JP5444745B2 - Trichlorosilane production equipment - Google Patents

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Description

本発明は、金属シリコン粉末と塩化水素ガスとを反応させてトリクロロシランを生成するトリクロロシラン製造装置に関する。   The present invention relates to a trichlorosilane production apparatus for producing trichlorosilane by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride gas.

高純度のシリコンを製造するための原料として使用されるトリクロロシラン(SiHCl)は、例えば、純度98%程度の金属シリコン粉末(Si)と塩化水素ガス(HCl)とを反応させることで製造される。
金属シリコン粉末と塩化水素ガスとを反応させてトリクロロシランを生成するために、金属シリコン粉末が供給される反応炉に、底部から塩化水素ガスを反応炉内へと噴出させる反応装置が提案されている。このような装置では、粒径が例えば1000μm以下と比較的小さな金属シリコン粉末を反応炉に投入し、この反応炉に底部から塩化水素ガスを噴出させ、この塩化水素ガスによって金属シリコン粉末を流動させながら、金属シリコン粉末と塩化水素ガスとを十分に接触させ、これらの反応によりトリクロロシランを得ることができる。
Trichlorosilane (SiHCl 3 ) used as a raw material for producing high-purity silicon is produced, for example, by reacting metal silicon powder (Si) with a purity of about 98% and hydrogen chloride gas (HCl). The
In order to produce trichlorosilane by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride gas, a reaction apparatus for injecting hydrogen chloride gas into the reaction furnace from the bottom is proposed in a reactor to which metal silicon powder is supplied. Yes. In such an apparatus, a metal silicon powder having a particle size of, for example, 1000 μm or less is charged into a reaction furnace, hydrogen chloride gas is jetted into the reaction furnace from the bottom, and the metal silicon powder is caused to flow by the hydrogen chloride gas. However, the metal silicon powder and hydrogen chloride gas are sufficiently brought into contact with each other, and trichlorosilane can be obtained by these reactions.

この装置において、金属シリコン粉末と塩化水素ガスとの反応をさらに促進するには、反応炉内部に塩化水素ガスを均一に偏流なく拡散させることが効果的である。このため、従来、塩化水素ガスを拡散させ易い噴出部材として、噴出口を複数備えた多孔ノズル等が使用されている。
しかしながら、多孔ノズル等を使用した場合には、金属シリコン粉末により噴出口が目詰まりしたり、多孔ノズル口が摩耗によって拡大したりしてしまうことがある。この場合、金属シリコン粉末と塩化水素ガスとが均一に接触できずに炉内の反応が不均一となり、トリクロロシランの生成効率が低下してしまうといった問題がある。さらに、局所的に反応が進行してその部分の温度が上昇し、反応装置自体が破損してしまうおそれがある。また、塩化水素ガスの偏流により金属シリコン粉末が衝突し、反応炉の内面、温度計等に摩耗が発生するといった問題がある。
In this apparatus, in order to further promote the reaction between the metal silicon powder and the hydrogen chloride gas, it is effective to uniformly diffuse the hydrogen chloride gas inside the reaction furnace without drifting. For this reason, conventionally, a porous nozzle or the like provided with a plurality of jet outlets has been used as a jet member that easily diffuses hydrogen chloride gas.
However, when a porous nozzle or the like is used, the jet port may be clogged with metal silicon powder, or the porous nozzle port may be enlarged due to wear. In this case, there is a problem that the metal silicon powder and hydrogen chloride gas cannot be uniformly contacted, the reaction in the furnace becomes non-uniform, and the production efficiency of trichlorosilane is reduced. Furthermore, there is a possibility that the reaction proceeds locally and the temperature of the part rises and the reaction apparatus itself is damaged. In addition, there is a problem that metal silicon powder collides with the drift of hydrogen chloride gas, and wear occurs on the inner surface of the reaction furnace, the thermometer, and the like.

