JPH01313315A - Production of trichlorosilane - Google Patents

Production of trichlorosilane

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JPH01313315A
JPH01313315A JP14048788A JP14048788A JPH01313315A JP H01313315 A JPH01313315 A JP H01313315A JP 14048788 A JP14048788 A JP 14048788A JP 14048788 A JP14048788 A JP 14048788A JP H01313315 A JPH01313315 A JP H01313315A
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trichlorosilane
silicon
hydrogen
heteropolyacid
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紀行 柳川
Masayoshi Ito
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08Compounds containing halogen
    • C01B33/107Halogenated silanes
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Abstract

PURPOSE:To obtain trichlorosilane smoothly and with high efficiency even at a reaction temp. in a low temp. range of 300 deg.C or below by carrying out a heterogeneous phase reaction between liquid or gaseous SiCl4 and Si and H2 or H2 plus HCl in the presence of Cu and/or Cu compd., etc., and a heteropolyacid. CONSTITUTION:Trichlorosilane(HSiCl3) is obtd. by a reaction as expressed by the formula between SiCl4 and Si and H2 or H2 plus HCl. In this case, SiCl4 is used in the form of liquid or gas, and the reaction is carried out in a heterogeneous phase of gas-liquid-solid or gas-solid. Said heterogeneous phase reaction is proceeded in the presence of Cu and/or Cu compd., a molten salt of aluminium halide such as AlCl3 with NaCl, etc., and a heteropolyacid. Said heteropolyacid consists primarily of an oxide of Mo and/or W being expressed by the formula II or III. Said reaction is proceeded smoothly and effectively even in a low temp. range so low as ca.300 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は四塩化ケイ素と水素からトリクロロシランを製
造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a process for producing trichlorosilane from silicon tetrachloride and hydrogen.

従来の技術 近年のエレクトロニクス産業の発展に伴い多結晶シリコ
ン、モノシランガス等の需要は急激に増大しており、今
後益々その需要は増加の一途を辿ることが見込まれてい
る。ここに於てトリクロロシランは上記シリコン物質の
原料として最も大量に利用されているものである0例え
ば高純度多結晶シリコンはトリクロロシランの熱分解に
よって製造されており、現在全世界での高純度多結晶シ
リコンの殆どがこの方法で製造されている。又最近トリ
クロロシランの不均化反応によってモノシランが製造さ
れる方法が実用化されつつあり、トリクロロシラン需要
は今後その重要性が極めて増大する。しかしながら、こ
れらの方法においてはトリクロロシランが消費されると
共に大量の四塩化ケイ素が副生ずる0例えばトリクロロ
シランの熱分解による高純度多結晶シリコンの製造に於
ては、トリクロロシランの約60%が四塩化ケイ素とし
て副生じ、又トリクロロシランの不均化によるモノシラ
ンの製造においては実質的にモノシランの3倍モルの四
塩化ケイ素が副生ずる事になる。
BACKGROUND OF THE INVENTION With the recent development of the electronics industry, the demand for polycrystalline silicon, monosilane gas, etc. has increased rapidly, and it is expected that the demand will continue to increase in the future. Here, trichlorosilane is used in the largest quantity as a raw material for the above-mentioned silicon materials.For example, high-purity polycrystalline silicon is produced by thermal decomposition of trichlorosilane, and currently high-purity polycrystalline silicon is Most crystalline silicon is manufactured using this method. Recently, a method for producing monosilane by disproportionation reaction of trichlorosilane has been put into practical use, and the demand for trichlorosilane will become extremely important in the future. However, in these methods, trichlorosilane is consumed and a large amount of silicon tetrachloride is produced as a by-product. For example, in the production of high purity polycrystalline silicon by thermal decomposition of trichlorosilane, about 60% of trichlorosilane is Silicon chloride is produced as a by-product, and in the production of monosilane by disproportionation of trichlorosilane, silicon tetrachloride is produced as a by-product in an amount substantially three times the mole of monosilane.

この副生じた四塩化ケイ素は例えばアエロジル等の原料
として利用する事でトリクロロシランの生産価格を低減
する方法等が知られているが、実質上鏝も優れた四塩化
ケイ素の利用方法はこれを再びトリクロロシランに変換
し、上記方法の原料として再利用する事である0例えば
四塩化ケイ素をトリクロロシランに変換する事によって
、トリクロロシランの不均化によるモノシランの製造は
、実質的に金属ケイ素と水素によってモノシランを製造
するプロセスに帰着し、このプロセスは最近実用化され
つつある。従って四塩化ケイ素をトリクロロシランに変
換する技術は極めて有用であり、特にこれを安価、簡便
かつ効率よく行う事はプロセスの経済上極めて重要であ
る。
It is known that this by-produced silicon tetrachloride can be used as a raw material for Aerosil, etc., thereby reducing the production price of trichlorosilane. For example, by converting silicon tetrachloride to trichlorosilane, the production of monosilane by disproportionation of trichlorosilane can be done by converting it back to trichlorosilane and reusing it as a raw material in the above method. This resulted in a process for producing monosilane with hydrogen, and this process has recently been put into practical use. Therefore, the technology of converting silicon tetrachloride into trichlorosilane is extremely useful, and in particular, it is extremely important from the economic point of view of the process to be able to do this at low cost, simply, and efficiently.

従来、四塩化ケイ素をトリクロロシランに変換する方法
としては次の方法が知られている。
Conventionally, the following method is known as a method for converting silicon tetrachloride into trichlorosilane.

(1)四塩化ケイ素と水素を1000  ℃又はそれ以
上で反応させトリクロロシランを製造する方法。
(1) A method for producing trichlorosilane by reacting silicon tetrachloride and hydrogen at 1000°C or higher.

(2)四塩化ケイ素、水素及び金属ケイ素をsoo ’
c付近で反応させトリクロロシランを製造する方法。
(2) Soo' silicon tetrachloride, hydrogen and metallic silicon
A method for producing trichlorosilane by reacting near c.

(3)四塩化ケイ素、水素、金属ケイ素及び塩化水素を
500℃付近で反応させトリクロロシランを製造する方
法。
(3) A method of producing trichlorosilane by reacting silicon tetrachloride, hydrogen, metallic silicon, and hydrogen chloride at around 500°C.

(1) の方法に関しては、例えば特開昭57−371
1号に於ては、1100〜1600″Cで水素及び四塩
化ケイ素を上記温度の発熱体に吹き付ける方法で、トリ
クロロシランが約60%の収率で得られている。
Regarding method (1), for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-371
In No. 1, trichlorosilane was obtained at a yield of about 60% by spraying hydrogen and silicon tetrachloride onto a heating element at the above temperature at 1100 to 1600''C.

又特開昭57−156318号では、第一段目で900
°Cの温度において水素と四塩化ケイ素をモル比Hz/
5iC14−2で反応させ、25%の収率でトリクロロ
シランを得ている。特開昭59−45920号に於ては
、プラズマ中で四塩化ケイ素と水素を反応させてトリク
ロロシランを得ている。特開昭60−81010号に於
ては、1200〜1400℃の温度範囲で四塩化ケイ素
と水素を反応させて、約30%の収率でトリクロロシラ
ンを得ている。
In addition, in JP-A-57-156318, the first stage is 900
The molar ratio of hydrogen and silicon tetrachloride at a temperature of °C is Hz/
5iC14-2 to obtain trichlorosilane with a yield of 25%. In JP-A-59-45920, trichlorosilane is obtained by reacting silicon tetrachloride with hydrogen in plasma. In JP-A No. 60-81010, silicon tetrachloride and hydrogen are reacted in a temperature range of 1200 to 1400 DEG C. to obtain trichlorosilane with a yield of about 30%.

