KR20100091573A - A manufacturing method an manufacturing apparatus of trichlorosilane(sihcl3) using the catalyst and the reaction heat - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: The heat generating with the inside heat generation reaction is provided and it reacts. The line or heater can be eliminated. The installation fee, and the production cost and maintenance cost are reduced. CONSTITUTION: A trichlorosilane manufacturing device with the hydrogen supply source(11). With the silicon tetrachloride tank(14) for the hydrogen being provided from the hydrogen supply source and the hydrogen and silicon tetrachloride being bubbled and injecting to reactor. With the chlorine supply source(12) for the hydrochloric acid gas being mixed to the piping one side in which the fluid bubbled in the silicon tetrachloride tank passes through and supplying.

Description

촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란의 제조방법 및 장치{A Manufacturing Method An Manufacturing Apparatus of Trichlorosilane(SiHCl3) using the Catalyst and the Reaction Heat}A manufacturing method an manufacturing apparatus of trichlorosilane (SiHCl3) using the catalyst and the reaction heat}

본 발명은 반도체용 특수가스 및 태양전지용 폴리 실리콘의 주원료인 삼염화실란(SiHCl3, TCS)을 효율적으로 제조하기 위해 메탈등급의 규소입자의 크기가 50~ 400mesh이고 순도는 90%이상이며. 수소의 순도는 70%이상이고, 사염화규소(SiCl4, STC)의 순도는 75%이상이며, 염소의 순도는 90%이상의 공업용을 사용하고, 사염화규소가 담겨있는 탱크를 기화온도 이상으로 가열하며, 수소를 사염화규소 탱크로 주입하여 기화 버블링된 사염화규소와 수소가 함께 반응기로 공급되며, 염소는 반응기 전단에서 상기 사염화규소 및 수소와 함께 혼합 공급하거나 반응기 내부로 독립적으로 배관을 통해서 반응기로 공급되고, 반응기에는 금속촉매(전이 금속군 Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr계)와 금속규소가 장입되며, 반응기를 통과한 가스는 리보일러와 컨덴서를 구비한 증류탑으로 이송되고, 증류탑에서 비등점 차이를 이용하여 삼염화실란과 사염화규소를 분리하여 분리 회수된 사염화규소는 사염화규소 탱크로 재순환시키고, 순도 95% 이상인 삼염화실란은 저장탱크로 이송되도록 설계 제작된 촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치 및 방법에 관한 것이다. In order to efficiently manufacture trichlorosilane (SiHCl 3 , TCS), which is the main raw material of semiconductor special gas and polysilicon for solar cell, the size of metal grade silicon particles is 50 ~ 400mesh and purity is more than 90%. The purity of hydrogen is more than 70%, the silicon tetrachloride (SiCl 4 , STC) is more than 75%, the chlorine is more than 90% industrial use, and the tank containing silicon tetrachloride is heated above the vaporization temperature. Hydrogen is injected into the silicon tetrachloride tank and vaporized bubbling silicon tetrachloride and hydrogen are supplied to the reactor together, and chlorine is mixed with the silicon tetrachloride and hydrogen at the front end of the reactor or supplied to the reactor through a pipe independently into the reactor. In the reactor, a metal catalyst (transition metal group Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr-based) and metal silicon are charged, and the gas passing through the reactor is transferred to a distillation column equipped with a reboiler and a condenser, The silicon tetrachloride recovered by separating the trichlorosilane and silicon tetrachloride using the boiling point difference is recycled to the silicon tetrachloride tank, and the trichlorosilane having a purity of 95% or more to the storage tank. The present invention relates to a trichlorosilane production apparatus and method using a catalyst and reaction heat designed to be transported.

삼염화실란은 HCl 냄새를 지닌 무색액체로서, 비점은 32℃이고 융점은 -127℃이며, 대체에너지의 연구 및 개발을 위하여 많이 대두되고 있는 태양전지의 원료인 폴리실리콘 및 박막형 태양전지의 원료인 실란의 주원료로서 사용량이 크게 증가하고 있다. Trichlorosilane is a colorless liquid with an HCl odor. It has a boiling point of 32 ° C and a melting point of -127 ° C. As a main raw material, the amount of usage is increasing.

종래의 삼염화실란제조 방법은 반응온도를 낮추기 위하여 니켈, 구리, 철 등으로 구성된 촉매를 사용하는 방법이 유럽공개특허공보,(0,658,359, A2)에서 그 기술적 구성이 개시되어 있고, 일반적으로 알려진 Cu촉매를 사용할 경우에는 300℃부근에서 20%내외의 삼염화실란의 전환율을 얻을 수 있는 기술적 내용이 제시되었으나, 삼염화실란의 전환율이 비교적 낮고 폐기물인 사염화규소를 별도의 처리비용을 부담해야 하는 문제점과 촉매로 사용되는 Cu가 CuCl2로 휘발되어 제품을 오염시키는 또 다른 문제점이 있다.Conventional trichlorosilane manufacturing method is a method using a catalyst consisting of nickel, copper, iron, etc. in order to lower the reaction temperature is disclosed in the European Patent Publication, (0,658,359, A2), the generally known Cu catalyst In the case of using, the technical content to obtain the conversion rate of trichlorosilane of about 20% in the vicinity of 300 ℃ has been proposed, but the conversion of silicon tetrachloride is relatively low and waste of silicon tetrachloride, which is a waste, has to be treated as a catalyst and a problem. Another problem is that Cu used is volatilized with CuCl 2 to contaminate the product.

관련된 또 다른 종래기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0008649호에서 금속촉매를 이용하여 반응온도 300~1000℃ 범위에서 제조하는 방법이 개시되어 있고, 촉매를 사용하지 않은 상태에서는 반응온도가 700℃~1500℃범위에서 제조하는 방법이 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0094854호에 개시되어 있으나, 이들 모두 반응기를 가열하기 위한 열을 공급받는 방식이 히터를 이용하는 기술적 구성으로 반응기의 부피, 생산비용 및 유지비용 등에서 커다란 제약이 따르며, 하나의 예로 생산량 증대를 위해 반응기 부피를 증가시킬 경우에 열전도에 의한 열효율이 떨어지게 되고 이를 해결하기 위해 히터의 용량을 증가시키면 설치공간, 설치비용, 생산비용 및 유지비용 등이 크게 증가하므로 일반적으로 두 가지 사항을 고려하여 삼염화실란의 생산장치의 대수를 늘리는 방식을 선택하나, 이 역시 막대한 설치비용과 설치공간이 소요되어 비효율적이고, 인건비가 증가하는 등의 문제점이 있다.Another related art is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0008649, which discloses a method for preparing a reaction temperature in the range of 300 to 1000 ° C. using a metal catalyst, and the reaction temperature is 700 when no catalyst is used. The method of manufacturing in the range of ℃ ~ 1500 ℃ is disclosed in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2007-0094854, all of them are the method of receiving heat for heating the reactor is a technical configuration using a heater, the volume of the reactor, production The cost and maintenance costs are enormous constraints. For example, when the reactor volume is increased to increase the production capacity, the thermal efficiency due to heat conduction is lowered. In order to solve this problem, increasing the capacity of the heater causes an installation space, an installation cost, a production cost and As the maintenance cost increases greatly, the number of production equipment of trichlorosilane is generally considered in two points. One way to increase the choice, this is also required is an enormous installation cost and space efficient installation, there are problems such as labor costs increased.

본 발명이 해결하고자하는 과제는 금속규소(MG-Si)와 사염화규소를 원료로 사용하여 금속촉매(Pd 혹은 Pb)하에서 수소와 반응 시에 발열하는 염소를 첨가하여 삼염화실란을 연속적으로 제조하는 장치로서 내부 발열반응에 의해 발생하는 열을 공급받아서 반응시킴으로써 반응기의 히터용량을 줄이거나 히터장치를 제거할 수 있으므로 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 절감하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is an apparatus for continuously producing trichlorosilane by adding chlorine that generates heat when reacting with hydrogen under a metal catalyst (Pd or Pb) using metal silicon (MG-Si) and silicon tetrachloride as raw materials As it is possible to reduce the heater capacity of the reactor or to remove the heater device by receiving and reacting the heat generated by the internal exothermic reaction to reduce the installation cost, production cost and maintenance cost.

본 발명이 해결하고자하는 또 다른 과제는 발열반응을 하는 염소를 투입하는 기술적 구성을 공정 및 장치에 적용시킴으로서 TCS 전환율을 최대로 유지하면서 동일한 비용으로 생산량을 늘릴 수 있는 장치 구성이 가능해지며 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 절감하고, 반응기의 히터장치를 간소화함으로 작업효율을 극대화시키는데 있다. Another problem to be solved by the present invention is to apply the technical configuration to the chlorine in the exothermic reaction to the process and the device to maintain the TCS conversion rate while maintaining the maximum output at the same cost is possible device configuration and installation cost, It is to maximize production efficiency by reducing production and maintenance costs and simplifying the heater system of the reactor.

