KR101400481B1 - 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치 - Google Patents

트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치 Download PDF

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Abstract

테트라클로로실란과 수소를 900℃ ∼ 1900℃ 에서 반응시켜 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 생성시키고, 반응실로부터 도출된 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로까지 냉각시킴으로써, 반응 생성 가스의 냉각 속도를 적정화하여 테트라클로로실란으로의 역반응 및 폴리머의 부생을 방지하고, 이 냉각된 반응 생성 가스를 반응실 (2) 에 도입되는 테트라클로로실란 또는 수소 중 적어도 일방 사이에서 열교환을 실시하여 예열하는 트리클로로실란의 제조 방법 및 장치.
트리클로로실란, 테트라클로로실란, 전환율, 역반응

Description

트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치{PROCESS FOR PRODUCING TRICHLOROSILANE AND APPARATUS FOR PRODUCING TRICHLOROSILANE}
본 발명은 테트라클로로실란과 수소를 반응시켜 트리클로로실란으로 전환하는 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란 제조 장치에 관한 것이다.
본원은 2006년 11월 30일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2006-323097호 및 2007년 10월 22일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2007-273547호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
고순도 다결정 실리콘은, 예를 들어 트리클로로실란 (SiHCl3 : TCS 로 약칭), 테트라클로로실란 (SiCl4 : STC 로 약칭), 및 수소를 원료로 하고, 다음 식 (1) 에 나타내는 트리클로로실란의 수소 환원 반응, 다음 식 (2) 에 나타내는 트리클로로실란의 열분해 반응에 의해 제조할 수 있다.
SiHCl3 ＋ H2 → Si ＋ 3HCl … (1)
4SiHCl3 → Si ＋ 3SiCl4 ＋ 2H2 … (2)
상기 제조 방법의 원료가 되는 트리클로로실란은, 금속 실리콘에 염화 수소를 반응시켜 조 (粗) 트리클로로실란을 제조하고, 이것을 증류 정제하여 얻어진다. 또, 상기 생성 반응의 배 (排) 가스로부터 증류 분리하여 회수한 테트라클로로실란을 원료로 하고, 다음 식 (3) 에 나타내는 수소 부가의 전환 반응에 의해 트리클로로실란을 생성시킬 수 있다.
SiCl4 ＋ H2 → SiHCl3 ＋ HCl … (3)
이 트리클로로실란을 제조하는 장치로서, 예를 들어 특허 문헌 1 에 기재되어 있는 전환 반응 장치 (전화로) 가 알려져 있다. 이 전환 반응 장치는, 발열체에 둘러싸인 반응실이 동심 배치된 2 개의 관에 의해 형성된 외실과 내실의 이중실을 갖고, 이 반응실의 하부에 열교환기가 형성되어 있으며, 그 열교환기를 개재하여 반응실에 수소와 테트라클로로실란을 공급하는 원료 가스 공급관로와, 반응실로부터 반응 생성 가스를 배출하는 배출관로가 접속되어 있고, 상기 열교환기에 있어서, 반응실에 공급되는 공급 가스가, 반응실로부터 배출되는 반응 생성 가스로부터 열을 전달받아 예열됨과 함께, 배출되는 반응 생성 가스의 냉각이 이루어지도록 되어 있다.
