KR101038527B1 - 막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치 - Google Patents

막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101038527B1
KR101038527B1 KR1020100102249A KR20100102249A KR101038527B1 KR 101038527 B1 KR101038527 B1 KR 101038527B1 KR 1020100102249 A KR1020100102249 A KR 1020100102249A KR 20100102249 A KR20100102249 A KR 20100102249A KR 101038527 B1 KR101038527 B1 KR 101038527B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
hydrogen
hydrogen gas
pipe
monosilane
Prior art date
Application number
KR1020100102249A
Other languages
English (en)
Inventor
김익진
Original Assignee
(주)일진에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)일진에너지 filed Critical (주)일진에너지
Priority to KR1020100102249A priority Critical patent/KR101038527B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101038527B1 publication Critical patent/KR101038527B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/029—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of monosilane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치에 관한 것으로, 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스로 구성된 혼합가스를 일정 압력으로 막부재를 갖춘 수소분리모듈에 공급하는 단계, 수소분리모듈이 혼합가스로부터 수소가스를 분리하여 배출하는 단계 및 수소분리모듈이 잔류가스를 배출하는 단계를 포함하여서, 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스의 혼합가스로부터 수소가스를 소규모의 설비 및 공정과 저렴한 비용으로도 효율적으로 분리할 수 있게 된다.

Description

막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치 {Method and apparatus for seperating hydrogen gas from monosilane gas using membrane member}
본 발명은 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스의 혼합가스에서 막부재를 이용하여 수소가스를 분리 및 회수하는 분리방법과 분리장치에 관한 것이다.
폴리실리콘은 결정구조가 다결정 상태이면서 순도가 매우 높아 현재 반도체소자, 태양전지 등 상업적으로 널리 이용되고 있다.
이와 같은 폴리실리콘은 막대형 또는 입자형으로 제조되고 있는데, 그 제조방법을 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
우선, 규석 또는 규사(주성분: SiO2)와 흑연(주성분: C)을 아크 방전로에서 반응시키면 순도가 약 99 % 정도의 금속급 Si(Metallurgical Si: 이하 MG-Si)가 제조된다.
이 MG-Si를 출발물질로 하여 화학 반응, 즉 가스화 공정을 통해 실란(Silane) 원료를 합성, 분리하고 충분히 정제하면, 고순도를 갖는 가스 상태의 실란 원료를 제조하게 된다. 제조되는 고순도의 실란 원료로는 화학식 SiHCl3로 표현되는 삼염화실란(Trichlorosilane)가스 또는 화학식 SiH4로 표현되는 모노실란(Monosilane)가스이다. 삼염화실란가스는 MG-Si를 HCl과 반응시켜 얻고, 모노실란가스는 MG-Si를 SiCl4 및 H2와 반응시키거나 MG-Si를 SiF4 및 NaAlH4와 반응시켜 얻는다.
다음으로, 화학증기증착(Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 고순도의 실란가스로부터 실리콘을 석출하여 고체 상태의 폴리실리콘을 제조한다.
실란가스는 고온의 환경 하에서 수소환원 반응 및 열분해 반응을 통해 Si 미립자를 생성시키는데, 이와 같이 생성된 Si 미립자가 결정 씨드(Seed)로 기능하는 막대(Rod) 또는 입자의 표면에 석출되어 다결정의 폴리실리콘이 얻어지게 되는 것이다.
이와 같이 실란가스를 이용하여 고체 상태의 폴리실리콘을 제조하는 방법으로는 지멘스(Siemens) 석출법과 유동층 석출법이 있는데, 아래에서는 도면을 참조하여 지멘스 석출법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 지멘스 석출법에 의해 폴리실리콘을 제조하는 장치의 개략도로서, 지멘스 석출법은 도 1에 도시된 바와 같이 종형 반응기(Bell-Jar Reactor)를 이용하여 실란가스로부터 막대형 폴리실리콘을 제조하는 방법이다.
