JPH0343204B2 - - Google Patents

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JPH0343204B2
JPH0343204B2 JP10790983A JP10790983A JPH0343204B2 JP H0343204 B2 JPH0343204 B2 JP H0343204B2 JP 10790983 A JP10790983 A JP 10790983A JP 10790983 A JP10790983 A JP 10790983A JP H0343204 B2 JPH0343204 B2 JP H0343204B2
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Japan
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stage
silicon
reactor
metal particles
cycle
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JP10790983A
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Japanese (ja)
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JPS59232910A (en
Inventor
Masayoshi Ito
Hiroji Myagawa
Toshihiro Abe
Kenji Iwata
Toshuki Tsukahara
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケイ素粒子あるいはケイ素合金粒子
(以下金属粒子という)を塩素化して高級塩素化
ケイ素を製造する方法に関しさらに詳しくは、複
数個の固定層型反応器を、該金属粒子の塩素化の
程度に応じて相互に切り替えて直列に結合して使
用しうるように配設した一聯の反応器を用いて高
級塩素化ケイ素を連続的に製造する方法に関す
る。
Detailed Description of the Invention The present invention relates to a method for producing higher chlorinated silicon by chlorinating silicon particles or silicon alloy particles (hereinafter referred to as metal particles). The present invention relates to a method for continuously producing higher chlorinated silicon using a series of reactors that are arranged so that they can be switched and used in series, depending on the degree of chlorination of metal particles.

近年、エレクトロニクス工業の発展に伴い、多
結晶シリコンあるいはアモルフアスシリコン等の
半導体用シリコンの需要が急激に増大している。
In recent years, with the development of the electronics industry, the demand for silicon for semiconductors such as polycrystalline silicon or amorphous silicon has increased rapidly.

式()で表される高級塩素化ケイ素 SinCl2o+2 (n≧2) () は、かかる半導体用シリコンの製造原料として最
近特にその重要性を増している。
Higher chlorinated silicon represented by the formula (), SinCl 2o+2 (n≧2) (), has recently become particularly important as a raw material for producing silicon for semiconductors.

これらはそのまま熱分解してアモルフアスシリ
コン等とすることも勿論出来るが(ベルギー特許
明細書第889523号)、さらに還元して、()式で
表されるポリシランとし、 SinH2o+2 (n≧2) () これを、熱分解等して半導体用シリコンを製造
することが普通である。
Of course, these can be thermally decomposed as they are to produce amorphous silicon etc. (Belgium Patent Specification No. 889523), but they can be further reduced to form polysilane represented by the formula (), SinH 2o+2 (n≧ 2) () This is usually thermally decomposed to produce silicon for semiconductors.

しかして、ポリシラン、例えばジシランSi2H6
は、熱分解、グロー放電分解によりアモルフアス
シリコン膜を形成する場合、モノシランSiH4
比較して、基板上へ形成される膜の堆積速度がは
るかに大きく、かつ、該膜は電気特性に優れてい
る等の利点があり、太陽電池用半導体の原料等と
して今後大幅な需要増加が期待されている(ジヤ
ーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサイエテ
イ(J.A.C.S.)69、2692(1947)、特開昭56−
83929号公報)。
Thus, polysilanes such as disilane Si 2 H 6
When an amorphous silicon film is formed by thermal decomposition or glow discharge decomposition, the deposition rate of the film formed on the substrate is much higher than that of monosilane SiH4 , and the film has excellent electrical properties. Demand is expected to increase significantly in the future as a raw material for semiconductors for solar cells (Journal of American Chemical Society (JACS) 69, 2692 (1947), JP-A-Sho). 56−
Publication No. 83929).

高級塩素化ケイ素SinCl2o+2(n≧2)自体の製
造方法は公知であり通常、ケイ素粒子またはケイ
素合金粒子を高温で塩素化するかまたはシリコン
粒子自体を高温で塩素化することにより行われる
(米国特許明細書第2602728号、同第2621111号)。
The method for producing higher chlorinated silicon SinCl 2o+2 (n≧2) itself is known and is usually carried out by chlorinating silicon particles or silicon alloy particles at high temperatures, or by chlorinating silicon particles themselves at high temperatures. (U.S. Patent Nos. 2,602,728 and 2,621,111).

当然のことながら上記反応は固気反応であるか
ら、その反応を実施するための反応器としては、
流動層型反応器もしくは固定層型反応器が通常採
用される。前者の流動層型反応器を用いた場合は
連続運転(continuous operation)は可能である
が、副生する微粉状の塩化カルシウム、塩化マグ
ネシウム、塩化鉄等の塩化物が全量目的物質であ
る高級塩素化ケイ素に同伴して反応器から流出す
るのでこれらの分離が困難であり、かつ、該副生
塩化物微粒子によるラインの閉塞等の欠点があ
る。
Naturally, the above reaction is a solid-gas reaction, so the reactor for carrying out the reaction is
Fluidized bed reactors or fixed bed reactors are usually employed. Continuous operation is possible when using the former fluidized bed reactor, but the fine powdered chlorides such as calcium chloride, magnesium chloride, iron chloride, etc. that are produced as by-products are the target substance (higher chlorine). Since it flows out of the reactor together with silicon chloride, it is difficult to separate them, and there are drawbacks such as line blockage due to the by-product chloride fine particles.