또, 예를 들어 특허 문헌 2 에는, 테트라클로로실란과 수소를 반응실에 도입하여 600℃ ∼ 1200℃ 의 온도에서 전환 반응시킴으로써 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 얻음과 함께, 반응실로부터 도출된 상기 반응 생성 가스를, 예를 들어 1 초 이내에 300℃ 이하에까지 달하는 냉각 속도로 급랭시키는 냉각 수단을 구비한 것이 제안되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 제3781439호
특허 문헌 2 : 일본 특허공고공보 소57-38524
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그런데, 특허 문헌 1 에 기재된 트리클로로실란의 제조 장치에서는, 반응실 하부의 열교환기에 있어서, 공급된 원료 가스와 열교환함으로써 반응 생성 가스의 냉각이 이루어지는데, 반응 생성 가스를 냉각시키는 과정에서 트리클로로실란이 염화 수소와 반응하여 사염화 규소 (STC) 와 수소로 분해되는 상기 반응식 (3) 의 역반응이 일어난다. 그래서, 종래와 같은 열교환기에 의한 냉각에서는, 냉각 속도가 느리기 때문에 상기 역반응의 발생을 충분히 억제하지는 못해, 트리클로로실란으로의 전환율이 저하된다는 문제가 있었다. 이 문제는, 보다 높은 온도에서 전환 반응을 일으킨 경우에 커지고, 특히 1200℃ 를 초과하는 온도에서 현저하였다.
또, 특허 문헌 2 에 기재되어 있는 바와 같이, 상기 역반응이 거의 일어나지 않게 되는 300℃ 이하로까지, 1 초 이하라는 극단적으로 짧은 시간에 급랭시킴으로써 상기 반응식 (3) 의 역반응을 억제하는 것이 가능한데, 이와 같이 급랭시킨 경우에는, 냉각 과정에 있어서 예를 들어 이하의 반응식 (4) 에 나타내는 바와 같이, SiCl2 가 SiCl4 와 반응하여 폴리머가 부생하는 것이 알려져 있다. 이 SiCl2 는, 이하의 반응식 (5) 에 나타내는 바와 같이, 트리클로로실란의 분해에 의해 발생하는 중간 생성물이며, 고온에서 보다 많이 생성된다. 이와 같이, 폴리머의 부생은 보다 높은 온도에서 전환 반응을 일으킨 경우에 커지고, 특히 1200℃ 를 초과하는 온도에서 현저해진다.
SiCl2 ＋ SiCl4 → Si2Cl6 … (4)
SiHCl3 → SiCl2 ＋ HCl … (5)
이와 같이 폴리머가 부생하기 때문에 트리클로로실란의 전환율이 저하됨과 함께, 부생한 폴리머가 배관의 벽에 부착되거나 하여 배관을 폐색시켜, 배관 등의 상태를 양호하게 유지할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 상기 폴리머란, 전술한 Si2Cl6 과 같이 실리콘 2 원자 이상을 함유하는 Si3Cl8 , Si2H2Cl4 등의 고차 클로로실란류의 총칭이다.
또한, 300℃ 이하로까지 냉각시킨 경우에는, 열교환기에 의해 공급 가스를 충분히 예열할 수 없어 반응 생성 가스의 여열을 활용할 수 없게 되므로, 에너지 로스가 커져, 이 트리클로로실란의 제조 장치 전체의 열효율이 현저하게 저하되어 버린다. 또한, 1000℃ 정도의 반응 생성 가스를 1 초 이내에 300℃ 이하로까지 급랭시키기 위해서는, 구성이 복잡한 냉각 장치를 사용할 필요가 있어, 트리클로로실란의 제조 비용이 대폭 증가되어 버리는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제조 방법에 있어서의 상기 문제를 해결한 것으로서, 반응 생성 가스의 여열을 이용하여 반응실에 도입되는 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방을 예열함과 함께, 반응실로부터 도출된 반응 생성 가스를 냉각시키는 공정 (냉각 수단) 을 마련하여 냉각 속도를 적정화함으로 인해, 테트라클로로실란으로의 역반응 및 폴리머의 부생을 방지함으로써, 열효율 및 전환율의 향상을 도모할 수 있는 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 트리클로로실란의 제조 방법은, 테트라클로로실란과 수소를 반응실 내에 도입하여 900℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 생성하는 전환 반응 공정과, 상기 반응실로부터 도출된 상기 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로까지 급랭시키는 냉각 공정과, 냉각된 상기 반응 생성 가스와 상기 