구체적으로 설명하면, 청정 분위기로 유지되는 스테인리스강 재질의 종형 반응기(10) 내부에 6 ~ 7 mm 정도의 가느다란 굵기를 갖는 Si 코어 필라멘트(20)를 ∩형상으로 위치시키고, Si 코어 필라멘트(20)의 말단을 전극(30)과 연결시킨다. 이어서, 예열기(Preheater)를 이용하여 약 300 ℃ 이상으로 예열시킴으로써 Si 코어 필라멘트(20)의 비저항을 낮춰 전기저항 가열이 가능하게 한다. 이때, 전극(30)을 통해 소정 전위차의 전기를 공급하면, Si 코어 필라멘트(20)가 높은 온도로 가열될 수 있고, 실란가스 및 수소가스로 이루어진 반응가스를 종형 반응기(10) 내부로 공급하면, Si 코어 필라멘트(20)의 표면에 Si가 석출되면서 점차 Si 코어 필라멘트(20)의 굵기가 증가하게 된다. 이와 같은 전기저항 가열 및 Si 석출을 수일 내지 수십일 이상 유지하게 되면, 직경이 약 10 내지 15 cm 정도가 되는 막대형 폴리실리콘 제품을 얻게 되는 것이다.
여기서, 실란가스로 모노실란가스를 사용하면, 석출 온도를 약 1,100 ℃에서 약 800 ℃로 낮출 수 있어서 가열 부담이 줄어들지만, 열분해 반응으로 불가피하게 Si 분말이 대량으로 발생하게 된다.
전술한 폴리실리콘의 제조공정에서 통상 수소가스는 모노실란가스의 10 ~ 55 배의 양이 사용되며, 1 ton의 폴리실리콘을 생산하는 경우에 약 13,400 L/min의 고순도 수소가스가 필요하다.
그런데, 폴리실리콘의 제조시 미반응된 모노실란가스 및 오염된 수소가스, 그리고 Si 분말 등이 종형 반응기(10)로부터 배출되는데, 특히 제조 후 배출되는 오염된 수소가스는 사용량의 1.2 ~ 1.3 배에 이르고 있음에도 불구하고 대부분 폐기 처분되고 있는 실정에 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 증류탑에서 수산화나트륨을 이용하여 수소가스와 모노실란가스의 혼합가스로부터 수소가스를 분리하는 방식이 제안되었으나, 이는 대규모의 설비 및 과다한 공정을 필요로 하고 분리 공정에 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.
따라서, 폴리실리콘의 제조 원가를 대폭 절감하여 경쟁력을 확보하기 위해서는 저렴하고 안정되게 수소가스를 분리, 회수하여 재사용하는 기술이 요구되었다.
이에 본 발명은 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스의 혼합가스에서 간단히 막부재를 이용하여 수소가스를 분리 및 회수함으로써, 수소가스와 모노실란가스를 분리하기 위해 소요되는 설비 및 공정과 비용을 대폭 절감할 수 있는 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 분리방법은, 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스로 구성된 혼합가스가 적어도 하나의 수소분리모듈의 하우징 일측에 형성된 혼합가스 주입구를 통해 공급되는 단계; 상기 수소분리모듈 내에서 상기 혼합가스로부터 수소가스가 분리되되, 상기 수소분리모듈의 하우징 내에는 막부재를 구성하는 다수의 멤브레인이 수소가스 수집관에 대해 소용돌이 모양으로 감겨 있고, 상기 수소가스 수집관은 경방향으로 다수의 관통구멍이 형성되어 있어, 상기 혼합가스가 상기 멤브레인들 사이의 틈새로 흘러 나아갈 때, 상기 수소가스는 상기 멤브레인을 침투하고 통과하여 상기 수소가스 수집관의 관통구멍으로 흘러들어가게 됨으로써, 상기 수소가스가 분리되는 단계; 상기 분리된 수소가스는 상기 수소가스 수집관의 개구부를 통해, 상기 수소가스 수집관과 연결되면서 상기 하우징의 밖으로 뻗은 수소가스 배출관으로 배출되는 단계; 및 상기 멤브레인을 투과하지 못한 잔류가스는 상기 틈새를 따라 상기 막부재를 빠져나간 후 상기 하우징의 타측에 형성된 잔류가스 배출구를 통해 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분리장치는, 폴리실리콘을 제조하는 반응기; 상기 반응기에 연결되어 상기 반응기로부터 수소가스와 모노실란가스로 구성된 혼합가스를 배출하는 혼합가스용 파이프; 상기 혼합가스용 파이프에 연결되는 혼합가스 주입구가 일측에 형성되고 타측에 잔류가스 배출구가 형성된 통형상 하우징, 상기 하우징 내에 설치되면서 다수의 관통구멍이 경방향으로 형성된 수소가스 수집관에 대해 소용돌이 모양으로 감겨 있는 다수의 멤브레인으로 구성된 막부재, 상기 수소가스 수집관에 연결되는 수소가스 배출관, 및 상기 하우징을 밀폐하면서 상기 수소가스 배출관이 관통되도록 지지하는 덮개를 구비하여 상기 혼합가스로부터 수소가스를 분리하는 적어도 하나의 수소분리모듈; 상기 수소가스 배출관에 연결되어 상기 분리된 수소가스를 배출하는 수소가스용 파이프; 및 상기 잔류가스 배출구에 연결되어 잔류가스를 배출하는 잔류가스용 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
이상과 같이 본 발명에 의하면, 간단히 막부재를 이용함으로써, 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스의 혼합가스로부터 수소가스를 소규모의 설비 및 공정과 저렴한 비용으로도 효율적으로 분리할 수 있게 된다.