特許文献1には、噴出口の目詰まりの防止を図るために、ノズルの上側に平板状有孔小片層を設け、この平板状有孔小片層の上にさらに小球状物層を設けたものが開示されている。このように平板状有孔小片層を設けることで、金属シリコン粉末がノズルの噴出口に入り込むことを抑制し、噴出口の目詰まりの防止を図るとともに、金属シリコン粉末によって噴出口が摩耗して大きくなることによる塩化水素ガスの不均一な噴出の防止を図ることができる。また、塩化水素ガスが、平板状有孔小片層を介して金属シリコン粉末に向けて噴出されることになるので、塩化水素ガスを均一に広く拡散させ、均一に偏流なく流動させることが可能となる。   In Patent Document 1, in order to prevent clogging of the jet nozzle, a flat plate-shaped perforated small piece layer is provided on the upper side of the nozzle, and a small spherical object layer is further provided on the flat plate-shaped perforated small piece layer. Is disclosed. By providing the flat perforated small piece layer in this way, the metal silicon powder is prevented from entering the nozzle outlet, the nozzle is prevented from being clogged, and the nozzle is worn by the metal silicon powder. It is possible to prevent non-uniform ejection of hydrogen chloride gas due to the increase. In addition, since hydrogen chloride gas is jetted toward the metal silicon powder through the flat plate-shaped perforated small piece layer, it is possible to diffuse hydrogen chloride gas uniformly and widely and flow without uneven flow. Become.

特許第2519094号公報Japanese Patent No. 2519094

特許文献1に記載のトリクロロシラン製造用反応装置においては、平板状有孔小片が堆積された平板状有孔小片層と、この平板状有孔小片層の上にボール材が堆積された小球状物層とがそれぞれ分離して設けられているので、平板状有孔小片層では、平板状有孔小片はそれぞれ横になった状態で積み重なり、平板状有孔小片同士が互いに密着するように配置される場合がある。これら複数の有孔小片同士が密着した場合には、平板状有孔小片同士の間に空隙が確保できず、塩化水素ガスの拡散効果を十分に奏功せしめることができなくなってしまうおそれがある。   In the reactor for producing trichlorosilane described in Patent Document 1, a flat perforated small piece layer in which flat perforated small pieces are deposited, and a small spherical shape in which a ball material is deposited on the flat perforated small piece layer. Since the material layers are separated from each other, in the flat plate-like perforated piece layer, the flat plate-like perforated pieces are stacked in a lying state, and the flat plate-like perforated pieces are arranged so that they are in close contact with each other. May be. In the case where these perforated pieces are in close contact with each other, there is a fear that a void cannot be secured between the flat perforated pieces and the diffusion effect of hydrogen chloride gas cannot be fully achieved.

一方、高純度のシリコンの需要が大幅に増加していることから、トリクロロシランを従来よりもさらに効率よく製造することが求められている。   On the other hand, since the demand for high-purity silicon is greatly increased, it is required to produce trichlorosilane more efficiently than before.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、塩化水素ガスを確実に拡散させて、トリクロロシランの生産効率を向上させることが可能なトリクロロシラン製造装置を提供することを目的とする。   This invention is made in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the trichlorosilane manufacturing apparatus which can diffuse hydrogen chloride gas reliably and can improve the production efficiency of a trichlorosilane. And

本発明のトリクロロシラン製造装置は、反応炉内に供給された金属シリコン粉末を塩化水素ガスによって流動させながら反応させ、この反応により生成されたトリクロロシランを反応炉から取り出すトリクロロシラン製造装置であって、前記反応炉は、前記金属シリコン粉末が供給される胴体部と、この胴体部の下部に連続して設けられて前記塩化水素ガスが供給される底部と、これら胴体部と底部とを区画する隔壁と、前記隔壁に取り付けられ、前記底部に供給された前記塩化水素ガスを前記胴体部に噴出させる噴出口を有するノズルとを備え、前記隔壁上に、前記噴出口の前記隔壁の上面からの高さとは異なる半径を有する複数のボール状ガス拡散材と、貫通孔を有する複数の板状ガス拡散材とが混在して前記ノズルの周囲を覆うように敷き詰められている。 The trichlorosilane production apparatus of the present invention is a trichlorosilane production apparatus in which metal silicon powder supplied into a reaction furnace is reacted while flowing with hydrogen chloride gas, and trichlorosilane produced by this reaction is taken out from the reaction furnace. The reactor includes a body part to which the metal silicon powder is supplied, a bottom part continuously provided at a lower part of the body part to which the hydrogen chloride gas is supplied, and a body part and a bottom part. A partition wall, and a nozzle attached to the partition wall, the nozzle having a jet port for ejecting the hydrogen chloride gas supplied to the bottom portion to the body portion, on the partition wall, from the upper surface of the partition wall a plurality of ball-shaped gas diffusion material having a different radius and height, and a plurality of plate-shaped gas diffusion member having a through hole is mixed so as to cover the periphery of the nozzle It is packed trees.