반응실에 도입되는 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방 사이에서 열교환을 실시하여, 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방을 예열하는 예열 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명에 관한 트리클로로실란의 제조 장치는, 테트라클로로실란과 수소를 내부에 도입하여 900℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 생성하는 반응실과, 상기 반응실로부터 도출된 상기 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로까지 급랭시키는 냉각 수단과, 냉각된 상기 반응 생성 가스와 상기 반응실에 도입되는 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방 사이에서 열교환을 실시하여, 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방을 예열하는 예열 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성의 트리클로로실란의 제조 방법, 및 트리클로로실란의 제조 장치에 있어서는, 반응실로부터 도출된 반응 생성 가스가 300 ∼ 800℃ 로까지 급랭된다. 그래서, 트리클로로실란으로부터 테트라클로로실란으로의 역반응은, 800℃ 이하가 되면 현저하게는 일어나지 않게 되므로, 트리클로로실란으로의 전환율의 향상을 도모할 수 있다. 또, 급랭 후의 반응 생성 가스의 온도가 300℃ 이상이므로, 냉각 과정에 있어서의 폴리머의 발생을 억제할 수 있어, 전환율의 추가적인 향상을 도모할 수 있음과 함께 폴리머에 의한 배관 폐색 등의 트러블을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 급랭 후의 반응 생성 가스의 온도가 300℃ 이상으로 유지됨과 함께, 이 반응 생성 가스와 반응실에 도입되는 테트라클로로실란 또는 수소 중 적어도 일방 사이에서 열교환을 실시하여, 테트라클로로실란 또는 수소 중 적어도 일방을 예열하는 예열 공정 (예열 수단) 을 구비하고 있으므로, 반응 생성 가스의 여열을 이용하여 테트라클로로실란 및 수소를 예열하는 것이 가능해지고, 이 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치 전체의 열효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 트리클로로실란의 제조 방법은, 상기 전환 반응 공정이, 1200℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 상기 반응 생성 가스를 생성하는 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명의 트리클로로실란의 제조 장치는, 상기 반응실이, 테트라클로로실란과 수소를 1200℃ ∼ 1900℃ 로 가열 유지하여 전환 반응에 의해 상기 반응 생성 가스를 생성하는 것을 특징으로 한다.
이들 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치에서는, 1200℃ ∼ 1900℃ 로 전환 반응시키고 있으므로, 전환 반응이 보다 촉진되어, 트리클로로실란으로의 전환율을 향상시킬 수 있다. 또, 1200℃ 를 초과하면, 반응 생성 가스 중의 트리클로로실란의 일부가 염화 수소와 중간 생성물인 SiCl2 로 분해되어 SiCl2 가 반응 생성 가스 중에서 주요한 성분이 되므로, 폴리머가 발생하기 쉬워지는데, 본 발명에서는 급랭 후의 반응 생성 가스의 온도가 300℃ 이상으로 유지되도록 냉각 속도가 적정화되어 있기 때문에, 폴리머의 발생이 억제되어 1200℃ 이상의 고온에서 전환 반응시켜도 문제가 없다.
또, 본 발명의 트리클로로실란의 제조 방법은, 바람직하게는 상기 냉각 공정에 있어서, 상기 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 650℃ 로까지 급랭시키는 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명의 트리클로로실란의 제조 장치는, 바람직하게 상기 냉각 수단이, 상기 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 650℃ 로까지 급랭시키는 것을 특징으로 한다.