이에 따라 분리된 수소가스를 폴리실리콘의 제조공정에 재투입하거나 상업적으로 활용할 수 있게 되어, 폴리실리콘의 제조 원가를 대폭 절감하게 됨은 물론 가격 경쟁력을 확보하게 되는 효과가 있게 된다.
도 1은 지멘스 석출법에 의해 폴리실리콘을 제조하는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수소가스와 모노실란가스의 분리장치를 도시한 모식도다.
도 3은 본 발명에 따른 분리장치의 한 변형예를 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 분리장치의 다른 변형예를 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 분리장치에 구비되는 수소분리모듈을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 막부재의 수소가스 분리작용을 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 수소가스와 모노실란가스의 분리장치를 모식적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수소가스와 모노실란가스의 분리장치는, 폴리실리콘을 제조하는 데 사용되는 반응기(100) 또는 도가니, 이 반응기(100) 또는 도가니에 연결되어 수소가스와 모노실란가스로 구성된 혼합가스를 배출하는 혼합가스용 파이프(101), 이 혼합가스용 파이프(101)에 연결되어 주입된 혼합가스로부터 수소가스를 분리하도록 막부재를 갖춘 적어도 하나의 수소분리모듈(110), 이 수소분리모듈(110)의 분리된 수소가스를 배출하는 수소가스 배출관(113)에 연결되는 수소가스용 파이프(102), 및 수소분리모듈(110)에 연결되어 잔류가스가 배출되는 잔류가스용 파이프(103)를 포함하고 있다.
여기서, 혼합가스용 파이프(101)를 통해 주입되는 혼합가스의 압력을 높임으로써 수소가스의 회수율을 상승시킬 수 있다. 공정상으로는 약 3 Kg/cm2의 압력으로 혼합가스를 수소분리모듈(110)에 공급한다.
수소분리모듈(110)은 혼합가스로부터 수소가스를 분리하여 배출함과 더불어, 잔류가스(모노실란가스 및 잔여 수소가스)를 배출하게 된다. 이들 수소가스 및 잔류가스는 각각 별도로 배출되게 된다.
또한, 본 발명에 따른 분리장치는, 혼합가스용 파이프(101)와 수소가스용 파이프(102) 및 잔류가스용 파이프(103)에 함께 연결되는 분석기(104)를 더 포함하고 있다. 이 분석기(104)는 소위 가스 크로마토그래피 분석기(Gas Chromatography Analyzer)로서, 각 파이프를 통과하는 가스의 순도를 측정하게 된다. 이러한 분석기(104)의 순도 측정에 따라, 후술하는 막부재의 수명을 측정하고 그 결과에 따라 막부재의 교환주기를 결정할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 분리장치의 한 변형예를 모식적으로 도시한 것으로, 여기에는 수소분리모듈(110a, 110b)들이 직렬로 연결되어 있다. 예를 들어, 반응기(100)에 상대적으로 인접한 제1수소분리모듈(110a)과 반응기(100)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있는 제2수소분리모듈(110b)을 구비하는데, 이때 제1수소분리모듈(110a)에 연결된 잔류가스용 파이프가 제2수소분리모듈(110b)에 대해서는 혼합가스용 파이프로 작용하게 되어 있다.