본 발명이 해결하고자하는 또 다른 과제는 삼염화실란 제조장치 및 공정 중에 사이클론을 이용하여 금속규소를 회수하여 재활용하고, 증류탑에서는 비등점을 이용한 사염화규소와 삼염화실란을 분리하고, 분리과정에서 회수된 사염화규소를 재활용하도록 설계 제작하므로 생산비용, 재료비 및 폐기물처리 비용을 크게 절감하는데 있다. Another problem to be solved by the present invention is to recover and recycle the metal silicon by using a cyclone during the production apparatus and process of trichlorosilane, in the distillation column to separate the silicon tetrachloride and trichlorosilane using the boiling point, the silicon tetrachloride recovered in the separation process It is designed and manufactured to recycle, which greatly reduces production cost, material cost and waste disposal cost.

본 발명의 과제 해결 수단은 반도체용 특수가스 및 태양전지용 폴리 실리콘 의 주원료인 삼염화실란(SiCl3, TCS)을 효율적으로 제조하기 위해 메탈등급의 규소입자의 크기가 50~400mesh이고 순도는 90%이상이며. 수소의 순도는 70%이상이고, 사염화규소(SiCl4, STC)의 순도는 75%이상이며, 염소의 순도는 90%이상의 공업용을 사용하고, 사염화규소가 담겨있는 탱크를 사염화규소의 기화온도 이상으로 가열하고, 수소를 사염화규소 탱크로 주입하여 버블링시켜 사염화규소와 수소가 동시에 반응기로 공급되며, 반응열을 얻기 위한 염소가스의 공급은 반응기 하부 일측에서 염소가스를 독립적으로 공급하는 구조, 염소주입구를 반응기 내부 중앙에 설치하여 발열반응을 극대화하는 구조 및 염소가스 주입 배관을 사염화규소와 수소가 함께 이동하는 배관 일측에 연결시켜 반응기 하단으로 투입하는 구조 중에서 하나를 선택 채용하여 이루어지고, 상기 사염화규소, 수소 및 염소가 주입되는 반응기에는 금속촉매(전이 금속군 Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr계)와 금속규소가 장입되며, 반응기를 통과한 가스는 리보일러와 컨덴서를 구비한 증류탑으로 이송되고, 증류탑에서는 비등점 차이를 이용하여 삼염화실란과 사염화규소를 분리하며, 분리 회수된 사염화규소는 사염화규소 탱크로 재순환시키고, 95%이상의 순도를 가진 삼염화실란은 저장탱크로 이송 저장되도록 설계 제작된 촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치 및 방법을 구현하는데 있다. In order to efficiently manufacture trichlorosilane (SiCl 3 , TCS), which is a main raw material of semiconductor special gas and polysilicon for solar cell, the size of metal grade silicon particles is 50 ~ 400mesh and purity is more than 90%. And The purity of hydrogen is more than 70%, the purity of silicon tetrachloride (SiCl 4 , STC) is more than 75%, the purity of chlorine is more than 90% for industrial use, and the tank containing silicon tetrachloride is above the vaporization temperature of silicon tetrachloride. And tetrahydrogen are injected into the silicon tetrachloride tank and bubbling to supply silicon tetrachloride and hydrogen to the reactor at the same time.The supply of chlorine gas to obtain the heat of reaction is a structure in which chlorine gas is independently supplied from the lower side of the reactor. Is installed in the center of the reactor to maximize the exothermic reaction and the chlorine gas injection pipe is connected to one side of the pipe with silicon tetrachloride and hydrogen to move to the bottom of the reactor is made by employing one of the selected and selected, the silicon tetrachloride In the reactor in which hydrogen and chlorine are injected, a metal catalyst (transition metal group Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr-based) and metal silicon are charged. The gas passed through the reactor is sent to a distillation column equipped with a reboiler and a condenser, and the distillation column separates the trichlorosilane and silicon tetrachloride using the boiling point difference, and the recovered and recovered silicon tetrachloride is recycled to the silicon tetrachloride tank, Purity trichlorosilane is to implement a trichlorosilane production apparatus and method using a catalyst and reaction heat designed to be transferred to the storage tank.

본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 재료비를 절감하기 위하여 반응기 상부에 사이클론을 채용하여 미세 분말금속규소를 회수하여 반응기로 순환시켜 재활용하여 재료비를 절감하고, 증류탑에서는 비등점의 차이를 이용하여 삼염화실란과 사 염화규소를 분리하기 위하여 하부에 히터를 채용하고, 상부에는 냉각용 열교환기를 채용하므로 비등점이 높은 사염화규소가 증류탑 하부의 리보일러에 회수되며, 분리 회수된 사염화규소를 사염화규소 탱크로 피드백시켜 재활용하므로 폐기물처리 비용과 재료비를 절감하고, 순도가 95% 이상인 삼염화실란을 제조하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. Another problem solving means of the present invention is to reduce the material cost by employing a cyclone at the top of the reactor to reduce the material cost to recover the fine powder metal silicon circulated to the reactor to recycle, and in the distillation column by using the difference in boiling point and trichlorosilane and In order to separate silicon tetrachloride, a heater is used at the bottom and a cooling heat exchanger is used at the top, so silicon tetrachloride having a high boiling point is recovered to the reboiler at the bottom of the distillation column, and the recovered silicon tetrachloride is fed back to the silicon tetrachloride tank for recycling. Therefore, to reduce the waste disposal cost and material cost, to provide a method and apparatus for producing trichlorosilane having a purity of 95% or more.

본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 증류탑을 리보일러, 증류칼럼 및 컨덴서로 구성되며, 리보일러에서는 히터로 50℃내지 58℃로 가열하고, 증류칼럼에서는 삼염화실란의 순도를 증가시키기 위하여 기체가 통과하는 시간을 증가시키고, 컨덴서에서는 통과하는 기체를 응축시켜 응축 시 발생하는 액체는 피드백시키고 기체는 삼염화실란 저장탱크로 이송하도록 구성하여 삼염화실란의 순도를 98%이상으로 향상시킨 삼염화실란을 제조하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. Another problem solving means of the present invention comprises a distillation column consisting of a reboiler, a distillation column and a condenser, in the reboiler is heated to 50 ℃ to 58 ℃ by a heater, in the distillation column gas passes through to increase the purity of trichlorosilane To increase the time required, and condensing the gas passing through the condenser to feed back the liquid generated during condensation and transfer the gas to the trichlorosilane storage tank to produce trichlorosilane with improved purity of trichlorosilane to 98% or more. And to provide an apparatus.

본 발명은 금속규소(MG-Si)와 사염화규소를 원료로 사용하여 금속촉매(Pd 혹은 Pb)하에서 수소와 반응 시에 발열하는 염소를 첨가하여 삼염화실란을 연속적으로 제조하는 장치로서 내부 발열반응에 의해 발생하는 열을 공급받아서 반응시킴으로써 반응기의 히터용량을 줄이거나 히터를 제거할 수 있으므로 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 절감하는 작용효과가 있다.The present invention is a device for continuously producing trichlorosilane by adding chlorine that generates heat when reacting with hydrogen under a metal catalyst (Pd or Pb) using metal silicon (MG-Si) and silicon tetrachloride as raw materials. Reaction by receiving the heat generated by the reaction can reduce the heater capacity of the reactor or remove the heater, thereby reducing the installation cost, production cost and maintenance costs.

본 발명의 또 다른 효과는 발열반응을 하는 염소를 투입하는 기술적 구성을 공정 및 장치에 적용시킴으로서 TCS 전환율을 최대로 유지하면서 동일한 비용으로 생산량을 늘릴 수 있는 장치 구성이 가능해지며 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 절감하고, 반응기의 히터장치를 간소화함으로 작업효율을 극대화시키는데 있다. Another effect of the present invention is to apply the technical configuration of the chlorine in the exothermic reaction to the process and apparatus, it is possible to configure the device that can increase the output at the same cost while maintaining the maximum TCS conversion rate, installation cost, production cost and It is to reduce the maintenance cost and to maximize the work efficiency by simplifying the heater device of the reactor.

본 발명의 또 다른 효과는 삼염화실란 제조장치 및 공정 중에 사이클론을 이용하여 금속규소를 회수하여 재활용하고, 증류탑에서는 비등점을 이용한 사염화규소와 삼염화실란을 분리하고, 분리과정에서 회수된 사염화규소를 재활용하도록 설계 제작하므로 생산비용, 재료비 및 폐기물처리 비용을 크게 절감하는데 있다. Another effect of the present invention is to recover and recycle the metal silicon by using a cyclone during the production apparatus and process of trichlorosilane, in the distillation column to separate the silicon tetrachloride and trichlorosilane using the boiling point, to recycle the silicon tetrachloride recovered in the separation process By designing and manufacturing, production cost, material cost and waste disposal cost are greatly reduced.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다. 본 발명에 따른 삼염화실란의 제조장치 및 방법에는 원료로 사염화규소, 금속규소, 수소 및 염소를 사용하는 것이 특징이며, 반응촉매로서 금속촉매를 사용하고, 이때 금속성분은 전이금속군인 Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr계로 제조되며, 상기 전이금속군 촉매의 담채는 알루미나, 제올라이트, 산화규소, 활성탄 및 규조토 중에서 하나를 선택하여 제조한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The apparatus and method for producing trichlorosilane according to the present invention is characterized by using silicon tetrachloride, metal silicon, hydrogen and chlorine as raw materials, and using a metal catalyst as a reaction catalyst, wherein the metal component is Pd, Pb, It is made of Cu, Pt, Ti, Sr-based, the tin of the transition metal group catalyst is prepared by selecting one of alumina, zeolite, silicon oxide, activated carbon and diatomaceous earth.

