KR101515117B1 - Purification method for off-gas and apparatus for purification of off-gas - Google Patents

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Abstract

This invention relates to a waste gas purification method and an apparatus thereof. More specifically, the present invention relates to the waste gas purification method and apparatus to remove hydrogen chloride and separate high-purity hydrogen from the waste gas that is discharged after a chemical vapor deposition from a polysilicon deposition process.

Description

폐가스의 정제방법 및 정제장치{Purification method for off-gas and apparatus for purification of off-gas}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an off-

본 발명은 폐가스의 정제방법 및 정제장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 화학기상증착 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스로부터 염화수소를 제거하고 고순도의 수소를 분리할 수 있는 폐가스의 정제방법 및 정제장치에 대한 것이다.The present invention relates to a purification method and purification apparatus for waste gas. More particularly, the present invention relates to a purification method and a purification apparatus for a waste gas which is capable of removing hydrogen chloride from discharged waste gas and separating high purity hydrogen after performing a polysilicon deposition process by a chemical vapor deposition reaction.

태양전지용 폴리실리콘을 생산하는 알려진 방법 중의 하나는 화학기상증착 (chemical vapor deposition, CVD) 반응기에서 폴리실리콘의 적층에 의한 것으로, 지멘스 공정(Siemens process)으로 알려져 있다. One known method of producing polysilicon for solar cells is by the deposition of polysilicon in a chemical vapor deposition (CVD) reactor, known as the Siemens process.

지멘스 공정에서 통상적으로 실리콘 필라멘트는 1000℃이상의 고온에서 캐리어 가스와 함께 트리클로로실란(trichlorosilane)에 노출된다. 트리클로로실란 가스는 가열된 실리콘 필라멘트 상으로 하기 식 1과 같이 실리콘을 분해하여 증착시키고, 가열된 실리콘 필라멘트를 성장시킨다.In the Siemens process, silicon filaments are typically exposed to trichlorosilane along with the carrier gas at elevated temperatures above 1000 ° C. The trichlorosilane gas decomposes and deposits silicon on a heated silicon filament as shown in the following Formula 1 to grow a heated silicon filament.

[식 1][Formula 1]

2HSiCl3 -> Si + 2HCl + SiCl4 2HSiCl 3 - > Si + 2HCl + SiCl 4

상기와 같이 화학기상증착에 의한 폴리실리콘의 증착 공정을 수행한 후, 반응 부산물로 이염화실란, 삼염화실란, 또는 사염화규소와 같은 염화실란계 화합물과, 수소 및 염화수소가 배출되게 된다. After the polysilicon is deposited by chemical vapor deposition as described above, chlorosilane compounds such as dichlorosilane, trichlorosilane, or silicon tetrachloride, hydrogen, and hydrogen chloride are discharged as reaction by-products.

이러한 염화실란계 화합물, 수소, 염화수소를 포함하는 폐가스(OGR; Off-Gas)는, 일반적으로 1) 응축 및 압축(Condensing & Compression) 공정, 2) 염화수소(HCl) 흡수 및 증류(Absorption & distillation) 공정, 3) 수소(H2) 흡착(Adsorption) 공정, 4) 염화실란계 화합물의 분리(Separation) 공정의 4단계를 거쳐 회수 및 재활용된다. The off-gas (OGR) containing such a chlorosilane compound, hydrogen and hydrogen chloride is generally used for 1) condensing and compression process, 2) hydrogen chloride absorption and distillation, step 3) is recovered and recycled hydrogen (H 2) adsorption (adsorption) process, 4) through the four stages of separation of the chlorosilane-based compound (separation) process.

보다 구체적으로 보면, 폴리실리콘 증착 반응기에서 배출된 폐가스는 응축 및 압축 공정으로 이송되어 냉각되어 넉 아웃 드럼(knock-out drum)으로 유입된다. 온도에 의한 분리가 이루어져 염화실란계(Chlorosilane) 화합물 응축상 흐름은 염화수소(HCl) 증류탑으로, 비응축상 흐름은 염화수소 흡수탑 하부로 이송되게 된다. 이때 비응축상 중 수소(H2)의 조성은 대략 90몰% 이상이다.More specifically, the waste gas discharged from the polysilicon deposition reactor is transferred to a condensation and compression process, cooled, and then introduced into a knock-out drum. The chlorosilane compound condensate stream is transferred to the hydrogen chloride (HCl) distillation column and the non-condensed stream is transferred to the bottom of the hydrogen chloride absorption column. At this time, the composition of hydrogen (H 2 ) is about 90 mol% or more.

염화수소 증류탑에서 염화수소 성분이 제거된 응축상 흐름은 흡수탑 상부에서 분무되면서 혼합되고, 비응축상 흐름 내의 염화실란계 화합물 성분 및 염화수소를 흡수하여 제거한다. The condensed phase stream from which the hydrogen chloride component has been removed from the hydrogen chloride distillation column is mixed while being sprayed at the top of the absorption column and absorbs and removes the chlorinated silane based compound component and hydrogen chloride in the non-condensed stream.

대부분의 염화실란계 화합물 성분 및 염화수소가 제거된 수소 흐름은 활성탄(Activated carbon)으로 충진된 컬럼(Column)으로 유입되어 잔존하고 있는 염화실란계 화합물 성분 및 염화수소들이 흡착되고, 고순도의 수소가 회수된다. Most of the hydrogen chloride stream from which the chlorinated silane compound and hydrogen chloride are removed flows into a column packed with activated carbon to adsorb the remaining chlorinated silane compound and hydrogen chloride, and recover high purity hydrogen .

상기에서 기술한 수소 정제 방식은 압력순환흡착(Pressure swing adsorption; PSA) 공정으로 폴리실리콘 폐가스 분리 정제를 위하여 채택되고 있다.The hydrogen purification method described above has been adopted for the separation and purification of polysilicon waste gas by a pressure swing adsorption (PSA) process.

도 3은 종래의 폐가스의 정제장치를 도시한 것이다.3 shows a conventional waste gas purifying apparatus.

도 3을 참조하면, 종래의 폐가스의 정제장치(300)는 넉아웃드럼(315), 흡수탑(325), 1차 증류탑(345), 흡착탑(355) 및 2차 증류탑(360)을 포함한다.3, a conventional waste gas purification apparatus 300 includes a knockout drum 315, an absorption tower 325, a primary distillation column 345, an adsorption column 355, and a secondary distillation column 360 .

폴리실리콘 증착 반응기(305)에서 배출된 폐가스(301)는 제 1 냉각기(310)에서 냉각 후, 넉아웃드럼(315)으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 기상의 비응축상 흐름(302) 및 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 액상의 응축상 흐름(303)으로 분리된다. 이때 폐가스(301)에 포함되어 있던 염화수소 중 대부분은 비응축상 흐름(302)에 분포하게 된다. The waste gas 301 discharged from the polysilicon deposition reactor 305 is cooled in the first cooler 310 and then flows into the knockout drum 315 to be supplied to the gas phase non- And separated into a liquid phase condensate stream 303 containing an excessive amount of silane-based compound. At this time, most of the hydrogen chloride contained in the waste gas 301 is distributed in the non-associated axial flow 302.

넉아웃드럼(315)의 상부에서 배출된 기상의 비응축상 흐름(302)은 제 2 냉각기(320)에서 추가 냉각 및 가압 후 흡수탑(325)으로 주입된다. 이때 비응축상 흐름(302)에 포함되어 있던 염화수소와 염화실란 성분의 대부분이 후술하는 1차 증류탑(345)에서 분무된 염화실란계 흐름(307)에 의해 제거된다. 한편, 흡수탑(325) 상부에서 배출된 수소 흐름(304)은 흡착탑(355)에서 최종 정제되어 재활용된다. The non-coherent non-axial stream 302 discharged from the top of the knock-out drum 315 is injected into the absorption tower 325 after further cooling and pressurization in the second cooler 320. At this time, most of the hydrogen chloride and silane chlorosilane components contained in the non-migrated stream 302 are removed by the chlorinated silane-based stream 307 sprayed from the first distillation column 345 described later. On the other hand, the hydrogen stream 304 discharged from the upper part of the absorption tower 325 is finally refined and recycled in the adsorption tower 355.

넉아웃드럼(315)의 하부에서 배출된 액상 흐름(303)은 펌프(350)를 거쳐, 흡수탑(325)에서 배출된 흐름(306)과 혼합된 후 1차 증류탑(345)으로 주입된다. 1차 증류탑(345)의 상부에서는 기상의 염화수소가 분리 배출되며, 하부에서는 염화수소가 제거된 염화실란계 흐름(307)이 배출된다. 이때 1차 증류탑(345) 공정은 전체 정제공정 중 약 40% 이상의 에너지가 소비되어, 가장 많은 에너지가 소비되는 고에너지 공정으로 운행된다. 이 염화실란계 흐름(307)의 대부분은 다시 펌프(335) 및 냉각기(330)를 거쳐 흡수탑(325)으로 이송되어 비응축상 흐름(302) 내의 염화수소 및 염화실란 흡수에 사용되며, 나머지는 2차 증류탑(360)으로 이송되어 이/삼염화실란과 사염화규소로 분리된 후 재활용된다.The liquid stream 303 discharged from the lower portion of the knockout drum 315 is mixed with the flow 306 discharged from the absorption tower 325 via the pump 350 and then injected into the primary distillation column 345. The gaseous hydrogen chloride is separated and discharged from the upper portion of the primary distillation column 345 and the chlorinated silane-based stream 307 from which hydrogen chloride is removed is discharged from the lower portion. At this time, the primary distillation tower (345) process consumes about 40% or more of the total refining process, and operates in a high energy process which consumes the most energy. The majority of the chlorosilane-based stream 307 is again transported to the absorber 325 through the pump 335 and the cooler 330 to be used for the absorption of hydrogen chloride and chlorosilane in the non-smelting stream 302, Is transferred to the tea distillation tower (360) and is recycled after being separated into the iodine / trichlorosilane and silicon tetrachloride.