一方後者の固定層型反応器を用いた場合は、か
かる欠点はなく、上記微粉状の副生塩化物が反応
器内に留まることによる堆積膨張のため反応器容
積効率が小さくなること、および必然的に回分操
作(batch−wise operation)になることを除け
ば操作自体は比較的容易に実施出来るため、固定
層型反応器は工業的に使用する場合より実際的な
装置であると考えられる。
On the other hand, when the latter fixed bed reactor is used, there is no such drawback, and the volume efficiency of the reactor is reduced due to the accumulation expansion caused by the fine powder by-product chloride remaining in the reactor, and the The fixed bed reactor is considered to be a more practical device for industrial use because the operation itself is relatively easy to carry out, except for the fact that it is a batch-wise operation.

しかしながら、かかる固定層型反応器を採用し
た場合においては、ことに経済的理由により、固
定層を形成している仕込み金属粒子をほぼ完全に
塩素化する必要があるが、仕込み金属を完全に塩
素化すべく該金属粒子からなる固定層に送入する
塩素量を増加せしめると、該金属粒子は十分塩素
化されるものの、反応器から未反応で流出する塩
素量が増加し、この分離回収が困難になる。すな
わち、未反応塩素は生成した高級塩素化ケイ素の
凝縮液中に溶解するため、該未反応塩素を該凝縮
液から分離回収し反応系に循環して再使用するこ
とが要求されるが、塩素化反応を完全に進行せし
めようとすると、殊に塩素化反応速度が低下する
反応の後半から終期において、分離回収しなけれ
ばならない未反応塩素量が急激に増加するという
大きな問題がある。
However, when such a fixed bed reactor is adopted, it is necessary to almost completely chlorinate the charged metal particles forming the fixed bed, especially for economic reasons. When the amount of chlorine fed into the fixed bed made of metal particles is increased in order to chlorinate the metal particles, the metal particles are sufficiently chlorinated, but the amount of chlorine that flows out of the reactor unreacted increases, making it difficult to separate and recover. become. That is, since unreacted chlorine dissolves in the condensate of the produced higher chlorinated silicon, it is required to separate and recover the unreacted chlorine from the condensate and circulate it to the reaction system for reuse. If an attempt is made to allow the chlorination reaction to proceed completely, there is a major problem in that the amount of unreacted chlorine that must be separated and recovered increases rapidly, especially in the latter half to the final stage of the reaction when the chlorination reaction rate decreases.

以上のごとく、従来の固定層型反応器において
は、(1)仕込み金属粒子をほぼ完全に反応せしめよ
うとすると、未反応塩素が急激に増大してその分
離回収のロードが著しく大となり、(2)また逆に供
給塩素量を減少させると、金属粒子の未反応量が
激増するといつた相反する問題があり、この両者
を同時に満足させることは困難とされていた。
As mentioned above, in the conventional fixed bed reactor, (1) when trying to almost completely react the charged metal particles, the amount of unreacted chlorine increases rapidly, and the load for separating and recovering it becomes extremely large; 2) On the other hand, if the amount of chlorine supplied is reduced, the amount of unreacted metal particles increases dramatically, which is a contradictory problem, and it has been difficult to satisfy both of these problems at the same time.