この発明によれば、塩化水素ガスを噴出させる噴出口の高さとボール状ガス拡散材の半径とが異なるので、噴出口がボール状ガス拡散材によって塞がれることがなく、塩化水素ガスはボール状ガス拡散材の下半球面または上半球面に向けて噴出される。塩化水素ガスは、このボール状ガス拡散材の下半球面または上半球面に沿って拡散するように流れるので、偏りなく拡散されて胴体部へと供給される。   According to the present invention, since the height of the ejection port for ejecting the hydrogen chloride gas is different from the radius of the ball-shaped gas diffusion material, the ejection port is not blocked by the ball-shaped gas diffusion material, Are ejected toward the lower or upper hemisphere of the gas diffusion material. Since the hydrogen chloride gas flows so as to diffuse along the lower hemisphere or the upper hemisphere of the ball-shaped gas diffusing material, the hydrogen chloride gas is diffused evenly and supplied to the body portion.

の場合、ボール状ガス拡散材と板状ガス拡散材とが混在することにより、これらガス拡散材同士の間に空隙が確実に形成されるので、より効果的に塩化水素ガスを拡散させることができる。
In this case, by a ball-like gas diffusion member and the plate-like gas diffusion material is mixed, so the gap between these gas diffusion material with each other is reliably formed, by diffusing more effectively hydrogen chloride gas Can do.

本発明のトリクロロシラン製造装置によれば、ボール状ガス拡散材によって塩化水素ガスを確実に拡散させることができるので、トリクロロシランの生産効率を向上させることができる。   According to the trichlorosilane manufacturing apparatus of the present invention, hydrogen chloride gas can be reliably diffused by the ball-shaped gas diffusing material, so that the production efficiency of trichlorosilane can be improved.

本発明のトリクロロシラン製造装置の一実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows one Embodiment of the trichlorosilane manufacturing apparatus of this invention. 図1に示す装置におけるノズルを示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the nozzle in the apparatus shown in FIG. 図1に示す装置におけるノズルおよびガス拡散材を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the nozzle and gas diffusion material in the apparatus shown in FIG. 本発明の他の実施形態に係るトリクロロシラン製造装置におけるノズルおよびガス拡散材を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the nozzle and gas diffusion material in the trichlorosilane manufacturing apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るトリクロロシラン製造装置におけるノズルおよびガス拡散材を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the nozzle and gas diffusion material in the trichlorosilane manufacturing apparatus which concerns on other embodiment of this invention.

以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
このトリクロロシラン製造装置100は、反応炉10と、この反応炉10に原料として金属シリコン粉末Pを供給する原料供給手段20と、その金属シリコン粉末Pと反応させる塩化水素ガスを導入するガス導入手段30と、生成されたトリクロロシランガスを排出するガス取出手段40とが備えられた構成とされている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The trichlorosilane production apparatus 100 includes a reaction furnace 10, a raw material supply means 20 that supplies the reaction furnace 10 with metal silicon powder P as a raw material, and a gas introduction means that introduces hydrogen chloride gas to be reacted with the metal silicon powder P. 30 and a gas extraction means 40 for discharging the generated trichlorosilane gas.