상기와 같은 종래의 정제 방법에서는, 비응축상 흐름(302)에 포함되어 있는 염화수소를 제거하기 위해 1차 증류탑(345)에서 염화수소 성분이 제거된 응축상 흐름(307)을 흡수탑(325)으로 분무시켜 공급한다. 이러한 공정을 위하여 흡수탑(325)에서는 냉각을 시키고, 1차 증류탑(345)에서는 가열을 할 필요가 있어 에너지 사용이 비효율적인 문제점이 있다. 또한 비응축상의 순도 확보를 위하여 흡수탑(325) 상부의 응축상 흐름을 과도하게 재순환(recycle)시켜 주고 있어 폐가스 정제 공정에서의 에너지 비용 상승에 주된 원인이 되고 있다.In the conventional purification method as described above, the condensed stream 307 from which the hydrogen chloride component has been removed in the primary distillation tower 345 is sprayed to the absorption tower 325 to remove the hydrogen chloride contained in the non- . For such a process, there is a problem that the absorption tower 325 is cooled and the primary distillation tower 345 is required to be heated so that energy use is inefficient. Also, since the condensed phase stream in the upper part of the absorption tower 325 is excessively recycled in order to secure the purity of the non-condensed phase, it is a main cause of the increase of the energy cost in the waste gas purification process.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정에서 발생하는 폐가스로부터, 염화수소 가스를 높은 에너지 효율로 효과적으로 제거할 수 있는 폐가스의 정제방법 및 정제장치를 제공하고자 한다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for purifying waste gas which can effectively remove hydrogen chloride gas from a waste gas generated in a polysilicon deposition process by a chemical vapor deposition (CVD) And to provide a purification device.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above object,

화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 비응축상 흐름과 응축상 흐름으로 분리하는 단계; 및Separating the off-gas discharged after the polysilicon deposition process by the chemical vapor deposition (CVD) reaction into the non-associated axial flow and the condensed phase flow; And

상기 응축상 흐름을 이온교환수지 촉매(ion exchange resin catalyst)를 포함하는 촉매 반응기에 통과시켜 염화수소를 제거하는 단계를 포함하는 폐가스의 정제방법을 제공한다.And passing the condensed phase stream through a catalytic reactor including an ion exchange resin catalyst to remove hydrogen chloride.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 비응축상 흐름과 응축상 흐름으로 분리하는 분리장치; 및 A separator for separating the off-gas discharged after performing the polysilicon deposition process by the chemical vapor deposition (CVD) reaction into the non-associated axial flow and the condensed phase flow; And

이온교환수지 촉매(ion exchange resin catalyst)를 포함하며, 상기 응축상 흐름으로부터 염화수소를 제거하는 촉매 반응기를 포함하는 폐가스의 정제장치를 제공한다.There is provided an apparatus for purifying waste gases comprising an ion exchange resin catalyst and a catalytic reactor for removing hydrogen chloride from the condensed phase stream.

본 발명의 폐가스의 정제방법 및 정제장치에 따르면, 폴리실리콘 증착 반응기에서 배출된 폐가스로부터 염화수소를 제거하기 위해 응축 및 압축 공정을 수행하여 비점 차이에 의한 분리를 수행하는 대신, 이온교환수지가 충진된 촉매 반응기를 사용하여 염화수소를 염화실란계 화합물로 전환하여 제거한다. 이로써 염화수소에 의해 야기될 수 있는 여러 가지 문제점, 예를 들어 부식, 염화실란의 누출, 분리막 변질, 활성탄에 포함된 불순물의 용출 형상 등을 감소시킬 수 있고, 염화수소가 제거된 고순도의 수소를 제조하여 재활용할 수 있다. According to the refining method and refining apparatus for waste gas of the present invention, the condensation and compression processes are performed to remove hydrogen chloride from the waste gas discharged from the polysilicon deposition reactor to perform isolation by the boiling point, The hydrogen chloride is converted to a chlorosilane compound by using a catalytic reactor and removed. This makes it possible to reduce various problems that can be caused by hydrogen chloride, such as corrosion, leaching of chlorosilane, deterioration of separation membrane, dissolution profile of impurities contained in activated carbon, etc., and hydrogen chloride is removed to produce high purity hydrogen It can be recycled.

또한, 본 발명의 폐가스의 정제방법 및 정제장치는 비교적 간단하고 저에너지의 장치에 의해 구현될 수 있어, 설비 및 공정 운전 비용을 절감할 수 있다.Further, the purification method and purification apparatus for waste gas of the present invention can be realized by a relatively simple and low-energy apparatus, thereby reducing facility and process operation costs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스의 정제장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스의 정제장치를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 폐가스의 정제장치를 도시한 것이다.
FIG. 1 shows an apparatus for purifying waste gas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 illustrates an apparatus for purifying waste gas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 shows a conventional waste gas purifying apparatus.

본 발명에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In the present invention, the terms first, second, etc. are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Moreover, the terminology used herein is for the purpose of describing exemplary embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising," "comprising," or "having ", and the like are intended to specify the presence of stated features, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components, or combinations thereof.

또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다. Also in the present invention, when referring to each layer or element being "on" or "on" each layer or element, it is meant that each layer or element is formed directly on each layer or element, Layer or element may be additionally formed between each layer, the object, and the substrate.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 본 발명의 폐가스의 정제방법 및 정제장치를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for purifying waste gas and the purification apparatus of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 비응축상 흐름과 응축상 흐름으로 분리하는 단계; 및 상기 응축상 흐름을 이온교환수지 촉매(ion exchange resin catalyst)를 포함하는 촉매 반응기에 통과시켜 염화수소를 제거하는 단계를 포함하는 폐가스의 정제방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: separating an off-gas discharged after a polysilicon deposition process by a chemical vapor deposition (CVD) process into a non- And passing the condensed phase stream through a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst to remove hydrogen chloride.

먼저, 본 발명의 명세서 전체에 있어서 상기 폐가스(off-gas)란, 폴리실리콘 증착 공정, 특히 화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 가스로, 다양한 화합물을 포함할 수 있으나, 염화수소(HCl), 수소(H2), 및 염화실란계 화합물을 포함하는 가스일 수 있다. 또한, 상기 폐가스는 비응축된 기상 상태, 응축된 액상 상태 또는 이들의 혼합 상태를 모두 포함하며, 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 직후 바로 배출되는 가스뿐 아니라, 상기 촉매 반응기에 투입하기 전에 다른 공정을 거쳐, 폴리실리콘 증착 공정 수행 직후와는 다른 조성을 가지게 되는 경우도 포함한다. In the specification of the present invention, the off-gas refers to a gas discharged after a polysilicon deposition process, in particular, a polysilicon deposition process by a chemical vapor deposition (CVD) process, But it may be a gas containing hydrogen chloride (HCl), hydrogen (H 2 ), and a chlorosilane-based compound. In addition, the waste gas includes all of the uncondensed gaseous state, the condensed liquid state, or the mixed state thereof, and it is possible to use not only the gas immediately discharged after the polysilicon deposition process but also other processes before the introduction into the catalytic reactor And a composition different from that immediately after the polysilicon deposition process is performed.

본 발명의 명세서 전체에 있어서 상기 응축상 흐름이란, 상기 폐가스가 냉각, 가압, 분리, 정제 등의 공정을 거쳐 액체 상태로 유동하는 흐름을 의미하며, 하나의 공정에 의해 형성된 흐름, 또는 2 단계 이상의 다단계의 공정에 의해 형성된 흐름, 또는 이들이 혼합된 흐름을 모두 포함한다. 더하여, 상기 응축상 흐름은 액상 흐름과 동일한 의미로 사용될 수 있다. In the specification of the present invention, the condensed phase flow means a flow in which the waste gas flows in a liquid state through a process such as cooling, pressurization, separation, purification, etc., and a flow formed by one process, A flow formed by a multi-step process, or a flow in which they are mixed. In addition, the condensed phase stream can be used in the same sense as the liquid phase stream.

또한 본 발명의 명세서 전체에 있어서 상기 비응축상 흐름이란, 상기 폐가스가 가열, 해압, 분리, 정제 등의 공정을 거쳐 기체 상태로 유동하는 흐름을 의미하며, 하나의 공정에 의해 형성된 흐름, 또는 2 단계 이상의 다단계의 공정에 의해 형성된 흐름, 또는 이들이 혼합된 흐름을 모두 포함한다. 더하여, 상기 비응축상 흐름은 기상 흐름과 동일한 의미로 사용될 수 있다. In the specification of the present invention, the non-antiferromagnetic flow refers to a flow in which the waste gas flows in a gaseous state through a process such as heating, depressurization, separation, purification and the like, and a flow formed by one process, Or a flow formed by the above-described multi-step process, or a flow in which these are mixed. In addition, the non-coherent flow can be used in the same sense as the gas flow.