본 발명은 연속형 충진 반응기에서 원료가 계속적으로 투입되고, 반응기 상부의 사이클론을 통해 미립자 금속규소가 분리 회수되어 반응기 내부로 피드백되도록 구성되어 있다. The present invention is configured to continuously feed the raw material in the continuous filling reactor, the particulate metal silicon is separated and recovered through a cyclone at the top of the reactor and fed back into the reactor.

사이클론을 통과한 기체는 연속하여 배관을 통해서 직렬로 연결된 증류탑으로 이송되며, 증류탑에서는 삼염화실란(비등점: 32℃)과 사염화규소(비등점: 57,6℃)가 비등점 차이로 분리되고, 비등점 차이로 비등점이 높은 사염화규소는 증류탑하부의 탱크에 회수되어 사염화규소탱크로 재순환되어 원료로 투입되어 재활용되도록 구성되어 있다.The gas passing through the cyclone is continuously transferred to the distillation column connected in series through a pipe. In the distillation column, silane trichloride (boiling point: 32 ° C) and silicon tetrachloride (boiling point: 57,6 ° C) are separated by boiling point difference. Silicon tetrachloride having a high boiling point is recovered in a tank under the distillation column, recycled to a silicon tetrachloride tank, and recycled as a raw material.

증류탑 상부를 통과한 삼염화실란은 순도가 95% 이상으로 응축시켜 저장탱크에 저장된다. The trichlorosilane passed through the top of the distillation column is condensed with a purity of 95% or more and stored in a storage tank.

본 발명의 원료로 사용되는 사염화규소는 순도가 75% 이상이며, 금속규소(MG-Si)는 90% 이상의 순도를 가지며, 입자크기는 50~400mesh를 사용한다. 수소의 순도는 70% 이상인 것으로 하며, 염소의 순도는 90%이상의 공업용을 사용한다. Silicon tetrachloride used as a raw material of the present invention is more than 75% purity, metal silicon (MG-Si) has a purity of 90% or more, the particle size is used 50 ~ 400mesh. The purity of hydrogen is 70% or more, and the chlorine purity is 90% or more for industrial use.

본 발명에 따른 촉매를 이용한 삼염화실란의 제조장치는 연속형 충진 반응기로 원료가 계속적으로 투입되도록 구성되어 있고, 반응기 상부에는 미세한 분말금속규소를 분리 회수하기 위한 사이클론이 설치되어 있다.The apparatus for producing trichlorosilane using the catalyst according to the present invention is configured to continuously feed raw materials into a continuous filling reactor, and a cyclone for separating and recovering fine powder metal silicon is installed at the top of the reactor.

반응기는 압력(10 기압정도)을 잘 견디는 원통형 구조로 하는 것이 바람직하며, 반응기 하단부에 전이금속군의 금속으로 제조된 촉매를 장입하고, 원통형 반응기 상부에 스크류로 금속규소가 투입되며, 반응기 내부의 촉매층 위에 주입되어 금속규소 층을 형성한다. It is preferable that the reactor has a cylindrical structure that can withstand pressure (about 10 atm) well, a catalyst made of a metal of transition metal group is charged at the bottom of the reactor, and metal silicon is introduced into the cylindrical reactor with a screw. It is injected over the catalyst layer to form a metal silicon layer.

사염화규소와 수소의 투입은 사염화규소의 기화온도 이상으로 유지한 사염화규소탱크에 수소공급원으로부터 수소를 주입하여 버블링시켜 사염화규소와 수소가 함께 공급되게 구성하며, 염소공급원으로부터 공급되는 염소는 독립적으로 공급되고, 반응기 투입 전단에서 하나의 배관에서 서로 결합되어 서로 혼합되며, 혼합된 배관은 배관 외부에 설치된 전기히터를 통해 300℃~500℃사이의 온도 중에서 일정온도로 가온한다. 이 경우에는 가온되는 배관의 직경이 작아서 히터의 설치가 간단하고 작은 용량의 히터로 구성할 수 있으므로 설치공간, 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. Silicon tetrachloride and hydrogen are injected into the silicon tetrachloride tank maintained above the vaporization temperature of silicon tetrachloride and bubbled by injecting hydrogen from the hydrogen source to supply silicon tetrachloride and hydrogen together, and the chlorine supplied from the chlorine source is independently It is supplied and combined with each other in one pipe at the front end of the reactor is mixed with each other, the mixed pipe is heated to a constant temperature in the temperature between 300 ℃ ~ 500 ℃ through an electric heater installed outside the pipe. In this case, since the diameter of the heated pipe is small, the installation of the heater is simple and the heater can be configured with a small capacity, thereby reducing the installation space, installation cost, production cost, and maintenance cost.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나 이상의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성, 조성물의 혼합비 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the present invention shown and described in the drawings will be described by at least one embodiment, whereby the present invention described above The technical spirit and its core composition, the mixing ratio and action of the composition is not limited.

본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면을 살펴본다. 도1은 본 발명에 따라 설계 제작된 삼염화실란의 제조를 위한 장치도이며, 도2는 본 발명에 따라 설계 제작된 삼염화실란 제조장치 중에서 증류탑을 확대 도시한 것이다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.Look at the drawings to facilitate understanding of the present invention. 1 is a device diagram for the production of trichlorosilane designed according to the present invention, Figure 2 is an enlarged view of the distillation column of the trichlorosilane production apparatus designed and manufactured according to the present invention. A specific embodiment according to the present invention will be described.

[실시 예] EXAMPLES

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 도1은 본 발명에 따라 설계 제작된 반응열과 촉매를 이용한 삼염화실란의 제조를 위한 장치도이다. 본 발명은 반응기에서 촉매와 반응열을 이용하여 반응시키므로 종래 제조방법보다 반응기를 가열하는 히터의 용량이 작거나 히터를 사용하지 않고 낮은 온도와 낮은 압력에서 높은 전환율로 삼염화실란을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이고, 삼염화실란을 제조하는 과정에서 발생하는 금속규소는 반응기로 재순환시키고, 사염화규소는 사염화규소 탱크로 재순환시켜 사용하므로 폐기물 처리비용을 절감하고, 재료비 및 생산비용을 절감할 수 있는 삼염화실란을 제조하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. A specific embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a device diagram for the production of trichlorosilane using a reaction heat and a catalyst designed and manufactured according to the present invention. The present invention relates to an apparatus and method for producing trichlorosilane with high conversion rate at low temperature and low pressure without using a heater or having a heater that heats the reactor less than the conventional manufacturing method because the reaction is carried out using a catalyst and reaction heat in the reactor. In the process of manufacturing trichlorosilane, the metal silicon generated in the process is recycled to the reactor, and the silicon tetrachloride is recycled to the silicon tetrachloride tank, thereby reducing the waste disposal cost, and reducing the material cost and production cost. To provide an apparatus and method for manufacturing.

본 발명은 발열 반응을 통해서 반응열을 얻기 위하여 염소의 주입하는 기술적 구성이 핵심이다. 본 발명에 따른 반응열을 얻기 위한 염소의 주입은 크게 3가 지 구조로 설계 제작할 수 있으며, 이중 하나를 선택 채용할 수 있다. 첫 번째 구조는 300℃~500℃로 유지시킨 반응기 하부 일측에 배관을 설치하고, 염소공급원으로부터 염소가스를 배관을 통해서 독립적으로 공급하는 것이다. 두 번째 구조는 염소주입구를 반응기 내부 중앙에 설치하고, 염소공급원으로부터 염소가스를 배관을 통해서 공급하여 발열반응을 극대화시키는 구조로 반응온도는 300℃~500℃에서 시작하며, 400℃ 이상에서 점화되면 히팅장치에 공급되는 전원을 차단한다. 세 번 째 구조는 염소가스 주입 배관을 사염화규소와 수소가 함께 이동하는 배관 일측에 연결시켜 이 3가지 가스가 함께 예열기를 통과하여 혼합되어 반응기 하단으로 투입되도록 하는 것이며, 이 때 반응기 온도는 300℃~500℃정도로 유지되도록 구성되어 있다.In the present invention, the technical configuration of chlorine injection to obtain the heat of reaction through exothermic reaction is the core. Injecting chlorine to obtain the heat of reaction according to the present invention can be designed and manufactured in three structures, one of which can be selected. The first structure is to install a pipe on the lower side of the reactor maintained at 300 ℃ ~ 500 ℃, and independently supply chlorine gas from the chlorine source through the pipe. The second structure is designed to maximize the exothermic reaction by installing a chlorine inlet in the center of the reactor and supplying chlorine gas from the chlorine source through the pipe.The reaction temperature starts at 300 ℃ ~ 500 ℃, Shut off the power to the heating device. The third structure is to connect the chlorine gas injection pipe to one side of the pipe where silicon tetrachloride and hydrogen move together so that these three gases are mixed together through a preheater and injected into the bottom of the reactor. It is configured to maintain around ~ 500 ℃.