本発明はかかる課題を解決するためになされた
もので、その要旨とするところは、 (1) ケイ素粒子またはケイ素合金粒子(以下金属
粒子という)により固定層を形成し該固定層に
塩素を送入して固気反応を行わせしめ塩素化す
ることにより、一般式() SinCl2o+2 () (nは2以上の整数) で表される高級塩素化ケイ素を製造する方法に
おいて、該固定層を形成した少なくとも3個以
上の複数個の固定層型反応器A,B,C,…を
相互に切り替えうるように配設し、 まず少なくともそのうちの2個の新鮮な反
応器A,BをAを第1段、Bを第2段として
直列に結合して第段サイクルの反応系を形
成し、第1段反応器Aを主反応ゾーンして仕
込み金属粒子がほぼ完全に塩素化するまで反
応せしめると共に、この間第2段反応器Bを
補助反応ゾーンとしAから排出されBに供給
される未反応塩素ガスが該ゾーンにおいてほ
とんど反応し尽くされるようにして第段サ
イクルの行程を終了し、 引き続いて上記Bを第1段、他の新鮮な反
応器Cを第2段として直列に結合して第段
サイクルの反応系を形成し、 Bを主反応ゾーンとして第段サイクルで
未反応で残留している金属粒子を優先的に反
応せしめてこれを完全に塩素化せしめ、 この間Cを補助反応ゾーンとして操作せし
める以外は第段サイクルと同様の処理を行
つて第段サイクルの行程を終了し、 以下、金属粒子が完全に塩素化した反応器
A,B,…を適宜新鮮な金属粒子で充填し直
して新鮮な固定層反応器A,B,…とする行
程を伴わせつつ、上記サイクルを繰り返すこ
とを特徴とする高級塩素化ケイ素の製造方
法、に存するものである。
The present invention has been made to solve these problems, and its gist is as follows: (1) A fixed layer is formed using silicon particles or silicon alloy particles (hereinafter referred to as metal particles), and chlorine is sent to the fixed layer. In the method for producing higher chlorinated silicon represented by the general formula () SinCl 2o+2 () (n is an integer of 2 or more), the fixed layer is A plurality of at least three or more fixed bed reactors A, B, C, . are connected in series as the first stage and B as the second stage to form a reaction system for the first stage cycle, and the first stage reactor A is used as the main reaction zone to react until the charged metal particles are almost completely chlorinated. At the same time, during this time, the second stage reactor B is used as an auxiliary reaction zone so that the unreacted chlorine gas discharged from A and supplied to B is almost completely reacted in this zone, and the process of the second stage cycle is completed. The above B is used as the first stage, and the other fresh reactor C is used as the second stage to form a reaction system for the first stage cycle. The process of the first stage cycle is completed by performing the same process as in the first stage cycle except that C is operated as an auxiliary reaction zone. , the above cycle is repeated while the reactors A, B, ... in which the metal particles have been completely chlorinated are appropriately refilled with fresh metal particles to form fresh fixed bed reactors A, B, ... A method for producing higher chlorinated silicon, characterized by the following.

以下、本発明の構成要件を詳細に分説する。 Hereinafter, the constituent elements of the present invention will be explained in detail.

本発明における目的物質たる高級塩素化ケイ素
は、次の一般式() SinCl2o+2 () (n≧2) で表される化合物であるが、そのうち望ましいも
のを例示すれば、ヘキサクロロジシラン、オクタ
クロロトリシラン、デカクロロテトラシラン等で
あり、特にヘキサクロロジシランが好ましい。
The target substance of the present invention, higher chlorinated silicon, is a compound represented by the following general formula () SinCl 2o+2 () (n≧2), and examples of desirable ones include hexachlorodisilane, octachlorodisilane, These include chlorotrisilane, decachlorotetrasilane, etc., and hexachlorodisilane is particularly preferred.

通常の反応条件では、これらは混合物として得
られるので、所望の高級化塩素化ケイ素、例えば
ヘキサクロロジシラン等を蒸留等の手段で分離し
て使用する。なお、用途によつては、混合物のま
ま使用することも勿論可能である。また、テトラ
クロロモノシラン(四塩化ケイ素)も通常副生混
入するが、容易に蒸留分離することが出来る。
Under normal reaction conditions, these are obtained as a mixture, so the desired higher chlorinated silicon, such as hexachlorodisilane, is separated and used by means such as distillation. Note that, depending on the application, it is of course possible to use the mixture as it is. Tetrachloromonosilane (silicon tetrachloride) is also usually mixed as a by-product, but it can be easily separated by distillation.

本発明で使用する原料金属粒子としては、ケイ
素ましくはケイ素合金のいずれをも用いうるが、
ケイ素粒子を用いた場合は、反応温度をより高く
しなければならず、また高級塩素化ケイ素の生成
量もより少ないため、特別な場合を除いてケイ化
カルシウム、ケイ化マグネシウム、ケイ化鉄等の
ケイ素合金粒子を用いたほうが有利である。
As the raw metal particles used in the present invention, silicon or silicon alloy can be used, but
When silicon particles are used, the reaction temperature must be higher and the amount of higher chlorinated silicon produced is also smaller, so calcium silicide, magnesium silicide, iron silicide, etc. are used except in special cases. It is advantageous to use silicon alloy particles of

かかるケイ化カルシウム等の金属粒子は、通
常、比重1.5〜8、粒子径5〜200mesh程度の砂
粒状のものが好適に使用されるが、大粒子の場合
は粉砕して適当な粒径にそろえて使用するのが望
ましい。
Such metal particles such as calcium silicide are usually preferably used in the form of sand grains with a specific gravity of 1.5 to 8 and a particle size of about 5 to 200 mesh, but if the particles are large, they may be crushed to an appropriate particle size. It is desirable to use the

塩素化反応温度としては、原料金属粒子として
ケイ素粒子を使用する場合は300〜500℃であり、
ケイ素合金を使用する場合は150〜350℃程度が採
用される。
The chlorination reaction temperature is 300 to 500°C when silicon particles are used as raw metal particles;
When using a silicon alloy, a temperature of about 150 to 350°C is used.

なお、高級塩素化ケイ素の収率を向上せしめる
ために、塩素を四塩化ケイ素等の希釈剤に同伴さ
せて反応器に供給する方法も好ましい。
In order to improve the yield of higher chlorinated silicon, it is also preferable to supply chlorine to the reactor together with a diluent such as silicon tetrachloride.