폴리실리콘을 생산하는 알려진 방법 중의 하나로 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 반응은, 실리콘 필라멘트를 가열시킨 후 트리클로로실란과 같은 가스 상태의 실리콘 전구체 화합물을 주입하여 열분해시킴으로써 상기 실리콘 필라멘트에 실리콘을 석출시키는 방법을 말한다. One of the known methods for producing polysilicon is a chemical vapor deposition (CVD) method in which a silicon filament is heated and then a silicon precursor compound in a gaseous state such as trichlorosilane is injected and pyrolyzed to form silicon in the silicon filament And a method of precipitation.

이와 같은, 화학기상증착 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정의 부산물로, 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3), 및 사염화규소(SiCl4)과 같은 염화실란계 화합물뿐 아니라, 염화수소(HCl), 수소(H2) 등이 포함된 폐가스(off-gas)가 발생하게 된다. As a by-product of the polysilicon deposition process by the chemical vapor deposition reaction, chlorinated silane-based compounds such as dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) (HCl), hydrogen (H 2 ), and the like.

이러한 폐가스에 포함된 여러 가지 성분으로부터 수소 및 염화실란계 화합물은 분리하여 다시 화학기상증착으로 재활용할 수 있다. 그러나, 상기 폐가스에 포함된 성분 중 염화수소는 재활용이 어렵고 장치의 부식을 일으킬 수 있어 공정 후 제거하는 것이 바람직하나, 낮은 비점 및 분자량으로 인하여 제거하기가 용이하지 않다. Hydrogen and chlorosilane-based compounds can be separated from various components contained in such waste gas and recycled by chemical vapor deposition. However, since hydrogen chloride among the components contained in the waste gas is difficult to be recycled and may cause corrosion of the apparatus, it is preferably removed after the process, but it is not easy to remove due to low boiling point and molecular weight.

종래의 폐가스의 정제방법에서, 폴리실리콘 증착 반응기에서 배출된 폐가스는 응축 및 압축 공정으로 이송되어 온도에 의한 분리를 수행하였다. 이에 따라, 염화실란계(chlorosilane) 화합물을 포함하는 응축상 흐름(stream)은 증류탑으로 이송되어 상부로 염화수소를 분리하고, 비응축상 흐름은 흡수탑 하부로 이송되게 된다. In the conventional waste gas purification method, the waste gas discharged from the polysilicon deposition reactor is transferred to a condensation and compression process to perform temperature separation. Accordingly, the condensed phase stream containing the chlorosilane compound is transferred to the distillation column to separate the hydrogen chloride from the upper portion, and the non-condensed stream is transferred to the lower portion of the absorption column.

증류탑에서 염화수소(HCl) 성분이 제거된 응축상 흐름이 흡수탑 상부에서 분무되면서 혼합되고, 비응축상 흐름 내의 염화실란계(chlorosilane) 성분 및 염화수소(HCl)를 흡수하여 제거한다. The condensed phase stream from which the hydrogen chloride (HCl) component has been removed from the distillation column is mixed while being sprayed at the top of the absorption column and absorbs and removes the chlorosilane component and hydrogen chloride (HCl) in the non-condensed stream.

이후 대부분의 염화실란 성분 및 염화수소가 제거된 수소 흐름은 활성탄(Activated carbon)으로 충진된 컬럼(Column)으로 유입되어 잔존하고 있는 염화수소 및 염화실란계 화합물들이 활성탄에 의해 흡착되고, 고순도의 수소가 회수된다. Since most of the chlorinated silane components and hydrogen chloride are removed from the hydrogen stream, the remaining hydrogen chloride and chlorinated silane compounds are introduced into the column filled with activated carbon, adsorbed by the activated carbon, and high purity hydrogen is recovered do.

상기와 같은 종래의 정제 방법에서는, 비응축상 흐름에 포함되어 있는 염화수소를 제거하기 위해 증류탑에서 염화수소 성분이 제거된 응축상 흐름을 흡수탑으로 분무시켜 공급한다. 이러한 공정을 위하여 상기 흡수탑에서는 냉각을 시키고, 상기 증류탑에서는 가열을 할 필요가 있어 에너지 사용이 비효율적인 문제점이 있다. 또한 비응축상 흐름의 순도 확보를 위하여 흡수탑에 상기 응축상 흐름을 과도하게 재순환시켜 주고 있어 폐가스 정제 공정에서의 에너지 비용 상승에 주된 원인이 되고 있다. In the conventional refining method as described above, in order to remove hydrogen chloride contained in the non-condensing water stream, the condensed phase stream in which the hydrogen chloride component is removed from the distillation column is supplied to the absorption tower by spraying. For this process, the absorber is required to be cooled, and the distillation tower needs to be heated, which is a problem of inefficient use of energy. Also, since the condensate phase is excessively recirculated to the absorber for securing the purity of the non-condensed stream, it is a main cause of the increase of the energy cost in the waste gas refining process.

그러나, 본 발명의 폐가스의 정제방법은 종래의 공정에 비하여 비교적 간단하고 저에너지의 장치에 의해 구현될 수 있어, 설비 및 공정 운전 비용을 절감할 수 있는 장점을 가진다.However, the purification method of the waste gas of the present invention is relatively simple and can be implemented by a low-energy apparatus as compared with the conventional process, and thus it is possible to reduce facility and process operation costs.

본 발명의 폐가스의 정제방법에 있어서는 증류탑에서 비점의 차이로 염화수소를 기상으로 분리하는 것이 아니라, 폐가스를 기상의 비응축상 흐름과 액상의 응축상 흐름으로 분리하고, 상기 액상의 응축상 흐름을 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기에 통과시켜 염화수소를 삼염화실란 또는 사염화규소로 전환시킴으로써 염화수소의 배출을 줄일 수 있다.In the purification method of the waste gas of the present invention, instead of separating the hydrogen chloride into gas phase by the difference of boiling point in the distillation column, the waste gas is separated into the non-condensed stream of the gas phase and the liquid phase condensed phase stream, By passing hydrogen chloride through a catalytic reactor comprising a resin catalyst to trichlorosilane or silicon tetrachloride, the emission of hydrogen chloride can be reduced.

본 발명의 정제방법에 따르면, 먼저, 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 기상의 비응축상 흐름과 액상의 응축상 흐름으로 분리한다. According to the refining method of the present invention, the off-gas discharged after the polysilicon deposition process is separated into a non-condensing stream in the gas phase and a condensed phase liquid phase.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학증착반응기에서 배출된 폐가스는 냉각 후 넉아웃드럼으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 기상의 비응축상 흐름 및 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 액상의 응축상 흐름으로 분리된다. More specifically, according to one embodiment of the present invention, the waste gas discharged from the chemical vapor deposition reactor flows into the knock-out drum after cooling, and is supplied to the knock-out drum in an excess amount of hydrogen- Liquid phase condensate phase.

상기 넉아웃드럼의 상부에서 배출된 기상의 비응축상 흐름은 추가 냉각 및 가압 후 흡수탑으로 주입되는데, 상기 비응축상 흐름에 포함된 수소는 흡수탑 상부에서 배출되며, 흡착탑에서 최종 정제되어 재활용될 수 있다. 또한, 상기 비응축상 흐름에 포함되어 있는 염화수소는 흡수탑 하부로 배출되며, 하기의 촉매 반응기를 거쳐 최종 제거된다. The non-condensing stream discharged from the top of the knock-out drum is injected into the absorption tower after the additional cooling and pressurization. The hydrogen contained in the non-condensing stream is discharged from the top of the absorption tower, have. In addition, the hydrogen chloride contained in the non-condensing stream is discharged to the lower portion of the absorption tower and is finally removed through the following catalytic reactor.

상기 넉아웃드럼의 하부에서 배출된 액상의 응축상 흐름은 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기로 주입된다. 또는 흡수탑에서 배출된 액상 흐름과 혼합되어 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기로 주입될 수 있다. The liquid phase condensate stream discharged from the bottom of the knockout drum is injected into a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst. Or may be mixed with the liquid stream discharged from the absorption tower and injected into a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 화학증착반응기에서 배출된 폐가스는 1차 냉각 후 넉아웃드럼으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 기상의 비응축상 흐름 및 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 액상의 응축상 흐름으로 분리된다.According to another embodiment of the present invention, the waste gas discharged from the chemical vapor deposition reactor is introduced into the knock-out drum after the first cooling to form a gas phase non-conformal stream containing excess hydrogen and a liquid phase containing an excessive amount of a chlorosilane- Phase flow of the condensed water.

상기 넉아웃드럼의 상부에서 배출된 기상의 비응축상 흐름은 응축 장치로 유입되어 저온으로 2차 냉각된다. 상기 2차의 저온 냉각으로 인해 기상의 비응축상 흐름 내 포함되어 있던 염화수소 및 염화실란의 추가 응축이 발생하며, 상기 응축된 흐름은 다시 상기 넉아웃드럼으로 재순환된다. 이 후 비응축상 흐름은 흡수탑으로 주입되며, 상기 비응축상 흐름에 포함된 수소는 흡수탑 상부에서 배출되며, 흡착탑에서 최종 정제되어 재활용될 수 있다. 또한, 상기 비응축상 흐름에 포함되어 있는 염화수소는 흡수탑 하부로 배출되며, 하기의 촉매 반응기를 거쳐 최종 제거된다. The non-coherent stream of the vapor phase discharged from the top of the knock-out drum flows into the condenser and is secondarily cooled to a low temperature. The secondary cold cooling results in additional condensation of the hydrogen chloride and chlorosilane contained in the non-co-axial stream of the gaseous phase, and the condensed stream is recycled back to the knock-out drum. Thereafter, the non-associated axial flow is injected into the absorber, and the hydrogen contained in the non-co-axial flow is discharged from the top of the absorber and can be finally recycled at the adsorption tower. In addition, the hydrogen chloride contained in the non-condensing stream is discharged to the lower portion of the absorption tower and is finally removed through the following catalytic reactor.