이러한 연결 형태는 수소가스의 회수율을 향상시키는 효과가 있게 된다. 예를 들어 각 수소분리모듈이 약 50 %의 수소가스 회수율을 갖는다고 가정하면, 제1수소분리모듈(110a)에서 50 %의 수소가스가 분리 및 회수되는 한편, 나머지 50 %의 수소가스를 함유한 잔류가스가 제2수소분리모듈(110b)로 주입되고, 이어서 제2수소분리모듈(110b)에서 주입되는 잔류가스 중 절반의 수소가스를 분리 및 회수하여, 결국 분리장치의 전체에서는 50 % + 25 % = 75 %의 수소가스를 분리 및 회수할 수 있게 되는 것이다.
물론, 이 변형예에도 분석기(104)를 구비할 수 있지만, 도해를 간략히 하기 위해 생략하였다.
도 4는 본 발명에 따른 분리장치의 다른 변형예를 모식적으로 도시한 것으로, 여기에는 수소분리모듈(110a, 110b)들이 병렬로 연결되어 있다. 예를 들어, 반응기(100)로부터 분기(分岐)되는 혼합가스용 파이프(101)를 통해 각각의 제1수소분리모듈(110a)과 제2수소분리모듈(110b)에 혼합가스가 주입되고, 각 수소분리모듈(110a, 110b)에서 배출되는 수소가스 및 잔류가스를 수소가스용 파이프(102) 및 잔류가스용 파이프(103)에 취합하도록 구성되어 있다.
이러한 연결 형태는 혼합가스의 공급량이 많은 경우에 수소가스의 회수량을 높일 수 있는 효과가 있게 되며, 이 역시 분석기(104)를 구비할 수 있지만, 도해를 간략히 하기 위해 생략하였다.
또한, 도 3 및 도 4에는 단지 2개의 수소분리모듈이 직렬 또는 병렬로 연결된 형태를 나타내고 있지만, 이에 한정되지 않고 2개 이상의 수소분리모듈이 직렬 또는 병렬로 연결되어도 무방하다.
도 5는 본 발명에 따른 분리장치에 구비되는 수소분리모듈을 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 막부재의 수소 분리 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면에 도시된 것처럼, 수소분리모듈(110)은 일측에 혼합가스 주입구(111a)가 형성되고 타측에 잔류가스 배출구(111b)가 형성된 통형상 하우징(111), 이 하우징(111) 내에 설치되는 막부재(112), 이 막부재(112)의 수소가스 수집관(112b)에 연결되는 수소가스 배출관(113), 및 하우징(111)을 밀폐하면서 수소가스 배출관(113)이 관통되도록 지지하는 덮개(114)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
하우징(111)은 원형 단면을 가지며 한쪽이 개방된 통형상의 금속 하우징으로서, 일측 측면으로 혼합가스 주입구(111a)와 타측 측면으로 잔류가스 배출구(111b)가 형성되어 있다. 이 혼합가스 주입구(111a)는 혼합가스용 파이프(101; 도 2 내지 도 4 참조)에 연결되고, 잔류가스 배출구(111b)는 잔류가스용 파이프(103; 도 2 내지 도 4 참조)에 연결된다. 다만, 전술한 바와 같이 2개 이상의 수소분리모듈이 직렬로 연결되는 경우에는 반응기(100)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있는 수소분리모듈(예컨대 도 3의 110b)의 혼합가스 주입구가 반응기(100)에 상대적으로 인접한 수소분리모듈(예컨대 도 3의 100a)로부터 이어지는 잔류가스용 파이프와 연결될 수 있다. 또, 하우징(111)은 후술하는 덮개(114)의 설치를 위해 개방된 쪽의 선단에 플랜지(111c)를 구비하고 있다.
막부재(112)는 하우징(111) 내에 삽입되어 수용되게 된다. 이러한 막부재(112)가 실질적으로 수소가스와 모노실란가스를 분리하게 되는데, 본 발명의 분리장치에는 막부재(112)를 구성하는 다수의 멤브레인(112a)이 수소가스 수집관(112b)에 대해 소용돌이 모양으로 감겨 있는 형태의 것이 바람직하다.
