JP2017210382A - Manufacturing method of disilane - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of disilane capable of manufacturing disilane of higher disilane at high selectivity by thermal decomposition of disilane.SOLUTION: Disilane is manufactured by thermal decomposition of silane. The manufacturing method of disilane has; a thermal decomposition process of supplying gas containing silane to a reactor 1 and heating the same to 420°C to 460°C, thermally decomposing the silane so that conversion ratio of the silane becomes 1% to 10% and generating higher silane containing the disilane; a separation process for sending gas containing the higher silane containing the disilane generated in the thermal decomposition process and the undecomposed silane from the reactor 1 to a separator 2, cooling the same at -120°C to -80°C and liquefying or solidifying the higher silane containing the disilane to collect them and separating the higher silane containing the disilane and undecomposed silane; and a circulation process for returning gas containing the undecomposed silane separated in the separation process from the separator 2 to the reactor 1 and supplying the same to the thermal decomposition process again.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はジシランの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing disilane.

ジシランを製造する方法として、シランの熱分解法が知られている(例えば特許文献1〜3を参照)。しかしながら、シランの熱分解法は、ジシラン以外の種々の高次シランも副生する場合があり、種々の高次シランのうちジシランを選択的に製造するという点において、改善の余地があった。   As a method for producing disilane, a thermal decomposition method of silane is known (for example, see Patent Documents 1 to 3). However, the thermal decomposition method of silane sometimes produces various higher order silanes other than disilane, and there is room for improvement in that disilane is selectively produced among various higher order silanes.

特許第4855462号公報Japanese Patent No. 4855462 特開平11−260729号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-260729 特開平03−183614号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-183614

そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、シランを熱分解することによって高次シランのうちジシランを高い選択率で製造することが可能なジシランの製造方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention provides a method for producing disilane, which solves the problems of the prior art as described above and can produce disilane with high selectivity among higher silanes by thermally decomposing silane. The task is to do.

前記課題を解決するため、本発明の一態様は以下の[1]及び[2]の通りである。
[1] シランの熱分解によりジシランを製造する方法であって、
シランを含有するガスを反応器に供給し420℃以上460℃以下に加熱して、シランの転化率が1%以上10%以下となるようにシランを熱分解させ、ジシランを含む高次シランを生成する熱分解工程と、
前記熱分解工程で生成したジシランを含む高次シランと未分解のシランとを含有するガスを前記反応器から分離器に送り、−120℃以上−80℃以下に冷却してジシランを含む高次シランを液化又は固化させて捕集し、ジシランを含む高次シランと未分解のシランとを分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された未分解のシランを含有するガスを前記分離器から前記反応器に戻して、再び前記熱分解工程に供する循環工程と、
を備えるジシランの製造方法。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is as described in [1] and [2] below.
[1] A method for producing disilane by thermal decomposition of silane,
A gas containing silane is supplied to the reactor and heated to 420 ° C. or higher and 460 ° C. or lower to thermally decompose the silane so that the conversion rate of silane is 1% or higher and 10% or lower. A pyrolysis process to be generated;
A gas containing high-order silane containing disilane and undecomposed silane produced in the pyrolysis step is sent from the reactor to the separator and cooled to −120 ° C. or higher and −80 ° C. or lower to contain higher order silane containing disilane. A separation step of liquefying or solidifying and collecting silane and separating higher-order silane containing disilane and undecomposed silane;
A circulation step in which the gas containing undecomposed silane separated in the separation step is returned from the separator to the reactor, and again supplied to the thermal decomposition step;
A process for producing disilane.

[2] 前記循環工程においては、前記分離工程で分離された未分解のシランを含有するガスに、前記熱分解工程で熱分解した分量のシランを補充した上で、前記反応器に戻す[1]に記載のジシランの製造方法。 [2] In the circulation step, the gas containing undecomposed silane separated in the separation step is supplemented with an amount of silane thermally decomposed in the thermal decomposition step, and then returned to the reactor [1] ] The manufacturing method of the disilane of description.

本発明によれば、シランを熱分解することによって高次シランのうちジシランを高い選択率で製造することが可能である。   According to the present invention, disilane can be produced with high selectivity among higher silanes by thermally decomposing silane.

本発明の一実施形態に係るジシランの製造方法を説明するジシラン製造装置の概略図である。It is the schematic of the disilane manufacturing apparatus explaining the manufacturing method of the disilane which concerns on one Embodiment of this invention.