상기 넉아웃드럼의 하부에서 배출된 액상의 응축상 흐름은 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기로 주입된다. 또는 흡수탑에서 배출된 액상 흐름과 혼합되어 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기로 주입될 수 있다. The liquid phase condensate stream discharged from the bottom of the knockout drum is injected into a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst. Or may be mixed with the liquid stream discharged from the absorption tower and injected into a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst.

상기 액상의 응축상 흐름을 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기에 통과시킴으로써, 상기 액상의 응축상 흐름에 포함된 염화수소를 제거한다.The liquid phase condensate stream is passed through a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst to remove hydrogen chloride contained in the liquid phase condensate stream.

상기의 이온교환수지 촉매로는 아민기를 포함하는 스티렌(styrene)계 중합체, 아민기를 포함하는 스티렌-디비닐벤젠(styrene-divinyl benzene)계 중합체, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 아민기는 특별히 제한되지는 않으나, 이온교환수지의 효율 측면에서 3차 또는 4차 아민기가 바람직할 수 있다. 또한, 상기 아민기를 포함하는 스티렌계 또는 스티렌-디비닐벤젠계 중합체의 제조는 종래에 알려진 방법을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 촉매 제조 방법의 예로서, 프탈이미드 공정을 이용할 수 있다. 이 경우, 디비닐벤젠-가교된 폴리스티렌 수지는 프탈이미드 또는 프탈이미드 유도체와 반응한다. 이로 인해 얻어진 1 차 폴리비닐벤질아민의 가수분해 생성물은 포름알데히드 및 포름산과 반응한다. 이로부터 3 차 아미노기를 갖는 폴리스티렌 수지를 얻을 수 있다. 또한 상기 아민기를 가지는 이온교환수지 촉매는 상업적으로 쉽게 구할 수 있으며, 예를 들어, 상품명 Amberlyst®A-21, Dowex M-43, 및 LEWATIT®MP 62 WS 등이 있다.As the ion exchange resin catalyst, a styrene-based polymer containing an amine group, a styrene-divinyl benzene-based polymer containing an amine group, or a mixture thereof may be used. The amine group is not particularly limited, but a tertiary or quaternary amine group may be preferable in view of the efficiency of the ion exchange resin. The styrene-based or styrene-divinylbenzene-based polymer containing the amine group may be produced by any method known in the art and is not particularly limited. For example, as an example of the above catalyst preparation method, a phthalimide process can be used. In this case, the divinylbenzene-crosslinked polystyrene resin reacts with a phthalimide or phthalimide derivative. The hydrolysis product of the primary polyvinylbenzylamine thus obtained is reacted with formaldehyde and formic acid. From this, a polystyrene resin having a tertiary amino group can be obtained. In addition, the ion exchange resin catalyst having a group of the amine is commercially readily available, for example, a trade name such as Amberlyst ® A-21, Dowex M -43, and LEWATIT ® MP 62 WS.

본 발명의 정제방법에 따르면, 상기 응축상 흐름에 포함된 염화수소가 상기 이온교환수지 촉매를 통과하면서 하기와 같은 반응식 1 및/또는 2에 의해 삼염화실란(SiHCl3) 및 사염화규소(SiCl4)로 전환되어 염화수소 농도가 낮아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 이온교환수지 촉매를 사용함으로써, 응축상 흐름에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 추가의 효과가 있다. According to the purification method of the present invention, hydrogen chloride contained in the condensed-phase stream is passed through the ion-exchange resin catalyst and reacted with trichlorosilane (SiHCl 3 ) and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) by the following reaction formulas 1 and / And the effect of lowering the concentration of hydrogen chloride can be obtained. Further, by using the ion exchange resin catalyst, there is an additional effect of removing impurities contained in the condensed phase stream.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112014007854070-pat00001
Figure 112014007854070-pat00001

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112014007854070-pat00002
Figure 112014007854070-pat00002

상기와 같이, 염화수소 및 염화실란계 화합물을 포함하는 응축상 흐름이 이온교환수지 촉매를 통과함으로써, 상기와 같은 반응식 1 및/또는 2에 따라, 염화수소가 삼염화실란 및/또는 사염화규소로 전환될 수 있다. As described above, the condensed-phase stream containing the hydrogen chloride and the silane-based compound is passed through the ion-exchange resin catalyst to convert hydrogen chloride into trichlorosilane and / or silicon tetrachloride according to the above-mentioned Reaction 1 and / have.

보다 상세하게, 상기와 같은 반응은 다음과 같은 매커니즘에 의해 일어날 수 있다. 먼저, 이온교환수지 촉매의 아민관능기에 의해 염화수소 분자가 아민-하이드로클로라이드 또는 아민-염화실란염을 형성한다. 또한 아민-하이드로클로라이드의 Cl- 이온이 산-촉매반응에 의해 삼염화실란의 실리콘 원자를 공격해, 수소 원자가 떨어지고 사염화규소가 형성될 수 있다. More specifically, the above reaction can be performed by the following mechanism. First, the hydrogen chloride molecule forms an amine-hydrochloride or amine-chloride silane salt by the amine functionality of the ion exchange resin catalyst. Also, the Cl - ion of the amine-hydrochloride can attack the silicon atom of the trichlorosilane by acid-catalysis, resulting in the hydrogen atom dropping and silicon tetrachloride being formed.

상기 응축상 흐름에 포함된 각 성분들의 성분비는 특별히 제한되지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매 반응기에 투입되는 응축상 흐름은 염화수소를 약 0.01 내지 약 5 몰%, 수소를 약 0.01 내지 약 1 몰%, 및 잔량의 염화실란계 화합물을 포함할 수 있다. 한편, 보다 효과적인 염화수소의 제거를 위해, 염화수소(HCl) 1몰에 대해 삼염화실란의 몰수는 1몰 이상으로 포함될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the condensed-phase stream introduced into the catalytic reactor comprises about 0.01 to about 5 mol% of hydrogen chloride, about 0.01 To about 1 mol%, and the balance of the chlorinated silane-based compound. On the other hand, for more effective removal of hydrogen chloride, the number of moles of trichlorosilane relative to 1 mole of hydrogen chloride (HCl) may be 1 mol or more.

염화수소의 함량이 상기 응축상 흐름 전체에서 차지하는 상대적 함량은 상기 촉매 반응기를 통과하기 전에 대하여, 약 80 내지 약 100몰%, 바람직하게는 약 90 내지 약 99.9몰%가 감소될 수 있다. The relative content of hydrogen chloride in the entire condensed phase stream may be reduced to about 80 to about 100 mole%, preferably about 90 to about 99.9 mole%, before passing through the catalytic reactor.

상기 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기에 상기 응축상 흐름을 통과시키는 단계는 약 0 내지 약 100℃의 온도 및 약 1 내지 약 30 bar, 약 1 내지 약 20 bar, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 10 bar의 압력 조건에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 이온교환수지 촉매가 활성화되는 범위 내라면, 조건을 적절히 변경할 수 있다. The step of passing the condensed phase stream through a catalytic reactor comprising the ion exchange resin catalyst is carried out at a temperature of from about 0 to about 100 < 0 > C and a pressure of from about 1 to about 30 bar, from about 1 to about 20 bar, But the present invention is not limited thereto, and the conditions can be appropriately changed within the range in which the ion exchange resin catalyst is activated.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기를 통과시킨 후, 통과된 응축상 흐름에 포함된 염화실란계 화합물을 분리하기 위한 분리 공정을 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, after passing through the catalytic reactor including the ion exchange resin catalyst, a separation process for separating the chlorosilane-based compound contained in the passed condensed-phase stream may be performed.

상기 분리 공정은, 혼합물로부터 고비점 화합물 및 저비점 화합물을 분리하는 방법이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 증류 공정, 분리막 공정, 기액 분리 공정, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. The separation step may be performed without any particular limitation as long as it is a method of separating a high boiling point compound and a low boiling point compound from a mixture, for example, by a distillation step, a separation membrane step, a gas-liquid separation step, or a combination thereof.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 비응축상 흐름과 응축상 흐름으로 분리하는 분리장치; 및 이온교환수지 촉매(ion exchange resin catalyst)를 포함하며, 상기 응축상 흐름으로부터 염화수소를 제거하는 촉매 반응기를 포함하는 폐가스의 정제장치를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a separation apparatus for separating off-gas discharged after a polysilicon deposition process by a chemical vapor deposition (CVD) process into a non-coherent phase stream and a condensed phase flow; And an ion exchange resin catalyst, and a catalytic reactor for removing hydrogen chloride from the condensed-phase stream.

이때, 상기 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기 및 폐가스에 대한 설명은 상기 정제방법에서 상술한 바와 같다.At this time, the catalyst reactor including the ion exchange resin catalyst and the waste gas are as described above in the purification method.