도1은 상기 세 번 째 방법으로 염소를 공급하는 구조로, 본 발명의 하나의 실시 예이며, 수소를 사염화규소 탱크로 주입하여 버블링된 유체가 통과하는 배관 일측으로 염소를 주입하여 히터(이하 ‘예열장치’라 한다)를 통과하면서 예열된 사염화규소, 수소 및 염소를 동시에 반응기로 투입되도록 제작된 것이다.1 is a structure for supplying chlorine in the third method, which is one embodiment of the present invention, injects hydrogen into a silicon tetrachloride tank, and injects chlorine into one side of a pipe through which a bubbling fluid passes, and a heater (hereinafter, The preheated silicon tetrachloride, hydrogen and chlorine are simultaneously introduced into the reactor while passing through the 'preheater'.

배관을 통과하면서 예열장치에 의하여 가온된 사염화규소, 염소 및 수소가 서로 혼합되어 반응기로 공급되어 촉매층을 통과하면서 온도 범위에 따라 표1내지 표3에 나타난 반응이 발생하는데 최초로 진행되는 반응은 표1의 반응식 d에 의한 반응이다.The silicon tetrachloride, chlorine, and hydrogen heated by the preheater as they pass through the pipe are mixed with each other and fed to the reactor to pass through the catalyst bed, resulting in the reactions shown in Tables 1 to 3 depending on the temperature range. Is a reaction according to Scheme d.

표1. 반응기 내부(350℃)에서 일어나는 반응의 열역학 데이터Table 1. Thermodynamic data of the reaction taking place inside the reactor (350 ° C)

Figure 112009008292521-PAT00001
Figure 112009008292521-PAT00001

표2. 반응기 내부(400℃)에서 일어나는 반응의 열역학 데이터Table 2. Thermodynamic data of the reaction inside the reactor (400 ° C.)

Figure 112009008292521-PAT00002
Figure 112009008292521-PAT00002

표3. 반응기 내부(500℃)에서 일어나는 반응의 열역학 데이터Table 3. Thermodynamic data of the reaction inside the reactor (500 ° C)

Figure 112009008292521-PAT00003
Figure 112009008292521-PAT00003

그 다음은 금속규소(MG-Si)층을 통과하면서 반응식 a 와 반응식 b 의 통합반응인 반응식 c 에 의한 반응이 진행된다. Then, the reaction proceeds by the reaction scheme c, which is an integrated reaction of reaction scheme a and reaction scheme b, passing through the metal silicon (MG-Si) layer.

반응식 c 에 의하여 이루어지는 통합 반응은 흡열 반응으로 열 공급이 필요하게 되며, 필요한 열은 반응식 d에 의한 반응에서 발생한 열을 공급받아서 진행하도록 구성되어 있다. 반응식 d에 의하여 발생하는 열 관계 제어는 도1에서 수소공 급원에서 주입되는 수소와 염소공급원에서 주입되는 염소의 몰비에 의하여 결정된다. 염소가 수소보다 과량 투입되면 반응식 e에 의한 반응이 발생하게 되어 무리한 핫스팟이 발생하게 되어 제어가 어려워지고 전환율도 감소한다. 그렇기 때문에 수소와 염소의 몰비를 조절해서 주입할 필요가 있으며, 따라서 수소를 과량 투입하여 반응식 c에 의한 반응을 주 반응로 유지하고, 반응식 d에 의하여 발생하는 열을 열공급원의 의미로서 부가반응이 되도록 하는 것이 바람직하다. The integrated reaction made by the reaction scheme c requires an endothermic reaction to supply heat, and the necessary heat is configured to proceed by receiving the heat generated in the reaction according to the reaction scheme d. The thermal relationship control generated by Scheme d is determined by the molar ratio of hydrogen injected from the hydrogen source and chlorine injected from the chlorine source in FIG. When chlorine is added in excess of hydrogen, the reaction by the reaction formula e occurs, causing excessive hot spots, which makes the control difficult and reduces the conversion rate. Therefore, it is necessary to control the molar ratio of hydrogen and chlorine to be injected. Therefore, excess hydrogen is added to maintain the reaction according to Scheme c as the main reaction, and the heat generated by Scheme d is added as a heat source. It is desirable to.

보다 바람직하게는 수소와 염소의 몰비를 50:1내지 1:1사이로 주입하면 된다. 그러면 반응기 내부의 온도가 320℃~ 350℃에서 유지된다. 결국 수소와 염소의 투입량을 조절함에 따라 반응기 외부에 설치된 히터의 전력소모를 최대한 감소시킬 수 있고 반응기 내부로 주입되기 전 단계에서 예열장치를 설치하여 예열 후 반응기에 수소, 금속규소 및 염소가 포함된 기체를 주입하도록 구성하므로 반응기에 설치된 히터를 예비용으로 사용하거나 또는 설치할 필요가 없게 된다.More preferably, the molar ratio of hydrogen and chlorine may be injected between 50: 1 and 1: 1. Then the temperature inside the reactor is maintained at 320 ℃ ~ 350 ℃. Eventually, by controlling the input of hydrogen and chlorine, it is possible to reduce the power consumption of the heater installed outside the reactor as much as possible, and before the injection into the reactor, the preheating device is installed to preheat the reactor. Since the gas is configured to be injected, there is no need to use or install a heater installed in the reactor as a spare.

이는 삼염화실란의 생산량을 증대시키기 위하여 필요한 장치의 설치공간, 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 줄일 수 있으며, 또한 수소, 사염화규소 및 염소가 반응기 내부의 촉매층과 금속규소 층을 통과하는 동안에 반응이 일어나고 금속규소 분말이 비산되어 발생하는 편류현상을 감소시켜 열적 안정화를 꾀할 수 있다. 반응기 상부에서 발생한 삼염화실란은 1차적으로 사이클론에 의해 미세 금속불순물 및 금속규소(MG-Si)를 분리 회수한 후 증류탑으로 이송하게 된다. 분리 회수된 사염화규소는 반응기로 재순환되도록 구성되어 있다. 이 때 증류탑은 비등점의 차이를 이용하여 하부온도를 50~58℃ 유지하고, 상부온도는 30~35℃를 유지하여 사염화 규소와 삼염화실란으로 분리되도록 구성되어 있다. 증류탑에서 분리된 삼염화실란은 95% 이상의 순도로 응축시켜 저장탱크에 용액 상태로 저장되며, 증류탑 탱크에 회수된 사염화규소는 사염화규소탱크로 재순환시켜 원료로서 다시 투입된다. This can reduce the installation space, installation cost, production cost and maintenance cost of the equipment necessary to increase the production of trichlorosilane, and also the reaction is carried out while hydrogen, silicon tetrachloride and chlorine pass through the catalyst layer and the metal silicon layer inside the reactor. It is possible to reduce the drift caused by the metal silicon powder is scattered and to achieve thermal stabilization. The trichlorosilane generated in the upper part of the reactor is primarily collected by the cyclone to recover the fine metal impurities and metal silicon (MG-Si) and then transferred to the distillation column. The separated and recovered silicon tetrachloride is configured to be recycled to the reactor. At this time, the distillation column is configured to maintain a lower temperature of 50 ~ 58 ℃, the upper temperature of 30 ~ 35 ℃ by using the difference in boiling point is configured to be separated into silicon tetrachloride and trichlorosilane. The trichlorosilane separated from the distillation column is condensed with a purity of 95% or more and stored in the storage tank as a solution, and the silicon tetrachloride recovered in the distillation column tank is recycled to the silicon tetrachloride tank and reloaded as a raw material.

본 발명에 따른 제조 장치의 구성에 대하여 도1에 기초하여 구체적으로 살펴본다. 사염화규소와 수소를 반응기로 투입하기 위하여서는 사염화규소의 기화온도이상으로 유지한 사염화규소탱크(14)에 수소공급원(11)으로부터 수소를 주입하여 버블링시켜 사염화규소와 수소를 동시에 공급되며, 염소공급원(12)으로부터 공급되는 염소는 독립적으로 공급되고, 반응기 투입 전단에서 사염화규소와 수소가 혼합된 배관과 염소를 공급하는 배관을 하나의 배관으로 결합시켜 혼합되도록 구성되어 있다.The structure of the manufacturing apparatus which concerns on this invention is looked at in detail based on FIG. In order to inject silicon tetrachloride and hydrogen into the reactor, silicon tetrachloride and hydrogen are supplied simultaneously by bubbling hydrogen from the hydrogen source 11 into the silicon tetrachloride tank 14 maintained above the vaporization temperature of silicon tetrachloride. The chlorine supplied from the supply source 12 is independently supplied, and is configured to combine and mix the pipes in which silicon tetrachloride and hydrogen are mixed at the front end of the reactor and the pipe for supplying chlorine into one pipe.

사염화규소, 수소 및 염소가 혼합된 배관 외부에는 예열장치(15)를 설치하여 300℃~500℃로 가온한다. 반응기(32)로 주입되기 전에 배관을 예열하는 예열장치(15)는 직경이 작은 배관으로 예열장치(15)의 설치가 간단하고 가온이 용이하여 작은 용량으로 예열장치(15)호 구성할 수 있으므로 설치공간, 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. The preheater 15 is installed outside the pipe in which silicon tetrachloride, hydrogen and chlorine are mixed and heated to 300 ° C to 500 ° C. The preheating device 15 for preheating the pipe before being injected into the reactor 32 is a small diameter pipe, so that the preheating device 15 can be easily installed and warmed, and thus the preheating device 15 can be configured with a small capacity. There is an advantage that can reduce the installation space, installation cost, production cost and maintenance cost.

