低かった。
一方、図３に点ｎで示す比較例４は、予熱温度Ｔｉが同じ実施例９，１０よりも平均滞留時間ｔが短い２．２秒設定されており、この平均滞留時間ｔにおけるＴ１よりも予熱温度Ｔｉが低くなっている。この比較例４においてポリマー分解率が低かったのは、ガスの温度に対して反応時間が短いため、換言すると反応時間に対してガスの温度が低いため、ポリマーが十分に分解されなかったためと考えられる。
また、図３に点ｏで示す比較例５は、熱温度Ｔｉが同じ実施例９，１０よりも平均滞留時間ｔが長い１１秒に設定されており、ポリマー分解率は高かったがＴＣＳ生産率が低かった。これは、ガスの温度に対して反応時間が長すぎ、生成されたＴＣＳが上記式（２）に示す反応によりＳｉＣｌ_４に変化したためと考えられる。

〈予熱温度Ｔｉが低すぎる場合〉
また、図３に点ｐで示す比較例６は、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉが３８０℃、平均滞留時間ｔが１１秒に設定されている。この場合、ポリマー分解率、ＴＣＳ生産率ともに低かった。生成ガスＧ２の温度が予熱温度Ｔｉと比較してあまり上昇していないことを鑑みると、この比較例６では、予熱温度Ｔｉが低すぎるためにポリマーの分解反応が開始されず、平均滞留時間ｔが長くても十分な分解反応が行われなかったと考えられる。このことから、予熱温度Ｔｉを４００℃以上に設定することが好ましいと確認された。

〈平均滞留時間ｔが長すぎる場合〉
比較例３，５および６は、平均滞留時間ｔが１１秒に設定されている。これらの比較例のうち、予熱温度Ｔｉが低い比較例６（図３の点ｐ）では分解反応が不十分であり、予熱温度Ｔｉが高い比較例３，５（図３の点ｍ，ｏ）ではＴＣＳ生成の逆反応（式（２））が進行してしまう。したがって、平均滞留時間ｔは、予熱温度Ｔｉに関わらず、１０秒以内に設定することが好ましいと確認された。

〈断熱層３０による効果〉
これら実施例１〜１０および比較例１〜６では、断熱層３０が備えられていることにより、分解炉２０の温度が５００℃以下に抑えられた。これにより、本発明の分解装置１０では、高温の水素による分解炉２０等の金属部品の腐食を抑えながらポリマーの分解反応を進行できることが確認された。

以上説明したように、本発明に係る分解装置１０を用いて、本発明に係る分解方法に従い、分解炉２０等の金属部品の腐食を抑えるとともに、過度の反応を抑制し、クロロシラン重合物を効率よく分解でき、高効率でのポリマー分解処理が可能である。また、換言すると、ある容積を有する分解炉２０において、ポリマー供給量にあわせて予熱温度Ｔｉを適切に設定すればよいので、ポリマー処理量を変更することができる。さらに、反応温度を安定してコントロールできるので、安定した操業が可能となる。

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、原料ガスＧ１の予熱温度Ｔｉは、さらに
Ｔｉ≦Ｔｂ２
Ｔｂ２＝１９０×ｔ^{（−０．５９）}＋４００
を満たすように設定することがより好ましい。この場合、予熱温度Ｔｉの上限温度をＴ２よりも低いＴｂ２に設定することにより、反応熱による反応室２１内のガスの最高温度が抑えられるので、ＴＣＳがＳｉＣｌ_４に変換されるのをより効果的に抑制できるとともに、分解炉２０の腐食をより確実に抑制できる。

また、分解装置１０の分解炉２０には、以下のように種々の構成を採用できる。なお、以下の分解装置１０における原料ガス供給部４０について、上述した第１実施形態の分解装置１０に備えられる原料ガス供給部４０と同様の構成であるものは、ここでは図示および説明を省略する。

図４に、分解装置１０の第２実施形態を示す。この実施形態における分解炉２０Ａは、断熱層３０の内側にヒータ３１が備えられている。このヒータ３１は、ＨＣｌによる腐食のないカーボンヒータ、セラミックスヒータ等である。この分解炉２０Ａでは、断熱層３０による断熱効果が十分に得られないなど、分解炉２０Ａからの放熱量が大きく、反応熱による原料ガスＧ１の温度上昇が不十分である場合に、反応室２１内のガスを補助的に加熱することができる。また、反応室２１内のガスの少なくとも一部を高温にすることで、反応を促進し、さらに安定したポリマー分解率を得ることができる。

図５に、分解装置１０の第３実施形態を示す。この実施形態における分解炉２０Ｂは、断熱層３０の内側に設けられて反応室２１を形成する内容器２５と、断熱層３０の外側に設けられた外容器２６とを備える。内容器２５は、ＨＣｌによる腐食のないカーボン製容器であり、分解反応はこの内容器２５の内部で行われる。原料ガスＧ１の供給管２２および生成ガスＧ２の排出管２３は、この内容器２５に開口している。この内容器２５および断熱層３０を覆う外容器２６は、密閉性に優れるステンレス製容器であり、パージガスを供給されることにより、内部がパージされている。