멤브레인(112a)은 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리아라미드, 폴리이미드, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리아세틸렌, 실리콘고무 중 하나 또는 둘 이상의 재료를 조합하여 만들어지며, 동일한 재료들로 만들어진 2 이상의 멤브레인이 소용돌이 모양으로 감겨 방사상으로 적층되거나 상이한 재료들로 만들어진 2 이상의 멤브레인이 번갈아 소용돌이 모양으로 감겨 방사상으로 적층되어 이루어지게 된다.
수소가스 수집관(112b)은 소용돌이 모양으로 감긴 멤브레인(112a)의 중앙에 위치하는데, 경방향으로 형성된 다수의 관통구멍(112c)이 구비되어 있다. 또, 수소가스 수집관(112b)은 한쪽 선단이 개방된 개구부(112d)를 갖추며, 반대쪽 선단은 폐쇄되어 있다.
따라서, 도 6에서처럼, 수소가스 수집관(112b)의 길이방향을 따라 막부재(112) 내로 소정의 압력을 가진 혼합가스가 유입되면(화살표 A), 혼합가스는 적층된 멤브레인(112a)의 사이의 틈새로 흘러 나아가게 되고(화살표 B), 분자량이 가장 작은 수소가스가 멤브레인(112a)을 빠른 속도로 침투하고 통과하여(화살표 C), 수소가스 수집관(112b)의 관통구멍(112c)으로 흘러들어가게 된다(화살표 D).
하지만, 혼합가스 중 무거운 모노실란가스 및 일부 수소가스는 멤브레인(112a)을 투과하지 못하고 바로 멤브레인(112a) 사이의 틈새를 따라 막부재(112)를 빠져나가게 된다(화살표 E).
수소가스 수집관(112b) 내로 모인 수소가스는 수소가스 수집관(112b)의 개구부(112d)를 통해, 이 수소가스 수집관(112b)과 연결되어 있는 수소가스 배출관(113: 도 5 참조)으로 배출되게 된다(화살표 F). 이때 배출되는 수소가스의 압력은 대략 0.01 ~ 0.1 Kg/cm2의 범위 내에 있다.
수소가스 배출관(113)은 수소가스 수집관(112b)과 동심축상에 연결되어 있고, 하우징(111)의 밖으로 뻗어 있다.
덮개(114)가 다수의 볼트(115) 및 너트(116)에 의해 하우징(111)의 플랜지(111c)에 결합되며, 그 중앙에 구멍(114a)이 형성되어 있어 전술한 수소가스 배출관(113)이 이 구멍(114a)을 관통하여 하우징(111)의 밖으로 뻗을 수 있게 됨과 동시에 수소가스 배출관(113)이 구멍(114a)에 의해 지지되게 된다. 수소가스 배출관(113)이 구멍(114a)을 관통한 채로 덮개(114)에 용접 등의 방법에 의해 고정되어 있으면서 수소가스 수집관(112b)에도 연결되어 있어, 덮개(114)를 플랜지(111c)에 결합 또는 덮개(114)를 플랜지(111c)로부터 분리하는 것만으로 하우징(111) 내에 막부재(112)를 조립하거나 하우징(111)으로부터 막부재(112)를 분해하는 것이 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 수소가스의 안전한 흐름을 위해, 본 발명의 분리장치에는 밀봉수단(미도시)이 구비되어 있는데, 모든 파이프의 연결부에는 개스킷과 O링 등이 설치되어 수소가스의 누설을 방지하도록 되어 있다.