シラン(SiH)を熱分解すると、ジシラン(Si)、トリシラン(Si)等の高次シラン(Si2n+2、nは2以上の整数)が生成するが、これら種々の高次シランのうちジシランを高選択率で製造することは容易ではなかった。
本発明者らは、鋭意検討した結果、シランの転化率を低く抑えつつシランを熱分解させ、未分解のシランを循環させて繰り返し低転化率で熱分解させることにより、ジシランを高い選択率で製造することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。ここで、「シランの転化率」とは、シランが熱分解によりジシラン等の他の物質に転化する割合を意味する。
When silane (SiH 4 ) is thermally decomposed, higher-order silanes (Si n H 2n + 2 , n is an integer of 2 or more) such as disilane (Si 2 H 6 ) and trisilane (Si 3 H 8 ) are generated. Of these higher silanes, it was not easy to produce disilane with high selectivity.
As a result of diligent study, the present inventors have made it possible to thermally decompose silane while keeping the conversion rate of silane low, and to circulate undecomposed silane and repeatedly thermally decompose disilane with a low conversion rate, thereby achieving high selectivity. The present inventors have found that it is possible to manufacture the present invention and have completed the present invention. Here, the “conversion rate of silane” means a rate at which silane is converted into another substance such as disilane by thermal decomposition.

なお、シランから高次シランが生成する反応は、以下の式で示される。
2SiH → Si + H
3SiH → Si + 2H
nSiH → Si2n+2 + (n−1)H
The reaction in which higher order silane is generated from silane is represented by the following formula.
2SiH 4 → Si 2 H 6 + H 2
3SiH 4 → Si 3 H 8 + 2H 2
nSiH 4 → Si n H 2n + 2 + (n−1) H 2

以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. In addition, various changes or improvements can be added to the present embodiment, and forms to which such changes or improvements are added can also be included in the present invention.

本実施形態のジシランの製造方法は、シランの熱分解によりジシランを製造する方法であって、シランを熱分解させる熱分解工程と、熱分解工程で生成したジシランを含む高次シランと未分解のシランとを分離する分離工程と、分離工程で分離された未分解のシランを循環させて再び熱分解させる循環工程と、を備える。   The method for producing disilane according to the present embodiment is a method for producing disilane by thermal decomposition of silane, a thermal decomposition step for thermally decomposing silane, a higher-order silane containing disilane produced in the thermal decomposition step, and an undecomposed silane. A separation step of separating silane, and a circulation step of circulating undecomposed silane separated in the separation step and thermally decomposing it again.

熱分解工程は、シランを含有するガスを反応器に供給し420℃以上460℃以下に加熱して、シランの転化率が1%以上10%以下となるようにシランを熱分解させ、ジシランを含む高次シランを生成する工程である。
分離工程は、熱分解工程で生成したジシランを含む高次シランと未分解のシランとを含有するガスを反応器から分離器に送り、−120℃以上−80℃以下に冷却してジシランを含む高次シランを液化又は固化させて捕集し、ジシランを含む高次シランと未分解のシランとを分離する工程である。
In the thermal decomposition step, a gas containing silane is supplied to the reactor and heated to 420 ° C. or higher and 460 ° C. or lower, and the silane is thermally decomposed so that the conversion rate of silane is 1% or higher and 10% or lower. It is the process of producing | generating the higher order silane containing.
In the separation step, a gas containing a high-order silane containing disilane generated in the thermal decomposition step and undecomposed silane is sent from the reactor to the separator, and cooled to −120 ° C. or higher and −80 ° C. or lower to contain disilane. In this step, the higher order silane is liquefied or solidified and collected to separate the higher order silane containing disilane and undecomposed silane.

循環工程は、分離工程で分離された未分解のシランを含有するガスを分離器から反応器に戻して、再び熱分解工程に供する工程である。
このような本実施形態のジシランの製造方法によれば、高次シランのうちトリシラン等の生成を抑制してジシランを高い選択率で製造することが可能である。よって、ジシランを高収率で効率良く製造することができる。
The circulation step is a step in which the gas containing undecomposed silane separated in the separation step is returned from the separator to the reactor, and again supplied to the thermal decomposition step.
According to the production method of disilane of this embodiment, it is possible to produce disilane with high selectivity by suppressing generation of trisilane or the like among higher order silanes. Therefore, disilane can be efficiently produced with high yield.

以下に、本実施形態のジシランの製造方法について、図1を参照しながらさらに詳細に説明する。図1はジシラン製造装置の一例であり、シランを加熱し熱分解させる反応器1と、熱分解で生成したジシランを含む高次シランと未分解のシランとを分離する分離器2と、分離器2で分離された未分解のシランを分離器2から反応器1に戻す循環ポンプ3と、を備えている。   Below, the manufacturing method of the disilane of this embodiment is demonstrated still in detail, referring FIG. FIG. 1 shows an example of an apparatus for producing disilane, which is a reactor 1 for heating and thermally decomposing silane, a separator 2 for separating higher-order silane containing disilane generated by pyrolysis and undecomposed silane, and a separator. And a circulation pump 3 for returning the undecomposed silane separated in 2 from the separator 2 to the reactor 1.