이들 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치에서는, 반응 생성 가스를 650℃ 이하의 온도로까지 냉각시키고 있기 때문에, 전환 반응의 역반응이 더욱 억제되어, 트리클로로실란으로의 전환율을 향상시킬 수 있다. 또, 냉각 온도가 650℃ 이하이므로, 냉각 후의 반응 생성 가스가 유통되는 배관이나 열교환기 등을 스테인리스강으로 형성하는 것이 가능해져, 이 제조 장치를 저비용으로 제작할 수 있다. 또한, 상기 배관이나 상기 열교환기 등을 스테인리스강으로 형성한 경우에는, 스테인리스강에 함유되는 인 (P), 붕소 (B), 비소 (As) 등이 반응 생성 가스 중에 불순물로서 혼입될 염려가 있지만, 반응 생성 가스의 온도가 650℃ 이하이므로 불순물의 혼입을 억제할 수 있어, 고순도의 트리클로로실란을 제조할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 반응 생성 가스의 여열을 이용하여 반응실에 도입되는 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방을 예열함과 함께, 반응실로부터 도출된 반응 생성 가스를 냉각시키는 수단을 형성하고 냉각 속도를 적정화하여 테트라클로로실란으로의 역반응 및 폴리머의 부생을 방지하므로, 열효율 및 트리클로로실란의 전환율을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태인 트리클로로실란의 제조 장치의 설명도이다.
도 2 는 생성 가스의 냉각 온도와 트리클로로실란 전환율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 생성 가스의 냉각 온도와 폴리머 생성률의 관계를 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
1 - 트리클로로실란의 제조 장치
2 - 반응실
3 - 냉각기
4 - 증류 장치
10 - 가스 공급 기구
11A, 11B, 11C - 가스 공급 배관
12 - 열교환기 (예열 수단)
13 - 카본 히터
20 - 생성 가스 도출 기구
21A, 21B, 21C - 생성 가스용 배관
22 - 냉각 장치 (냉각 수단)
23A, 23B - 냉각수 배관
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에, 본 발명의 실시형태인 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태인 트리클로로실란의 제조 장치 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 테트라클로로실란과 수소로 이루어지는 공급 가스를 내부에 도입하여 전환 반응에 의해 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 생성하는 반응실 (2) 과, 반응실 (2) 에 접속되어 그 반응실 (2) 내에 상기 공급 가스를 공급하는 가스 공급 기구 (10) 와, 반응실 (2) 에 접속되어 그 반응실 (2) 내부의 반응 생성 가스를 외부로 도출하는 반응 생성 가스 도출 기구 (20) 를 갖고 있다.
반응실 (2) 은, 가열 수단 (도시 생략) 을 구비하고 있고, 반응실 (2) 에 도입된 테트라클로로실란과 수소를 900℃ ∼ 1900℃ 로까지 가열하고 유지하여, 전환 반응에 의해 상기 반응 생성 가스를 생성한다. 여기서, 반응실 (2) 내를 1200℃ ∼ 1900℃ 로 설정하면, 트리클로로실란으로의 전환율이 향상된다. 즉, 1200℃ ∼ 1900℃ 의 전환 반응에 의해 많은 트리클로로실란을 취출할 수 있는 것이다.
또한, 반응실 (2) 은, 전술한 바와 같은 900℃ ∼ 1900℃ 의 고온에 대한 내열성이 필요해지기 때문에 카본으로 형성되어 있고, 또한 카본의 열화 방지와 추가적인 내열성 향상의 관점에서 카본의 표면에 탄화 규소 (SiC) 가 코팅되어 있다.
가스 공급 기구 (10) 는, 반응실 (2) 내에 도입되는 공급 가스가 유통되는 공급 가스용 배관 (11A, 11B, 11C) 과, 공급 가스와 상기 반응 생성 가스 사이에서 열교환을 실시하는 열교환기 (12) 를 구비하고 있다. 또, 이 열교환기 (12) 의 하류측 (반응실 (2) 측) 에는, 열교환기 (12) 에 의해 가열된 공급 가스를 추가로 가열하기 위한 가열 장치로서 카본 히터 (13) 가 배치 형성되어 있다.
반응 생성 가스 도출 기구 (20) 는, 반응실 (2) 내의 반응 생성 가스로부터 도출되는 반응 생성 가스가 유통되는 반응 생성 가스용 배관 (21A, 21B, 21C) 과, 반응실 (2) 로부터 도출된 반응 생성 가스를 냉각시키는 냉각 장치 (22) 를 구비하고 있다.