反応炉10は、大部分がストレートの円筒状をなす上下方向に沿う胴体部11と、この胴体部11の下端に連結された底部12と、胴体部11の上端に連結された大径部13とを備えている。
胴体部11と底部12とはほぼ同じ径に形成され、その間が水平な隔壁14によって仕切られている。一方、胴体部11の上部には、上方に向かって拡径するテーパ部15が形成されている。大径部13はこのテーパ部15の上端に一体に連結されており、これら胴体部11及び大径部13の内部空間は相互に連通している。大径部13の内径は、胴体部11の内径の1.3〜1.6倍に設定されている。
反応炉10は、胴体部11の上部のテーパ部15が床Bに支持脚16により固定されることにより、支持脚16から吊り下げられた状態で支持されている。
The reaction furnace 10 has a trunk portion 11 that extends in the vertical direction, most of which is a straight cylinder, a bottom portion 12 that is coupled to the lower end of the trunk portion 11, and a large-diameter portion 13 that is coupled to the upper end of the trunk portion 11. And.
The body portion 11 and the bottom portion 12 are formed to have substantially the same diameter, and the space between them is partitioned by a horizontal partition 14. On the other hand, a tapered portion 15 having a diameter increasing upward is formed on the upper portion of the body portion 11. The large diameter portion 13 is integrally connected to the upper end of the taper portion 15, and the internal space of the body portion 11 and the large diameter portion 13 communicate with each other. The inner diameter of the large diameter portion 13 is set to 1.3 to 1.6 times the inner diameter of the body portion 11.
The reaction furnace 10 is supported in a state of being suspended from the support leg 16 by fixing the taper part 15 at the upper part of the body part 11 to the floor B by the support leg 16.

原料供給手段20は、反応炉10の胴体部11の下部に接続された原料供給管21を介して、塩化水素ガスをキャリアガスとした気流移送によって、原料フィードホッパー22から胴体部11内に金属シリコン粉末Pを供給する。胴体部11内には、金属シリコン粉末Pが導入される位置近傍に、胴体部11の内部空間を攪拌する攪拌機19が設けられている。
ガス導入手段30は、ガス供給管31を介して、反応炉10の底部12内に塩化水素ガスを導入する。
The raw material supply means 20 is made of metal from the raw material feed hopper 22 into the body portion 11 by air flow transfer using hydrogen chloride gas as a carrier gas via a raw material supply pipe 21 connected to the lower portion of the body portion 11 of the reaction furnace 10. Silicon powder P is supplied. In the body part 11, a stirrer 19 for stirring the internal space of the body part 11 is provided in the vicinity of the position where the metal silicon powder P is introduced.
The gas introduction means 30 introduces hydrogen chloride gas into the bottom 12 of the reaction furnace 10 through the gas supply pipe 31.

反応炉10の底部12と胴体部11とを区画する隔壁14には、上下方向に沿う多数のノズル17が貫通状態に固定されている。これらノズル17は、その上部が胴体部11内に、下部が底部12内に配置されている。反応炉10の底部12内にガス導入手段30によって導入された塩化水素ガスは、各ノズル17を通じて胴体部11内に噴出される。   A number of nozzles 17 extending in the vertical direction are fixed in a penetrating state in the partition wall 14 that divides the bottom portion 12 and the body portion 11 of the reaction furnace 10. These nozzles 17 are arranged in the body part 11 at the upper part and in the bottom part 12 at the lower part. Hydrogen chloride gas introduced into the bottom 12 of the reaction furnace 10 by the gas introduction means 30 is ejected into the body 11 through the nozzles 17.

ノズル17は、図2に示すように、隔壁14を貫通する軸部17Aと、軸部17Aの上端に形成された六角ボルト頭部状の頭部17Bとを有する。軸部17Aには雄ネジが形成されており、この雄ネジに隔壁14の下面側においてナット17Cが螺合することにより、ノズル17が隔壁14に固定されている。なお、ナット17Cと隔壁14の下面との間および頭部17Bと隔壁14の上面との間には、ワッシャ17Dが介装されている。   As shown in FIG. 2, the nozzle 17 has a shaft portion 17A that penetrates the partition wall 14, and a hexagonal bolt head-shaped head portion 17B formed at the upper end of the shaft portion 17A. A male screw is formed on the shaft portion 17 </ b> A, and a nut 17 </ b> C is screwed to the male screw on the lower surface side of the partition wall 14, whereby the nozzle 17 is fixed to the partition wall 14. A washer 17D is interposed between the nut 17C and the lower surface of the partition wall 14 and between the head 17B and the upper surface of the partition wall 14.