本発明において使用する反応器は、金属粒子に
より固定層を形成した少なくとも3個以上の複数
個の固定層型反応器A,B,C,…を相互に切り
替えうるように配設したものである。反応器の数
は3個以上好ましくは3個乃至6個であるがもち
ろん特に限定されるものではない。また、反応器
の形式は通常のものが使用出来るが、金属粒子の
充填作業および反応残渣の取出作業が容易に行い
うるものが望ましい。
The reactor used in the present invention is one in which at least three or more fixed bed reactors A, B, C, etc. each having a fixed bed formed of metal particles are arranged so as to be mutually switchable. . The number of reactors is 3 or more, preferably 3 to 6, but is of course not particularly limited. Further, although any conventional type of reactor can be used, it is preferable to use one that allows easy filling of metal particles and removal of reaction residues.

以下本発明における反応器の配設方法およびそ
の操作方法の例を、図面にもとずいて具体的に説
明する。
Examples of the method of arranging the reactor and the method of operating the reactor according to the present invention will be specifically explained below based on the drawings.

第1図は3個の反応器A,B,Cを使用する場
合であるが、A,B,Cとも新鮮な金属粒子によ
り固定層が形成されている同一形式の固定層型反
応器である。反応器A,B,Cは管路lと該管路
に設けられた複数個のバルブ10,20,30,
……,150により、図示した如きネツトワーク
を構成している。図から明らかなようにバルブを
適当に開閉することにより、2個の任意の反応器
を選択しこれを直列に結合した反応系A→B、B
→C、C→Aを形成することが出来る(ここで矢
印→は、塩素ガスの流れ方向を示し、例えばA→
Bはガスが反応器Aを出てからBへ入ることを示
す。又上記の外、これと逆のB→A、C→B、A
→Cとなる反応系の形成も可能であるように上記
ネツトワークは構成されていることは容易に看取
されるところであるが、説明が複雑になるのでこ
こではふれない)。
Figure 1 shows the case where three reactors A, B, and C are used, and A, B, and C are all fixed bed reactors of the same type, with the fixed bed formed by fresh metal particles. . Reactors A, B, and C each include a pipe line 1 and a plurality of valves 10, 20, 30,
..., 150 constitute a network as shown. As is clear from the figure, by opening and closing the valves appropriately, two arbitrary reactors are selected and connected in series to create a reaction system A→B, B.
→C, C→A can be formed (here, the arrow → indicates the flow direction of chlorine gas, for example, A→
B indicates that gas leaves reactor A and then enters B. In addition to the above, the opposite B→A, C→B, A
It is easy to see that the above network is constructed in such a way that it is possible to form a reaction system in which →C, but since the explanation would be complicated, it will not be discussed here).

まず、2個の新鮮な反応器A,Bを選択し、
バルブ30,40,70,100,110,1
30,140を開け、それ以外のバルブをすべ
て閉じることにより、Aを第1段、Bを第2段
として直列に結合した第段サイクルの反応系
(A→B)が形成される。該第段サイクルの
反応系を使用して塩素を反応器に送入し塩素化
反応を行わしめるのであるが、塩素化反応は主
として反応器Aにおいて進行し、反応器Bでの
塩素化反応は、反応器Aを通過した未反応塩素
ガスによつて行われる。この場合、反応温度、
塩素ガス流量、塩素ガス濃度、滞留時間等の反
応条件を適切に設定することにより、反応器B
をも未反応で通過する未反応塩素量を殆ど零に
することが可能であり、またこの間、反応生成
物の総括生成速度(反応器AとBにおいて生成
する量の合量)を大略一定に保持することが出
来る。以上のごとくして第段サイクルにおい
ては、該第1段反応器Aを主反応ゾーンとして
仕込み金属粒子がほぼ完全に塩素化するまで反
応せしめると共に、この間第2段反応器Bを補
助反応ゾーンとしAから排出されBに供給され
る未反応塩素ガスが該ゾーンにおいてほとんど
反応し尽くされうるようにするのである。
First, select two fresh reactors A and B,
Valve 30, 40, 70, 100, 110, 1
By opening valves 30 and 140 and closing all other valves, a reaction system of a first stage cycle (A→B) in which A is connected in series with A as a first stage and B as a second stage is formed. Using the reaction system of the first stage cycle, chlorine is sent to the reactor to carry out the chlorination reaction, but the chlorination reaction mainly proceeds in reactor A, and the chlorination reaction in reactor B , by unreacted chlorine gas passed through reactor A. In this case, the reaction temperature,
By appropriately setting reaction conditions such as chlorine gas flow rate, chlorine gas concentration, and residence time, reactor B
It is also possible to reduce the amount of unreacted chlorine that passes unreacted to almost zero, and during this time, the overall production rate of reaction products (the total amount produced in reactors A and B) can be kept approximately constant. can be retained. As described above, in the first stage cycle, the first stage reactor A is used as the main reaction zone and the charged metal particles are reacted until almost completely chlorinated, and during this time, the second stage reactor B is used as the auxiliary reaction zone. This allows the unreacted chlorine gas discharged from A and supplied to B to be almost completely reacted in this zone.