냉각 장치 (22) 는 냉각수 배관 (23A, 23B) 을 갖고, 이 냉각수에 의해 상기 반응 생성 가스를 냉각시키는 수랭식의 것으로서, 900℃ ∼ 1900℃ 의 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로까지 급랭 가능하도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 냉각 장치 (22) 는, 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 650℃ 로까지 급랭 가능한 구성으로 되어 있다. 또, 냉각 장치 (22) 에 의해 냉각된 반응 생성 가스가 유통되는 반응 생성 가스용 배관 (21B, 21C) 은 스테인리스강으로 구성되어 있다.
이어서, 전술한 트리클로로실란의 제조 장치 (1) 를 사용한 트리클로로실란의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 테트라클로로실란과 수소로 이루어지는 원료 가스를 가스 공급 배관 (11A) 을 통하여 열교환기 (12) 에 도입한다. 이 때의 상기 원료 가스의 온도는 약 100℃ 내외이다. 이 원료 가스가 열교환기 (12) 에 의해 300℃ ∼ 800℃ 의 반응 생성 가스와 열교환되고, 300 ∼ 800℃ 정도로 가열된다. 이와 같이 가열된 원료 가스는, 가스 공급 배관 (11B) 을 통하여 카본 히터 (13) 에 도입되어 400 ∼ 800℃ 정도로 가열되고, 가스 공급 배관 (11C) 을 통하여 반응실 (2) 내에 도입된다.
반응실 (2) 내에서는, 상기 가열 수단에 의해 공급 가스가 900℃ ∼ 1900℃ 로까지 가열되고, 전환 반응에 의해 상기 반응 생성 가스를 생성한다. 이 반응 생성 가스는, 반응 생성 가스용 배관 (21A) 을 통하여 냉각 장치 (22) 내에 도입된다. 그리고, 냉각 장치 (22) 에서 수랭되어 300℃ ∼ 800℃ 로, 본 실시형태에서는 300℃ ∼ 650℃ 로까지 급랭된다. 이와 같이 냉각된 반응 생성 가스는, 반응 생성 가스용 배관 (21B) 을 통하여 상기 열교환기 (12) 에 도입되고, 그 여열에 의해 상기 공급 가스를 예열한다.
열교환기 (12) 에 의해 추가로 냉각된 반응 생성 가스는, 냉각기 (3) 를 통하여 증류 장치 (4) 에 보내어지고, 트리클로로실란이 증류에 의해 분리된다.
상기 구성으로 이루어지는 본 실시형태의 트리클로로실란 제조 방법 및 트리클로로실란 제조 장치 (1) 에서는, 반응실 (2) 내에서 900℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스가 생성되고, 이 반응 생성 가스를 냉각 장치 (22) 에 의해 800℃ 이하로까지 급랭시키고 있으므로, 트리클로로실란과 수소의 반응에 의한 테트라클로로실란으로의 역반응의 진행을 억제할 수 있어, 트리클로로실란으로의 전환율의 향상을 도모할 수 있다.
또, 급랭 후의 반응 생성 가스의 온도가 300℃ 이상이 되도록 냉각 속도가 제어되어 있으므로, 냉각 과정에 있어서의 폴리머의 부생을 억제할 수 있고, 전환율의 추가적인 향상을 도모할 수 있음과 함께 폴리머에 의한 배관 폐색 등의 트러블을 방지할 수 있다.