반응기(32)는 반응에 의하여 발생한 높은 기체압력(10 기압정도)에도 견딜 수 있는 금속재질의 원통형 구조로 설계 제작하는 것이 바람직하며, 반응기 하단부에 전이금속군의 금속(Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr계)으로 제조된 촉매를 장입하여 촉매층(16)을 형성하고, 상기 촉매층 상부에 스크류(20)로 금속규소를 투입하여 금속규소층(17)이 형성되어 있다. The reactor 32 is preferably designed and manufactured in a metallic cylindrical structure that can withstand the high gas pressure (about 10 atm) generated by the reaction, and the transition metal group metal (Pd, Pb, Cu, Pt) at the bottom of the reactor. , Ti, Sr-based) is charged to form a catalyst layer 16, and a metal silicon layer 17 is formed by injecting metal silicon with a screw 20 on the catalyst layer.

상기 반응기는 연속형 충진 반응기로 삼염화실란을 제조하기 위한 원료들이 계속적으로 투입되도록 구성되어 있고, 반응기 상부에는 미세한 분말금속규소를 분리 회수하기 위한 사이클론(21)이 설치되어 있고, 사이클론(21)에서 분리되어 하부로 떨어진 미세한 분말규소는 반응기(32)의 금속규소층(17)으로 재투입되도록 구성되어 있다.The reactor is configured to continuously feed the raw materials for the production of trichlorosilane into a continuous filling reactor, and a cyclone 21 for separating and recovering fine powdered metal silicon is installed at the top of the reactor, and in the cyclone 21 The fine powder silicon separated and dropped to the bottom is configured to be re-introduced into the metal silicon layer 17 of the reactor 32.

사이클론(21)을 통과한 기체는 직렬로 연속하여 연결된 배관을 통해서 증류탑(23)으로 이송되며, 증류탑(23)에서는 삼염화실란(비등점: 32℃)과 사염화규소(비등점: 57,6℃)가 비등점 차이로 분리되고, 비등점 차이로 비등점이 높은 사염화규소는 증류탑(23)하부의 탱크로 회수되고, 회수된 사염화규소는 배관을 통해서 사염화규소저장탱크(30)로 배관 상에 설치된 공급펌프(29)를 이용하여 이송한다. The gas passing through the cyclone 21 is transferred to the distillation tower 23 through pipes connected in series and in series, and in the distillation tower 23, trichlorosilane (boiling point: 32 ° C) and silicon tetrachloride (boiling point: 57,6 ° C) The silicon tetrachloride separated by the difference in boiling point, and the boiling point having a high boiling point by the difference in boiling point is recovered to the tank under the distillation column 23, and the recovered silicon tetrachloride is supplied to the silicon tetrachloride storage tank 30 through the pipe to the supply pump (29). ) To transfer.

증류탑(23) 하부에 위치한 증류탑 탱크 내부에는 증류탑 히팅장치(22)가 설치되며, 증류탑 히팅장치(22)에서는 하부의 내부온도를 50℃내지 58℃로 유지하며, 증류탑(23)의 상부는 냉각용 열교환기(24)를 설치하여 30℃내지 35℃사이에서 유지하도록 구성되어 있다. 상기 냉각용 열교환기(24)는 온도를 냉각시킬 수 있는 통상의 냉각기이면 족하다.A distillation column heating device 22 is installed inside the distillation column tank disposed below the distillation column 23, and the distillation column heating device 22 maintains the internal temperature of the lower portion at 50 ° C. to 58 ° C., and the upper part of the distillation column 23 is cooled. It is configured to provide a heat exchanger (24) for maintaining between 30 ℃ to 35 ℃. The cooling heat exchanger 24 may be any conventional cooler capable of cooling the temperature.

증류탑 탱크의 하부에는 비등점이 높은 사염화규소가 모이게 되어 삼염화실란과 분리되고, 증류탑 탱크에 모인 사염화규소는 베플(28, Baffle)을 통과하여 사염화규소 저장탱크(30)로 이동하도록 구성되어 있다. 베플(28)은 증류탑 히팅장치(22)의 가열 대상물을 줄여서 증류탑 히팅장치(22)의 부담을 줄일 수 있는 역할을 한다. In the lower part of the distillation column tank, silicon tetrachloride having a high boiling point is collected and separated from the trichlorosilane, and the silicon tetrachloride collected in the distillation column tank is configured to move through the baffle (28, Baffle) to the silicon tetrachloride storage tank (30). The baffle 28 serves to reduce the load on the distillation column heating device 22 by reducing the heating target of the distillation column heating device 22.

사염화규소저장탱크(30)에 저장된 사염화규소는 공급펌프(29)를 이용하여 사염화규소 탱크(14)로 이송되어 원료로 재활되도록 구성되어 재료비 절감과 폐기물 처리비용을 절감할 수 있다.Silicon tetrachloride stored in the silicon tetrachloride storage tank 30 is transferred to the silicon tetrachloride tank 14 using the supply pump 29 to be recycled as a raw material, thereby reducing material costs and waste disposal costs.

도2는 증류탑(23)을 확대한 도면으로, 도2의 증류탑은 증류탑 히팅장치(22)가 탑재된 리보일러, 증류탑의 중앙에 위치하여 가스의 접촉면적을 확대하여 삼염화실란의 순도를 높이기 위한 증류칼럼 및 컨덴서(응축기)로 구성되어 있다. FIG. 2 is an enlarged view of the distillation column 23. The distillation column of FIG. 2 is a reboiler equipped with a distillation column heating device 22 and is positioned at the center of the distillation column to enlarge the contact area of gas to increase the purity of trichlorosilane. It consists of a distillation column and a condenser.

상기 리보일러에서는 증류탑 히터장치(22)로 50℃내지 58℃로 가열하고, 폴링이 충진된 증류칼럼에서는 기체가 통과하는 시간을 증가시켜 삼염화실란의 순도를 증가시키며, 컨덴서에서는 통과하는 기체를 응축시켜 액체는 피드백시키고 기체는 삼염화실란 저장탱크(26)로 이송하도록 구성되어 삼염화실란의 순도를 높일 수 있도록 구성되어 있다. 상기 증류탑을 통과한 삼염화실란의 순도는 95% 이상이 된다.The reboiler is heated to 50 ° C to 58 ° C with a distillation column heater (22), in the distillation column filled with polling increases the passage time of the gas to increase the purity of trichlorosilane, condensing the gas passing through the condenser It is configured to feed back the liquid and transfer the gas to the trichlorosilane storage tank 26 so as to increase the purity of the trichlorosilane. The purity of the trichlorosilane passed through the distillation column is 95% or more.

상기 컨덴서를 통과한 기체는 삼염화실란 저장탱크(26)로 이송하기 전 단계에서 냉각 응축용 열교환기(25)를 통과시켜 액체 상태로 이송되어 삼염화실란 저장탱크(26)에 저장되도록 구성되어 있다. 상기 냉각 응축용 열교환기(25)의 일측에는 수소 및 염산 등을 배출시키기 위한 밴트(33, vent)를 구비하고 있다. The gas passing through the condenser is configured to pass through the heat exchanger 25 for cooling condensation in a liquid state before being transferred to the trichlorosilane storage tank 26, and to be transferred to a liquid state and stored in the trichlorosilane storage tank 26. One side of the cooling condensation heat exchanger 25 is provided with a vent 33 for discharging hydrogen and hydrochloric acid.

본 발명에 따른 삼염화실란의 제조장치에는 다수의 배관에 가스의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브를 선택적으로 설치하거나 하나 이상 설치하고, 온도센서, 압력센서 및 레벨게이지를 필요한 장소에 설치하며, 상기 제어밸브, 온도센서, 압력센서 및 레벨게이지를 서로 연동시켜 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어부를 설치할 수 있다. In the apparatus for producing trichlorosilane according to the present invention, selectively install one or more control valves for controlling the flow of gas in a plurality of pipes, and install in a place where a temperature sensor, a pressure sensor and a level gauge are needed, the control A control unit can be installed to control valves, temperature sensors, pressure sensors and level gauges automatically or manually.

상기 반응기(32)의 내부 온도는 100℃내지 500℃사이를 유지하여 반응시키며, 더욱 바람직한 것은 300℃내지 350℃사이에서 반응이 이루어지도록 하는 것이다. 상기 반응기(32)의 내부압력은 1기압내지 10기압사이에서 이루어진다.The internal temperature of the reactor 32 is reacted by maintaining between 100 ℃ to 500 ℃, more preferably to make the reaction between 300 ℃ to 350 ℃. The internal pressure of the reactor 32 is between 1 atm and 10 atm.

상기 증류탑의 내부기압은 1기압에서 5기압사이에서 이루어지고, 증류탑의 내부온도는 10℃내지 100℃사이에서 이루어진다.The internal pressure of the distillation column is made between 1 atm and 5 atm, and the internal temperature of the distillation column is between 10 ° C and 100 ° C.