まず、ジシラン製造装置の系内を真空ポンプ4によって例えば真空まで減圧した後に、シランを希釈するための希釈ガスを、希釈ガス流量計6を介してジシラン製造装置の系内に所定の圧力となるまで導入する。次に、図示しないシラン容器(例えばボンベ)からシラン流量計5を介してシランをジシラン製造装置の系内に所定の圧力となるまで導入する。そして、循環ポンプ3を作動させて、ジシラン製造装置の系内のガスを循環させる(以下、ジシラン製造装置の系内を循環するガスを「循環ガス」と記す場合もある)。これにより、シランと希釈ガスの混合ガスが反応器1に供給される。循環ガスの流量は循環ガス流量計7によって所定の流量(例えば2L/min以上20L/min)に設定されているので、反応器1に供給される混合ガスの流量も、上記所定の流量となる。   First, after the inside of the system of the disilane production apparatus is depressurized to, for example, vacuum by the vacuum pump 4, the dilution gas for diluting the silane becomes a predetermined pressure in the system of the disilane production apparatus via the dilution gas flow meter 6. To introduce. Next, silane is introduced into a disilane production system from a silane container (for example, a cylinder) (not shown) through the silane flowmeter 5 until a predetermined pressure is reached. Then, the circulation pump 3 is operated to circulate the gas in the system of the disilane production apparatus (hereinafter, the gas circulated in the system of the disilane production apparatus may be referred to as “circulation gas”). Thereby, a mixed gas of silane and dilution gas is supplied to the reactor 1. Since the flow rate of the circulating gas is set to a predetermined flow rate (for example, 2 L / min or more and 20 L / min) by the circulating gas flow meter 7, the flow rate of the mixed gas supplied to the reactor 1 also becomes the predetermined flow rate. .

反応器1は図示しないヒーターを備えており、反応器1の内部はヒーターにより所定の温度(420℃以上460℃以下)に加熱されているので、混合ガスは反応器1内で所定の温度(420℃以上460℃以下)に加熱される。加熱によりシランは熱分解し、ジシランを含む高次シランが生成するが、反応器1内の温度、混合ガスの流量等の条件が、シランの転化率が1%以上10%以下となるように設定されている。そのため、反応器1内のシランのうち一部が熱分解して、例えばジシラン、トリシラン等の高次シランが生成し、他部は分解せず未分解のシランが残る(熱分解工程)。よって、反応器1内には、熱分解工程で生成したジシランを含む高次シランと、未分解のシランと、希釈ガスとを含有するガス(以下「高次シラン含有ガス」と記す)が存在することとなる。   The reactor 1 includes a heater (not shown), and the inside of the reactor 1 is heated to a predetermined temperature (420 ° C. or higher and 460 ° C. or lower) by the heater. 420 ° C. or higher and 460 ° C. or lower). The silane is thermally decomposed by heating to produce higher-order silane containing disilane. The conditions such as the temperature in the reactor 1 and the flow rate of the mixed gas are set so that the conversion rate of silane is 1% or more and 10% or less. Is set. Therefore, some of the silanes in the reactor 1 are thermally decomposed to produce higher order silanes such as disilane and trisilane, and other parts are not decomposed and undecomposed silane remains (thermal decomposition step). Therefore, in the reactor 1, there is a gas (hereinafter referred to as “higher silane-containing gas”) containing higher order silane containing disilane generated in the thermal decomposition step, undecomposed silane, and dilution gas. Will be.

なお、シランの転化率は、反応器1内の温度、圧力、混合ガスの流量等により制御することができる。反応器1内の温度を高くするとシランの転化率を上げることができ、逆に反応器1内の温度を低くするとシランの転化率を下げることができる。また、反応器1内の圧力を高くするとシランの転化率を上げることができ、逆に反応器1内の圧力を低くするとシランの転化率を下げることができる。さらに、混合ガスの流量を多くするとシランの転化率を下げることができ、逆に混合ガスの流量を少なくするとシランの転化率を上げることができる。例えば、反応器1内の温度が430℃と低い場合は、混合ガスの流量を2L/minと少なくし、反応器1内の温度が450℃と高い場合は、混合ガスの流量を20L/minと多くすれば、シランの転化率を1%以上10%以下に制御することができる。   The conversion rate of silane can be controlled by the temperature, pressure, flow rate of mixed gas, etc. in the reactor 1. When the temperature in the reactor 1 is increased, the conversion rate of silane can be increased. Conversely, when the temperature in the reactor 1 is decreased, the conversion rate of silane can be decreased. Further, when the pressure in the reactor 1 is increased, the conversion rate of silane can be increased. Conversely, when the pressure in the reactor 1 is decreased, the conversion rate of silane can be decreased. Furthermore, if the flow rate of the mixed gas is increased, the conversion rate of silane can be decreased, and conversely, if the flow rate of the mixed gas is decreased, the conversion rate of silane can be increased. For example, when the temperature in the reactor 1 is as low as 430 ° C., the flow rate of the mixed gas is reduced to 2 L / min, and when the temperature in the reactor 1 is as high as 450 ° C., the flow rate of the mixed gas is set to 20 L / min. If so, the conversion rate of silane can be controlled to 1% or more and 10% or less.