또한, 반응실 (2) 에 공급 가스를 도입하는 가스 공급 기구 (10) 에, 상기 원료 가스와 반응 생성 가스 사이에서 열교환을 실시하는 열교환기 (12) 가 형성됨과 함께, 급랭 후의 반응 생성 가스의 온도가 300℃ 이상으로 되어 있으므로, 반응 생성 가스의 여열을 이용하여 공급 가스를 예열하는 것이 가능해져, 이 트리클로로실란의 제조 방법 및 트리클로로실란의 제조 장치 (1) 전체의 열효율을 향상시킬 수 있다. 또, 이와 같이 공급 가스가 열교환기 (12) 에 의해 예열됨과 함께, 카본 히터 (13) 에 의해 추가로 가열되고 있으므로, 반응실 (2) 의 가열 수단을 간단한 것으로 할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 반응실 (2) 에 있어서 1200℃ ∼ 1900℃ 에서 전환 반응시키고 있으므로, 전환 반응이 보다 촉진되어 트리클로로실란으로의 전환 율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 전환 반응의 온도가 높은 경우에는 폴리머가 생성되기 쉬워지지만, 냉각 후의 반응 생성 가스의 온도가 300℃ 이상이 되도록 냉각 장치 (22) 에서의 냉각 속도가 제어되고 있으므로, 폴리머의 생성을 방지할 수 있다.
또한, 냉각 장치 (22) 에 있어서, 반응 생성 가스를 650℃ 이하로까지 냉각시킴으로써 전환 반응의 역반응이 더욱 억제되어, 트리클로로실란으로의 전환율을 향상시킬 수 있다. 또, 냉각 장치 (22) 보다 하류측의 반응 생성 가스용 배관 (21B, 21C) 을 스테인리스강으로 형성하는 것이 가능해져, 저비용으로 이 제조 장치 (1) 를 구성할 수 있다. 또한, 반응 생성 가스용 배관 (21B, 21C) 을 구성하는 스테인리스강에 함유되는 인 (P), 붕소 (B), 비소 (As) 등이 반응 생성 가스 중에 혼입되는 것을 억제할 수 있어, 고순도의 트리클로로실란을 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 이에 한정되지는 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 본 실시형태에서는, 반응실에 테트라클로로실란과 수소로 이루어지는 공급 가스를 도입하는 것으로서 설명하였는데, 공급 가스에 디실란류가 함유되어 있어도 된다. 또한, 공급 가스로서 테트라클로로실란과 수소를 혼합한 것을 반응실에 도입하는 것으로서 설명하였는데, 이에 한정되지는 않고, 테트라클로로실란과 수소를 따로 따로 반응실에 도입해도 된다. 이 경우, 열교환기에 의해, 테트라클로로실란 또는 수소 중 적어도 일방이 예열되도록 구성되어 있으면 된다.
또한, 열교환기의 하류측에 카본 히터를 배치 형성한 것으로서 설명하였는 데, 가열 수단을 별도 형성하지 않아도 되고, 카본 히터 이외의 가열 수단을 형성해도 된다. 또, 반응실은 카본으로 형성되고, 그 표면에 탄화 규소가 코팅되어 있는 것으로서 설명하였는데, 탄화 규소가 코팅되어 있지 않아도 된다. 또한, 테트라클로로실란 및 수소의 열교환기로의 도입시의 온도가 약 100℃ 인 것으로서 설명하였는데, 이에 한정되지는 않고, 임의의 온도로 할 수 있다. 또, 냉각 장치를 제어하기 위하여, 반응실에 접속된 반응 생성 가스용 배관에 온도 센서를 형성해도 된다.
[실시예 1]
도 1 에 나타내는 제조 장치에 기초하여, 1200℃ 의 반응 온도에서 생성된 혼합 가스를 반응실 (2) 로부터 냉각 장치 (22) 에 도입하여 냉각시켰을 때의, 냉각 장치 출구의 생성 가스 온도와 트리클로로실란 전환율의 관계를 도 2 에 나타내었다. 트리클로로실란 전환율은 반응실 (2) 에 도입한 원료의 테트라클로로실란의 도입량 (STC 량) 에 대한 트리클로로실란 생성량 (TCS 량) 의 몰비 (TCS 량/STC 량 : ％) 이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 생성 혼합 가스의 냉각 온도가 800℃ 이상이면, 트리클로로실란 전환율이 28％ 이하가 되어 그 전환율이 대폭 저하된다. 한편, 생성 혼합 가스의 냉각 온도가 800℃ 보다 낮고, 예를 들어 650℃ 일 때에는, 트리클로로실란의 전환율은 약 28.5％ 로 향상된다.