ノズル17には、軸部17Aの下端面と頭部17Bの側面とを連通するガス流路17aが形成されている。このガス流路17aは、頭部17Bの各側面に開口する噴出口17bを有し、軸部17Aの下端側に均圧管17Eが接続されている。この均圧管17Eを通じて、底部12内の塩化水素ガスが供給され、ガス流路17aの噴出口17bから胴体部11内へと噴出される。この噴出口17bの中心は、隔壁14の上面から高さhの位置にある。   The nozzle 17 is formed with a gas flow path 17a that communicates the lower end surface of the shaft portion 17A and the side surface of the head portion 17B. This gas flow path 17a has a spout 17b opened on each side surface of the head portion 17B, and a pressure equalizing pipe 17E is connected to the lower end side of the shaft portion 17A. The hydrogen chloride gas in the bottom 12 is supplied through the pressure equalizing pipe 17E, and is jetted into the body part 11 from the jet port 17b of the gas flow path 17a. The center of the jet port 17b is at a position of height h from the upper surface of the partition wall 14.

隔壁14の上には、図3に示すように、鉄系材からなる複数のガス拡散材18が備えられている。ガス拡散材18は、ボール状ガス拡散材18Aと板状ガス拡散材18Bとを含んでおり、これらボール状ガス拡散材18Aと板状ガス拡散材18Bとが混在してノズル17の頭部17Bの周囲を覆うように敷き詰められている。図2に示すように、ボール状ガス拡散材18Aの半径rと噴出口17bの中心の高さhとは、h<rの関係を満たしている。これにより、噴出口17bから噴出された塩化水素ガスは、図2に矢印で示すように、ボール状ガス拡散材18Aの主に下半球面に向けて噴出されて、このボール状ガス拡散材18Aの球面に沿って拡散される。   As shown in FIG. 3, a plurality of gas diffusion materials 18 made of an iron-based material are provided on the partition wall 14. The gas diffusing material 18 includes a ball-shaped gas diffusing material 18A and a plate-shaped gas diffusing material 18B. The ball-shaped gas diffusing material 18A and the plate-shaped gas diffusing material 18B are mixed, and the head 17B of the nozzle 17 is mixed. It is laid down to cover the surroundings. As shown in FIG. 2, the radius r of the ball-shaped gas diffusion material 18A and the height h of the center of the ejection port 17b satisfy the relationship of h <r. As a result, the hydrogen chloride gas ejected from the ejection port 17b is ejected mainly toward the lower hemispherical surface of the ball-shaped gas diffusion material 18A, as indicated by arrows in FIG. 2, and this ball-shaped gas diffusion material 18A. Is diffused along the sphere.

板状ガス拡散材18Bは、ボール状ガス拡散材18Aの直径(=2×r)よりも直径が小さい貫通孔を有する円板状である。したがって、板状ガス拡散材18Bの貫通孔にボール状ガス拡散材18Aが嵌るように配置されるので、ボール状ガス拡散材18A同士間に隙間が形成される。さらに、噴出する塩化水素ガスの圧力によって、板状ガス拡散材18Bが動き、これに伴いボール状ガス拡散材18Aも動くので、不規則的なガス流路が形成される。   The plate-like gas diffusion material 18B has a disk shape having a through hole whose diameter is smaller than the diameter (= 2 × r) of the ball-like gas diffusion material 18A. Therefore, since the ball-shaped gas diffusion material 18A is disposed so as to fit into the through holes of the plate-shaped gas diffusion material 18B, a gap is formed between the ball-shaped gas diffusion materials 18A. Furthermore, since the plate-like gas diffusion material 18B is moved by the pressure of the hydrogen chloride gas to be ejected, and the ball-shaped gas diffusion material 18A is also moved accordingly, an irregular gas flow path is formed.

攪拌機19は、これらのガス拡散材18の層の上方に設けられており、ガス拡散材18間に形成されたガス流路を通じて噴出する塩化水素ガスと金属シリコン粉末Pとを混合するように攪拌する。   The stirrer 19 is provided above the layer of the gas diffusion material 18 and is stirred so as to mix the hydrogen chloride gas ejected through the gas passage formed between the gas diffusion materials 18 and the metal silicon powder P. To do.