反応器1内の高次シラン含有ガスは、循環ポンプ3によって分離器2に送られる。分離器2は図示しない冷却剤(例えば液体窒素)を備えており、分離器2の内部は冷却剤により所定の温度(−120℃以上−80℃以下)に冷却されているので、高次シラン含有ガスは分離器2内で所定の温度(−120℃以上−80℃以下)に冷却される。高次シラン含有ガス中のジシラン、トリシラン等の高次シランは、冷却により液化又は固化するため、分離器2内に捕集される。高次シラン含有ガス中の未分解のシランは、冷却によってもほとんど液化及び固化しないため、ほとんど捕集されない。これにより、分離器2において、ジシランを含む高次シランと未分解のシランとが分離される(分離工程)。よって、分離器2内には、液化又は固化して捕集された高次シランとともに、未分解のシランと希釈ガスとを含有するガス(以下「未分解シラン含有ガス」と記す)が存在することとなる。また、高次シランが液化又は固化して捕集されることにより、ジシラン製造装置の系内の圧力が低下する。   The high-order silane-containing gas in the reactor 1 is sent to the separator 2 by a circulation pump 3. The separator 2 is provided with a coolant (not shown) such as liquid nitrogen, and the interior of the separator 2 is cooled to a predetermined temperature (−120 ° C. to −80 ° C.) by the coolant. The contained gas is cooled in the separator 2 to a predetermined temperature (−120 ° C. or higher and −80 ° C. or lower). Higher order silanes such as disilane and trisilane in the higher order silane-containing gas are collected in the separator 2 because they are liquefied or solidified by cooling. Undecomposed silane in the high-order silane-containing gas is hardly collected because it hardly liquefies and solidifies even by cooling. Thereby, in the separator 2, higher silane containing disilane and undecomposed silane are separated (separation step). Therefore, in the separator 2, there is a gas containing undecomposed silane and a diluent gas (hereinafter referred to as “undecomposed silane-containing gas”) together with the higher order silane collected by liquefaction or solidification. It will be. Moreover, the pressure in the system of a disilane manufacturing apparatus falls because higher order silane is liquefied or solidified and collected.

分離器2で捕集された高次シランからジシランのみを分離して回収する方法は、特に限定されるものではないが、蒸留法を用いることができる。すなわち、ジシラン、トリシラン等を含む高次シランを蒸留して、ジシランとトリシラン等のジシランよりも高次の高次シランとを分離することができる。また、吸着法を用いることもできる。すなわち、ゼオライト等の吸着剤を用い、高次シランの種類による吸着能の差を利用して分離することができる。   The method for separating and recovering only disilane from the higher order silane collected by the separator 2 is not particularly limited, but a distillation method can be used. That is, higher order silane containing disilane, trisilane and the like can be distilled to separate disilane and higher order silane from disilane such as trisilane. An adsorption method can also be used. That is, it can be separated using an adsorbent such as zeolite and utilizing the difference in adsorption ability depending on the type of higher order silane.

分離器2内の未分解シラン含有ガスは、循環ポンプ3によって反応器1に戻され、再び熱分解工程に供される(循環工程)。すなわち、未分解シラン含有ガスは、反応器1内で所定の温度(420℃以上460℃以下)に加熱され、シランの熱分解によりジシランを含む高次シランが生成する。このとき、シランの転化率は1%以上10%以下となるように設定されているので、反応器1内のシランのうち一部が熱分解し、他部は分解せず未分解のシランが残る。   The undecomposed silane-containing gas in the separator 2 is returned to the reactor 1 by the circulation pump 3 and again supplied to the thermal decomposition process (circulation process). That is, the undecomposed silane-containing gas is heated to a predetermined temperature (420 ° C. or more and 460 ° C. or less) in the reactor 1, and higher order silane containing disilane is generated by thermal decomposition of silane. At this time, since the conversion rate of silane is set to be 1% or more and 10% or less, a part of the silane in the reactor 1 is thermally decomposed and the other part is not decomposed and undecomposed silane is formed. Remain.