상기 분리 장치는, 혼합물로부터 고비점 화합물 및 저비점 화합물을 분리할 수 있는 일반적인 장치라면 특별한 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 넉아웃드럼, 증류 장치, 분리막 장치, 기액 분리 장치, 흡수탑, 흡착탑 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 분리 장치는 상기 촉매 반응기의 전단에 설치될 수 있으며, 분리하고자 하는 대상물에 따라 서로 다른 장치 및 운전 조건으로 운행할 수 있다.The separation apparatus can be used without any particular limitation as long as it is a general apparatus capable of separating the high boiling point compound and the low boiling point compound from the mixture. For example, a knockout drum, a distillation apparatus, a separation membrane apparatus, . ≪ / RTI > In addition, the separator may be installed at a front end of the catalytic reactor, and may operate in different apparatuses and operating conditions depending on the object to be separated.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학증착반응기에서 배출된 폐가스는 냉각 후 넉아웃드럼으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 기상의 비응축상 흐름 및 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 액상의 응축상 흐름으로 분리된다. More specifically, according to one embodiment of the present invention, the waste gas discharged from the chemical vapor deposition reactor flows into the knock-out drum after cooling, and is supplied to the knock-out drum in an excess amount of hydrogen- Liquid phase condensate phase.

상기 넉아웃드럼의 상부에서 배출된 기상의 비응축상 흐름은 추가 냉각 및 가압 후 흡수탑으로 주입되는데, 상기 비응축상 흐름에 포함된 수소는 흡수탑 상부에서 배출되며, 흡착탑에서 최종 정제되어 재활용될 수 있다. 또한, 상기 비응축상 흐름에 포함되어 있는 염화수소는 흡수탑 하부로 배출되며, 하기의 촉매 반응기를 거쳐 최종 제거된다.The non-condensing stream discharged from the top of the knock-out drum is injected into the absorption tower after the additional cooling and pressurization. The hydrogen contained in the non-condensing stream is discharged from the top of the absorption tower, have. In addition, the hydrogen chloride contained in the non-condensing stream is discharged to the lower portion of the absorption tower and is finally removed through the following catalytic reactor.

상기 넉아웃드럼의 하부에서 배출된 액상의 응축상 흐름은 흡수탑에서 배출된 액상 흐름과 혼합되어 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기로 주입된다. 상기 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기에서는 염화수소가 상술한 반응식 1 및/또는 2의 반응에 의해 제거되며, 염화수소가 제거된 염화실란계 흐름이 배출된다. The liquid phase condensate stream discharged from the lower portion of the knockout drum is mixed with the liquid stream discharged from the absorption tower and injected into the catalyst reactor including the ion exchange resin catalyst. In the catalytic reactor comprising the ion exchange resin catalyst, hydrogen chloride is removed by the reaction of Reaction 1 and / or 2 described above, and the chlorinated silane based stream from which the hydrogen chloride has been removed is discharged.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 화학증착반응기에서 배출된 폐가스는 냉각 후 넉아웃드럼으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 기상의 비응축상 흐름 및 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 액상의 응축상 흐름으로 분리된다.According to another embodiment of the present invention, the waste gas discharged from the chemical vapor deposition reactor flows into the knock-out drum after cooling, so that the gaseous non-related-phase stream containing excess hydrogen and the liquid phase condensation containing an excessive amount of the chlorosilane- Phase flow.

상기 넉아웃드럼의 상부에서 배출된 기상의 비응축상 흐름은 응축 장치로 유입되어 저온으로 냉각된다. 저온 냉각으로 인해 기상의 비응축상 흐름 내 포함되어 있던 염화수소 및 염화실란의 추가 응축이 발생하며, 상기 응축된 흐름은 다시 상기 넉아웃드럼으로 재순환된다. 이 후 상기 비응축상 흐름은 흡수탑으로 주입되는데, 상기 비응축상 흐름에 포함된 수소는 흡수탑 상부에서 배출되며, 흡착탑에서 최종 정제되어 재활용될 수 있다. 또한, 상기 비응축상 흐름에 포함되어 있는 염화수소는 흡수탑 하부로 배출되며, 하기의 촉매 반응기를 거쳐 최종 제거된다.The non-coherent stream of the vapor phase discharged from the top of the knock-out drum flows into the condenser and is cooled to a low temperature. Cryogenic cooling causes additional condensation of the hydrogen chloride and chlorosilane contained in the non-condensed stream of the gaseous phase, and the condensed stream is recycled back to the knock-out drum. Thereafter, the non-condensing stream is injected into the absorber, and the hydrogen contained in the non-condensation stream is discharged from the top of the absorber and can be finally purified and recycled at the adsorption tower. In addition, the hydrogen chloride contained in the non-condensing stream is discharged to the lower portion of the absorption tower and is finally removed through the following catalytic reactor.

상기 넉아웃드럼의 하부에서 배출된 액상의 응축상 흐름은 상기 흡수탑에서 배출된 액상 흐름과 혼합되어 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기로 주입된다. 상기 이온교환수지 촉매를 포함하는 촉매 반응기에서는 염화수소가 상기 반응식 1 및/또는 2의 반응에 의해 제거되며, 염화수소가 제거된 염화실란이 배출된다. 이 때 상기 넉아웃드럼 상부에서 배출된 흐름의 저온 냉각으로 인하여 비응축상 흐름에서 염화수소 및 염화실란의 양이 줄어들기 때문에 상기 흡수탑으로 이송되는 액상 염화실란 재순환 흐름을 상당량 절감하여 운전할 수 있으며, 나머지는 2차 증류탑으로 이송되어 이/삼염화실란과 사염화규소로 분리된 후 재활용된다.The liquid phase condensed stream discharged from the lower portion of the knockout drum is mixed with the liquid stream discharged from the absorption tower and injected into the catalytic reactor including the ion exchange resin catalyst. In the catalytic reactor comprising the ion exchange resin catalyst, the hydrogen chloride is removed by the reaction of the above reaction formulas 1 and / or 2, and the chlorinated silane from which the hydrogen chloride is removed is discharged. Since the amount of hydrogen chloride and silane in the non-condensing stream is reduced due to the low-temperature cooling of the stream discharged from the upper part of the knock-out drum, the liquid-phase chlorinated silane recirculating stream transferred to the absorption tower can be reduced and operated. Is transferred to the secondary distillation column and is recycled after being separated into i / trichlorosilane and silicon tetrachloride.

이하, 본 발명의 정제 장치를 도면을 참고로 하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the purification apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스의 정제장치를 도시한 것이다.FIG. 1 shows an apparatus for purifying waste gas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스의 정제장치(100)는 촉매 반응기(150), 넉아웃드럼(115), 흡수탑(125), 및 흡착탑(160) 및 증류탑(165)을 포함한다.1, an apparatus for purifying exhaust gas according to an embodiment of the present invention includes a catalytic reactor 150, a knockout drum 115, an absorption tower 125, an adsorption tower 160, and a distillation tower 165 ).

폴리실리콘 증착 반응기(105)에서 배출되는 폐가스(101)는 제 1 냉각기(110)에서 냉각 후 넉아웃 드럼(115)으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 비응축상 흐름(102)과, 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 응축상 흐름(103)으로 분리된다. 비응축상 흐름(102)은 약 80 몰% 이상의 수소를 포함할 수 있으며, 비응축상 흐름(102) 내의 염화실란계 화합물의 조성은 넉아웃드럼(115)의 온도와 압력에 따라 결정될 수 있다.The waste gas 101 discharged from the polysilicon deposition reactor 105 flows into the knockout drum 115 after cooling in the first cooler 110 and flows into the non-associated axial flow 102 containing excess hydrogen, Gt; 103 < / RTI > comprising an excess of the compound. The composition of the chlorinated silane-based compound in the non-conformal stream 102 may be determined by the temperature and pressure of the knock-off drum 115. The non-

넉아웃드럼(115)의 상부에서 배출된 비응축상 흐름(102)은 제 2 냉각기(120)에서 추가 냉각 및 가압 후 흡수탑(125)으로 주입되는데, 이때 비응축상 흐름(102)에 포함되어 있는 수소는 흡수탑(125) 상부에서 배출되며, 흡착탑(160)에서 최종 정제되어 재활용된다. 또한, 상기 비응축상 흐름(102)에 포함되어 있는 염화수소는 하기에서 설명하듯이, 흡수탑(125) 하부로 배출되며, 촉매 반응기(150)를 거쳐 최종 제거된다.The non-conforming stream 102 discharged from the top of the knock-out drum 115 is injected into the absorption tower 125 after additional cooling and pressurization in the second cooler 120, The hydrogen is discharged from the top of the absorption tower 125, and finally purified and recycled at the adsorption tower 160. The hydrogen chloride contained in the non-condensing stream 102 is discharged to the lower portion of the absorption tower 125 and is finally removed through the catalytic reactor 150, as described below.

넉아웃드럼(115) 하부에서 배출된 응축상 흐름(103)은 펌프(170)를 거쳐 흡수탑(125) 하부에서 배출된 액상 흐름(106)과 혼합되어 촉매 반응기(150)에 주입된다. 이 때의 응축상 흐름(103) 및 액상 흐름(106)이 혼합된 흐름은 약 0.01 내지 1 몰%의 수소, 약 0.01 내지 약 5 몰%의 염화수소, 약 0.01 내지 약 10 몰%의 이염화실란 및 약 0.01 내지 약 80 몰%의 삼염화실란, 약 0.01 내지 약 50 몰%의 사염화규소로 구성될 수 있으나, 이에만 제한되는 것은 아니다.The condensed stream 103 discharged from the lower portion of the knockout drum 115 is mixed with the liquid stream 106 discharged from the lower portion of the absorption tower 125 through the pump 170 and injected into the catalytic reactor 150. The stream in which the condensed phase stream 103 and the liquid stream 106 are mixed comprises about 0.01 to 1 mole percent of hydrogen, about 0.01 to about 5 mole percent of hydrogen chloride, about 0.01 to about 10 mole percent of a transition silanol, About 0.01 to about 80 mole percent trichlorosilane, and about 0.01 to about 50 mole percent silicon tetrachloride, but is not limited thereto.