(2)の方法は、(1)の方法に比較して比較的低温で
反応が進行し、熱的に有利な方法であるといえる。又(
2)の方法で更に有効に反応を進行させる為に塩化水素
ガスを使用する(3)の方法も当然の享年ら同様な特徴
を有している。(2)及び(3)の方法は、触媒を用い
る事が有効であり、銅化合物又は金属銅を触媒としてい
る0例えば特開昭56−73617号に於ては、銅粉を
触媒として350〜600℃で流動床反応を行いトリク
ロロシランを得ている。又特開昭58−11042号に
於ては、銅担持又は銅及びニッケルを担持した触媒を用
いて反応を行いトリクロロシランを得ている。
Method (2) can be said to be a thermally advantageous method since the reaction proceeds at a relatively low temperature compared to method (1). or(
Method (3), in which hydrogen chloride gas is used to advance the reaction more effectively than method (2), has similar characteristics, including the natural age of death. For methods (2) and (3), it is effective to use a catalyst, and for example, in JP-A-56-73617, using copper powder as a catalyst, Trichlorosilane was obtained by performing a fluidized bed reaction at 600°C. Further, in JP-A-58-11042, trichlorosilane is obtained by conducting a reaction using a catalyst supported with copper or with copper and nickel supported.

これらの方法に於て、例えば(1)の方法ではかなり高
い四塩化ケイ素の転化率でトリクロロシランが得られる
が、とりわけ30%以上の収率でトリクロロシランを得
る為には1000  °C以上の高温で反応を行う為こ
れに費やす熱量は真人なものである。加えて高温反応で
ある為、塩化ケイ素による反応器等の腐食が激しく、更
に望ましくない高分子量の塩化ケイ素類が不可避的に副
生する等の欠点を有しており、未だ実用化には程遠いも
のである。
In these methods, for example, method (1) allows trichlorosilane to be obtained with a fairly high conversion rate of silicon tetrachloride, but in particular, in order to obtain trichlorosilane with a yield of 30% or more, a temperature of 1000 °C or more is required. Since the reaction takes place at a high temperature, the amount of heat required for this is true. In addition, because it is a high-temperature reaction, silicon chloride severely corrodes the reactor, etc., and undesirable high-molecular-weight silicon chlorides are inevitably produced as by-products.Therefore, it is still far from practical use. It is something.

これに対し、(2)及び(3)の方法は熱力学的見地か
らもトリクロロシランの製造に有用な方法であり、前記
した様にトリクロロシランの不均化によるモノシランを
製造する方法で副生ずる四塩化ケイ素からトリクロロシ
ランを製造する事は、特に(2)の方法では実質的には
金属ケイ素と水素からモノシランを製造する事となる為
、非常に有用な方法であるといえる。尚、(3)の方法
に於ては、トリクロロシランの収量は多いが、塩化水素
は四塩化ケイ素のトリクロロシランへの変換には関与せ
ず、実質的には金属ケイ素からトリクロロシランを合成
する事となる。従って四塩化ケイ素の再利用という観点
からすれば(2)の方法よりは幾分有用性は劣るが、一
方トリクロロシランの収量が多いという利点も有してお
り、塩化水素を少量使用する事によりその特徴を発揮さ
せる事が望ましい。
On the other hand, methods (2) and (3) are useful methods for producing trichlorosilane from a thermodynamic point of view, and as mentioned above, they are by-products that are produced in the method for producing monosilane by disproportionation of trichlorosilane. The production of trichlorosilane from silicon tetrachloride can be said to be a very useful method, especially since method (2) essentially produces monosilane from metallic silicon and hydrogen. Although the yield of trichlorosilane is high in method (3), hydrogen chloride does not participate in the conversion of silicon tetrachloride to trichlorosilane, and trichlorosilane is essentially synthesized from metallic silicon. It happens. Therefore, from the perspective of reusing silicon tetrachloride, it is somewhat less useful than method (2), but it also has the advantage of increasing the yield of trichlorosilane, and by using a small amount of hydrogen chloride. It is desirable to make use of these characteristics.

更に、これら(2)及び(3)の方法を組合せたプロセ
スも知られている(特開昭60−36318号)0以上
の方法に於て四塩化ケイ素の有効再利用という観点から
すれば(2)の方法が最も優れており、又トリクロロシ
ランの生成という観点からすれば(3)の方法も優れた
方法であり捨て難い、即ち(2)又は(3)の方法は、
経済性も高く、特に(2)の方法は現在本命の方法とし
て実用化されつつある。
Furthermore, a process that combines these methods (2) and (3) is also known (Japanese Patent Application Laid-open No. 36318/1983). Method 2) is the best, and from the perspective of producing trichlorosilane, method (3) is also an excellent method and is difficult to discard.In other words, method (2) or (3) is
It is also highly economical, and method (2) in particular is currently being put into practical use as the preferred method.

然し乍ら、(2)の方法に於ては、反応温度は通常50
0〜600℃で行われており、300℃程度の低温では
反応は殆ど進行せず、実質的にトリクロロシランが生成
した例はない、又この(2)の方法に於ては、従来大量
かつ連続的にトリクロロシランを製造する場合には、気
体一固体相流動床装置が用いられている。然し乍らその
場合、500〜600℃と高い温度で行う為、原料塩化
シランは高温領域では腐食性が大きく、工業的にトリク
ロロシランを製造するには装置の腐食が大きな問題とな
り、更には、高温である為高分子量のクロロシラン類の
生成によるトリクロロシランの選択率の低下、又熱量の
大量使用といった、工業化の為には更に解決されるべき
多くの欠点を有している。
However, in method (2), the reaction temperature is usually 50°C.
The reaction is carried out at a temperature of 0 to 600°C, and at a low temperature of about 300°C, the reaction hardly progresses, and there are no examples of substantial production of trichlorosilane. When producing trichlorosilane continuously, a gas-solid phase fluidized bed apparatus is used. However, in this case, since the process is carried out at a high temperature of 500 to 600°C, the raw material chlorinated silane is highly corrosive in the high temperature range, and corrosion of the equipment is a major problem when producing trichlorosilane industrially. Therefore, it has many drawbacks that need to be further resolved for industrialization, such as a decrease in the selectivity of trichlorosilane due to the formation of high molecular weight chlorosilanes, and the use of a large amount of heat.

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、四塩化ケイ素と金属ケイ素及び水素と
の反応でトリクロロシランを製造するに際し、従来の触
媒に比べて掻めて反応活性の高い触媒を見出し、300
℃以下の反応温度領域に於ても極めて有効にトリクロロ
シランを製造し且つ気相反応に於ても触媒成分の揮発の
ない極めて経済的利点のある方法を提供することにある
Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to discover a catalyst that has a higher reaction activity than conventional catalysts when producing trichlorosilane through the reaction of silicon tetrachloride, metal silicon, and hydrogen.
The object of the present invention is to provide an extremely economically advantageous method that can produce trichlorosilane extremely effectively even in the reaction temperature range below .degree. C. and that does not volatilize catalyst components even in gas phase reactions.

課題を解決するための手段 本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討した
結果、特定の触媒の存在下に、トリクロロシランの熱分
解による多結晶シリコンの製造又はトリクロロシランの
不均化反応によるモノシランの製造に於て副生ずる四塩
化ケイ素をトリクロロシランに変換し四塩化ケイ素を有
効に利用する極めて経済性の高い方法を見出し、本発明
を完成させるに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have found that the present inventors have succeeded in producing polycrystalline silicon by thermal decomposition of trichlorosilane or disproportionally distributing trichlorosilane in the presence of a specific catalyst. The present inventors have discovered an extremely economical method for effectively utilizing silicon tetrachloride by converting silicon tetrachloride, which is a by-product in the production of monosilane by chemical reaction, into trichlorosilane, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、 四塩化ケイ素と金属ケイ素を、水素又は水素及び塩化水
素と反応せしめてトリクロロシランを製造する方法にお
いて、該四塩化ケイ素を液体又は気体状態として、該反
応系を気体−液体一固体又は気体一固体の不均一相反応
とすると共に、該不均一反応を、金属鋼及び/又は銅化
合物、ハロゲン化アルミニウムの溶融塩及びヘテロポリ
酸の存在下に行う事を特徴とするトリクロロシランの製
造方法である。
That is, the present invention provides a method for producing trichlorosilane by reacting silicon tetrachloride and metallic silicon with hydrogen or hydrogen and hydrogen chloride, in which the silicon tetrachloride is in a liquid or gaseous state and the reaction system is in a gas-liquid state. Trichlorosilane, characterized in that it is a heterogeneous phase reaction of one solid or gas and one solid, and the heterogeneous reaction is carried out in the presence of a metal steel and/or a copper compound, a molten salt of aluminum halide, and a heteropolyacid. This is a manufacturing method.