かくして反応器Aにおける仕込み金属粒子が
ほぼ完全に塩素化された段階(従つて反応器B
における仕込み金属粒子はまだかなり未反応の
まま残つている段階にある)で第段サイクル
の行程を終了し、次のサイクルに移行する。
Thus, at a stage when the charged metal particles in reactor A are almost completely chlorinated (therefore, in reactor B
The stage of the first stage cycle is completed at the stage where the charged metal particles still remain largely unreacted, and the next cycle is started.

引き続いて上記反応器Bと新鮮な反応器Cと
を選択し、バルブ10,40,50,80,9
0,110,120,140を開け、それ以外
のバルブをすべて閉じることにより、Bを第1
段、Cを第2段として直列に結合した第段サ
イクルの反応系(B→C)が形成される。
Subsequently select reactor B and fresh reactor C, and close valves 10, 40, 50, 80, 9.
By opening valves 0, 110, 120, and 140 and closing all other valves,
A second stage cycle reaction system (B→C) is formed in which stage C is connected in series with stage C as the second stage.

該第段サイクルの反応系に塩素を送入して
同様に塩素化反応をおこなわしめるのである
が、この場合、反応器Bを主反応ゾーンとして
第段サイクルで未反応で残留している金属粒
子を優先的に反応せしめ、かつ反応器Cを補助
反応ゾーンとして操作せしめ、反応器Bを未反
応で通過した未反応塩素により反応を進行せし
める。かくして第だんサイクルにおいては、
第段サイクルと同様に、該第1段反応器Bを
主反応ゾーンとして仕込み金属粒子がほぼ完全
に塩素化するまで反応せしめると共に、この間
第2段反応器Bを補助反応ゾーンとしBから排
出されCに供給される未反応塩素ガスが該ゾー
ンにおいてほとんど反応し尽くされるようにす
るのである。
Chlorine is introduced into the reaction system of the second stage cycle to carry out a chlorination reaction in the same way, but in this case, reactor B is used as the main reaction zone to remove unreacted metal particles remaining in the first stage cycle. is preferentially reacted, and reactor C is operated as an auxiliary reaction zone, and the unreacted chlorine that has passed unreacted through reactor B is used to advance the reaction. Thus, in the first cycle,
Similar to the second stage cycle, the first stage reactor B is used as the main reaction zone and the charged metal particles are reacted until almost completely chlorinated, and during this time, the second stage reactor B is used as the auxiliary reaction zone and the metal particles are discharged from B. The unreacted chlorine gas supplied to C is almost completely reacted in this zone.

またこの間、反応器Aの固体反応残渣を取り
除き、新しい金属粒子を充填し直して新鮮な固
定層反応器を形成して次の反応サイクルに備え
る。
Also during this time, the solid reaction residue in reactor A is removed and refilled with fresh metal particles to form a fresh fixed bed reactor ready for the next reaction cycle.

反応器Bにおける金属粒子の塩素化が終了し
た後、未反応金属粒子を含む反応器Cと、充填
し直された新鮮な反応器Aとにより、第段サ
イクルの反応系(C→A)が形成される。すな
わち、バルブ10,20,50,60,10
0,120,150を開け、それ以外のバルブ
をすべて閉じるのである。反応器Cを主反応ゾ
ーンとして該反応器に残存する未反応金属粒子
を優先的に塩素化すること、および反応器Aを
補助反応ゾーンとしてCを去る未反応塩素ガス
を完全に反応せしめることは上記各サイクルと
同様である。
After the chlorination of metal particles in reactor B is completed, the reaction system of the first stage cycle (C→A) is completed by reactor C containing unreacted metal particles and fresh reactor A that has been refilled. It is formed. That is, valves 10, 20, 50, 60, 10
Open valves 0, 120, and 150, and close all other valves. Reactor C is used as the main reaction zone to preferentially chlorinate the unreacted metal particles remaining in the reactor, and reactor A is used as the auxiliary reaction zone to completely react the unreacted chlorine gas leaving C. This is the same as each cycle above.

以後は同様にして各サイクルを繰り返すこと
により、反応を定常状態で連続的に進行させる
のである。
Thereafter, by repeating each cycle in the same manner, the reaction is allowed to proceed continuously in a steady state.

生成した高級塩素化ケイ素からなる生成ガス
は、凝縮器160に導かれて冷却凝縮され、さ
らに蒸留器により、各高級塩素化ケイ素に分離
される。
The generated gas consisting of higher chlorinated silicon is led to a condenser 160 where it is cooled and condensed, and further separated into each higher chlorinated silicon by a distiller.