응축상 흐름(103) 및 액상 흐름(106)이 혼합된 흐름은 이온교환수지 촉매(155)가 충진된 촉매 반응기(150)를 통과하며, 촉매 반응기(150) 내에서 염화수소가 상술한 반응식 1 및/또는 2에 따라 삼염화실란 및/또는 사염화규소로 전환될 수 있다. 촉매 반응기(150)는 약 0 내지 약 100℃의 온도 조건에서 운전할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이온교환수지 촉매(155)가 비활성화되지 않는 범위 내에서 변화시킬 수 있다. The mixed stream of the condensed phase stream 103 and the liquid stream 106 passes through the catalytic reactor 150 filled with the ion exchange resin catalyst 155 and the hydrogen chloride in the catalytic reactor 150 reacts with the above- / RTI > can be converted to trichlorosilane and / or silicon tetrachloride according to < RTI ID = 0.0 > The catalytic reactor 150 may be operated at a temperature of about 0 ° C to about 100 ° C but is not limited thereto and may be changed within a range in which the ion exchange resin catalyst 155 is not inactivated.

또한, 운전 압력은 약 1 내지 약 30 bar, 바람직하게는 약 1 내지 약 20 bar, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 10 bar의 범위를 가지나 이온교환수지 촉매(155)의 활성과 촉매 반응기(150)의 운전에 영향을 주지 않는 범위 내에서 변화시킬 수 있다.The operating pressure also ranges from about 1 to about 30 bar, preferably from about 1 to about 20 bar, and more preferably from about 1 to about 10 bar, but the activity of the ion exchange resin catalyst 155 and the catalytic reactor 150 ) Within a range that does not affect the operation of the engine.

촉매 반응기(150) 대신에 증류탑을 포함하는 종래의 정제 공정과 달리 상기 공정에서는 염화수소를 염화실란계 화합물로 전환하므로, 기상의 염화수소가 배출되지 않는다. Unlike the conventional purification process including the distillation column instead of the catalytic reactor 150, the hydrogen chloride is converted into the chlorosilane compound in the above process, so that the gaseous hydrogen chloride is not discharged.

촉매 반응기(150) 하부에서 배출된 액상의 염화실란계 흐름(107)은 일부는 냉각기(130)를 거쳐 흡수탑(125)으로 이송되어 비응축상 흐름(102) 내의 염화수소 및 염화실란계 화합물 흡수에 사용되며, 나머지는 증류탑(165)으로 이송된다. 증류탑(165)으로 유입된 염화실란계 흐름(107)은 기상의 이염화실란 및 삼염화실란과 액상의 사염화규소로 분리되어 배출된다. 이때 증류탑(165)은 약 3 내지 약 7 bar의 압력 범위와 사염화규소의 이슬점과 삼염화실란의 비점 사이의 온도 범위에서 운전될 수 있으며, 사염화규소의 이슬점과 삼염화실란의 비점은 운전압력과 각 성분의 증기압에 의해 결정되게 된다.A part of the liquid chlorosilane-based stream 107 discharged from the lower part of the catalytic reactor 150 is transferred to the absorption tower 125 through the cooler 130 to absorb the hydrogen chloride and the chlorosilane compound in the non- And the remainder is conveyed to the distillation column 165. The chlorosilane-based stream 107 introduced into the distillation tower 165 is separated into gaseous disilicide silane and trichlorosilane and liquid silicon tetrachloride. The distillation column 165 can be operated at a pressure ranging from about 3 to about 7 bar and a temperature range between the dew point of silicon tetrachloride and the boiling point of the trichlorosilane. The dew point of silicon tetrachloride and the boiling point of the trichlorosilane can be controlled by operating pressure, As shown in FIG.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 폐가스의 정제장치를 도시한 것이다.2 shows a purification apparatus for waste gas according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스의 정제장치(200)는 촉매 반응기(250), 넉아웃드럼(215), 흡수탑(225), 및 흡착탑(260) 및 증류탑(265)을 포함한다.2, an apparatus 200 for purifying waste gas according to an embodiment of the present invention includes a catalyst reactor 250, a knockout drum 215, an absorption tower 225, and an adsorption tower 260 and a distillation tower 265 ).

폴리실리콘 증착 반응기에서 배출되는 폐가스(201)는 제 1 냉각기(210)에서 냉각 후, 넉아웃 드럼(215)으로 유입되어 수소를 과량으로 포함하는 비응축상 흐름(202)과, 염화실란계 화합물을 과량으로 포함하는 응축상 흐름(203)으로 분리된다. 비응축상의 흐름(202)은 약 80 몰% 이상의 수소를 포함할 수 있으며, 비응축상 흐름(202) 내의 염화실란계 화합물의 조성은 넉아웃드럼(215)의 온도와 압력에 따라 결정될 수 있다.The waste gas 201 discharged from the polysilicon deposition reactor is cooled by the first cooler 210 and then flows into the knock-out drum 215 to generate a non-smelting stream 202 containing excess hydrogen, Phase flow 203 which contains an excess amount of water. The composition of the chlorosilane-based compound in the non-condensing stream 202 may be determined according to the temperature and pressure of the knock-off drum 215. The flow rate of the non-

넉아웃드럼(215)의 상부에서 배출된 비응축상 흐름(202)은 제 2 냉각기(220)로 유입되어 저온으로 냉각된다. 이때 냉각 온도는 약 -30 내지 약 -70℃의 범위로 운전할 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 약 -40 내지 약 -60℃의 범위로 운전할 수 있다. 저온 냉각으로 인해 비응축상 흐름(202) 내 포함되어 있던 염화수소 및 염화실란의 추가 응축이 발생하며, 상기 응축된 액상 흐름은 다시 넉아웃드럼(215)으로 재순환된다. 이 후 흡수탑(225)으로 주입된 비응축상 흐름(202)에 포함된 염화수소는 흡수탑(225) 하부로 배출되어 하기의 촉매 반응기(250)를 거쳐 최종 제거된다. 흡수탑(225) 상부에서 배출된 수소 흐름(204)은 흡착탑(260)에서 최종 정제되어 재활용된다. The non-condensing stream 202 discharged from the top of the knock-out drum 215 flows into the second cooler 220 and is cooled down to a low temperature. The cooling temperature may be in the range of about -30 to about -70 ° C, and more preferably in the range of about -40 to about -60 ° C. Cryogenic cooling results in additional condensation of the hydrogen chloride and chlorosilane contained in the non-condensing stream 202 and the condensed liquid stream is recycled back to the knock-out drum 215. The hydrogen chloride contained in the non-condensed stream 202 injected into the absorption tower 225 is discharged to the lower part of the absorption tower 225 and is finally removed through the following catalytic reactor 250. The hydrogen stream 204 discharged from the top of the absorption tower 225 is finally purified and recycled in the adsorption tower 260.

넉아웃드럼(215) 하부에서 배출된 응축상 흐름(203)은 펌프(270)를 거쳐 흡수탑(225) 하부에서 배출된 액상 흐름(206)과 혼합되어 촉매 반응기(250)에 주입된다. 이 때의 응축상 흐름(203) 및 액상 흐름(206)이 혼합된 흐름은 약 0.01 내지 1 몰%의 수소, 약 0.01 내지 약 5 몰%의 염화수소, 약 0.01 내지 약 10 몰%의 이염화실란 및 약 0.01 내지 약 80 몰%의 삼염화실란, 약 0.01 내지 약 50 몰%의 사염화규소로 구성될 수 있으나, 이에만 제한되는 것은 아니다.The condensed stream 203 discharged from the lower part of the knockout drum 215 is mixed with the liquid stream 206 discharged from the lower part of the absorption tower 225 through the pump 270 and injected into the catalytic reactor 250. The stream in which the condensed phase stream 203 and the liquid stream 206 are mixed comprises about 0.01 to about 1 mole percent hydrogen, about 0.01 to about 5 mole percent hydrogen chloride, about 0.01 to about 10 mole percent of a transition metal silane, About 0.01 to about 80 mole percent trichlorosilane, and about 0.01 to about 50 mole percent silicon tetrachloride, but is not limited thereto.

응축상 흐름(203) 및 액상 흐름(206)이 혼합된 흐름은 이온교환수지 촉매(255)가 충진된 촉매 반응기(250)를 통과하며, 촉매 반응기(250) 내에서 염화수소가 상술한 반응식 1 및/또는 2에 따라 삼염화실란 및/또는 사염화규소로 전환될 수 있다. 촉매 반응기(250)는 약 0 내지 약 100℃의 온도 조건에서 운전할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이온교화수지 촉매(255)가 비활성화되지 않는 범위 내에서 변화시킬 수 있다. The mixed stream of the condensed phase stream 203 and the liquid stream 206 passes through the catalytic reactor 250 filled with the ion exchange resin catalyst 255 and the hydrogen chloride in the catalytic reactor 250 reacts with the above- / RTI > can be converted to trichlorosilane and / or silicon tetrachloride according to < RTI ID = 0.0 > The catalytic reactor 250 may be operated at a temperature of about 0 ° C. to about 100 ° C. However, the present invention is not limited thereto, and the catalytic reactor 250 can be changed within a range in which the ion-exchanging resin catalyst 255 is not inactivated.