ガス取出手段40は、反応炉10から排出されるトリクロロシランを含む反応流体を、サイクロン41を経由してガス精製系42に送る。サイクロン41は、反応流体とともに排出された金属シリコン粉末を捕集する。捕集された金属シリコン粉末は、回収管43を通じて原料フィードホッパー22に戻され、反応炉10に再度投入される。   The gas extraction means 40 sends the reaction fluid containing trichlorosilane discharged from the reaction furnace 10 to the gas purification system 42 via the cyclone 41. The cyclone 41 collects the metal silicon powder discharged together with the reaction fluid. The collected metal silicon powder is returned to the raw material feed hopper 22 through the recovery pipe 43 and is again charged into the reaction furnace 10.

このように構成したトリクロロシラン製造装置100によってトリクロロシランを製造する方法について説明する。
反応炉10の底部12に、ガス導入手段30から塩化水素ガスを導入する。底部12に導入された塩化水素ガスは、反応炉10の底部12と胴体部11との間を連通するように設けたノズル17を通じて、ガス拡散材18によって拡散されて、偏りなく胴体部11内に噴出される。
A method for producing trichlorosilane by the trichlorosilane production apparatus 100 configured as described above will be described.
Hydrogen chloride gas is introduced from the gas introduction means 30 into the bottom 12 of the reaction furnace 10. The hydrogen chloride gas introduced into the bottom portion 12 is diffused by the gas diffusion material 18 through the nozzle 17 provided so as to communicate between the bottom portion 12 and the body portion 11 of the reaction furnace 10, and is uniformly distributed in the body portion 11. Is erupted.

反応炉10の胴体部11に、塩化水素ガスをキャリアガスとして用いた気流移送により、原料供給手段20から金属シリコン粉末Pを供給する。このとき、金属シリコン粉末Pの供給量は、キャリアガスの流量を制御することにより調整される。   The metal silicon powder P is supplied from the raw material supply means 20 to the body portion 11 of the reaction furnace 10 by air flow transfer using hydrogen chloride gas as a carrier gas. At this time, the supply amount of the metal silicon powder P is adjusted by controlling the flow rate of the carrier gas.

胴体部11に供給された金属シリコン粉末Pは、下方から噴出する塩化水素ガスの上昇流に乗って、攪拌機19によって攪拌されながら、流動しながら反応する。このとき、塩化水素ガスが均一に拡散して噴出されているので、塩化水素ガスと金属シリコン粉末Pとが均一に混合された状態で流動しながら反応し、これによりトリクロロシランを含むガスが発生する。   The metal silicon powder P supplied to the body portion 11 rides on the rising flow of hydrogen chloride gas ejected from below, and reacts while flowing while being stirred by the stirrer 19. At this time, since the hydrogen chloride gas is uniformly diffused and ejected, the hydrogen chloride gas and the metal silicon powder P react while flowing in a uniformly mixed state, thereby generating a gas containing trichlorosilane. To do.

金属シリコン粉末Pと塩化水素ガスとの反応は発熱反応であるため、これらの流動混合物は高温状態となって胴体部11の中心部を上昇する。このとき、塩化水素ガスは気泡状になって流動混合物内に存在している。   Since the reaction between the metal silicon powder P and the hydrogen chloride gas is an exothermic reaction, the fluid mixture becomes a high temperature and rises in the center of the body portion 11. At this time, the hydrogen chloride gas is bubbled and present in the fluid mixture.

そして、反応炉10の上部まで上昇したトリクロロシランガスは、反応炉10の頂部からガス取出手段40に排出される。ここで、反応炉10の上部においてテーパ部15から大径部13にかけて反応炉10の内径が胴体部11よりも大きくなることから、圧力が低下して上昇する流動物の流速が低下する。このため、未反応の金属シリコン粉末Pは、テーパ部15の付近で自重によって落下する。これにより、流動混合物から金属シリコン粉末Pが分離され、トリクロロシランを含むガスが反応炉10の上部から取り出される。   Then, the trichlorosilane gas that has risen to the top of the reaction furnace 10 is discharged from the top of the reaction furnace 10 to the gas extraction means 40. Here, since the inner diameter of the reaction furnace 10 becomes larger than the body part 11 from the tapered part 15 to the large diameter part 13 in the upper part of the reaction furnace 10, the flow rate of the fluid that rises as the pressure decreases is decreased. For this reason, the unreacted metal silicon powder P falls by its own weight in the vicinity of the tapered portion 15. Thereby, the metal silicon powder P is separated from the fluid mixture, and the gas containing trichlorosilane is taken out from the upper part of the reaction furnace 10.