以下本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明で行う四塩化ケイ素のトリクロロシランへの変換
は基本的に次式 %式%(1) で表わされる。この反応は、平衡反応であり、温度が高
い程、Hz/5iC1,モル比が高い程、反応圧力が高
い程、右方向に進行する。又温度に関しては、300℃
程度より高い際には、温度を高(した割には平衡組成は
顕著にトリクロロシランに有利とはならず、寧ろ熱量が
過大となる事の方が経済的に大きく影響する。従って出
来得るならば400℃以下の低温領域で行う事が経済的
となる。ここに於て令名に300℃前後の低温でトリク
ロロシランを製造した例は知られていなかったが、本発
明に於ては、上記反応を金属銅、ヘテロポリ酸及びハロ
ゲン化アルミニウムとアルカリ金属のハロゲン化物から
なる溶融塩の存在下に行う事で、300°C程度の低温
でさえもトリクロロシランを収率よく製造する事を可能
ならしめたものである。又当然の事であるが、塩化水素
ガスを本発明の反応系内に加える事によって、トリクロ
ロシランの収量を増大させる手段を採用してもよい。
The conversion of silicon tetrachloride into trichlorosilane carried out in the present invention is basically expressed by the following formula % formula % (1). This reaction is an equilibrium reaction, and the higher the temperature, the higher the Hz/5iC1, the higher the molar ratio, and the higher the reaction pressure, the more it progresses to the right. Regarding the temperature, 300℃
If the temperature is higher than that, the equilibrium composition will not be significantly favorable to trichlorosilane, and the excess heat will have a greater economic impact.Therefore, if possible, In this case, it is economical to carry out the process at a low temperature of 400°C or less.There is no known example of producing trichlorosilane at a low temperature of around 300°C, but in the present invention, By carrying out the above reaction in the presence of metallic copper, a heteropolyacid, and a molten salt consisting of an aluminum halide and an alkali metal halide, it is possible to produce trichlorosilane in good yield even at a low temperature of about 300°C. Naturally, it is also possible to adopt a method of increasing the yield of trichlorosilane by adding hydrogen chloride gas into the reaction system of the present invention.

ここに於て本発明で使用するハロゲン化アルミニウムの
溶融塩の有効性について述べる。
The effectiveness of the molten aluminum halide salt used in the present invention will now be described.

本発明に於てハロゲン化アルミニウムが反応に有効に関
与している事が当然推定される。然し乍ら、これらハロ
ゲン化アルミニウムの多くは、通常の反応温度更にはそ
れ以下の温度に於てさえも頗る揮発性が高い為に、反応
系に添加してもその系内から揮発して有効に反応に作用
しない事が反応形態によっては生じる欠点を有している
0例えば塩化アルミニウム及び臭化アルミニウムでは、
200°C以下で容易に揮発し、固体−気体の流通反応
ではこれらのハロゲン化アルミニウムは反応を例え20
0°C以下で行ったとしても有効に利用され難い、これ
らの欠点は、本発明の如くハロゲン化アルミニウムをア
ルカリ金属との溶融塩とする事で解消され、その結果上
記反応に関してそのノ10ゲン化アルミニウムの効果を
阻害する事無く且つハロゲン化アルミニウムの揮発が完
全に抑制され、前記反応は極めて効率的に可能になった
It is naturally assumed that aluminum halide is effectively involved in the reaction in the present invention. However, many of these aluminum halides are highly volatile even at normal reaction temperatures and even lower temperatures, so even if they are added to the reaction system, they will volatilize from within the system and will not react effectively. For example, aluminum chloride and aluminum bromide have the disadvantage that they do not act on the reaction depending on the reaction form.
These aluminum halides easily volatilize at temperatures below 200°C, and in solid-gas flow reactions, these aluminum halides
Even if the reaction is carried out at 0°C or lower, it is difficult to use it effectively.These drawbacks can be overcome by making aluminum halide into a molten salt with an alkali metal as in the present invention, and as a result, the above-mentioned reaction is less The effect of aluminum halide was not inhibited and the volatilization of aluminum halide was completely suppressed, making the reaction extremely efficient.

本発明に使用する金属ケイ素の純度は、特に限定するも
のではなく、冶金ケイ素の98%程度の低純度品でも高
純度ケイ素であっても構わない、経済的な観点からすれ
ば、前者でも充分好結果が得られる為これを使用する事
が好ましい、又金属ケイ素の形態は問わないが、反応速
度の観点から表面積の大きい粉末状で使用する事が推奨
される。
The purity of the metallic silicon used in the present invention is not particularly limited, and it may be a low-purity product of about 98% of metallurgical silicon or a high-purity silicon; from an economic point of view, the former is sufficient. It is preferable to use this because good results can be obtained, and although the form of metal silicon does not matter, it is recommended to use it in the form of a powder with a large surface area from the viewpoint of reaction rate.

勿論、粒状等他の形態で使用することも可能である。Of course, it is also possible to use it in other forms such as granules.

本発明で使用する金属銅は、特に限定するものではなく
、通常重版の電解銅が用いられるが、その他還元銅も使
用可能である。純度に関しては其程問題にする必要はな
い、又その形態は問わないが、反応速度の観点から表面
積の大きい粉末状で使用することが好ましい、勿論、粒
状等他の形態で使用する事も可能である。更に銅化合物
としては銅の塩化物、硫酸塩及び硝酸塩等が挙げられ、
反応形態上塩化物を用いることが好ましい。
The metal copper used in the present invention is not particularly limited, and usually reprinted electrolytic copper is used, but other reduced copper can also be used. There is no need to worry too much about purity, and its form does not matter, but from the viewpoint of reaction rate it is preferable to use it in powder form, which has a large surface area.Of course, it can also be used in other forms such as granules. It is. Furthermore, copper compounds include copper chlorides, sulfates, nitrates, etc.
It is preferable to use chloride in view of the reaction type.

又本発明で使用する溶融塩は、ハロゲン化アルミニウム
とアルカリ金属のハロゲン化物を規定量の割合に混合し
加熱溶融させたものである。この時ハロゲン化アルミニ
ウムとアルカリ金属のハロゲン化物との割合は、任意に
決定する事が可能であるが、好ましくはハロゲン化アル
ミニウムとアルカリ金属ハロゲン化物とのモル比で5=
1〜1:5の範囲で行うことが推奨される。余りにも一
方の化合物が多い場合には好ましい溶融状態を得る事は
難しい、然し乍ら本発明に於てはこれらの組成を熱論限
定するものではない、又溶融温度は、前記した混合物が
溶融する温度であれば良く、特に限定されるものではな
い。
The molten salt used in the present invention is obtained by mixing aluminum halide and an alkali metal halide in a specified ratio and heating and melting the mixture. At this time, the ratio of aluminum halide to alkali metal halide can be arbitrarily determined, but preferably the molar ratio of aluminum halide to alkali metal halide is 5=
A ratio of 1 to 1:5 is recommended. If there is too much of one of the compounds, it is difficult to obtain a preferable melting state.However, in the present invention, these compositions are not limited to thermal theory, and the melting temperature is the temperature at which the above-mentioned mixture melts. It is good if it exists and is not particularly limited.

次に本発明で使用するハロゲン化アルミニウムは、アル
ミニウムの弗化物、塩化物、臭化物及び沃化物であり、
好ましくは塩化アルミニウムを用いることが経済性及び
設備の耐腐食性の観点から推奨される。又本発明におい
てはこれらハロゲン化アルミニウムの一種又は複数種か
ら形成される溶融塩を用いて行う事もできる。
Next, the aluminum halides used in the present invention are aluminum fluorides, chlorides, bromides and iodides,
Preferably, it is recommended to use aluminum chloride from the viewpoint of economy and corrosion resistance of equipment. The present invention can also be carried out using a molten salt formed from one or more of these aluminum halides.