パージガスは、Ｈ_２，Ｎ_２，Ａｒガス等の不活性ガスの少なくとも１種からなり、パージガス供給管２７を通じて外容器２６の内部に供給されている。そして、外容器２６から排出された気体は、パージガス排出管２８を通じて生成ガスＧ２の排出管２３へ導出され、生成ガスＧ２に混入される。このように、この分解炉２０Ｂでは、外容器２６の内部気体がパージされることにより、内容器２５から漏れた原料ガスＧ１の外容器２６の内部での滞留が防止され、外容器２６とＨＣｌとの接触を避けることができる。これにより、原料ガスＧ１のＨＣｌによるステンレス製の外容器２６の腐食が効果的に防止される。すなわち、この実施形態では、ＨＣｌに対する耐食性を有する反面、密閉性の低いカーボン製の内容器２５を、ＨＣｌに対する耐食性が低い反面、密閉性の高いステンレス製の外容器２６で覆い、これら内容器２５と外容器２６との間に断熱層３０を介在させることにより、高温でのポリマーの分解反応とステンレス製容器の腐食防止とを両立させている。

図６に、分解装置１０の第４実施形態を示す。この実施形態における分解炉２０Ｃは、反応室２１を形成する内容器２５の外側にヒータ３１を備え、これら内容器２５、ヒータ３１および断熱層３０を外容器２６内に収容する構造となっている。これにより、この分解炉２０Ｃでは、反応室２１における断熱層３０による熱損失をヒータ３１で補完し、高温でのポリマー分解反応を可能にするとともに、ステンレス製の外容器２６に直接原料ガスＧ１が接触するのを防止しながら、断熱層３０により外容器２６の温度上昇を抑制している。

図７に、分解装置１０の第５実施形態を示す。この実施形態における原料ガス供給部４０Ａは、ＨＣｌ供給部４４からポリマー蒸発器４２に原料ＨＣｌを供給するＨＣｌ供給ライン４６の途中に、生成ガスＧ２と原料ＨＣｌとの熱交換器４７が設けられている。この熱交換器４７により、ポリマー蒸発器４２に供給される原料ＨＣｌが加熱されるとともに、分解炉２０から排出される生成ガスＧ２が冷却されるので、ポリマー分解の反応熱を利用した効率のよい処理が可能となる。

１０ 分解装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 分解炉
２１ 反応室
２２ 供給管
２３ 排出管
２４ バッフル板
２５ 内容器
２６ 外容器
２７ パージガス供給管
２８ パージガス排出管
３０ 断熱層
４０ 原料ガス供給部
４１ ポリマー供給部
４２ ポリマー蒸発器
４３ 原料ガス予熱器
４４ ＨＣｌ供給部
４５ ＨＣｌ予熱器
４６ ＨＣｌ供給ライン
４７ 熱交換器
５０ 制御部５０
Ｇ１ 原料ガス
Ｇ２ 生成ガス
Ｔｉ 予熱温度
Ｔ１ 下限温度
Ｔ２ 上限温度
ｔ 平均滞留時間

Claims (7)

1. クロロシラン重合物およびＨＣｌを混合してなる原料ガスを予熱温度Ｔｉ［℃］に予熱する予熱工程と、
   予熱された前記原料ガスを分解炉内に滞留させる分解工程とを有し、
   前記分解工程での前記原料ガスの前記分解炉内における平均滞留時間ｔ［秒］とすると、前記予熱温度Ｔｉを
   ４００≦Ｔｉ≦５５０
   かつ Ｔ１≦Ｔｉ≦Ｔ２
   Ｔ１＝６００×ｔ^{（−０．０５７）}−１５０
   Ｔ２＝１９０×ｔ^{（−０．９）}＋４７０
   ただし ｔ≦１０
   を満たすように設定することを特徴とするクロロシラン重合物の分解方法。
2. 前記予熱温度Ｔｉは、さらに
   Ｔｉ≦Ｔｂ２
   Ｔｂ２＝１９０×ｔ^{（−０．５９）}＋４００
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のクロロシラン重合物の分解方法。
3. クロロシラン重合物およびＨＣｌを混合してなる原料ガスを供給される分解炉と、
   前記分解炉の内壁を覆うように備えられた断熱層と、
   前記原料ガスを所定の予熱温度Ｔｉ［℃］に加熱して前記分解炉に供給する原料ガス供給部と、
   前記分解炉内における前記原料ガスの平均滞留時間ｔ［秒］に応じて、前記予熱温度Ｔｉを制御する制御部と
   を備えるクロロシラン重合物の分解装置であって、
   前記制御部は、前記予熱温度Ｔｉを
   ４００≦Ｔｉ≦５５０
   かつ Ｔ１≦Ｔｉ≦Ｔ２
   Ｔ１＝６００×ｔ^{（−０．０５７）}−１５０
   Ｔ２＝１９０×ｔ^{（−０．９）}＋４７０
   ただし ｔ≦１０
   を満たすように制御することを特徴とするクロロシラン重合物の分解装置。
4. 前記予熱温度Ｔｉは、さらに
   Ｔｉ≦Ｔｂ２
   Ｔｂ２＝１９０×ｔ^{（−０．５９）}＋４００
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載のクロロシラン重合物の分解装置。
5. 前記分解炉は、前記断熱層の内側に設けられた内容器と、前記断熱層の外側に設けられた外容器とを備え、これら内容器と外容器との間が不活性ガスによってパージされていることを特徴とする請求項３または４に記載のクロロシラン重合物の分解装置。
6. 前記断熱層の内側にヒータが備えられていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のクロロシラン重合物の分解装置。
7. 前記原料ガス供給部は、前記ＨＣｌを加熱するＨＣｌ予熱器と、このＨＣｌ予熱器で加熱されたＨＣｌを供給されながら前記クロロシラン重合物を蒸発させるポリマー蒸発器とを備えることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のクロロシラン重合物の分解装置。

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