JP2775364B2 - 塩酸の合成装置 - Google Patents

塩酸の合成装置

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JP2775364B2 JP3297944A JP29794491A JP2775364B2 JP 2775364 B2 JP2775364 B2 JP 2775364B2 JP 3297944 A JP3297944 A JP 3297944A JP 29794491 A JP29794491 A JP 29794491A JP 2775364 B2 JP2775364 B2 JP 2775364B2
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正憲 猪子
聖 寺田
幸一 富沢
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B7/01Chlorine; Hydrogen chloride
    • C01B7/012Preparation of hydrogen chloride from the elements

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造プロ
セスにおいてエッチングガスなどに使用される塩化水素
ガスの原料となる塩酸の合成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に塩酸は各種塩化物や医薬などの製
造あるいはデンプンの糖化などに使用される他、例えば
半導体製造プロセスにおいてエッチングガスなどとして
使用する塩化水素ガスの原料などとしても使用されてい
る。
【0003】この塩酸は、工業的には例えば水素ガスと
塩素ガスとの混合ガスを反応させる合成法や、芳香族炭
化水素の塩素化反応を利用した副生塩酸法などの方法に
より生成されるが、副生塩酸法は副生塩酸の純度が低い
ことから、高純度の塩酸を得るためには通常合成法が採
用されている。この合成法により塩酸を生成する装置と
しては、混合ガスを燃焼させる燃焼部と加熱反応により
生成した塩化水素ガスを吸収液に吸収させる吸収・冷却
部とを上下に設けて一体構造とした、いわゆる1塔型合
成装置と、これらを別々に設けて別体構造とした、いわ
ゆる2塔型合成装置とがあり、通常いずれの装置におい
ても水素ガスと塩素ガスとの反応温度を1000℃付近
に設定して運転している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の合成
装置において1塔型合成装置を用いて生成した塩酸中に
は、1ppm〜3ppm程度のフリ−塩素が含有されて
しまう。一方、2塔型合成装置を用いればフリ−塩素の
含有量をほぼ0に抑えることができるが、この場合に
は、設置スペ−スや建設費が大となるため、現状では1
塔型合成装置が主流となっている。
【0005】しかしながら、塩酸中に例えば1ppm〜
3ppm程度のフリ−塩素が含まれると、この程度の含
有量においては工業規格を満足しているため一般品とし
ては問題はないが、純塩酸としては使用できないし、ま
た高純度塩化水素ガスの原料として使用する場合にも今
後問題になると予想される。例えば、高純度塩化水素ガ
スは半導体製造プロセスにおいてエッチングガスなどと
して使用されているが、半導体デバイスの高集積化に伴
い、原料ガス中に例え微量であってもフリ−塩素が含ま
れていると半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼすと考
えられるからである。このため、フリ−塩素の含有量を
抑えるためには、先ず燃焼バ−ナを改良して燃焼部で水
素ガスと塩素ガスとを完全に反応させることが考えられ
るが、燃焼バ−ナの改良によっても完全な反応をおこす
ことは困難である。
【0006】また水素ガスを塩酸溶液中に通し、例えば
白金触媒などを用いて塩酸中のフリ−塩素を還元除去す
ることも一つの解決法ではあるが、この場合には処理プ
ロセスが増えてしまうし、また経時的な触媒活性の低下
や化学的劣化が起こるため、触媒を頻繁に交換しなけれ
ばならず、コストが高くなってしまう。
【0007】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、フリ−塩素の含有量が少ない