[실시예 2]
도 1 에 나타내는 제조 장치에 기초하여, 1200℃ 의 반응 온도에서 생성된 혼합 가스를 반응실 (2) 로부터 냉각 장치 (22) 에 도입하여 냉각시켰을 때의, 냉각 장치 출구의 생성 가스 온도와 폴리머 생성률의 관계를 도 3 에 나타내었다. 폴리머 생성률은 반응실 (2) 에 도입한 원료인 테트라클로로실란의 도입량 (STC 량) 에 대한 폴리머 생성량 (폴리머량) 의 몰비 (폴리머량/STC 량％) 이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 생성 혼합 가스의 냉각 온도가 300℃ 이하이면, 폴리머의 생성량이 급격하게 증가된다. 따라서, 도 2 및 도 3 의 결과에 의하면, 생성 가스의 냉각 온도는 300℃ ∼ 800℃ 가 적당하고, 300℃ ∼ 650℃ 가 바람직한 것을 알 수 있다. 생성 가스의 냉각 온도가 300℃ ∼ 650℃ 인 범위에서는, 폴리머의 생성이 대폭 억제되고, 또한 트리클로로실란의 전환율이 높다.
본 발명에 의하면, 반응 생성 가스의 여열을 이용하여 반응실에 도입되는 상기 테트라클로로실란 또는 상기 수소 중 적어도 일방을 예열함과 함께, 반응실로부터 도출된 반응 생성 가스를 냉각시키는 수단을 형성하고, 냉각 속도를 적정화하여 테트라클로로실란으로의 역반응 및 폴리머의 부생을 방지하므로, 열효율 및 트리클로로실란의 전환율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 산업상 매우 유용하다.

Claims (6)

  1. 테트라클로로실란과 수소로 이루어지는 원료 가스를 반응실 내에 도입하여 900℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 생성하는 전환 반응 공정과,
    상기 반응실로부터 도출된 상기 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로까지 급랭시키는 냉각 공정과,
    냉각된 상기 반응 생성 가스와 상기 원료 가스 사이에서 열교환을 실시하여 상기 원료 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로 예열하는 예열 공정을 구비하고 있는, 트리클로로실란의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1200℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 생성된 상기 반응 생성 가스를 300℃ ~ 650 ℃ 까지 급랭시키는 , 트리클로로실란의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 예열된 원료 가스를 가열하는 공정을 갖고, 예열 후 가열된 상기 원료 가스를 상기 반응실에 도입하는, 트리클로로실란의 제조 방법.
  4. 테트라클로로실란과 수소로 이루어지는 원료 가스를 내부에 도입하여 900℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 트리클로로실란과 염화 수소를 함유하는 반응 생성 가스를 생성하는 반응실과,
    상기 반응실로부터 도출된 상기 반응 생성 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로까지 급랭시키는 냉각 수단과,
    냉각된 상기 반응 생성 가스와 상기 원료 가스 사이에서 열교환을 실시하여, 상기 원료 가스를 300℃ ∼ 800℃ 로 예열하는 예열 수단을 구비하고 있는, 트리클로로실란의 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    1200℃ ∼ 1900℃ 에서의 전환 반응에 의해 생성된 상기 반응 생성 가스를 300℃ ~ 650 ℃ 까지 급랭시키는, 트리클로로실란의 제조 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 예열된 원료 가스를 가열하는 수단을 갖고, 예열 후 가열된 상기 원료 가스를 상기 반응실에 도입하는, 트리클로로실란의 제조 장치.
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