상기 반응기는 도1에서와 같이 촉매 층과 금속규소 층을 분리하여 제작한 고정층반응기와, 촉매와 금속규소를 혼합하여 장입하여 제작된 혼합형반응기 및 촉매와 금속규소가 반응기 내부에서 이동하도록 구성하여 반응시간을 증대시켜 전환율을 높일 수 있도록 제작된 유동층반응기 중에서 하나를 선택하여 설계 제작할 수 있다.The reactor is a fixed bed reactor prepared by separating the catalyst layer and the metal silicon layer as shown in FIG. 1, a mixed reactor prepared by mixing the catalyst and the metal silicon, and the catalyst and the metal silicon to move in the reactor. It is possible to design and manufacture one of the fluidized bed reactors designed to increase the conversion rate by increasing the time.

보다 구체적으로, 상기 반응기에 탑재되는 Pd 촉매는 일정 농도의 팔라듐 염(PdNO3, PdCl2) 용액에 알루미나, 제올라이트, 산화규소, 활성탄 및 규조토 중 하나의 담채를 선택하여 함침시켜 건조시킨 후 Na2CO3, K2CO3 등의 용액으로 중화시켜 건조하고, 400℃에서 소성한 후 수소로 300℃에서 5시간동안 환원하여 사용하였다. Pb 촉매는 촉매성분이 Pb, Ti, Sr, 등으로 구성되어 있으며, PbNO3, TiCl4 및 SrNO3 등을 일정비율의 용액으로 제조하여 알루미나, 제올라이트, 산화규소, 활성탄 및 규조토 중 하나의 담채를 선택하여 함침시키고 중화제로 중화시킨 후, 100℃ 정도에서 건조하고 500℃에서 소성한 다음 300℃에서 5시간 수소로 환원하여 촉매로 사 용하였으며, Cu 촉매는 일정농도의 CuCl2 용액에 알루미나, 제올라이트, 산화규소, 활성탄 및 규조토 중 하나의 담채를 선택하여 일정시간 동안 함침시켜 건조한 후 중화제로 중화시켜 건조시키고, 소성한 다음에 수소로 환원하여 촉매로 사용한다.More specifically, Pd catalysts include palladium salt of a concentration that is mounted to the reactor (PdNO 3, PdCl 2) alumina in solution, the zeolite, after selecting a tint of a silicon oxide, activated carbon and diatomaceous earth and dried impregnated Na 2 It was neutralized with a solution such as CO 3 , K 2 CO 3 and dried, calcined at 400 ° C. and then reduced with hydrogen at 300 ° C. for 5 hours. Pb catalyst is composed of Pb, Ti, Sr, etc., and PbNO 3 , TiCl 4, SrNO 3 and the like in a proportion of the solution to select one of alumina, zeolite, silicon oxide, activated carbon and diatomaceous earth was impregnated and then neutralized with a neutralizing agent, was used as a dried at about 100 ℃ and then reduced at 300 ℃ to 5 hours hydrogen firing at 500 ℃ catalysts, Cu catalysts are alumina CuCl 2 solution in a concentration, the zeolite, One of silicon oxide, activated carbon and diatomaceous earth is selected, impregnated for a certain period of time, dried, neutralized with a neutralizing agent, dried, calcined and reduced with hydrogen to be used as a catalyst.

[실시 예1] Example 1

본 발명에 따른 촉매를 이용한 삼염화실란의 제조장치에서 원통형 반응기의 크기는 직경이 10㎝ 높이 2m상부에 직경 30㎝인 사이클론이 설치되어 있으며, 상기 사이클론의 다음 단에는 직경 10㎝인 높이 2m인 증류탑이 설치되고, 증류탑 상부에는 컨덴서가 부착 설치되며 30℃~ 35℃사이의 온도를 유지하고, 증류탑 하부는 50℃내지 58℃로 유지되도록 구성하였다.In the apparatus for producing trichlorosilane using a catalyst according to the present invention, a cylindrical reactor has a diameter of 10 cm and a cyclone having a diameter of 30 cm is installed on the top of 2 m in height, and a distillation column having a height of 10 m and a diameter of 2 m at the next stage of the cyclone. This is installed, the condenser is attached to the top of the distillation column is installed to maintain a temperature between 30 ℃ ~ 35 ℃, the lower column was configured to maintain 50 ℃ to 58 ℃.

직경이 10㎝ 인 원통형 반응기 하단부에 앞서 설명한 제조방법으로 제조된 0.5L의 전이금속군 Pd촉매를 장입하고, 상부에서 스크루로 3L의 금속규소를 장입하였다.At the bottom of a cylindrical reactor having a diameter of 10 cm, 0.5L of transition metal group Pd catalyst prepared by the above-described manufacturing method was charged, and 3L of metal silicon was loaded with a screw from the top.

2L 용기의 사염화규소 탱크를 사염화규소 기화 온도선(50℃정도)에서 유지하며, 수소를 MFC를 통해 70sccm으로 주입하여 버블링하였다. 이 때 반응기 외벽에 설치된 전기히팅장치를 이용하여 가열하여 350℃를 유지하였다. 이때 전력 사용량은 약 5kw 정도이고, 삼염화실란의 전환율은 32%를 보였다. 증류탑을 거쳐 상부 물질을 가스크로마토그래피(GC)로 분석한 결과는 TCS가 98%이고, STC가 1.2%이며, H2가 0.6%이고, HCl이 0.2%를 나타냈다.A silicon tetrachloride tank in a 2 L vessel was maintained at a silicon tetrachloride vaporization temperature line (about 50 ° C.) and bubbled with hydrogen at 70 sccm through MFC. At this time, by heating using an electric heating device installed on the outer wall of the reactor was maintained at 350 ℃. At this time, the power consumption was about 5kw, and the conversion rate of trichlorosilane was 32%. Gas chromatography (GC) analysis of the top material through a distillation column showed TCS of 98%, STC of 1.2%, H 2 of 0.6% and HCl of 0.2%.

[실시 예2] Example 2

앞서 실시한 실시 예1과 동일한 조건 하에서 도1에서와 같이 염소공급원으로부터 독립적으로 염소를 투입한다. 이 때 수소와 염소의 몰비가 10:1정도로 염소를 투입하였을 때 반응기 외부에 설치된 전기히터장치의 전력 사용량은 실시 예1의 8% 정도이며, 32%의 TCS 전환율을 나타내었다. 증류탑 상부에서 가스크로마토그래피로 분석한 결과는 TCS 순도가 99.2%로 분석되었다.Under the same conditions as in Example 1, the chlorine is added independently from the chlorine source as shown in FIG. At this time, when chlorine was introduced at a molar ratio of hydrogen and chlorine of about 10: 1, the power consumption of the electric heater device installed outside the reactor was about 8% of Example 1, and the TCS conversion rate was 32%. Gas chromatography analysis at the top of the distillation column showed that the TCS purity was 99.2%.

[실시 예3] Example 3

상기 실시 예2에서 수소와 염소의 몰비를 5:1로 조정하였을 때 반응기 외부에 설치된 전기히터장치의 전력 사용량은 실시 예1의 2% 정도이며, 이 때 TCS 전환율은 20%를 나타내었다. 증류탑을 거쳐 나온 증류탑 상부에서의 가스크로마토그래피로 분석한 결과는 TCS의 순도가 99.5%를 나타내었다.When the molar ratio of hydrogen and chlorine was adjusted to 5: 1 in Example 2, the power consumption of the electric heater device installed outside the reactor was about 2% of Example 1, and the TCS conversion rate was 20%. Gas chromatography analysis at the top of the distillation column from the distillation column showed that the TCS purity was 99.5%.

[실시 예4] Example 4

상기 실시 예2에서 수소와 염소의 몰비를 1:1로 조정하고, 반응기 온도를 350℃에서 500℃~ 550℃까지 상승하였을 때 TCS전환율은 35%를 나타냈으며, 증류탑 상부에서 가스크로마토그래피로 분석한 결과는 TCS의 순도가 98.5%를 나타내었다.In Example 2, the molar ratio of hydrogen and chlorine was adjusted to 1: 1, and the TCS conversion was 35% when the reactor temperature was increased from 350 ° C. to 500 ° C. to 550 ° C., and analyzed by gas chromatography at the top of the distillation column. One result showed that the purity of TCS was 98.5%.

[실시 예5] Example 5

상기 실시 예2에서 반응기 외부에 설치된 전기히터장치를 제거하고 원료가 반응기로 공급되기 전에 위치한 배관에 예열장치를 설치하여 350℃로 가온 예열하여 반응기로 원료를 투입하였다. 반응기 내부의 온도가 300℃~ 350℃를 유지하였으며 이때 TCS 전환율은 31%를 나타내었고, 증류탑 상부에서 가스크로마토그래피로 분석한 결과는 TCS의 순도가 99%를 나타내었다.In Example 2, the electric heater device installed outside the reactor was removed, and a preheating device was installed in a pipe located before the raw material was supplied to the reactor, and the raw material was input to the reactor by preheating to 350 ° C. The temperature inside the reactor was maintained at 300 ℃ ~ 350 ℃, the TCS conversion was 31%, the results of gas chromatography analysis at the top of the distillation column showed a purity of 99% TCS.