そして、反応器1内の高次シラン含有ガスは再び分離器2に送られて、ジシランを含む高次シランと未分解のシランとが分離され、分離器2内の未分解シラン含有ガスは、循環ポンプ3によって反応器1に戻され、熱分解工程に供される。このようにして、低転化率でのシランの熱分解、高次シランの捕集、未分解シラン含有ガスの循環を繰り返すことにより、ジシランを高収率で効率良く製造することができる。   Then, the higher order silane-containing gas in the reactor 1 is sent again to the separator 2 to separate the higher order silane containing disilane and undecomposed silane, and the undecomposed silane containing gas in the separator 2 is It is returned to the reactor 1 by the circulation pump 3 and used for the thermal decomposition process. In this way, disilane can be efficiently produced in high yield by repeating thermal decomposition of silane at a low conversion rate, collection of higher order silane, and circulation of undecomposed silane-containing gas.

シランの熱分解によりジシラン製造装置の系内のシラン濃度が低下するが、シラン濃度が低下した未分解シラン含有ガスをそのまま反応器1に循環させてシランの熱分解を行ってもよいし、シラン容器からジシラン製造装置の系内にシラン流量計5を介してシランを導入し、未分解シラン含有ガスにシランを補充して、シラン濃度が上昇した未分解シラン含有ガスを反応器1に循環させてシランの熱分解を行ってもよい。   Although the silane concentration in the system of the disilane production apparatus decreases due to the thermal decomposition of silane, the undecomposed silane-containing gas with the decreased silane concentration may be circulated through the reactor 1 as it is, or the silane may be thermally decomposed. Silane is introduced into the system of the disilane production apparatus from the container through the silane flowmeter 5, silane is supplemented to the undecomposed silane-containing gas, and the undecomposed silane-containing gas having an increased silane concentration is circulated to the reactor 1. The silane may be thermally decomposed.

シランの補充を行う場合には、熱分解工程で熱分解した分量のシランを補充して、ジシラン製造装置の系内のシラン濃度を常時一定に保ってもよい。また、シランの補充は、常時行ってもよいし、断続的に行ってもよい。シランの常時補充は、シラン流量計5を所定の流量に設定して、シラン容器からジシラン製造装置の系内に常時一定の流量のシランを導入することにより行うことができる。   When replenishing silane, the amount of silane thermally decomposed in the thermal decomposition step may be replenished to keep the silane concentration in the system of the disilane production apparatus constant at all times. Moreover, the replenishment of silane may be performed constantly or intermittently. The continuous replenishment of silane can be performed by setting the silane flow meter 5 to a predetermined flow rate and constantly introducing a constant flow rate of silane from the silane container into the system of the disilane production apparatus.

ジシラン製造装置内の過剰の循環ガスは圧力調整弁8によって系外に抜き出すことができるため、シランの補充によってジシラン製造装置の系内の圧力が高くなった場合には、過剰の循環ガスを圧力調整弁8によって系外に抜き出すことにより圧力を調整すればよい。よって、循環ガスを循環させて繰り返しシランの熱分解を行う間は、ジシラン製造装置の系内の圧力を一定に保つことができる。   Since excess circulating gas in the disilane production apparatus can be extracted out of the system by the pressure regulating valve 8, when the pressure in the system of the disilane production apparatus becomes high due to replenishment of silane, the excess circulation gas is pressurized. What is necessary is just to adjust a pressure by extracting out of the system with the adjustment valve 8. FIG. Therefore, the pressure in the system of the disilane production apparatus can be kept constant while the circulation gas is circulated and the thermal decomposition of silane is repeated.

なお、本実施形態のジシランの製造方法において使用するシランの品質(純度)は特に限定されるものではなく、いかなる純度のものを使用しても差し支えないが、高純度のシランを使用することが好ましい。
また、シランの熱分解は、シランの転化率が1%以上10%以下となるように行うが、転化率を上記のような数値範囲内とすれば、トリシラン、テトラシラン等のジシランよりも高次の高次シランの生成を抑制してジシランを高い選択率で製造することが可能である。
In addition, the quality (purity) of the silane used in the disilane production method of the present embodiment is not particularly limited, and any purity may be used, but high-purity silane may be used. preferable.
The thermal decomposition of silane is performed so that the conversion rate of silane is 1% or more and 10% or less. If the conversion rate is within the above numerical range, higher order than disilane such as trisilane, tetrasilane and the like. It is possible to produce disilane with high selectivity by suppressing the production of higher order silane.