以上の説明は反応器3個の場合について述べた
が、反応器の数、その配設の方法は、第1図にお
いて例示した様式以外に適当な設計変更を加えて
実施することが可能であり、本発明の技術的範囲
が第1図に示した様式に限られるものでないこと
は当然である。
The above explanation has been given for the case of three reactors, but the number of reactors and the method of arranging them can be implemented by making appropriate design changes other than the format illustrated in Fig. 1. It goes without saying that the technical scope of the present invention is not limited to the format shown in FIG.

本発明により、固定層型反応器においても、流
動層型反応器と同じように実質的な連続運転が可
能となるため、運転効率の非常な向上をはかるこ
とが出来る。また、反応器に仕込まれた金属粒子
をほぼ完全に反応せしめることが出来るにもかか
わらず、最終的に生成ガス中に同伴される未反応
塩素ガスの量を殆ど零とすることが可能であるの
で、未反応塩素ガスの分離回収をなんら必要とし
ないという、顕著な作用効果を奏することが出来
るのである。
According to the present invention, even in a fixed bed reactor, substantially continuous operation is possible in the same way as in a fluidized bed reactor, so that the operating efficiency can be greatly improved. Furthermore, although it is possible to cause the metal particles charged in the reactor to react almost completely, it is possible to reduce the amount of unreacted chlorine gas that is ultimately entrained in the generated gas to almost zero. Therefore, a remarkable effect can be achieved in that there is no need to separate and recover unreacted chlorine gas.

以下、実施例により本発明を説明する。 The present invention will be explained below with reference to Examples.

実施例 1 第1図に示した如く配設した3個の固定層型反
応器を使用して、ケイ化カルシウムの塩素化を行
い高級塩素化ケイ素を製造した。
Example 1 Using three fixed bed reactors arranged as shown in FIG. 1, calcium silicide was chlorinated to produce higher chlorinated silicon.

3個の同一形状のパイレツクス(商標)ガラス
製の筒型反応器(以下A,B,Cと略記する。そ
れぞれ130mmφ*377mmL、容量5000cm3の次元を有
する)を第1図に示した如きネツトワークを構成
するように配設し、市販のケイ化カルシウム(日
本重化学工業社製、48〜200mesh、Si含有量 61
重量%)600g宛をそれぞれA,B,Cにアルゴ
ン雰囲気下に充填し、層高 40mmHを有する固定
層型反応器を形成した。
Three cylindrical reactors made of Pyrex (trademark) glass with the same shape (hereinafter abbreviated as A, B, and C, each having dimensions of 130 mmφ*377 mm L and a capacity of 5000 cm 3 ) were placed in a net as shown in Figure 1. Commercially available calcium silicide (manufactured by Japan Heavy Chemical Industry Co., Ltd., 48 to 200 mesh, Si content 61
(% by weight) was filled into A, B, and C under an argon atmosphere to form a fixed bed reactor having a bed height of 40 mmH.

バルブ30,40,70,100,110,1
30,140を開け、それ以外のバルブをすべて
閉じ第段サイクルの反応系(A→B)を形成し
た。反応器A、及びBの温度を200℃に設定し、
アルゴン(流量2/min)中に塩素ガス(鶴見
曹達社製、純度98重量%、流量2.5/min)を
同伴させてA→Bの順に供給し、7時間塩素化反
応を行つた。
Valve 30, 40, 70, 100, 110, 1
30 and 140 were opened, and all other valves were closed to form a reaction system (A→B) for the first stage cycle. Set the temperature of reactors A and B to 200℃,
Chlorine gas (manufactured by Tsurumi Soda Co., Ltd., purity 98% by weight, flow rate 2.5/min) was entrained in argon (flow rate 2/min) and supplied in the order of A→B to carry out a chlorination reaction for 7 hours.

反応7時間後において、バルブ110を通過す
る未反応塩素ガス流量は0.01/minであり、ま
た反応器Aの反応残渣中のSi含有量(すなわち未
反応Si量)は約39gで、これは転化率89%に相当
するものであつた。
After 7 hours of reaction, the flow rate of unreacted chlorine gas passing through the valve 110 was 0.01/min, and the Si content in the reaction residue of reactor A (i.e., the amount of unreacted Si) was about 39 g, which was due to conversion. This corresponded to a rate of 89%.

次に、バルブ10,40,50,80,90,
110,120,140を開け、それ以外のバル
ブをすべて閉じて、第段サイクルの反応系(B
→C)を形成した。
Next, valves 10, 40, 50, 80, 90,
110, 120, and 140, and close all other valves.
→C) was formed.

反応器B及びCの温度を200℃に設定し、第
段サイクルと同様の塩素化条件により、7時間塩
素化反応を行つた。またこの間、反応器A中の反
応残渣を取り出し、新たにケイ化カルシウム600
gを充填しなおして新鮮な固定層を形成し、次の
反応サイクルに備えた。
The temperature of reactors B and C was set at 200°C, and the chlorination reaction was carried out for 7 hours under the same chlorination conditions as in the first stage cycle. During this time, the reaction residue in reactor A was taken out and newly added calcium silicide 600
g was refilled to form a fresh fixed bed and ready for the next reaction cycle.