또한, 운전 압력은 약 1 내지 약 30 bar, 바람직하게는 약 1 내지 약 20 bar, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 10 bar의 범위를 가지나 이온교환수지 촉매(255)의 활성과 촉매 반응기(250)의 운전에 영향을 주지 않는 범위 내에서 변화시킬 수 있다.The operating pressure also ranges from about 1 to about 30 bar, preferably from about 1 to about 20 bar, and more preferably from about 1 to about 10 bar, but the activity of the ion exchange resin catalyst 255 and the catalytic reactor 250 ) Within a range that does not affect the operation of the engine.

촉매 반응기(250) 대신에 증류탑을 포함하는 종래의 정제 공정과 달리 상기 공정에서는 염화수소를 염화실란계 화합물로 전환하므로, 기상의 염화수소가 배출되지 않는다. Unlike the conventional purification process including the distillation column instead of the catalytic reactor 250, the hydrogen chloride is converted into the chlorosilane compound in the above process, so that the gaseous hydrogen chloride is not discharged.

촉매 반응기(250) 하부에서 배출된 액상의 염화실란계 흐름(207)은 일부는 흡수탑(225)으로 이송되어 비응축상 흐름 내의 염화수소 및 염화실란계 화합물 흡수에 사용된다. 이 때 넉아웃드럼(215) 상부에서 배출된 비응축상 흐름(202)은 제 2 냉각기(220)로 인한 추가적인 저온 냉각에 의해 염화수소 및 염화실란계 화합물의 양이 현저히 줄어든 상태이기 때문에 흡수탑(225)으로 이송되는 액상 염화실란계 재순환 흐름을 약 30 내지 90%의 범위까지 절감하여 운전할 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 약 50 내지 80%의 범위까지 절감하여 운전할 수 있다. Part of the liquid chlorosilane-based stream 207 discharged from the lower portion of the catalytic reactor 250 is transferred to the absorption tower 225 and used for absorbing hydrogen chloride and chlorosilane-based compounds in the non-condensed stream. Since the amount of the hydrogen chloride and the silane based compound is significantly reduced by the additional cooling of the non-condensing stream 202 discharged from the top of the knockout drum 215 due to the second cooler 220, ) Can be reduced to a range of about 30 to 90%, and more preferably, it can be reduced to a range of about 50 to 80%.

나머지 흐름은 증류탑(265)으로 이송된다. 증류탑(265)으로 유입된 염화실란계 흐름(207)은 기상의 이염화실란 및 삼염화실란과 액상의 사염화규소로 분리되어 배출된다. 이때 증류탑(265)은 약 3 내지 약 7 bar의 압력 범위와 사염화규소의 이슬점과 삼염화실란의 비점 사이의 온도 범위에서 운전될 수 있으며, 사염화규소의 이슬점과 삼염화실란의 비점은 운전압력과 각 성분의 증기압에 의해 결정되게 된다.The remaining stream is conveyed to the distillation column 265. The chlorosilane-based stream 207 flowing into the distillation column 265 is separated into gaseous disilicide silane and trichlorosilane and liquid silicon tetrachloride. The distillation column 265 can be operated in a pressure range of about 3 to about 7 bar and a temperature range between the dew point of silicon tetrachloride and the boiling point of the trichlorosilane. The dew point of silicon tetrachloride and the boiling point of the trichlorosilane As shown in FIG.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described in more detail through specific examples of the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<< 실시예Example >>

촉매 반응기의 제조 및 성능 평가Preparation and performance evaluation of catalytic reactors

제조예Manufacturing example 1 One

이온교환수지 촉매가 충진된 촉매 반응기를 준비하고, 가스크로마토그래피를 이용하여 촉매 반응기의 성능을 평가하였다. A catalytic reactor packed with an ion exchange resin catalyst was prepared and the performance of the catalytic reactor was evaluated by gas chromatography.

외경 1/2 inch 튜브형 스테인리스 재질의 반응기 내에 지름 490 내지 690 μm의 직경을 가지는 아민관능기를 가지는 스티렌-디비닐벤젠 매트릭스 형의 이온교환수지촉매(상품명: Amberlyst®A-21, Aldrich)를 충진하였다. 별도로 연결된 라인을 통하여 촉매 베드 부피의 3배에 해당하는 양의 에탄올을 한 시간 동안 플러싱한 후, 다시 촉매 베드 부피의 3배에 해당하는 양의 톨루엔으로 한 시간 동안 플러싱하여 촉매에 함유된 불순물 및 수분을 제거하였다. 이후 촉매 베드 부피의 3배에 해당하는 양의 사염화규소로 한시간 동안 최종 플러싱하여 잔존하는 용매를 모두 제거하였다.A styrene-divinylbenzene matrix type ion exchange resin catalyst (trade name: Amberlyst ® A-21, Aldrich) having an amine functional group having a diameter of 490 to 690 μm in diameter was filled in a reactor of a 1/2 inch outer diameter tubular stainless steel . The amount of ethanol corresponding to three times the volume of the catalyst bed was separately flushed through the connected line for one hour and then flushed with the toluene amount corresponding to three times the volume of the catalyst bed for one hour to remove the impurities contained in the catalyst and The moisture was removed. Thereafter, final flushing was performed for one hour with an amount of silicon tetrachloride equal to three times the catalyst bed volume to remove any remaining solvent.

반응 준비가 완료된 상기 촉매 반응기에 염화수소를 용해시킨 삼염화실란 용액을 분당 10 ml 수준으로 반응기 내에 공급하였다. 반응기 온도는 50℃, 압력은 수소로 가압하여 10 bar로 유지하였다. 촉매 베드의 빈 부피(void volume)는 65%이며, 상기 조건에서의 반응 체류 시간은 13.5초이었다. 염화수소가 용해된 상기 삼염화실란 용액의 조성은 촉매반응 전 바이패스 라인(by-pass line)을 통해 가스크로마토그래피로 분석되었으며, 삼염화실란 대비 약 2 몰%의 염화수소를 포함하고 있음을 확인하였다. 상기 촉매 반응기의 반응 후 조성은 수소를 제외한 나머지 기체들의 조성의 합을 100 몰%로 할 때, 이염화실란 2 몰% 삼염화실란 94 몰% 및 사염화규소 4 몰%로 염화수소가 모두 제거되었음을 확인하였다.
The trichlorosilane solution, in which hydrogen chloride was dissolved, was fed into the reactor at a level of about 10 ml per minute in the catalytic reactor which had been prepared for the reaction. The reactor temperature was maintained at 50 ° C and the pressure was maintained at 10 bar by pressurizing with hydrogen. The void volume of the catalyst bed was 65%, and the reaction residence time under the above conditions was 13.5 seconds. The composition of the trichlorosilane solution in which hydrogen chloride was dissolved was analyzed by gas chromatography through a by-pass line before the catalytic reaction, and it was confirmed that the composition contained about 2 mol% of hydrogen chloride relative to trichlorosilane. When the sum of the composition of the remaining gases except hydrogen was 100 mol%, it was confirmed that the hydrogen chloride was completely removed from the catalytic reactor by 94 mol% of 2 mol% trichlorosilane and 4 mol% of silicon tetrachloride.

폐가스Waste gas 정제 공정의  Refining process 실시예Example

실시예Example 1 One

도 1에 도시된 정제장치를 이용하여 폐가스를 정제하였다. The waste gas was purified using the purification apparatus shown in Fig.

이온교환수지 촉매(155)가 충진된 촉매 반응기(150)는 제조예 1에 따라 제조하였다.A catalytic reactor (150) filled with an ion exchange resin catalyst (155) was prepared according to Preparation Example 1.

넉아웃드럼(115)에서의 온도는 -5℃를 가지도록 설정하였으며, 압력은 3barG로 설정하였고, 촉매 반응기(150)의 반응 온도는 50℃, 압력은 11barG로 설정하였다. The temperature in the knockout drum 115 was set to -5 ° C., the pressure was set to 3 barG, the reaction temperature of the catalytic reactor 150 was set to 50 ° C., and the pressure was set to 11 barG.

넉아웃드럼(115)을 통과한 후 촉매 반응기(150)로 유입되는 응축상 흐름의 조성은 염화수소 2 몰%, 이염화실란 9 몰%, 삼염화실란 54 몰%, 사염화규소 34 몰%, 수소 1 몰%이었다.The composition of the condensed stream flowing into the catalytic reactor 150 after passing through the knockout drum 115 is 2 mol% of hydrogen chloride, 9 mol% of dichlorosilane, 54 mol% of trichlorosilane, 34 mol% of silicon tetrachloride, 1 mol of hydrogen %.

그 결과 촉매 반응기(150)에서 배출되는 흐름의 조성은 이염화실란 2 몰%, 삼염화실란 67 몰%, 사염화규소 29 몰%, 수소 2 몰%로, 염화수소는 모두 제거된 상태로 흐름이 배출됨을 확인하였다.
As a result, it was confirmed that the composition of the stream discharged from the catalytic reactor 150 was 2% by mole of dichlorosilane, 67% by mole of trichlorosilane, 29% by mole of silicon tetrachloride and 2% by mole of hydrogen, Respectively.

실시예Example 2 2

도 2에 도시된 정제장치를 이용하여 폐가스를 정제하였다. The waste gas was purified using the purification apparatus shown in Fig.

이온교환수지 촉매(255)가 충진된 촉매 반응기(250)는 제조예 1에 따라 제조하였다.A catalytic reactor (250) filled with an ion exchange resin catalyst (255) was prepared according to Preparation Example 1.