さらに、本実施形態においては、シランと希釈ガスの混合ガスをジシラン製造装置の系内に循環させたが、混合ガス中のシランの割合は、10体積%以上80体積%以下としてもよく、好ましくは20体積%以上60体積%以下である。混合ガス中のシランの割合が上記のような数値範囲内であれば、ジシラン製造装置の系内を循環するガスが安定した圧力、流量に保たれやすいという効果が奏される。希釈ガスとしては、シランに対して不活性なガスを用いることが好ましく、具体例としては、水素、窒素、アルゴン、ヘリウムがあげられる。希釈ガスは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい(すなわち、上記混合ガスを3種以上のガスの混合ガスとしてもよい)。ただし、希釈ガスは用いなくてもよい。すなわち、シランのみをジシラン製造装置の系内に導入し、循環させてもよい。   Furthermore, in this embodiment, the mixed gas of silane and dilution gas was circulated in the system of the disilane production apparatus. However, the ratio of silane in the mixed gas may be 10% by volume or more and 80% by volume or less, preferably Is 20 volume% or more and 60 volume% or less. If the ratio of silane in the mixed gas is within the numerical range as described above, an effect is obtained that the gas circulating in the system of the disilane production apparatus is easily maintained at a stable pressure and flow rate. As the dilution gas, a gas inert to silane is preferably used, and specific examples include hydrogen, nitrogen, argon, and helium. Dilution gas may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together (that is, the said mixed gas is good also as a mixed gas of 3 or more types of gas). However, the dilution gas may not be used. That is, only silane may be introduced into the system of the disilane production apparatus and circulated.

さらに、反応器1におけるシランの加熱温度は420℃以上460℃以下(より好ましくは430℃以上450℃以下)であるが、このような加熱温度であれば、シランの熱分解によりジシランが十分に生成し、且つ、トリシラン、テトラシラン等のジシランよりも高次の高次シランが生成しにくい。よって、ジシランを高い選択率で製造することが可能である。反応器1内を通過する循環ガスが加熱される形式であれば、反応器1の形状や加熱方式は特に限定されるものではなく、例えば、反応塔をヒーターによって加熱する加熱方式を採用してもよい。   Furthermore, the heating temperature of the silane in the reactor 1 is 420 ° C. or higher and 460 ° C. or lower (more preferably 430 ° C. or higher and 450 ° C. or lower). With such a heating temperature, disilane is sufficiently decomposed by thermal decomposition of silane. It is difficult to produce higher order silanes than disilanes such as trisilane and tetrasilane. Thus, disilane can be produced with high selectivity. As long as the circulating gas passing through the reactor 1 is heated, the shape and heating method of the reactor 1 are not particularly limited. For example, a heating method in which the reaction tower is heated by a heater is adopted. Also good.

さらに、分離器2における冷却温度は−120℃以上−80℃以下(より好ましくは−100℃以上−80℃以下)であるが、このような冷却温度であれば、シランが捕集されることを抑制しつつ高次シランを高効率で捕集することができる。ジシランが分離器2で捕集されずに反応器1に循環されると、トリシラン、テトラシラン等のさらに高次の高次シランへ転化し、ジシランを高選択率で製造することが困難となるが、上記の冷却温度であれば、ジシランを高選択率で製造することが可能である。   Furthermore, although the cooling temperature in the separator 2 is −120 ° C. or higher and −80 ° C. or lower (more preferably −100 ° C. or higher and −80 ° C. or lower), silane is collected at such a cooling temperature. High-order silane can be collected with high efficiency while suppressing the above. If disilane is circulated to the reactor 1 without being collected by the separator 2, it will be converted to a higher order silane such as trisilane and tetrasilane, and it will be difficult to produce disilane with high selectivity. If it is said cooling temperature, it is possible to manufacture disilane with high selectivity.

さらに、ジシラン製造装置の系内の圧力(反応器1内、分離器2内の圧力)は特に限定されるものではなく、常圧、加圧、減圧のいずれでも差し支えないが、常圧又は1MPa(ゲージ圧)以下の加圧であることが好ましく、0.1MPa(ゲージ圧)以上0.6MPa(ゲージ圧)以下の微加圧であることがより好ましい。   Furthermore, the pressure in the system of the disilane production apparatus (the pressure in the reactor 1 and the separator 2) is not particularly limited, and any of normal pressure, pressurization, and depressurization may be used. The pressure is preferably (gauge pressure) or less, more preferably 0.1 MPa (gauge pressure) or more and 0.6 MPa (gauge pressure) or less.

以下に実施例及び比較例を示して、本発明をより詳細に説明する。
〔実施例1〕
図1のジシラン製造装置と同様のジシラン製造装置を用い、上記実施形態と同様の操作を行ってシランを熱分解して、ジシランを製造した。反応器はステンレス鋼製で、その容積は0.6Lであり、加熱温度は450℃に設定した。分離器の冷却温度は−80℃に設定した。希釈ガスは水素ガスとし、希釈ガス流量計を介してジシラン製造装置の系内に0.15MPa(ゲージ圧)となるまで導入した。さらにシランは、シラン容器からシラン流量計を介してジシラン製造装置の系内に0.4MPa(ゲージ圧)となるまで導入した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
[Example 1]
Using a disilane production apparatus similar to the disilane production apparatus of FIG. 1, the same operation as in the above embodiment was performed to thermally decompose silane to produce disilane. The reactor was made of stainless steel, the volume was 0.6 L, and the heating temperature was set to 450 ° C. The cooling temperature of the separator was set to -80 ° C. The dilution gas was hydrogen gas, and was introduced into the disilane production system through a dilution gas flowmeter until the pressure reached 0.15 MPa (gauge pressure). Furthermore, silane was introduced from the silane container through the silane flow meter into the system of the disilane production apparatus until the pressure reached 0.4 MPa (gauge pressure).