以上説明したように、本発明のトリクロロシラン製造装置によれば、噴出口がボール状ガス拡散材の下半球面に向かって配置されているので、噴出口がボール状ガス拡散材によって塞がれることがなく、ボール状ガス拡散材によって効率よく塩化水素ガスが拡散させることができる。さらに、ボール状ガス拡散材を通過させない貫通孔を有する板状ガス拡散材によって、ボール状ガス拡散材間に間隔が確保されやすく、また塩化水素ガスの噴出圧によって板状ガス拡散材およびボール状ガス拡散材が動くことにより、これら板状ガス拡散材およびボール状ガス拡散材間に不規則形状のガス流路が形成されるので、反応炉内に偏りなく塩化水素ガスを供給することができる。したがって、金属シリコン粉末と塩化水素ガスとを偏りなく混合した状態で反応させ、トリクロロシランの生産効率を向上させることができる。   As described above, according to the trichlorosilane manufacturing apparatus of the present invention, since the ejection port is arranged toward the lower hemispherical surface of the ball-shaped gas diffusion material, the ejection port is blocked by the ball-shaped gas diffusion material. And the hydrogen chloride gas can be efficiently diffused by the ball-shaped gas diffusion material. Further, the plate-shaped gas diffusion material having a through-hole that does not allow the ball-shaped gas diffusion material to pass therethrough facilitates securing a space between the ball-shaped gas diffusion materials, and the plate-like gas diffusion material and the ball-shaped gas are formed by the hydrogen chloride gas ejection pressure. When the gas diffusion material moves, an irregular gas flow path is formed between the plate-like gas diffusion material and the ball-like gas diffusion material, so that hydrogen chloride gas can be supplied to the reaction furnace without unevenness. . Accordingly, it is possible to improve the production efficiency of trichlorosilane by reacting the metal silicon powder and hydrogen chloride gas in a state of being mixed evenly.

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。前記実施形態においては鉄系材からなるガス拡散材を用いているが、ガス拡散材の材質としては、塩化水素に対する耐食性を備えた材質である方が好ましく、たとえばセラミックスやステンレス鋼や一般の鋼材であってもよい。また、板状ガス拡散材は、前記実施形態では円板状としたが、四角板状等であってもよい。この場合も、貫通孔の大きさがボール状ガス拡散材よりも小さいことが好ましい。   In addition, this invention is not limited to the thing of the structure of the said embodiment, In a detailed structure, it is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. In the above embodiment, a gas diffusion material made of an iron-based material is used. However, the material of the gas diffusion material is preferably a material having corrosion resistance against hydrogen chloride, such as ceramics, stainless steel, or general steel material. It may be. Further, the plate-like gas diffusion material is a disc shape in the embodiment, but may be a square plate shape or the like. Also in this case, it is preferable that the size of the through hole is smaller than that of the ball-shaped gas diffusion material.

また、前記実施形態では、ボール状のガス拡散材18Aの直径rとノズル17の噴出口17bの中心の隔壁14の上面からの高さhとがh<rの関係を満たしているが、半径rは、高さhとは異なっていればよい。すなわち、本発明のトリクロロシラン装置では、図4および図5に示すように、h>rの関係を満たすガス拡散材18Aおよびノズル17を用いてもよい。この場合、噴出口17bから噴出された塩化水素ガスは、図4および図5に矢印で示すように、ボール状ガス拡散材18Aの上半球面に向けて噴出されて、このボール状ガス拡散材18Aの球面に沿って拡散される。また、h>rを満たすガス拡散材とh<rを満たすガス拡散材とを混合して使用してもよい。直径が噴出口の高さに一致していないことにより、ボール状ガス拡散材が噴出口を塞がないので、塩化水素ガスを確実に噴出させることができる。   In the above embodiment, the diameter r of the ball-shaped gas diffusion material 18A and the height h from the upper surface of the partition wall 14 at the center of the nozzle 17b of the nozzle 17 satisfy the relationship of h <r. r may be different from the height h. That is, in the trichlorosilane apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, a gas diffusion material 18A and a nozzle 17 that satisfy the relationship of h> r may be used. In this case, the hydrogen chloride gas ejected from the ejection port 17b is ejected toward the upper hemispherical surface of the ball-shaped gas diffusion material 18A, as indicated by arrows in FIGS. 4 and 5, and this ball-shaped gas diffusion material. It is diffused along the 18A spherical surface. Further, a gas diffusion material satisfying h> r and a gas diffusion material satisfying h <r may be mixed and used. Since the diameter does not coincide with the height of the ejection port, the ball-shaped gas diffusing material does not block the ejection port, so that hydrogen chloride gas can be reliably ejected.