更に本発明においてハロゲン化アルミニウムとの溶融塩
に使用するアルカリ金属のハロゲン化物は、元素記号で
Li、Na、に、Rb、Cs、Frで表わされる金属の
弗化物、塩化物、臭化物及び沃化物である。更に好まし
くは経済性、耐腐食性等の観点から塩化ナトリウム、塩
化カリウム等塩化物が推奨される。又これらの一種若し
くは二種以上を用いて本発明に提供することも可能であ
る。
Furthermore, the alkali metal halides used in the molten salt with aluminum halide in the present invention include fluorides, chlorides, bromides, and iodides of metals represented by Li, Na, Rb, Cs, and Fr in the element symbol. It is. More preferably, chlorides such as sodium chloride and potassium chloride are recommended from the viewpoints of economy and corrosion resistance. It is also possible to provide the present invention using one or more of these.

又本発明に於て使用するヘテロポリ酸は、モリブデン及
び/又はタングステンの酸化物を主体としたものであり
、一般式 %式%) で示される化合物である。但しここに於てMl、FI2
は金属元素を表わし、Mlとしては2% Si 、Co
 %Cr 、 Mn、 Ni等が挙げられ、通常この金
属元素は中心原子若しくはヘテロ原子といわれるもので
ある。又M2としては一般的にV等の金属原子である。
The heteropolyacid used in the present invention is mainly composed of oxides of molybdenum and/or tungsten, and is a compound represented by the general formula %. However, here Ml, FI2
represents a metal element, Ml is 2% Si, Co
%Cr, Mn, Ni, etc., and this metal element is usually called a central atom or a heteroatom. Further, M2 is generally a metal atom such as V.

又−船釣にはaは1又は2の値をとり、bはO又はlの
値であり、Cは10〜20前後の整数、dは40程度の
整数をとり、eは通常3〜4程度の整数をとる。具体的
にはリンモリブデン酸 (83PMo+tOna)、ケイモリブデン酸(H4S
iMol*0no)、リンタングステン酸(HzPW+
□04゜)、ケイクングステン酸(H4SiW+zOa
・)及びこれらのMo、一原子の一つ又は二つ以上をV
に置き換えた構造を有するヘテロポリ酸等が通常量も入
手可能なものとして挙げられる0本発明に於てはこれら
のへテロポリ酸を200℃以上、好ましくは300〜6
00℃の温度で加熱処理をしたものを用いる。
Also, for boat fishing, a takes a value of 1 or 2, b takes a value of O or l, C takes an integer around 10 to 20, d takes an integer around 40, and e usually takes an integer of 3 to 4. Takes an integer of degree. Specifically, phosphomolybdic acid (83PMo+tOna), silicon molybdic acid (H4S
iMol*0no), phosphotungstic acid (HzPW+
□04゜), silicungstic acid (H4SiW+zOa
・) and these Mo, one or more of one atom is V
In the present invention, these heteropolyacids are used at a temperature of 200°C or higher, preferably 300-6
Use one that has been heat-treated at a temperature of 00°C.

次に本発明に於ける四塩化ケイ素のトリクロロシランへ
の変換方法について述べる。
Next, a method for converting silicon tetrachloride into trichlorosilane in the present invention will be described.

変換方法は基本的には上記(1)式に従って行われるが
、本発明に於ては、反応は気体相−固体相の所謂気−固
相の不均一反応系で行う、又四塩化ケイ素の臨界温度以
下で、四塩化ケイ素が液体状態として、気体−液体一固
体の不均一反応を行う事も可能である。又反応に使用す
る水素は予め反応に不活性な媒体(気体)例えばアルゴ
ン、ヘリウム及び/又は窒素等で稀釈して用いても構わ
ないが、反応平衡、反応速度及び経済的な観点から水素
単独で使用することが好ましい、又通常水素中に予期さ
れる不純物を含んでいても差し支えなく、更には加圧反
応を行う際には水素を同時に加圧媒体とする事が好まし
い、又反応条件に於いて原料、生成物、及び金属銅及び
/又は銅化合物、ハロゲン化アルミニウム、アルカリ金
属のハロゲン化物等に対して不活性(反応を起こさない
)な溶媒、例えばn−ヘキサン、n−へブタンに代表さ
れる脂肪族炭化水素、シクロへ牛サン、シクロオクタン
に代表される脂環式炭化水素及びベンゼン、トルエンに
代表される芳香族炭化水素等を使用する事も可能である
The conversion method is basically carried out according to the above formula (1), but in the present invention, the reaction is carried out in a so-called gas-solid phase heterogeneous reaction system, and the reaction is carried out in a so-called gas-solid phase heterogeneous reaction system. It is also possible to perform a gas-liquid-solid heterogeneous reaction with silicon tetrachloride in a liquid state below the critical temperature. Hydrogen used in the reaction may be diluted in advance with an inert medium (gas) such as argon, helium, and/or nitrogen, but from the viewpoint of reaction equilibrium, reaction rate, and economics, hydrogen alone may be used. It is preferable to use hydrogen as a pressurizing medium, and there is no problem even if it contains impurities that are normally expected in hydrogen. Furthermore, when carrying out a pressurized reaction, it is preferable to use hydrogen as a pressurizing medium at the same time, and depending on the reaction conditions. When using a solvent that is inert (does not cause a reaction) with respect to raw materials, products, metallic copper and/or copper compounds, aluminum halides, alkali metal halides, etc., such as n-hexane and n-hebutane. It is also possible to use aliphatic hydrocarbons such as typified aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons typified by cyclohexane and cyclooctane, and aromatic hydrocarbons typified by benzene and toluene.

又反応温度については敢えて規定はしないが、実質的に
反応を進行させる為には150℃以上、好ましくは20
0〜650℃で行う事が反応平衡の観点から更には反応
速度上の観点からも好ましい、尚本反応を行うに際して
原料として仕込む四塩化ケイ素中に反応平衡量以下のト
リクロロシランが混在していても構わなく、この事は反
応によって生成したトリクロロシランを蒸留等により分
離した際に四塩化ケイ素中にトリクロロシランが残存し
ていても使用可能である事を意味するが、反応平衡上ト
リクロロシラン含有量ができるだけ少ない四塩化ケイ素
を使用する事が実質的にトリクロロシランの生成量が多
くなる事となり望ましい。
Although the reaction temperature is not intentionally stipulated, in order for the reaction to proceed substantially, it should be 150°C or higher, preferably 20°C.
It is preferable to carry out the reaction at a temperature of 0 to 650°C from the viewpoint of reaction equilibrium and also from the viewpoint of reaction rate. In addition, when carrying out this reaction, trichlorosilane in an amount below the reaction equilibrium amount is mixed in the silicon tetrachloride charged as a raw material. This means that it can be used even if trichlorosilane remains in silicon tetrachloride when the trichlorosilane produced by the reaction is separated by distillation, etc. However, due to the reaction equilibrium, it is possible to use trichlorosilane containing trichlorosilane. It is desirable to use as little silicon tetrachloride as possible because this will substantially increase the amount of trichlorosilane produced.

次に本発明における原料、金属銅、ハロゲン化アルミニ
ウム、アルカリ金属のハロゲン化物及びヘテロポリ酸等
の添加物の使用量について述べる。
Next, the amounts of raw materials used in the present invention, metallic copper, aluminum halide, alkali metal halides, and additives such as heteropolyacids, will be described.