圧力調整弁を0.4MPa(ゲージ圧)に設定し、ジシラン製造装置の系内の圧力がそれ以上となった場合には、ジシラン製造装置内の過剰の循環ガスが圧力調整弁によって系外に抜き出されて、ジシラン製造装置の系内の圧力が常に0.4MPa(ゲージ圧)に保たれるようにした。また、循環ガス流量計を10L/minに設定し、ジシラン製造装置の系内を流れる循環ガスの流量が一定に保たれるようにした。   When the pressure adjustment valve is set to 0.4 MPa (gauge pressure) and the pressure in the system of the disilane production apparatus becomes higher than that, excess circulating gas in the disilane production apparatus is brought out of the system by the pressure adjustment valve. The pressure in the system of the disilane production apparatus was always kept at 0.4 MPa (gauge pressure). Further, the circulating gas flow meter was set to 10 L / min so that the flow rate of the circulating gas flowing in the system of the disilane production apparatus was kept constant.

さらに、反応中は常時、シラン容器からシラン流量計を介してシランをジシラン製造装置の系内に0.2L/minの流量で導入した。これにより、熱分解工程で熱分解した分量のシランを補充して、ジシラン製造装置の系内のシラン濃度を常時一定に保つようにした。
このようにして、シランの転化率が6.0%となるようにシランを熱分解させ、3時間反応を行った。反応中は、反応器の入口と出口において、循環ガス中のシランの量を株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフGC−14B(検出器はTCD(Thermal Conductivity Detector)検出器である)を用いて分析した。そして、両測定値の差からシランの転化率を算出した。反応終了後、分離器内に捕集された高次シランを、上記と同じガスクロマトグラフを用いて分析したところ、ジシランの選択率は72.4%であった。
Further, during the reaction, silane was always introduced into the disilane production system from the silane container through the silane flowmeter at a flow rate of 0.2 L / min. Thus, the amount of silane thermally decomposed in the thermal decomposition step was supplemented to keep the silane concentration in the system of the disilane production apparatus constantly constant.
In this way, the silane was thermally decomposed so that the conversion rate of silane was 6.0%, and the reaction was performed for 3 hours. During the reaction, the amount of silane in the circulating gas is analyzed at the inlet and outlet of the reactor using a gas chromatograph GC-14B manufactured by Shimadzu Corporation (the detector is a TCD (Thermal Conductivity Detector) detector). did. And the conversion rate of the silane was computed from the difference of both measured values. After completion of the reaction, the higher silane collected in the separator was analyzed using the same gas chromatograph as described above. The selectivity for disilane was 72.4%.

〔実施例2〕
図1のジシラン製造装置と同様のジシラン製造装置を用い、上記実施形態と同様の操作を行ってシランを熱分解して、ジシランを製造した。反応器はステンレス鋼製で、その容積は0.6Lであり、加熱温度は440℃に設定した。分離器の冷却温度は−90℃に設定した。希釈ガスは水素ガスとし、希釈ガス流量計を介してジシラン製造装置の系内に0.15MPa(ゲージ圧)となるまで導入した。さらにシランは、シラン容器からシラン流量計を介してジシラン製造装置の系内に0.3MPa(ゲージ圧)となるまで導入した。
[Example 2]
Using a disilane production apparatus similar to the disilane production apparatus of FIG. 1, the same operation as in the above embodiment was performed to thermally decompose silane to produce disilane. The reactor was made of stainless steel, its volume was 0.6 L, and the heating temperature was set to 440 ° C. The cooling temperature of the separator was set to -90 ° C. The dilution gas was hydrogen gas, and was introduced into the disilane production system through a dilution gas flowmeter until the pressure reached 0.15 MPa (gauge pressure). Furthermore, silane was introduced from the silane container through the silane flowmeter into the system of the disilane production apparatus until the pressure reached 0.3 MPa (gauge pressure).

圧力調整弁を0.3MPa(ゲージ圧)に設定し、ジシラン製造装置の系内の圧力がそれ以上となった場合には、ジシラン製造装置内の過剰の循環ガスが圧力調整弁によって系外に抜き出されて、ジシラン製造装置の系内の圧力が常に0.3MPa(ゲージ圧)に保たれるようにした。また、循環ガス流量計を10L/minに設定し、ジシラン製造装置の系内を流れる循環ガスの流量が一定に保たれるようにした。   When the pressure adjustment valve is set to 0.3 MPa (gauge pressure) and the pressure in the system of the disilane production apparatus becomes higher than that, excess circulating gas in the disilane production apparatus is removed from the system by the pressure adjustment valve. The pressure inside the system of the disilane production apparatus was always kept at 0.3 MPa (gauge pressure). Further, the circulating gas flow meter was set to 10 L / min so that the flow rate of the circulating gas flowing in the system of the disilane production apparatus was kept constant.