[실시 예6] Example 6

상기 실시 예5에서 수소와 염소의 몰비를 1:1로 조정하였을 때, 반응기의 온도는 400℃~450℃로 가온되었고, 이 때 TCS 전환율은 35%를 나타내었다. 상부에서 가스크로마토그래피로 분석한 결과는 TCS의 순도가 98.8%를 나타내었다.When the molar ratio of hydrogen and chlorine was adjusted to 1: 1 in Example 5, the temperature of the reactor was warmed to 400 ° C to 450 ° C, and the TCS conversion was 35%. Analysis of gas chromatography at the top showed T. purity of 98.8%.

앞서 기술한 실시 예1내지 실시 예6을 통해서 알 수 있듯이 예열장치와 촉매를 이용하고, 염소를 투입할 경우에 염소 투입에 의하여 발생하는 반응열을 이용할 경우에 반응기의 외부에 설치되는 히터장치의 용량을 줄이거나 히터장치를 제거할 수 있으므로 설치공간, 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 크게 절감할 수 있다.As can be seen from Examples 1 to 6 described above, the capacity of a heater installed outside the reactor in the case of using the preheater and the catalyst, and the reaction heat generated by the chlorine input when chlorine is added. The installation space, installation cost, production cost and maintenance cost can be greatly reduced by reducing the cost or removing the heater device.

앞서 기술한 실시 예는 도1에 도시된 예열장치와 반응기 히팅장치에 기초하여 기술한 본 발명에 따른 하나의 실시 예이며, 반응열을 얻기 위한 염소가스 주입의 또 다른 구조는 앞서 기술한 첫 번째 구조는 300℃~500℃로 유지시킨 반응기 하부 일측에 배관을 설치하고, 배관을 통하여 염소공급원으로부터 염소가스를 독립적으로 공급하는 것이다. 두 번째 구조는 염소주입구를 반응기 내부 중앙에 설치하고, 염소공급원으로부터 염소가스를 배관을 통해서 공급하여 발열반응을 극대화시킨 구조로 반응온도는 300℃~500℃사이에서 시작하며, 400℃ 이상에서 점화(자체 반응열에 의하여 스스로 반응이 이루어짐을 말한다)되면 반응기 히팅장치에 공급되는 전원을 차단하는 것이다. The above-described embodiment is one embodiment according to the present invention described on the basis of the preheater and the reactor heating apparatus shown in FIG. 1, and another structure of the chlorine gas injection for obtaining the reaction heat is the first structure described above. The pipe is installed at one side of the reactor lower side maintained at 300 ℃ ~ 500 ℃, to supply chlorine gas independently from the chlorine supply source through the pipe. The second structure is designed to maximize the exothermic reaction by installing the chlorine inlet in the center of the reactor and supplying the chlorine gas from the chlorine source through the pipe.The reaction temperature starts from 300 ℃ ~ 500 ℃ (It means that the reaction is made by the heat of its own reaction) If the power to the reactor heating device is cut off.

상기 염소를 주입하는 서로 다른 구조인 첫 번째, 두 번 째 및 세 번 째 구조 모두 반응기의 히팅장치의 용량을 크게 줄이거나 히팅 장치의 사용시간을 크게 감소시켜 설치비용 및 삼염화실란의 생산 비용을 크게 줄일 수 있다.The first, second and third structures, which are different structures for injecting chlorine, greatly reduce the capacity of the heating device of the reactor or greatly reduce the operating time of the heating device, thereby greatly increasing the installation cost and the production cost of trichlorosilane. Can be reduced.

본 발명은 반응기 전단에 예열장치를 설치하고, 반응기에 전이금속군의 금속(Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr계)으로 제조된 촉매를 장입하여 촉매 층을 형성하고, 염소를 투입할 경우에 반응기의 외부에 설치되는 히터장치의 용량을 줄이거나 히터장치를 제거할 수 있으므로 설치공간, 설치비용, 생산비용 및 유지비용을 크게 절감할 수 있고, 반응기 상부에 사이클론을 설치하여 미세한 분말금속규소를 분리 회수하여 재활용하며, 증류탑에서 분리 회수된 사염화규소를 재활용할 수 있도록 구성하므로 생산비용 및 재료비를 절감할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다. In the present invention, a preheating device is installed at the front end of a reactor, and a catalyst made of transition metal group metal (Pd, Pb, Cu, Pt, Ti, Sr-based) is charged to form a catalyst layer, and chlorine may be added to the reactor. In this case, since the capacity of the heater device installed outside the reactor can be reduced or the heater device can be removed, installation space, installation cost, production cost, and maintenance cost can be greatly reduced, and fine powder metal can be installed by installing a cyclone on the reactor. Since the silicon is separated and recovered and recycled, and the silicon tetrachloride separated and recovered in the distillation column is configured to be recycled, the production cost and material cost can be reduced, so the industrial applicability is very high.

도1 : 본 발명에 따라 설계된 촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란의 제조를 위한 장치도1 is a device diagram for the production of trichlorosilane using a catalyst and reaction heat designed according to the present invention

도2 : 본 발명에 따라 설계된 삼염화실란 제조장치 중에서 증류탑을 확대 도시한 도면2 is an enlarged view showing a distillation column in a trichlorosilane production apparatus designed according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11; 수소공급원 12; 염소공급원11; Hydrogen source 12; Chlorine Source

13; 사염화규소 탱크 히팅장치 14; 사염화규소 탱크13; Silicon tetrachloride tank heating apparatus 14; Silicon Tetrachloride Tank

15; 예열장치(배관) 16; 촉매 층15; Preheater (piping) 16; Catalyst bed

17; 금속규소 층 18; 반응기 히팅장치17; Metalsilicon layer 18; Reactor heating device

19; 금속규소 탱크 20; 스크류19; Metal silicon tank 20; screw

21; 사이클론 22; 증류탑 히팅장치21; Cyclone 22; Distillation column heating device

23; 증류탑 24; 냉각용 열교환기23; Distillation column 24; Cooling Heat Exchanger

25; 냉각 응축용 열교환기 26; 삼염화실란 저장탱크25; Heat exchanger 26 for cold condensation; Trichlorosilane Storage Tank

27; 증류탑 탱크에 모인 사염화규소 28; 베플(Baffle)27; Silicon tetrachloride collected in a distillation column tank; Baffle

29; 공급펌프(사염화규소 저장탱크로) 30; 사염화규소 저장탱크29; Feed pump (to silicon tetrachloride storage tank) 30; Silicon Tetrachloride Storage Tank

31; 공급펌프(사염화규소탱크로) 32; 반응기31; Feed pump (silicon tetrachloride tank) 32; Reactor

33; 밴트(Vent)33; Vent

Claims (12)