本発明に於ける金属ケイ素の使用量は特に限定はしない
が、バッチ式で行う場合は四塩化ケイ素に対して1重量
%以上で行う事が好ましく、この値未満であると反応と
共に金属ケイ素が消費され有効に反応が行いえなくなる
恐れがある。又金属銅及び/又は消化合物に関してはそ
の量は特に限定はしないが、仕込金属ケイ素に対する金
属原子比(g−atmi/g−atms)を0.5%以
上として反応を行う事が、又仕込金属ケイ素に対するハ
ロゲン化アルミニウムの原子比を0.1%以上として反
応を行う事が好ましい、更には使用溶融塩を反応溶媒的
、つまりは金属ケイ素に対して重量比で数倍又はそれ以
上使用する事も可能である。
The amount of metal silicon used in the present invention is not particularly limited, but when the process is carried out batchwise, it is preferably 1% by weight or more based on silicon tetrachloride, and if it is less than this value, metal silicon will be lost during the reaction. There is a risk that it will be consumed and the reaction will not be effective. The amount of metallic copper and/or digested compound is not particularly limited, but it is recommended that the reaction be carried out at a metal atomic ratio (g-atmi/g-atms) to the charged silicon metal of 0.5% or more. It is preferable to carry out the reaction with an atomic ratio of aluminum halide to metal silicon of 0.1% or more, and furthermore, the molten salt used is used as a reaction solvent, that is, it is used several times or more in weight ratio to metal silicon. It is also possible.

又ヘテロポリ酸の使用量に関しても特に限定はしないが
、金属ケイ素に対して0.5重量%以上で使用すること
が好ましい。
The amount of heteropolyacid used is also not particularly limited, but it is preferably used in an amount of 0.5% by weight or more based on metal silicon.

次に本発明を実施するための具体的な態様について述べ
る。前記した様に本発明における反応は150℃以上で
行うことが好ましく、さらに加圧(水素加圧が好ましい
)状態で行われることが好ましく、また流通反応法若し
くはバッチ式反応の何れかの方法で行うことも可能であ
る。
Next, specific embodiments for carrying out the present invention will be described. As mentioned above, the reaction in the present invention is preferably carried out at a temperature of 150° C. or higher, further preferably carried out under pressure (hydrogen pressure is preferable), and is carried out by either a flow reaction method or a batch reaction method. It is also possible to do so.

本発明における実施方法に関しては特に限定はしないが
、実施し易い方法として以下の方法が挙げられる。勿論
これらの方法に本発明は限定されるものではない。
The method of carrying out the present invention is not particularly limited, but the following method may be mentioned as a method that is easy to carry out. Of course, the present invention is not limited to these methods.

(1)オートクレーブ中に所定量の四塩化ケイ素、金属
ケイ素、金属銅及び/又は銅化合物及びハロゲン化アル
ミニウムとアルカリ金属ハロゲン化物からなる溶融塩を
入れた後、水素で所定の圧力に加圧し、その後加熱撹拌
反応を行う方法。
(1) After putting a predetermined amount of silicon tetrachloride, metallic silicon, metallic copper and/or copper compound, and a molten salt consisting of an aluminum halide and an alkali metal halide into an autoclave, pressurize to a predetermined pressure with hydrogen, A method in which a heating and stirring reaction is then carried out.

(2)予め所定温度、及び水素で所定圧に保たれた加圧
反応器中に所定量の四塩化ケイ素、銅及び/又は銅化合
物、ハロゲン化アルミニウムとアルカリ金属ハロゲン化
物との溶融塩を連続的に導入し反応を行う方法。
(2) Continuously pour a predetermined amount of molten salt of silicon tetrachloride, copper and/or copper compound, aluminum halide, and alkali metal halide into a pressurized reactor that is preliminarily maintained at a predetermined temperature and a predetermined pressure with hydrogen. A method of introducing and reacting.

(3)予め金属ケイ素、銅及び/又は銅化合物、ハロゲ
ン化アルミニウムとアルカリ金属のハロゲン化物からな
る溶融塩を反応器中に入れ、所定温度に保ちながら、水
素加圧で四塩化ケイ素及び水素を連続的に導入し且つ生
成ガスを連続的に抜出し乍ら反応を行い、必要に応じて
金属ケイ素、金属銅及び/又は銅化合物及び溶融塩を間
歇的もしくは連続的に導入する方法。
(3) A molten salt consisting of silicon metal, copper and/or a copper compound, aluminum halide, and an alkali metal halide is placed in a reactor in advance, and silicon tetrachloride and hydrogen are heated under hydrogen pressure while being maintained at a predetermined temperature. A method in which the reaction is carried out while continuously introducing and continuously extracting the produced gas, and metal silicon, metal copper and/or copper compounds, and molten salt are introduced intermittently or continuously as necessary.

実施例 □以下本発明を実施例によって具体的に説明する。Example □The present invention will be specifically explained below with reference to Examples.

尚本実施例に使用したヘテロポリ酸は総て400°Cl
2hrで加熱処理を行ったものである。
The heteropolyacids used in this example were all stored at 400°C.
The heat treatment was performed for 2 hours.

実施例1 下部にガラスフィルターを取りつけ固体を保持できるよ
うにした内径11mmのパイレックス製反応管に、ケイ
素(純度98%、約200メツシエ)、金属銅粉末(化
学用、約200メツシユ)、塩化ナトリウムと塩化アル
ミニウムの溶融塩(溶融温度200°C1^1cli/
NaC1−1モル比)及び種々のヘテロポリ酸からなる
混合物(組成Cu/Si=10wt%、AlC1,/C
uJ、5モル比、ヘテロポリ酸/Cu−125wt%)
を2.17充填し、この混合物をシリカウールではさみ
、固定した0反応管内をヘリウムでよく置換した後、四
塩化ケイ素をO″Cに保ち、所定流量の水素によってバ
ブリングさせ、水素と共に混合ガスとして反応管に導入
させた(四塩化ケイ素の蒸気圧から計算したH*/5i
C1aモル比は9.3であった。)0反応管を所定温度
に保持してトリクロロシランの生成反応を行った。各種
へテロポリ酸、反応接触時間、反応温度による結果はガ
スクロマトグラフィー分析によって行った。結果は第1
表に示した。
Example 1 Silicon (purity 98%, approximately 200 mesh), metallic copper powder (for chemical use, approximately 200 mesh), and sodium chloride were placed in a Pyrex reaction tube with an inner diameter of 11 mm that was equipped with a glass filter at the bottom to hold solids. and molten salt of aluminum chloride (melting temperature 200°C1^1cli/
NaC1-1 molar ratio) and a mixture of various heteropolyacids (composition Cu/Si=10 wt%, AlC1,/C
uJ, 5 molar ratio, heteropolyacid/Cu-125wt%)
This mixture was sandwiched between silica wool, and the inside of the fixed 0 reaction tube was thoroughly replaced with helium. Silicon tetrachloride was kept at O''C and bubbled with hydrogen at a predetermined flow rate, and the mixed gas was mixed with hydrogen. (H*/5i calculated from the vapor pressure of silicon tetrachloride
The C1a molar ratio was 9.3. ) The reaction tube was maintained at a predetermined temperature to carry out the reaction for producing trichlorosilane. Results regarding various heteropolyacids, reaction contact times, and reaction temperatures were determined by gas chromatography analysis. The result is the first
Shown in the table.

低温反応に於ても非常に優れた反応成績が得られた。尚
反応生成ガス組成は反応が定常になった後の値を掲げて
いる。又ここで示した接触時間は、原料混合ガスを理想
気体とし昇温による体積膨張を計算し、混合ガスの所定
温度における流量計算を行い、この流量で仕込固体体積
を割った値を便宜上接触時間とした。
Very excellent reaction results were obtained even in low temperature reactions. Note that the reaction product gas composition is the value after the reaction has become steady. In addition, the contact time shown here is calculated by calculating the volumetric expansion due to temperature increase assuming that the raw material mixed gas is an ideal gas, calculating the flow rate of the mixed gas at a specified temperature, and dividing the charged solid volume by this flow rate. And so.