反応7時間後において、バルブ120を通過す
る未反応塩素ガス流量は0.01/minであり、ま
た反応器Bの反応残渣中のSi含有量(すなわち未
反応Si量)は約35gで、これは転化率90%に相当
するものであつた。
After 7 hours of reaction, the flow rate of unreacted chlorine gas passing through the valve 120 was 0.01/min, and the Si content in the reaction residue of reactor B (i.e., the amount of unreacted Si) was about 35 g, which was due to conversion. The rate was equivalent to 90%.

次に、バルブ10,20,50,60,10
0,120,150を開け、それ以外のバルブを
すべて閉じて、第段サイクルの反応系(C→
A)を形成した。
Next, valves 10, 20, 50, 60, 10
0, 120, and 150, and close all other valves, the reaction system of the first stage cycle (C→
A) was formed.

反応器C及びAの温度を200℃に設定し、第
段サイクルと同様の塩素化条件により、7時間塩
素化反応を行つた。またこの間、反応器B中の反
応残渣を取り出し、新たにケイ化カルシウム600
gを充填しなおして新鮮な固定層を形成し、次の
反応サイクルに備えた。
The temperature of reactors C and A was set at 200°C, and the chlorination reaction was carried out for 7 hours under the same chlorination conditions as in the first stage cycle. Also, during this time, the reaction residue in reactor B was taken out and fresh calcium silicide 600
g was refilled to form a fresh fixed bed and ready for the next reaction cycle.

反応7時間後において、バルブ100を通過す
る未反応塩素ガス流量は0.01/minであり、ま
た反応器Bの反応残渣中のSi含有量(すなわち未
反応Si量)は約36gで、これは転化率90%に相当
するものであつた。
After 7 hours of reaction, the flow rate of unreacted chlorine gas passing through the valve 100 was 0.01/min, and the Si content in the reaction residue in reactor B (i.e., the amount of unreacted Si) was about 36 g, which was due to conversion. The rate was equivalent to 90%.

以下同様にして、A→B、B→C、C→Aの三
つの反応系を用いて、塩素化反応をそれぞれ7時
間繰り返し行つた。最後に反応器Aに残留するケ
イ化カルシウムを同一反応条件下で5時間反応さ
せ、反応を停止した。
Thereafter, chlorination reactions were repeated in the same manner for 7 hours each using three reaction systems: A→B, B→C, and C→A. Finally, the calcium silicide remaining in reactor A was reacted for 5 hours under the same reaction conditions, and the reaction was stopped.

全反応を通じ、生成ガスを約0℃に冷却するこ
とにより、生成液約17.9Kgを補集した。該生成液
中のケイ素含有量は139molで、これは収率89%
(仕込みSi原子基準)に相当する。次に該生成液
を常圧で単蒸留することにより、SiCl44.8Kgを
得、更に減圧下(125mmHg)で単蒸留することに
より、Si2Cl66.8Kg及びSi3Cl84.6Kgを含む釜残6.3
Kgを得た。
Throughout the entire reaction, about 17.9 kg of product liquid was collected by cooling the product gas to about 0°C. The silicon content in the product liquid was 139 mol, which is a yield of 89%.
(Based on Si atom charge). Next, the product liquid was subjected to simple distillation at normal pressure to obtain 4.8 kg of SiCl 4 , and further simple distillation was performed under reduced pressure (125 mmHg) to obtain 4.8 kg of Si 2 Cl 6 and 4.6 kg of Si 3 Cl 8 . Pot residue 6.3
Got Kg.

比較例 1 実施例1で用いたのと同一の反応器1個を使用
して、塩素化反応を7時間を行つた。ケイ化カル
シウムの仕込み量は600g、塩素化反応条件は反
応温度200℃、アルゴン流量2/min、塩素流
量2.5/minとした。
Comparative Example 1 Using one reactor identical to that used in Example 1, the chlorination reaction was carried out for 7 hours. The amount of calcium silicide charged was 600 g, and the chlorination reaction conditions were a reaction temperature of 200°C, an argon flow rate of 2/min, and a chlorine flow rate of 2.5/min.

反応器出口における塩素流量は、反応時間の経
過と共に急激に増大し、反応時間0.5時間後、4
時間後、及び7時間後における未反応塩素ガスの
流量は、それぞれ0.1/min、0.5/min、2.4
/minであつた。
The chlorine flow rate at the reactor outlet increased rapidly with the passage of reaction time, and after 0.5 hours of reaction time, the chlorine flow rate increased to 4.
The flow rates of unreacted chlorine gas after hours and 7 hours are 0.1/min, 0.5/min, and 2.4
/min.