塩酸の合成装置及びその方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、水素
ガスと塩素ガスとの混合ガスを反応させて塩酸を生成す
る合成装置において、水素ガスまたは塩素ガスの少なく
とも一方を反応前に冷却するための冷却部を設けたこと
を特徴とする。
【0009】
【作用】水素ガスと塩素ガスとを、例えば各々反応前に
冷却して、塩酸を生成するために理論上必要とされる体
積比で例えば1塔型合成装置の燃焼部の燃焼室内に供給
し、この混合ガスを燃焼バ−ナで加熱して、反応温度を
例えば800℃付近で反応させる。この場合例えば水素
ガスの供給量を理論上必要とされる供給量の1.2倍〜
1.5倍程度に設定して、反応温度を1000℃程度で
反応させることにより、フリ−塩素の含有量が少ない塩
酸を生成することができる。
【0010】従って、生成された塩酸を例えば純塩酸や
高純度塩化水素ガスの原料などとして使用することがで
きる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の実施例に係る装置を示す概略
図である。図中1は1塔型合成装置であり、この1塔型
合成装置1の上部にはバ−ナ部2が形成されており、こ
のバ−ナ部2の上端部及び中央側部には夫々塩素ガス入
口ノズル21、水素ガス入口ノズル22が設けられると
共に、下部には燃焼バ−ナ23が後述の燃焼室31に突
入して設けられている。また塩素ガス入口ノズル21、
水素ガス入口ノズル22には、夫々塩素ガス及び水素ガ
スを冷却するための冷却部21a、22a、が設けられ
ている。
【0012】前記バ−ナ部2の下方側には燃焼部3が形
成されており、この燃焼部3の中央部には燃焼室31が
設けられると共に、燃焼部3の側部には、吸収液入口ノ
ズル32及び後述の冷却水を排出するための冷却水出口
ノズル33が設けられている。
【0013】前記燃焼部3の下方側には吸収・冷却部4
が形成されており、この吸収・冷却部4には熱交換器4
1とこの熱交換器41の二次側を通流する冷却水を導入
するための冷却水入口ノズル42とが設けられている。
【0014】前記吸収・冷却部4の下方側には受液部5
が形成されており、この受液部5の側部には、製品とな
る塩酸を配管を介して例えば塩酸貯蔵タンクに排出する
ための塩酸出口ノズル51と、未吸収の塩化水素ガスを
例えばテ−ルタワ−に排出するためのテ−ルガス出口ノ
ズル52とが設けられている。
【0015】次に上述の装置を用いて、本発明の塩酸の
合成法の一例について述べる。
【0016】先ず、塩素ガスと水素ガスとを塩酸を生成
するために理論上必要とされる体積比で夫々冷却部21
a、22aを介して塩素ガス入口ノズル21、水素ガス
入口ノズル22より燃焼室31内に供給し、冷却部21
a、22aにおいては、その出口側の塩素ガスの温度及
び水素ガスの温度が夫々例えば25.0℃、5.0℃と
なるように設定する。
【0017】燃焼バ−ナ23のバ−ナ温度は通常100
0℃付近であるので、このように反応ガスを予め冷却し
ておくことにより混合ガスの反応温度は850℃付近で
あると推測される。
【0018】一方、前記燃焼室31上部の吸収液入口ノ
ズルより導入される吸収液は、燃焼室31の内壁に漏れ
壁を形成して、前記塩化水素ガスを吸収しながら塩酸と
なって、吸収・冷却部4の熱交換器41の一次側に未吸
収の塩化水素ガスとともに流下し、この熱交換器41に
て二次側を通流する冷却水により冷却されて、更に受液
部5に流下する。そして、この受液部5において、吸収
液と未吸収の塩化水素ガスとは互いに分離され、吸収液
は、製品となる35%の塩酸として、例えば塩酸貯蔵タ
ンクなどに塩酸出口ノズル51より送られ、未吸収の塩
化水素ガスは例えばテ−ルタワ−に送られる。
【0019】更に、本発明の塩酸の合成法においては、
塩素ガスを塩素ガス入口ノズル21より燃焼室31内に
供給すると共に、水素ガス入口ノズル22より水素ガス
を、塩酸を生成するために理論上必要とされる供給量の
1.2倍〜1.5倍程度となるように水素ガス入口ノズ
ル22より燃焼室31内に供給し、これらの混合ガスを
燃焼バ−ナ23により加熱して温度1000℃付近で反
応させることにより塩化水素ガスが生成され、その後同
様に、この塩化水素ガスは吸収液に吸収されて流下し、
受液部5にて塩酸として取り出される。
【0020】ここで水素ガス及び塩素ガスを冷却部21