第1表 ペテロ  反応器 接触時間 TC5/(TC3+5T
C)ポリ酸 度 ”Csec    so1%リンMo
酸  400  2.3    24.6リンMo酸 
 400  1.4    24.3リンMo酸  4
00  0.8    24.5 (平衡)リンMo酸
  300  6.5    16.6リンMo酸  
300  2.8    13.7リンW酸  400
  0.8    24.2リンW酸  300  6
.5    15.8ケイW酸  400  0.8 
   24.6ケイW酸  300  6.5    
17.5ケイW酸  300  2.8    14.
6ケイMo酸  400  0.8    24.8ケ
イMo酸  300  12.0    21.2 (
平衡)ケイMo酸  300  6.5    17.
9ケイMo酸  300  2.8    15.3ケ
イMo酸  300  1.4    13.2ケイM
o酸  300  0.9    11.0TCS−)
リクロロシラン、5TC−四塩化ケイ素TCS/(TC
3+5TC)−反応生成ガス中のTC5組成比較例1 ヘテロポリ酸としてはケイモリブデン酸を用いて、ケイ
素に対するそれぞれの固体添加物の比率は実施例1と同
一にして、銅粉末を除いた固体混合物、溶融塩を除いた
固体混合物、ヘテロポリ酸を除いた固体混合物及びヘテ
ロポリ酸と溶融塩を除いた銅粉末とケイ素からなる固体
混合物を、実施例1と同一の反応管に同一容量充填し、
水素及び四塩化ケイ素を実施例1と同一の方法で反応管
に供給して、それぞれ500°C1接触時間2secで
、トリクロロシランの生成反応をブランクテストとして
行った。
Table 1 Peter reactor contact time TC5/(TC3+5T
C) Polyacidity “Csec so1% phosphorus Mo
Acid 400 2.3 24.6 Phosphorus Mo acid
400 1.4 24.3 Phosphorus Mo acid 4
00 0.8 24.5 (Equilibrium) Phosphorus Mo acid 300 6.5 16.6 Phosphorus Mo acid
300 2.8 13.7 Phosphorus W acid 400
0.8 24.2 Phosphorus W acid 300 6
.. 5 15.8 Silica W acid 400 0.8
24.6 Silica W acid 300 6.5
17.5 Silica W acid 300 2.8 14.
6 Silicic Mo acid 400 0.8 24.8 Silicic Mo acid 300 12.0 21.2 (
Equilibrium) Silicic acid 300 6.5 17.
9 Silicic Mo acid 300 2.8 15.3 Silicic Mo acid 300 1.4 13.2 Silicic M
o acid 300 0.9 11.0TCS-)
Lichlorosilane, 5TC-Silicon Tetrachloride TCS/(TC
3+5TC) - TC5 composition in reaction product gas Comparative Example 1 Silicomolybdic acid was used as the heteropolyacid, the ratio of each solid additive to silicon was the same as in Example 1, and a solid mixture excluding copper powder, A solid mixture excluding the molten salt, a solid mixture excluding the heteropolyacid, and a solid mixture consisting of copper powder and silicon excluding the heteropolyacid and the molten salt were charged in the same volume into the same reaction tube as in Example 1,
Hydrogen and silicon tetrachloride were supplied to the reaction tube in the same manner as in Example 1, and a reaction for producing trichlorosilane was carried out as a blank test at 500° C. and a contact time of 2 seconds.

第2表に示した如く、どの場合に於ても実施例1に於け
る400°C反応の結果よりも低く、本発明に於ける銅
金属、溶融塩及びヘテロポリ酸の三成分添加が極めてト
リクロロシランの生成反応に有効である事が判明した。
As shown in Table 2, the results are lower than the 400°C reaction results in Example 1 in all cases, and the three-component addition of copper metal, molten salt, and heteropolyacid in the present invention is extremely trivial. It was found to be effective in the production reaction of chlorosilane.

第2表 除去成分       TC5/(TC5+STC)m
o1% 銅粉末          0 溶融塩         18.6 ヘテロポリ酸      16.3 溶融塩十へテロポリ酸    23.4但し、溶融塩と
へテロポリ酸を除いた固体混合物での400°C反応で
は、接触時間2secで、生成ガスのトリクロロシラン
の組成は12.0 mo1%である。
Table 2 Removal components TC5/(TC5+STC)m
o1% Copper powder 0 Molten salt 18.6 Heteropolyacid 16.3 Molten salt 10 Heteropolyacid 23.4 However, in a 400°C reaction with a solid mixture excluding the molten salt and heteropolyacid, at a contact time of 2 seconds, The composition of trichlorosilane in the generated gas is 12.0 mol%.

この事からも本発明の触媒系が公知の銅触媒に比較して
極めて活性の高い事が分かる。
This also shows that the catalyst system of the present invention has extremely high activity compared to known copper catalysts.

比較例2 ヘテロポリ酸としてはケイモリブデン酸を用い、実施例
1における塩化アルミニウムを溶融塩としてではなく塩
化アルミニウムのままとし、実施例1と固体の混合組成
(Cu/Si、ヘテロポリ酸/Cu、AlCl5/Cu
)及び固体充填容量を同一とし、更に反応方法及び分析
方法を実施例1と同一としてトリクロロシランの生成反
応を500℃で行った。
Comparative Example 2 Keimolybdic acid was used as the heteropolyacid, the aluminum chloride in Example 1 was used as aluminum chloride rather than as a molten salt, and the mixed composition of Example 1 and the solid (Cu/Si, heteropolyacid/Cu, AlCl5 /Cu
) and solid loading capacity were the same, and the reaction method and analysis method were the same as in Example 1, and the reaction for producing trichlorosilane was carried out at 500°C.

この反応を行った際にその昇温過程において反応管上部
非加熱部分に白色固体が析出付着したのが認められた。
When this reaction was carried out, it was observed that a white solid was precipitated and adhered to the upper part of the reaction tube that was not heated during the temperature raising process.

接触時間2 secで定常状態のトリクロロシランの生
成ガス中の濃度(TCS/(TC5+5TC) so1
%)が19.2 so1%となり、実施例1のケイモリ
ブデン酸を用いたものに比較して、極端な活性低下が認
められ、更に比較例1における溶融塩を除いた結果とほ
ぼ同等となった。その原因は、塩化アルミニウムが揮発
し、反応系内から除去されたためと思われる。
The concentration of trichlorosilane in the generated gas in a steady state with a contact time of 2 sec (TCS/(TC5+5TC) so1
%) was 19.2 so1%, which shows an extreme decrease in activity compared to Example 1 using silicone molybdic acid, and is almost the same as the result in Comparative Example 1 excluding the molten salt. Ta. The reason for this is thought to be that aluminum chloride was volatilized and removed from the reaction system.

実施例2 溶融塩をKCI−AICIz(50150mol比)と
し、固体混合物のCu/Si 、 51Mo−Ac1d
/Cu、  AlC1z/Cuの組成は実施例1と同一
として、溶融塩を代えて、その他は実施例1と全く同一
の方法によってトリクロロシランの性成反応を行った。
Example 2 The molten salt was KCI-AICIz (50150 mol ratio), and the solid mixture Cu/Si, 51Mo-Ac1d
/Cu, AlC1z/Cu composition was the same as in Example 1, the molten salt was changed, and other than that, a trichlorosilane formation reaction was carried out in exactly the same manner as in Example 1.

第3表に示したように殆ど溶融塩を変化させても反応成
績は変化せず、塩化アルミニウムと塩化カリウムからな
る溶融塩を用いても差し支えない事が判明した。
As shown in Table 3, the reaction results did not change even when the molten salt was changed, and it was found that there is no problem even if a molten salt consisting of aluminum chloride and potassium chloride is used.

第3表 反応温度  接触時間  TC3/(TC3+5TC)
”Csee       mo1% 400    1.4      24.2400  
  0.8      24.6300    6.5
      17.3実施例3 ヘテロポリ酸としてケイモリブデン酸を用いて、固体混
合物の各組成51Mo−Ac1d/Cu 5AICIs
/Cuは実施例1と同一にし、Cu/Siを54%、2
wt%とし、ケイ素に対する各添加物の量を1/2.1
15に減少させ、その他は全〈実施例1と同一の方法で
、トリクロロシラン生成反応を行った。
Table 3 Reaction temperature Contact time TC3/(TC3+5TC)
”Csee mo1% 400 1.4 24.2400
0.8 24.6300 6.5
17.3 Example 3 Using silicon molybdic acid as the heteropolyacid, each composition of the solid mixture 51Mo-Ac1d/Cu 5AICIs
/Cu was the same as in Example 1, Cu/Si was 54%, 2
wt%, and the amount of each additive relative to silicon is 1/2.1
The trichlorosilane production reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of trichlorosilane was reduced to 15.