넉아웃드럼(215)에서의 온도는 -5℃를 가지도록 설정하였으며, 압력은 3barG로 설정하였고, 촉매 반응기(250)의 반응 온도는 50℃, 압력은 11barG로 설정하였다. 넉아웃드럼(215)의 상부에서 배출된 비응축상 흐름은 제 2 냉각기(220)로 유입되어 저온 냉각에 의해 한 번 더 응축되며, 응축된 흐름은 넉아웃드럼(215)으로 재순환되었다. 제 2 냉각기(220)에서의 저온 냉각 조건은 -40℃로 압력은 23 barG로 설정하였다. The temperature in the knockout drum 215 was set to -5 ° C., the pressure was set to 3 barG, the reaction temperature of the catalytic reactor 250 was set to 50 ° C., and the pressure was set to 11 barG. The non-condensing stream discharged from the top of the knock-out drum 215 flows into the second cooler 220 and is once again condensed by the low-temperature cooling, and the condensed stream is recycled to the knock-out drum 215. The cryogenic cooling condition in the second cooler 220 was set at -40 DEG C and the pressure was set at 23 barG.

이와 같이 넉아웃드럼(215) 및 제 2 냉각기(220)를 통과한 후 흡수탑(225)으로 유입되는 비응축상 흐름은, 제 2 냉각기(220)를 포함하지 않았을 경우 대비 염화수소의 66%, 이염화실란의 88%, 삼염화실란의 99%, 및 사염화규소의 97%가 줄어드는 것으로 확인하였다. 따라서 촉매 반응기(250) 하부에서 배출되어 흡수탑(225)으로 재순환되는 흐름을 56% 절감하여 적용하였으며, 약 10.3%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 확인하였다.In the case where the second cooler 220 is not included in the non-condensing stream flowing into the absorber 225 after passing through the knockout drum 215 and the second cooler 220, 66% of hydrogen chloride, It was confirmed that 88% of the cyanide, 99% of the trichlorosilane and 97% of the silicon tetrachloride were reduced. Therefore, it was confirmed that the flow which is discharged from the lower part of the catalytic reactor 250 and recirculated to the absorption tower 225 is reduced by 56%, and the energy saving effect is about 10.3%.

넉아웃드럼(215)을 통과한 후 촉매 반응기(250)로 유입되는 응축상 흐름의 조성은 염화수소 2 몰%, 이염화실란 9 몰%, 삼염화실란 54 몰%, 사염화규소 34 몰%, 수소 1 몰%이었다. The composition of the condensed stream flowing into the catalytic reactor 250 after passing through the knockout drum 215 was 2 mol% of hydrogen chloride, 9 mol% of dichlorosilane, 54 mol% of trichlorosilane, 34 mol% of silicon tetrachloride, 1 mol of hydrogen %.

그 결과 촉매 반응기(250)에서 배출되는 흐름의 조성은 이염화실란 2 몰%, 삼염화실란 67 몰%, 사염화규소 29 몰%, 수소 2 몰%로, 염화수소는 모두 제거된 상태로 흐름이 배출됨을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the composition of the stream discharged from the catalytic reactor 250 was 2% by mole of dichlorosilane, 67% by mole of trichlorosilane, 29% by mole of silicon tetrachloride and 2% by mole of hydrogen, Respectively.

100, 200, 300: 폐가스의 정제장치
115, 215 315: 넉아웃드럼
103, 203, 303: 응축상 흐름
102, 202, 302: 비응축상 흐름
150, 250: 촉매 반응기
125, 225, 325: 흡수탑
160, 260, 355: 흡착탑
100, 200, 300: Purification apparatus of waste gas
115, 215 315: Knockout drum
103, 203, 303: Condensation phase flow
102, 202, 302: non-associated axial flow
150, 250: catalytic reactor
125, 225, 325: absorption tower
160, 260, 355: adsorption tower

Claims (15)

화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 넉아웃드럼에 의해 비응축상 흐름과 응축상 흐름으로 분리하는 단계; 및
상기 응축상 흐름을 이온교환수지 촉매(ion exchange resin catalyst)를 포함하는 촉매 반응기에 통과시켜 염화수소를 삼염화실란 및 사염화규소로 전환하여 염화수소를 제거하는 단계를 포함하는 폐가스의 정제방법.
Separating the off-gas discharged after performing the polysilicon deposition process by the chemical vapor deposition (CVD) reaction into the non-migratory phase stream and the condensed phase stream by the knock-out drum; And
And passing the condensed phase stream through a catalytic reactor comprising an ion exchange resin catalyst to convert hydrogen chloride to trichlorosilane and silicon tetrachloride to remove hydrogen chloride.
제1항에 있어서, 상기의 이온교환수지 촉매는 아민기를 포함하는 스티렌(styrene)계 중합체, 아민기를 포함하는 스티렌-디비닐벤젠(styrene-divinyl benzene)계 중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폐가스의 정제방법.
The ion exchange resin catalyst according to claim 1, wherein the ion exchange resin catalyst comprises a styrene-based polymer containing an amine group, a styrene-divinyl benzene-based polymer containing an amine group, &Lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서, 상기 폐가스는 염화수소(HCl), 수소(H2), 및 염화실란계 화합물을 포함하는 폐가스의 정제방법.
The method of claim 1, wherein the waste gas comprises hydrogen chloride (HCl), hydrogen (H 2 ), and a chlorosilane-based compound.
제3항에 있어서, 상기 응축상 흐름은 0.01 내지 5 몰%의 염화수소, 0.01 내지 1 몰%의 수소 및 잔량의 염화실란계 화합물을 포함하는 폐가스의 정제방법.
4. The method of claim 3, wherein the condensed phase stream comprises 0.01 to 5 mol% of hydrogen chloride, 0.01 to 1 mol% of hydrogen, and the balance of the chlorinated silane compound.
제3항에 있어서, 상기 염화실란계 화합물은 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3), 및 사염화규소(SiCl4)를 포함하는 폐가스의 정제방법.
4. The method for purifying waste gases according to claim 3, wherein the chlorosilane compound comprises dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), and silicon tetrachloride (SiCl 4 ).
제1항에 있어서, 상기 촉매 반응기를 통과한 상기 응축상 흐름에 포함되는 염화수소의 함량은 상기 촉매 반응기를 통과하기 전에 대하여 80 몰% 이상 감소되는 폐가스의 정제방법.
The method of claim 1, wherein the amount of hydrogen chloride contained in the condensed-phase stream passed through the catalytic reactor is reduced by 80 mol% or more before passing through the catalytic reactor.
제1항에 있어서, 상기 촉매 반응기에 상기 응축상 흐름을 통과시키는 단계는, 0 내지 100℃ 및 1 내지 30bar의 조건에서 수행되는 폐가스의 정제방법.
2. The method of claim 1, wherein the step of passing the condensed-phase stream through the catalytic reactor is performed at a temperature between 0 and 100 &lt; 0 &gt; C and 1 to 30 bar.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 응축상 흐름을 상기 촉매 반응기에 통과시킨 후에, 통과된 응축상 흐름에 포함된 염화실란계 화합물을 분리하는 단계를 더 포함하는 폐가스의 정제방법.
The method of claim 1, further comprising the step of passing the condensed phase stream through the catalytic reactor and then separating the chlorinated silane based compound contained in the passed condensed phase stream.
제1항에 있어서, 상기 응축상 흐름은, 상기 넉아웃드럼에 의해 분리된 비응축상 흐름을 흡수탑에 통과시킨 후 배출되는 액상 흐름과 혼합하여 상기 촉매 반응기를 통과시키는, 폐가스의 정제방법.
The method of claim 1, wherein the condensed-phase stream is passed through the absorber after mixing the non-co-axial stream separated by the knock-out drum with the liquid stream discharged and passed through the catalytic reactor.
화학기상증착(CVD) 반응에 의한 폴리실리콘 증착 공정을 수행한 후 배출되는 폐가스(off-gas)를 비응축상 흐름과 응축상 흐름으로 분리하는 넉아웃드럼; 및
아민기를 포함하는 스티렌(styrene)계 중합체, 아민기를 포함하는 스티렌-디비닐벤젠(styrene-divinyl benzene)계 중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 이온교환수지 촉매(ion exchange resin catalyst)를 포함하며, 상기 응축상 흐름으로부터 염화수소를 제거하는 촉매 반응기를 포함하는 폐가스의 정제장치.
A knock-out drum for separating the off-gas discharged after performing the polysilicon deposition process by the chemical vapor deposition (CVD) reaction into the non-associated axial flow and the condensed phase flow; And
An ion exchange resin catalyst comprising a styrene polymer containing an amine group, a styrene-divinyl benzene polymer containing an amine group, or a mixture thereof, And a catalytic reactor for removing hydrogen chloride from the condensed-phase stream.
삭제delete 삭제delete 제11항에 있어서, 상기 넉아웃드럼 전단에 위치하며, 상기 폐가스를 냉각하는 제 1 냉각기를 더 포함하는, 폐가스의 정제장치.
12. The apparatus of claim 11, further comprising a first cooler located at the front end of the knock-out drum and cooling the waste gas.
제14항에 있어서, 상기 넉아웃드럼 후단에 위치하며, 상기 비응축상 흐름을 추가로 응축하여, 응축된 액상 흐름을 다시 상기 넉아웃드럼으로 재순환하는 제 2 냉각기를 더 포함하는 폐가스의 정제장치.15. The apparatus of claim 14, further comprising a second cooler located downstream of the knock-out drum, further condensing the non-co-axial stream and recirculating the condensed liquid stream back to the knock-out drum.
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