さらに、図4に示すように、噴出口17bにテーパ部17cを形成することにより、ガスの噴出方向を広角にすることができる。これにより、噴出口17bの高さhが半径rよりも大きい場合にも、ボール状ガス拡散材18Aの下半球面側にも、ガスを効率よく拡散させることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 4, by forming the tapered portion 17c at the ejection port 17b, the gas ejection direction can be widened. Thereby, even when the height h of the ejection port 17b is larger than the radius r, gas can be efficiently diffused also to the lower hemispherical surface side of the ball-shaped gas diffusion material 18A.

100 製造装置
10 反応炉
11 胴体部
12 底部
13 大径部
14 隔壁
15 テーパ部
16 支持脚
17 ノズル
17A 軸部
17B 頭部
17C ナット
17D ワッシャ
17E 均圧管
17a ガス流路
17b 噴出口
17c テーパ部
18 ガス拡散材
18A ボール状ガス拡散材
18B 板状ガス拡散材
19 攪拌機
20 原料供給手段
21 原料供給管
22 原料フィードホッパー
30 ガス導入手段
31 ガス供給管
40 ガス取出手段
41 サイクロン
42 ガス精製系
43 回収管
B 床
P 金属シリコン粉末
h 高さ
r 半径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Manufacturing apparatus 10 Reaction furnace 11 Body part 12 Bottom part 13 Large diameter part 14 Partition 15 Tapered part 16 Support leg 17 Nozzle 17A Shaft part 17B Head part 17C Nut 17D Washer 17E Pressure equalizing pipe 17a Gas flow path 17b Jet outlet 17c Tapered part 18 Gas Diffusion material 18A Ball-shaped gas diffusion material 18B Plate-shaped gas diffusion material 19 Stirrer 20 Raw material supply means 21 Raw material supply pipe 22 Raw material feed hopper 30 Gas introduction means 31 Gas supply pipe 40 Gas extraction means 41 Cyclone 42 Gas purification system 43 Recovery pipe B Floor P Metallic silicon powder h Height r Radius

Claims (1)

反応炉内に供給された金属シリコン粉末を塩化水素ガスによって流動させながら反応させ、この反応により生成されたトリクロロシランを反応炉から取り出すトリクロロシラン製造装置であって、
前記反応炉は、
前記金属シリコン粉末が供給される胴体部と、
この胴体部の下部に連続して設けられて前記塩化水素ガスが供給される底部と、
これら胴体部と底部とを区画する隔壁と、
前記隔壁に取り付けられ、前記底部に供給された前記塩化水素ガスを前記胴体部に噴出させる噴出口を有するノズルとを備え、
前記隔壁上に、前記噴出口の前記隔壁の上面からの高さとは異なる半径を有する複数のボール状ガス拡散材と、貫通孔を有する複数の板状ガス拡散材とが混在して前記ノズルの周囲を覆うように敷き詰められていることを特徴とするトリクロロシラン製造装置。
A trichlorosilane production apparatus for reacting metal silicon powder supplied into a reaction furnace while flowing with hydrogen chloride gas, and taking out trichlorosilane produced by the reaction from the reaction furnace,
The reactor is
A body part to which the metal silicon powder is supplied;
A bottom portion provided continuously to the lower portion of the body portion and supplied with the hydrogen chloride gas;
A partition partitioning the body part and the bottom part,
A nozzle having a spout attached to the partition wall and spouting the hydrogen chloride gas supplied to the bottom portion into the body portion;
A plurality of ball-shaped gas diffusion materials having a radius different from the height from the top surface of the partition wall and a plurality of plate-shaped gas diffusion materials having through holes are mixed on the partition wall . An apparatus for producing trichlorosilane, which is laid so as to cover the periphery .
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