第4表に示したように触媒としての添加量を半減させて
も全く反応に影響はなく、更に5分の1に低減させても
それ程顕著な活性低下は認められなかった。尚比較の為
実施例1の結果も一部併せて掲げた。
As shown in Table 4, even when the amount added as a catalyst was halved, there was no effect on the reaction at all, and even when it was further reduced to one-fifth, no significant decrease in activity was observed. For comparison, some of the results of Example 1 are also listed.

第4表 Cu/Si  反応温度 接触時間 TC3/(TC5
+STC)wt%  ’Csec    +go1%1
0  400   0.8    24.810  3
00  12.0    21.210  300  
 6.5    17.910  300   2.8
    15.310  300   1.4    
13.25  400   0.8    25.35
  300  12.0    21.75  300
   6.5    18.22  400   0.
8   23.12    300    12.0 
     19.62    300     6.5
      13.7実施例4 金属鋼を塩化鋼に代え、Cu/St・2wL%となるよ
うにして、溶融塩及びケイモリブデン酸とCu(CuC
1z又はCutCI□中の銅として)の組成は実施例3
と全く同一にして、実施例1〜3と同一の反応装置及び
反応方法でトリクロロシランの生成反応を行った。
Table 4 Cu/Si Reaction temperature Contact time TC3/(TC5
+STC) wt% 'Csec +go1%1
0 400 0.8 24.810 3
00 12.0 21.210 300
6.5 17.910 300 2.8
15.310 300 1.4
13.25 400 0.8 25.35
300 12.0 21.75 300
6.5 18.22 400 0.
8 23.12 300 12.0
19.62 300 6.5
13.7 Example 4 The metal steel was replaced with chloride steel, and the molten salt, silicomolybdic acid, and Cu (CuC
1z or as copper in CutCI□) is the composition of Example 3
A trichlorosilane production reaction was carried out using the same reaction apparatus and reaction method as in Examples 1 to 3.

第5表に示したように銅を塩化銅に変換しても同様に高
い反応活性を示した。
As shown in Table 5, even when copper was converted to copper chloride, high reaction activity was similarly exhibited.

第5表 塩化銅 反応温度 接触時間 TC5/ (TC5+5
TC)”Csec     mo1% CuCIz   400   0.8    23.7
CuC1g   300   12.0    20.
9CuC1z   300   6.5    14.
4CuiC1g  400   0.8    23.
4CuzC1g  400   12.0    20
.2(uzcll  400   6.5    14
.7実施例5 ヘテロポリ酸としてケイモリブデン酸を用いて、ケイ素
、銅粉末、溶融塩及びヘテロポリ酸の組成を実施例1と
同一にして、内径14mmの下部にSUS孔板を取りつ
け、固体を保持出来るようにしたSUS製反応管に上記
固体混合物を15d充填し、反応系内を水素で35気圧
に加圧し、所定温度に保持した後、四塩化ケイ素と水素
をモル比で1とし、反応管に導入する前に混合及び予備
加熱して、加圧状態でこの混合ガスを反応管に導入して
トリクロロシランの生成反応を行った0反応管より排出
された生成ガスは、加圧下でドライアイス−冷媒によっ
て一70℃に冷却し、クロロシラン類を凝縮し水素と分
離した後、凝縮液を採取してガスクロマトグラフィーに
よって分析した。尚、反応凝縮液は一定時間間隔で採取
し、更にガスクロマトグラフィーによって分析値(トリ
クロロシランの生成量)から一定時間に反応によって消
費されたケイ素の消費量を求め、次にケイ素の消費量か
ら消費率、体積減少、反応管内の体積、この一定時間間
隔における平均体積を求め、この平均体積を加圧及び加
熱状態での水素と四塩化ケイ素の混合ガスを理想気体と
して計算した流量で割った値を便宜上接触時間と定義し
た。
Table 5 Copper chloride Reaction temperature Contact time TC5/ (TC5+5
TC)”Csec mo1% CuCIz 400 0.8 23.7
CuC1g 300 12.0 20.
9CuC1z 300 6.5 14.
4CuiC1g 400 0.8 23.
4CuzC1g 400 12.0 20
.. 2 (uzcll 400 6.5 14
.. 7 Example 5 Using silicon molybdic acid as the heteropolyacid, the composition of silicon, copper powder, molten salt, and heteropolyacid was the same as in Example 1, and a SUS perforated plate with an inner diameter of 14 mm was attached to the lower part to hold the solid. A SUS reaction tube prepared as above was filled with 15 d of the above solid mixture, and the inside of the reaction system was pressurized to 35 atmospheres with hydrogen and maintained at a predetermined temperature. Silicon tetrachloride and hydrogen were then mixed in a molar ratio of 1, and the mixture was charged into the reaction tube. The mixed gas was mixed and preheated before introduction, and the mixed gas was introduced into the reaction tube under pressure to perform a reaction for producing trichlorosilane. The generated gas discharged from the reaction tube was heated under pressure with dry ice. After cooling to -70° C. with a refrigerant to condense the chlorosilanes and separate them from hydrogen, the condensate was collected and analyzed by gas chromatography. The reaction condensate is collected at regular time intervals, and the amount of silicon consumed by the reaction in a given time is determined from the analysis value (amount of trichlorosilane produced) using gas chromatography. The consumption rate, volume reduction, volume inside the reaction tube, and the average volume over a certain time interval were determined, and this average volume was divided by the flow rate calculated as an ideal gas for a mixed gas of hydrogen and silicon tetrachloride in a pressurized and heated state. The value was defined as the contact time for convenience.

第6表に示したように加圧状態に於て低温領域でも極め
て効率よくトリクロロシランが生成する事が判明した。
As shown in Table 6, it was found that trichlorosilane was produced extremely efficiently under pressure even in the low temperature range.

第6表 反応温度  接触時間sec  TC3/(TC5+5
TC)500 °C2026,6−01% 500     10      26.9500  
    5      26.8400     73
      25、1400     57     
 24.6400     30      25.6
400     13      21.6350  
   90      22.2350      T
o       22.1350     40   
   20.4350     20      14
.3比較例3 実施例5と同一の反応装置、同一の気体導入方法で、固
体充填物としてケイ素と銅金属のみ又はケイ素と塩化第
一銅のみとし、その組成はそれぞれケイ素に対して10
wt%となるように混合して、実施例5と同様の充填容
量、同様の分析方法でトリクロロシランの生成反応を行
った。
Table 6 Reaction temperature Contact time sec TC3/(TC5+5
TC) 500 °C2026,6-01% 500 10 26.9500
5 26.8400 73
25, 1400 57
24.6400 30 25.6
400 13 21.6350
90 22.2350 T
o 22.1350 40
20.4350 20 14
.. 3 Comparative Example 3 Using the same reactor and the same gas introduction method as in Example 5, only silicon and copper metal or only silicon and cuprous chloride were used as the solid filler, and the composition was 10% relative to silicon.
They were mixed in such a manner that the amounts were % by weight, and a trichlorosilane production reaction was carried out using the same packing capacity and the same analytical method as in Example 5.

第7表に示したように本発明における触媒成分(金属銅
又は銅化合物と塩化アルミニウムの溶融塩とへテロポリ
酸から構成される)に比較してどちらも極端に低い活性
であり、この事から本発明の触媒成分が加圧状態での反
応に於ても極めて有効である事がわかる。
As shown in Table 7, both have extremely low activity compared to the catalyst components of the present invention (consisting of metallic copper or a copper compound, a molten salt of aluminum chloride, and a heteropolyacid); It can be seen that the catalyst component of the present invention is extremely effective even in reactions under pressure.