본 발명에 따른 분리장치에 의해 분리되고 회수된 수소가스는 폴리실리콘의 제조공정에 재투입하거나, 수소연료전지, 전기, 난방 등의 분야에서 활용할 수 있게 된다. 이에 따라 폴리실리콘의 제조 원가를 대폭 절감하게 됨은 물론 가격 경쟁력을 확보하게 되며, 에너지의 절약이라는 부가적인 효과도 얻게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 폴리실리콘을 제조하는 반응기(100);
    상기 반응기(100)에 연결되어 상기 반응기(100)로부터 수소가스와 모노실란가스로 구성된 혼합가스를 배출하는 혼합가스용 파이프(101);
    상기 혼합가스용 파이프(101)에 연결되는 혼합가스 주입구(111a)가 일측에 형성되고 타측에 잔류가스 배출구(111b)가 형성된 통형상 하우징(111), 상기 하우징(111) 내에 설치되면서 다수의 관통구멍(112c)이 경방향으로 형성된 수소가스 수집관(112b)에 대해 소용돌이 모양으로 감겨 있는 다수의 멤브레인(112a)으로 구성된 막부재(112), 상기 수소가스 수집관(112b)에 연결되는 수소가스 배출관(113), 및 상기 하우징(111)을 밀폐하면서 상기 수소가스 배출관(113)이 관통되도록 지지하는 덮개(114)를 구비하여 상기 혼합가스로부터 수소가스를 분리하는 적어도 하나의 수소분리모듈(110);
    상기 수소가스 배출관(113)에 연결되어 상기 분리된 수소가스를 배출하는 수소가스용 파이프(102); 및
    상기 잔류가스 배출구(111b)에 연결되어 잔류가스를 배출하는 잔류가스용 파이프(103)
    를 포함하는 수소가스와 모노실란가스의 분리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합가스용 파이프(101), 상기 수소가스용 파이프(102) 및 상기 잔류가스용 파이프(103)에 함께 연결되는 분석기(104)를 더 포함하며,
    상기 분석기(104)는 상기 각 파이프를 통과하는 가스의 순도를 측정하는 것을 특징으로 하는 수소가스와 모노실란가스의 분리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소분리모듈이 2개 이상으로 구비될 때, 상기 수소분리모듈은 직렬로 연결되고,
    상기 반응기(100)에 상대적으로 인접한 수소분리모듈에 연결된 잔류가스용 파이프가 상기 반응기(100)에 상대적으로 멀리 떨어진 수소분리모듈에 대해 혼합가스용 파이프로 작용하는 것을 특징으로 하는 수소가스와 모노실란가스의 분리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소분리모듈이 2개 이상으로 구비될 때, 상기 수소분리모듈은 병렬로 연결되고,
    상기 반응기(100)로부터 분기되는 혼합가스용 파이프(101)를 통해 상기 각각의 수소분리모듈에 혼합가스가 주입되고, 상기 각 수소분리모듈에서 배출되는 수소가스 및 잔류가스를 상기 수소가스용 파이프(102) 및 상기 잔류가스용 파이프(103)에 취합하도록 된 것을 특징으로 하는 수소가스와 모노실란가스의 분리장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 덮개(114)는 다수의 볼트(115) 및 너트(116)에 의해 상기 하우징(111)의 플랜지(111c)에 결합되며,
    상기 덮개(114)의 중앙에 구멍(114a)이 형성되어 있어 상기 수소가스 배출관(113)이 상기 구멍(114a)을 관통하여 상기 하우징(111)의 밖으로 뻗게 되는 것을 특징으로 하는 수소가스와 모노실란가스의 분리장치.