さらに、反応中は常時、シラン容器からシラン流量計を介してシランをジシラン製造装置の系内に0.1L/minの流量で導入した。これにより、熱分解工程で熱分解した分量のシランを補充して、ジシラン製造装置の系内のシラン濃度を常時一定に保つようにした。
このようにして、シランの転化率が3.5%となるようにシランを熱分解させ、3時間反応を行った。反応終了後、分離器内に捕集された高次シランを、上記と同じガスクロマトグラフを用いて分析したところ、ジシランの選択率は82.7%であった。
Further, during the reaction, silane was always introduced into the disilane production system from the silane container through the silane flow meter at a flow rate of 0.1 L / min. Thus, the amount of silane thermally decomposed in the thermal decomposition step was supplemented to keep the silane concentration in the system of the disilane production apparatus constantly constant.
In this way, silane was thermally decomposed so that the conversion rate of silane was 3.5%, and the reaction was performed for 3 hours. After completion of the reaction, the higher silane collected in the separator was analyzed using the same gas chromatograph as described above. The selectivity for disilane was 82.7%.

〔比較例1〕
反応器の加熱温度を470℃、補充するシランの流量を0.4L/min、シランの転化率を14.6%とする点以外は実施例2と同様にして反応を行った。反応終了後、分離器内に捕集された高次シランを、上記と同じガスクロマトグラフを用いて分析したところ、ジシランの選択率は43.8%であった。
これらの結果から、シランの転化率を低く抑えて反応を行うことにより、高い選択率でジシランを製造することができることが分かる。
[Comparative Example 1]
The reaction was conducted in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature of the reactor was 470 ° C., the replenishing silane flow rate was 0.4 L / min, and the silane conversion was 14.6%. After completion of the reaction, the higher silane collected in the separator was analyzed using the same gas chromatograph as described above. The selectivity for disilane was 43.8%.
From these results, it can be seen that disilane can be produced with high selectivity by carrying out the reaction while keeping the conversion rate of silane low.

1 反応器
2 分離器
3 循環ポンプ
4 真空ポンプ
5 シラン流量計
6 希釈ガス流量計
7 循環ガス流量計
8 圧力調整弁
1 Reactor 2 Separator 3 Circulation Pump 4 Vacuum Pump 5 Silane Flow Meter 6 Diluent Gas Flow Meter 7 Circulating Gas Flow Meter 8 Pressure Control Valve

Claims (2)

シランの熱分解によりジシランを製造する方法であって、
シランを含有するガスを反応器に供給し420℃以上460℃以下に加熱して、シランの転化率が1%以上10%以下となるようにシランを熱分解させ、ジシランを含む高次シランを生成する熱分解工程と、
前記熱分解工程で生成したジシランを含む高次シランと未分解のシランとを含有するガスを前記反応器から分離器に送り、−120℃以上−80℃以下に冷却してジシランを含む高次シランを液化又は固化させて捕集し、ジシランを含む高次シランと未分解のシランとを分離する分離工程と、
前記分離工程で分離された未分解のシランを含有するガスを前記分離器から前記反応器に戻して、再び前記熱分解工程に供する循環工程と、
を備えるジシランの製造方法。
A method for producing disilane by thermal decomposition of silane,
A gas containing silane is supplied to the reactor and heated to 420 ° C. or higher and 460 ° C. or lower to thermally decompose the silane so that the conversion rate of silane is 1% or higher and 10% or lower. A pyrolysis process to be generated;
A gas containing high-order silane containing disilane and undecomposed silane produced in the pyrolysis step is sent from the reactor to the separator and cooled to −120 ° C. or higher and −80 ° C. or lower to contain higher order silane containing disilane. A separation step of liquefying or solidifying and collecting silane and separating higher-order silane containing disilane and undecomposed silane;
A circulation step in which the gas containing undecomposed silane separated in the separation step is returned from the separator to the reactor, and again supplied to the thermal decomposition step;
A process for producing disilane.
前記循環工程においては、前記分離工程で分離された未分解のシランを含有するガスに、前記熱分解工程で熱分解した分量のシランを補充した上で、前記反応器に戻す請求項1に記載のジシランの製造方法。   2. The circulation step according to claim 1, wherein the gas containing undecomposed silane separated in the separation step is supplemented with an amount of silane thermally decomposed in the thermal decomposition step and then returned to the reactor. Disilane production method.
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