第7表 添加物 反応温度 接触時間 TCS/ (TC3+5
TC)Cuのみ  500℃  20sec    2
4.5 mo1%Cuのみ  500   10   
  20.2Cuのみ  500    7     
15.0Cuのみ  350   120      
7.0Cuのみ  350   100      5
.0Cuのみ  350   50      2.9
CuCIのみ 500   40     26.9C
uC1のみ 500   20     23.6Cu
C1のみ 500   10     18.0CuC
Iのみ 350   120     7.2CuCI
のみ 350   100     6.0CuCIの
み 350   50     3.2実施例6 200 mのオートクレーブに、98%ケイ素を30.
0g 、 Cu粉末を8.19g 、 NaC1−AI
C1x溶融塩(1:1mol比、溶融温度200℃)を
10.8g、ケイモリブデン酸を10.3g及び四塩化
ケイ素を90g入れた後、更に水素60kg/cdでオ
ートクレーブを加圧した後、500rpmの撹拌速度で
撹拌しながら220°Cに昇温し、この温度に保持して
、固体−気体−液体状態の不均一反応として2時間トリ
クロロシランの生成反応を行った後、オートクレーブを
5℃に冷却して、反応液を取り出し分析した。
Table 7 Additives Reaction temperature Contact time TCS/ (TC3+5
TC) Cu only 500℃ 20sec 2
4.5 mo1%Cu only 500 10
20.2Cu only 500 7
15.0Cu only 350 120
7.0Cu only 350 100 5
.. 0Cu only 350 50 2.9
CuCI only 500 40 26.9C
uC1 only 500 20 23.6Cu
C1 only 500 10 18.0CuC
I only 350 120 7.2CuCI
Only 350 100 6.0CuCI only 350 50 3.2 Example 6 In a 200 m autoclave, 98% silicon was added to 30.
0g, 8.19g of Cu powder, NaCl-AI
After adding 10.8 g of C1x molten salt (1:1 mol ratio, melting temperature 200 ° C.), 10.3 g of silicon molybdic acid, and 90 g of silicon tetrachloride, the autoclave was further pressurized with 60 kg/cd of hydrogen, and then the autoclave was heated at 500 rpm. The temperature was raised to 220°C while stirring at a stirring speed of After cooling, the reaction solution was taken out and analyzed.

TC5/(TC5+5TC) =8.4so1%でトリ
クロロシランの生成が認められた。
Generation of trichlorosilane was observed at TC5/(TC5+5TC)=8.4so1%.

実施例7 NaC1−AIC1z溶融塩(1:2+sol比)を9
.2gとした以外は、総て実施例6と同一の反応条件で
トリクロロシランの生成反応を行った。
Example 7 NaCl-AIC1z molten salt (1:2+sol ratio) was 9
.. The trichlorosilane production reaction was carried out under all the same reaction conditions as in Example 6, except that the amount was changed to 2 g.

反応液中にトリクロロシランが8.5mo1%となり、
溶融塩組成によって反応は影響されていない。
Trichlorosilane became 8.5 mo1% in the reaction solution,
The reaction was not affected by the molten salt composition.

発明の効果 本発明は、四塩化ケイ素をトリクロロシランへ経済的に
変換する極めて有効な方法であり、且つ該変換反応を有
効に遂行させ得る触媒を提供するものである。
Effects of the Invention The present invention provides an extremely effective method for economically converting silicon tetrachloride into trichlorosilane, and a catalyst that can effectively carry out the conversion reaction.

従来四塩化ケイ素のトリクロロシランへの変換反応は、
500〜600°Cの高温で行うことを余儀なくされて
いたが、本発明を遂行することにより、その高い反応活
性を有する触媒を使用するため、かってない300°C
程度の低温領域においても円滑に且つ有効に該変換反応
を遂行することが可能となった。加えて本発明において
は、その触媒成分の揮発を防止することに成功したため
、該反応を高い効率で且つ定常的に遂行することが可能
となった。更に驚くべきことには、本発明においては、
四塩化ケイ素をその臨界温度以下の液体状態として反応
を行うこともできる。
The conventional conversion reaction of silicon tetrachloride to trichlorosilane is
Previously, the process had to be carried out at a high temperature of 500 to 600°C, but by carrying out the present invention and using a catalyst with high reaction activity, it was possible to conduct the reaction at an unprecedented temperature of 300°C.
It has become possible to carry out the conversion reaction smoothly and effectively even in a low temperature range of about 100 yen. In addition, in the present invention, since the catalyst component was successfully prevented from volatilizing, it became possible to carry out the reaction with high efficiency and constantly. More surprisingly, in the present invention,
The reaction can also be carried out using silicon tetrachloride in a liquid state below its critical temperature.

又当然のことながら、低温で該反応を可能とした結果、
反応装置等の腐食も大幅に抑制することが可能となった
Also, as a matter of course, as a result of enabling the reaction at low temperature,
It has also become possible to significantly suppress corrosion of reactors, etc.

以上のように本発明を実施することにより、その高い反
応活性の観点から反応設備の縮小、小型化、その低温高
活性の観点から従来法に比較して大幅なエネルギーの低
減、低温反応遂行による装置等の腐食の抑制の観点から
材料費の低凍化且つ耐用年数の長期化、加えて触媒成分
等の揮発の抑制の観点から原料費等の低減且つプロセス
上のトラブルの抑制等、経済的にも更には工業的にも極
めて有益に該反応を遂行することが可能となる。
As described above, by carrying out the present invention, it is possible to reduce and downsize the reaction equipment from the viewpoint of its high reaction activity, to significantly reduce energy consumption compared to conventional methods from the viewpoint of its low-temperature high activity, and to perform the low-temperature reaction. From the perspective of suppressing corrosion of equipment, etc., it is possible to reduce material costs and extend the service life.In addition, from the perspective of suppressing volatilization of catalyst components, etc., it is possible to reduce material costs and reduce process troubles. Furthermore, it becomes possible to carry out the reaction in an extremely advantageous manner from an industrial standpoint.

特許出願人  三井東圧化学株式会社Patent applicant: Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 四塩化ケイ素と金属ケイ素を、水素又は水素及び塩
化水素と反応せしめてトリクロロシランを製造する方法
において、該四塩化ケイ素を液体又は気体状態として、
該反応系を気体−液体−固体又は気体−固体の不均一相
反応とすると共に、該不均一反応を、金属銅及び/又は
銅化合物、ハロゲン化アルミニウムの溶融塩及びヘテロ
ポリ酸の存在下に行う事を特徴とするトリクロロシラン
の製造方法。 2 ハロゲン化アルミニウムの溶融塩がハロゲン化アル
ミニウムとアルカリ金属のハロゲン化物から構成される
請求項1に記載の方法。 3 ハロゲン化アルミニウムが塩化アルミニウムである
請求項1に記載の方法。 4 アルカリ金属のハロゲン化物がナトリウム又はカリ
ウムの塩化物である請求項2に記載の方法。 5 ヘテロポリ酸がモリブデン及び/又はタングステン
の酸化物を主成分としたものである請求項1に記載の方
法。 6 ヘテロポリ酸が300〜600℃で加熱脱水された
ものである請求項5に記載の方法。 7 銅化合物が塩素化銅である請求項1に記載の方法。
[Claims] 1. A method for producing trichlorosilane by reacting silicon tetrachloride and metallic silicon with hydrogen or hydrogen and hydrogen chloride, in which the silicon tetrachloride is in a liquid or gaseous state,
The reaction system is a gas-liquid-solid or gas-solid heterogeneous phase reaction, and the heterogeneous reaction is carried out in the presence of metallic copper and/or a copper compound, a molten salt of aluminum halide, and a heteropolyacid. A method for producing trichlorosilane, which is characterized by: 2. The method according to claim 1, wherein the molten salt of aluminum halide is comprised of aluminum halide and an alkali metal halide. 3. The method according to claim 1, wherein the aluminum halide is aluminum chloride. 4. The method according to claim 2, wherein the alkali metal halide is sodium or potassium chloride. 5. The method according to claim 1, wherein the heteropolyacid is mainly composed of an oxide of molybdenum and/or tungsten. 6. The method according to claim 5, wherein the heteropolyacid is heated and dehydrated at 300 to 600°C. 7. The method according to claim 1, wherein the copper compound is chlorinated copper.
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