  9. 폴리실리콘의 제조공정에서 배출되는 수소가스와 모노실란가스로 구성된 혼합가스가 적어도 하나의 수소분리모듈(110)의 하우징(111) 일측에 형성된 혼합가스 주입구(111a)를 통해 공급되는 단계;
    상기 수소분리모듈(110) 내에서 상기 혼합가스로부터 수소가스가 분리되되, 상기 수소분리모듈(110)의 하우징(111) 내에는 막부재(112)를 구성하는 다수의 멤브레인(112a)이 수소가스 수집관(112b)에 대해 소용돌이 모양으로 감겨 있고, 상기 수소가스 수집관(112b)은 경방향으로 다수의 관통구멍(112c)이 형성되어 있어, 상기 혼합가스가 상기 멤브레인(112a)들 사이의 틈새로 흘러 나아갈 때, 상기 수소가스는 상기 멤브레인(112a)을 침투하고 통과하여 상기 수소가스 수집관(112b)의 관통구멍(112c)으로 흘러들어가게 됨으로써, 상기 수소가스가 분리되는 단계;
    상기 분리된 수소가스는 상기 수소가스 수집관(112b)의 개구부(112d)를 통해, 상기 수소가스 수집관(112b)과 연결되면서 상기 하우징(111)의 밖으로 뻗은 수소가스 배출관(113)으로 배출되는 단계; 및
    상기 멤브레인(112a)을 투과하지 못한 잔류가스는 상기 틈새를 따라 상기 막부재(112)를 빠져나간 후 상기 하우징(111)의 타측에 형성된 잔류가스 배출구(111b)를 통해 배출되는 단계
    를 포함하는 수소가스와 모노실란가스의 분리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼합가스가 공급되는 단계, 상기 수소가스가 배출되는 단계 및 상기 잔류가스가 배출되는 단계는, 각 파이프를 통과하는 가스의 순도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스와 모노실란가스의 분리방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020100102249A 2010-10-20 2010-10-20 막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치 KR101038527B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100102249A KR101038527B1 (ko) 2010-10-20 2010-10-20 막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100102249A KR101038527B1 (ko) 2010-10-20 2010-10-20 막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101038527B1 true KR101038527B1 (ko) 2011-06-02

Family

ID=44404905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100102249A KR101038527B1 (ko) 2010-10-20 2010-10-20 막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101038527B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008155118A (ja) * 2006-12-22 2008-07-10 Nippon Seisen Co Ltd 水素分離用複合膜と、この水素透過膜を用いた水素分離用モジュール
KR100854794B1 (ko) * 2007-12-28 2008-08-27 한국과학기술연구원 수소 분리장치
KR20100101302A (ko) * 2009-03-09 2010-09-17 (주)룩스이엔지 폴리실리콘 제조장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008155118A (ja) * 2006-12-22 2008-07-10 Nippon Seisen Co Ltd 水素分離用複合膜と、この水素透過膜を用いた水素分離用モジュール
KR100854794B1 (ko) * 2007-12-28 2008-08-27 한국과학기술연구원 수소 분리장치
KR20100101302A (ko) * 2009-03-09 2010-09-17 (주)룩스이엔지 폴리실리콘 제조장치 및 이를 이용한 폴리실리콘 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8940264B2 (en) Process for producing polycrystalline silicon
TWI507359B (zh) 製備三氯矽烷之方法及設備
JP5415290B2 (ja) プラズマ支援合成
CA2778829C (en) Process for producing polysilicon
US9242867B2 (en) Polycrystalline silicon
WO2007102745A1 (en) Method for the manufacture of pure silicon metal and amorphous silica by reduction of quartz (sio2)
JP4659797B2 (ja) 多結晶シリコンの製造方法
KR101545201B1 (ko) 열 플라스마 유동층 반응장치 및 이를 이용한 실리콘의 제조방법
KR101038527B1 (ko) 막부재를 이용한 수소가스와 모노실란가스의 분리방법과 분리장치
KR20040025590A (ko) 컵 반응기에서 기체상 물질의 열분해에 의한 고체의침착방법
CA2901262C (en) Gas distributor for a siemens reactor
US10252916B2 (en) Methods for separating halosilanes
CN202175562U (zh) 流化床反应器
CN219424369U (zh) 一种流化床
US20220332579A1 (en) Systems and processes for production of trisilylamine
US20120063985A1 (en) Silicon manufacturing apparatus and silicon manufacturing method
CA2938453C (en) Method for producing polycrystalline silicon
US10632438B2 (en) Fluidized bed reactor and process for producing polycrystalline silicon granules
WO2015174705A1 (ko) 수평형 반응기를 이용한 폴리실리콘 제조 장치 및 제조 방법
AT513735B1 (de) Verfahren zur plasmachemischen Herstellung von Chlorsilanen
CN118289765A (zh) 一种颗粒硅生产系统和方法
CN102001667B (zh) 三氯硅烷合成装置及方法
CN201857274U (zh) 一种有栅板式硅粉阻挡器的三氯硅烷合成装置
US20220410114A1 (en) Device and method of producing liquid silicon
CN201914924U (zh) 一种有筛网式硅粉阻挡器的三氯硅烷合成装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140520

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150424

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160502

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170504

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180425

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190416

Year of fee payment: 9