a、22aで冷却すること及び水素ガスと塩素ガスとの
供給比を大きくすることと、塩酸中のフリ−塩素の含有
量との関連について述べると、塩素ガス及び水素ガスが
等モルで反応する場合、水素、塩素、塩化水素の分圧を
Pa、Pb、Pc、平衡定数をKpとすると、(1)式
が成り立つ。
【0021】 (Pc)/(Pa・Pb)=Kp …(1) Pa+Pb+Pc=1(気圧)であるが、水素がリッチ
な条件下にあるためPa、Pc》Pbの関係にあり、従
って(1)式は(2)式として表わすことができ、
(3)式が成り立つ。
【0022】 (1−Pa)/(Pa・Pb)=Kp …(2) log〔(1−Pa)/Pa〕−logPb=logKp …(3) ところで平衡定数Kpは温度により決まり、反応温度が
例えば1300゜K、1000°Kの場合夫々7.24
67、13.1275であり、この値を(3)式に代入
して図示すると、夫々図2、図3のように表わされる。
従ってこの図からすれば、前記供給比が大きい程、また
反応温度が低い程、塩酸中のフリ−塩素の含有量が少な
くなると推測される。そして反応温度を下げるためには
燃焼バ−ナを改良するようにしてもよいが、ガス供給路
に冷却部を設ければ、温度コントロ−ルが容易である
上、既設のバ−ナに対しても適用することができるため
有利である。
【0023】また、この例による塩酸の合成方法によっ
て生成した塩酸中のフリ−塩素の含有量を実際に測定し
た結果は、表1に示すとうりである。
【0024】
【表1】 この測定では冷却部21a、22aは用いておらず、反
応ガスの温度は外気温度に対応した値になっている。こ
の測定結果によれば、水素ガスと塩素ガスとの供給比
(水素ガスのモル数/塩素ガスのモル数)rが1.2〜
1.5程度とした場合のフリ−塩素の含有量は、理論
値、即ちr=1.0で供給した場合の1ppm〜3pp
m程度に比べて低いものとなっており、特にr=1.5
付近においては極めて低く例えば半導体ウエハの処理ガ
スとして用いる場合、この程度の含有量であれば問題な
いと考えられる。
【0025】また、この例においては、反応温度を10
00℃付近とした場合であるが、反応温度を、この10
00℃よりも低くした場合には、前記供給比が上述の
1.2〜1.5程度より小さくても同様の効果が得られ
ると推察される。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、水素ガスと塩素ガスと
を反応させて合成塩酸を得るにあたって、フリ−塩素の
生成を抑えることができるため、この塩酸を例えば純塩
酸として使用することができ、また高純度塩化水素ガス
の原料として使用することもできる。
【0027】従って、本発明によれば例えば半導体製造
プロセスにおいて、エッチングガスなどとして使用され
る塩化水素の原料である塩酸を製造するにあたって非常
に有効な方法である。
【0028】また塩素ガス及び/または水素ガスを冷却
するようにしているため、燃焼バ−ナにより温度調整を
行う場合に比べて反応温度の設定が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る装置を示す概略図であ
る。
【図2】温度1300°Kにおける平衡時の塩素分圧と
水素分圧との関係を表わした特性図である。
【図3】温度1000°Kにおける平衡時の塩素分圧と
水素分圧との関係を表わした特性図である。
【符号の説明】
1 1塔型合成装置 2 バ−ナ部 21 塩素ガス入口ノズル 22 水素ガス入口ノズル 21a、21b 冷却部 3 燃焼部 31 燃焼室 4 吸収・冷却部 5 受液部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 正和 神奈川県横浜市鶴見区末広町1−7 鶴 見曹達株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 7/01

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素ガスと塩素ガスとの混合ガスを反応
    させて塩酸を生成する合成装置において、 水素ガスまたは塩素ガスの少なくとも一方を反応前に冷
    却するための冷却部を設けたことを特徴とする塩酸の合
    成装置。
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