また、この反応によつて得られた生成液は1.4
Kgであり、該生成液中のケイ素含有量は11.3mol
で、これは収率87%(仕込みSi原子基準)に相当
する。次に該生成液を実施例1と同様に蒸留分離
することにより、SiC40.37Kg、Si2Cl60.54Kg及び
Si3Cl80.3Kgを含む釜残0.4Kgを得た。
In addition, the product liquid obtained by this reaction was 1.4
Kg, and the silicon content in the product liquid is 11.3mol
This corresponds to a yield of 87% (based on Si atoms charged). Next, by distilling and separating the product liquid in the same manner as in Example 1, 0.37Kg of SiC 4 , 0.54Kg of Si 2 Cl 6 and
0.4 kg of pot residue containing 0.3 kg of Si 3 Cl 8 was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を実施するための固定層型反応
器の配設方法の一例を簡略に示すフローシート図
である。
FIG. 1 is a flow sheet diagram schematically showing an example of a method for arranging a fixed bed reactor for carrying out the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ケイ素粒子またはケイ素合金粒子(以下金属
粒子という)により固定層を形成し該固定層に塩
素を送入して固気反応を行わせしめ塩素化するこ
とにより、一般式() SinCl2o+2 () (nは2以上の整数) で表される高級塩素化ケイ素を製造する方法にお
いて、 該固定層を形成した少なくとも3個以上の複数
個の固定層型反応器A,B,C,…を相互に切り
替えうるように配設し、 まず少なくともそのうちの2個の新鮮な反応
器A,BをAを第1段、Bを第2段として直列
に結合して第段サイクルの反応系を形成し、
該第1段反応器Aを主反応ゾーンとして仕込み
金属粒子がほぼ完全に塩素化するまで反応せし
めると共に、この間第2段反応器Bを補助反応
ゾーンとしAから排出されBに供給される未反
応塩素ガスが該ゾーンにおいてほとんど反応し
尽くされるようにして第段サイクルの行程を
終了し、 引き続いて上記Bを第1段、他の新鮮な反応
器Cを第2段として直列に結合して第段サイ
クルの反応系を形成し、 Bを主反応ゾーンとして第段サイクルで未
反応で残留している金属粒子を優先的に反応せ
しめてこれを完全に塩素化せしめ、 この間Cを補助反応ゾーンとして第段サイ
クルと同様に操作せしめる処理を行つて第段
サイクルの行程を終了し、 以下、金属粒子が完全に塩素化した反応器
A,B,…を適宜新鮮な金属粒子で充填し直し
て新鮮な固定層反応器A,B,…とする行程を
伴わせつつ、上記サイクルを繰り返すことを特
徴とする高級塩素化ケイ素の製造方法。 2 ケイ素合金がケイ化カルシウム、ケイ化鉄ま
たはケイ化マグネシウムである特許請求の範囲第
1項記載の方法。 3 高級塩素化ケイ素がヘキサクロロジシラン
(n=2)である特許請求の範囲第1項もしくは
第2項に記載の方法。 4 高級塩素化ケイ素がオクタクロロトリシラン
(n=3)である特許請求の範囲第1項もしくは
第2項に記載の方法。 5 高級塩素化ケイ素が、ヘキサクロロジシラン
(n=2)を含有する組成物として得られる特許
請求の範囲第1項もしくは第2項に記載の方法。 6 3個の反応器A,B,Cを使用する特許請求
の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載の方
法。
[Claims] 1. By forming a fixed layer of silicon particles or silicon alloy particles (hereinafter referred to as metal particles) and introducing chlorine into the fixed layer to cause a solid-gas reaction and chlorination, the general formula ( ) SinCl 2o+2 () (n is an integer of 2 or more) In the method for producing higher chlorinated silicon represented by B, C, ... are arranged so that they can be switched between each other, and first, at least two of them, fresh reactors A and B, are connected in series with A as the first stage and B as the second stage. form the reaction system of the cycle,
The first stage reactor A is used as the main reaction zone and the charged metal particles are reacted until almost completely chlorinated, and during this time, the second stage reactor B is used as the auxiliary reaction zone and the unreacted metal particles are discharged from A and supplied to B. The stage cycle is completed so that the chlorine gas is almost completely reacted in the zone, and then the above B is connected in series as the first stage and another fresh reactor C as the second stage. A stage cycle reaction system is formed, with B serving as the main reaction zone to preferentially react the metal particles remaining unreacted in the stage cycle to completely chlorinate them, while C serving as the auxiliary reaction zone. The process of the first stage cycle is completed by performing the same operation process as the first stage cycle, and the reactors A, B, etc., in which the metal particles have been completely chlorinated, are refilled with fresh metal particles as appropriate to freshen them. A method for producing higher chlorinated silicon, which comprises repeating the above cycle while using fixed bed reactors A, B, . . . . 2. The method according to claim 1, wherein the silicon alloy is calcium silicide, iron silicide or magnesium silicide. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the higher chlorinated silicon is hexachlorodisilane (n=2). 4. The method according to claim 1 or 2, wherein the higher chlorinated silicon is octachlorotrisilane (n=3). 5. The method according to claim 1 or 2, wherein the higher chlorinated silicon is obtained as a composition containing hexachlorodisilane (n=2). 6. The method according to any one of claims 1 to 6, which uses three reactors A, B, and C.
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