삼염화실란을 제조하는 제조장치에 있어서,In the manufacturing apparatus for manufacturing trichlorosilane, 사염화규소탱크로 수소를 공급하기 위한 수소 공급원;A hydrogen source for supplying hydrogen to the silicon tetrachloride tank; 상기 수소 공급원으로부터 배관을 통해서 수소를 공급받아서 수소와 사염화규소를 버블링시켜 반응기로 주입하기 위한 사염화규소탱크;A silicon tetrachloride tank for receiving hydrogen from the hydrogen source through a pipe and bubbling hydrogen and silicon tetrachloride into the reactor; 상기 사염화규소탱크에서 버블링된 유체가 통과하는 배관 일측으로 염소가스를 혼합시켜 공급하기 위한 염소공급원;A chlorine supply source for mixing and supplying chlorine gas to one side of a pipe through which the bubbled fluid passes in the silicon tetrachloride tank; 상기 반응기 전단에 수소, 사염화규소 및 염소가 혼합되는 배관 외측에 설치되어 혼합된 유체를 예열시켜 반응기로 주입하기 위한 예열장치; A preheater installed at the front of the reactor and installed outside the pipe where hydrogen, silicon tetrachloride and chlorine are mixed to preheat the mixed fluid and inject it into the reactor; 상기 사염화규소탱크에서 배관을 통해서 주입되는 수소와 사염화규소에 염소가스가 혼합 주입되면서 반응하여 삼염화실란을 생성하기 위하여 전이금속군 촉매와 금속규소가 장입된 반응기; 및A reactor in which a transition metal group catalyst and a metal silicon are charged to generate trichlorosilane by reacting while hydrogen and chlorine gas are mixed and injected into the silicon tetrachloride in the silicon tetrachloride tank; And 상기 반응기에서 생성된 사염화규소와 삼염화실란을 비등점의 차이를 이용하여 분리하기 위하여 하부에 히팅장치와 상부에 냉각용 열교환기를 구비한 증류탑으로 이루어진 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.In order to separate the silicon tetrachloride and trichloride produced in the reactor by the difference in boiling point, the trichlorosilane production apparatus using a metal catalyst and a reaction heat consisting of a distillation column having a heating device at the bottom and a cooling heat exchanger at the top. 삼염화실란을 제조하는 제조장치에 있어서,In the manufacturing apparatus for manufacturing trichlorosilane, 사염화규소탱크로 수소를 공급하기 위한 수소 공급원;A hydrogen source for supplying hydrogen to the silicon tetrachloride tank; 상기 수소 공급원으로부터 배관을 통해서 수소를 공급받아서 수소와 사염화 규소를 버블링시켜 반응기로 주입하기 위한 사염화규소탱크;A silicon tetrachloride tank for receiving hydrogen from the hydrogen source through a pipe and bubbling hydrogen and silicon tetrachloride into the reactor; 상기 사염화규소탱크에서 버블링된 유체가 통과하는 배관 일측으로 염소가스를 혼합하여 공급하기 위한 염소공급원;A chlorine supply source for mixing and supplying chlorine gas to one side of a pipe through which the bubbled fluid passes in the silicon tetrachloride tank; 상기 사염화규소탱크에서 배관을 통해서 주입되는 수소와 사염화규소에 염소가 혼합 주입되면서 반응하여 삼염화실란을 생성하기 위하여 전이금속군 촉매와 금속규소가 장입된 반응기; A reactor in which a transition metal group catalyst and a metal silicon are charged to generate trichlorosilane by reacting while hydrogen and silicon tetrachloride are mixed and injected into the silicon tetrachloride in the silicon tetrachloride tank; 상기 반응기 외부에 설치되어 반응기를 가열하기 위한 반응기 전기히팅장치; 및A reactor electric heating device installed outside the reactor to heat the reactor; And 상기 반응기에서 생성된 사염화규소와 삼염화실란을 비등점의 차이를 이용하여 분리하기 위하여 하부에 히팅장치와 상부에 냉각용 열교환기를 구비한 증류탑으로 이루어진 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.In order to separate the silicon tetrachloride and trichloride produced in the reactor by the difference in boiling point, the trichlorosilane production apparatus using a metal catalyst and a reaction heat consisting of a distillation column having a heating device at the bottom and a cooling heat exchanger at the top. 삼염화실란을 제조하는 제조장치에 있어서,In the manufacturing apparatus for manufacturing trichlorosilane, 사염화규소탱크로 수소를 공급하기 위한 수소 공급원;A hydrogen source for supplying hydrogen to the silicon tetrachloride tank; 상기 수소 공급원으로부터 배관을 통해서 수소를 공급받아서 수소와 사염화규소를 버블링시켜 반응기로 주입하기 위한 사염화규소탱크;A silicon tetrachloride tank for receiving hydrogen from the hydrogen source through a pipe and bubbling hydrogen and silicon tetrachloride into the reactor; 반응기 하부 일측 또는 반응기 중앙에 염소가스주입구를 설치하고, 배관을 통해서 염소가스를 반응기 내부로 공급하기 위한 염소공급원;A chlorine supply source for installing a chlorine gas inlet at one side of the reactor or at the center of the reactor and supplying chlorine gas to the reactor through a pipe; 상기 사염화규소탱크에서 배관을 통해서 주입되는 수소와 사염화규소 및 염소공급원으로부터 주입되는 염소가스에 의하여 발열 반응을 하고 발열된 열을 이용 하여 삼염화실란을 생성하기 위한 전이금속군 촉매와 금속규소가 장입된 반응기; In the silicon tetrachloride tank, an exothermic reaction is performed by hydrogen injected through a pipe, silicon tetrachloride, and chlorine gas injected from a chlorine source, and a transition metal group catalyst and metal silicon are charged to generate trichlorosilane using the exothermic heat. Reactor; 상기 반응기 외부에 설치되어 반응기를 가열하기 위한 반응기 전기히팅장치; 및A reactor electric heating device installed outside the reactor to heat the reactor; And 상기 반응기에서 생성된 사염화규소와 삼염화실란을 비등점의 차이를 이용하여 분리하기 위하여 하부에 히팅장치와 냉각용 열교환기를 구비한 증류탑으로 이루어진 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.An apparatus for producing trichlorosilane using a metal catalyst and reaction heat consisting of a distillation column having a heating device and a cooling heat exchanger in a lower portion in order to separate silicon tetrachloride and trichlorosilane produced in the reactor by using a difference in boiling point. 청구항1내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 전이금속군 촉매는 Pd, Pb, Cu, Ni, Ti, Sr 및 Pt 중에서 하나 또는 두 개 이상을 선택하여 제조함을 특징으로 하는 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.The transition metal group catalyst is Pd, Pb, Cu, Ni, Ti, Sr and Pt trichlorosilane production apparatus using a metal catalyst and the reaction heat, characterized in that the production by selecting one or two or more. 청구항4에 있어서, The method according to claim 4, 상기 전이금속군 촉매의 담채는 알루미나, 제올라이트, 산화규소, 활성탄 및 규조토 중에서 하나를 선택 제조하여 반응기에 장입함을 특징으로 하는 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.The dye of the transition metal group catalyst is selected from alumina, zeolite, silicon oxide, activated carbon and diatomaceous earth to prepare a trichloride silane using a metal catalyst and the reaction heat, characterized in that the charge into the reactor. 청구항1내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 수소공급원과 염소공급원으로부터 투입되는 수소와 염소의 몰비를 50:1내지 1:1사이에서 혼합시켜 주입됨을 특징으로 하는 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.And a molar ratio of hydrogen and chlorine introduced from the hydrogen source and the chlorine source is mixed between 50: 1 and 1: 1 to inject the trichlorosilane using the metal catalyst and the heat of reaction. 청구항1내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 반응기는 촉매 층과 금속규소 층을 분리하여 제작한 고정층반응기, 촉매와 금속규소를 혼합 장입하여 제작한 혼합형반응기 및 촉매와 금속규소가 반응기 내부에서 이동하도록 구성하여 반응시간을 증대시켜 전환율을 높일 수 있도록 제작된 유동층반응기 중에서 하나를 선택하여 제작된 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조장치.The reactor is composed of a fixed bed reactor prepared by separating the catalyst layer and the metal silicon layer, a mixed reactor made by mixing and charging the catalyst and the metal silicon, and a catalyst and the metal silicon to be moved in the reactor to increase the reaction time to increase the conversion rate. Trichlorosilane production apparatus using a metal catalyst and the heat of reaction produced by selecting one of the fluidized bed reactor manufactured to be. 청구항1내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 반응기의 반응온도는 100℃내지 500℃사이에서 이루어지고, 반응기의 내부압력은 1기압내지 10기압사이에서 이루어지며, 증류탑의 내부기압은 1기압에서 5기압사이에서 이루어지고, 증류탑의 내부온도는 10℃내지 100℃사이에서 이루어짐을 특징으로 하는 금속촉매를 이용한 삼염화실란 제조장치.The reaction temperature of the reactor is between 100 ° C and 500 ° C, the internal pressure of the reactor is between 1 atm and 10 atm, the internal pressure of the distillation column is between 1 and 5 atm, the internal temperature of the distillation column Trichlorosilane production apparatus using a metal catalyst, characterized in that made between 10 ℃ to 100 ℃. 청구항1내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 증류탑은 하부에 히팅장치가 설치된 리보일러;The distillation column is a reboiler having a heating device installed at the bottom; 삼염화실란의 순도를 높이기 위하여 가스의 접촉면적을 확대하기 위한 증류칼럼 및 기체를 응축시켜 변화된 액체를 피드백시키고 기체를 삼염화실란의 저장탱크로 이송하기 위한 컨덴서로 구성됨을 특징으로 하는 금속촉매를 이용한 삼염화실 란 제조장치.Trichloride using a metal catalyst, consisting of a distillation column to expand the contact area of the gas to increase the purity of trichlorosilane and a condenser to feed back the changed liquid and transfer the gas to the storage tank of trichlorosilane. Silane manufacturing equipment. 삼염화실란을 제조하는 제조방법에 있어서,In the production method for producing trichlorosilane, 수소공급원으로부터 사염화규소탱크로 배관을 통해서 수소를 공급하는 공정;Supplying hydrogen through a pipe from a hydrogen supply source to a silicon tetrachloride tank; 상기 수소공급원으로부터 배관을 통해서 수소를 공급받아서 수소와 사염화규소를 사염화규소탱크에서 버블링시켜 배관을 통해서 반응기로 주입하는 공정;Receiving hydrogen through a pipe from the hydrogen supply source and bubbling hydrogen and silicon tetrachloride in a silicon tetrachloride tank and injecting the hydrogen into the reactor through the pipe; 상기 사염화규소탱크에서 버블링된 유체가 통과하는 배관 일측으로 염소공급원으로부터 염소가스를 공급하는 공정;Supplying chlorine gas from a chlorine supply source to one side of a pipe through which the bubbled fluid passes in the silicon tetrachloride tank; 상기 반응기 전단에 수소, 사염화규소 및 염소가 혼합된 배관에 설치된 예열장치를 이용하여 혼합된 가스를 예열하는 공정; Preheating the mixed gas using a preheater installed in a pipe in which hydrogen, silicon tetrachloride, and chlorine are mixed in front of the reactor; 상기 예열된 수소, 사염화규소 및 염소가 혼합된 유체를 전이금속군 촉매와 금속규소가 장입된 반응기에 주입하여 삼염화실란을 생성하는 공정; 및Injecting the preheated hydrogen, silicon tetrachloride and chlorine mixed fluid into a transition metal group catalyst and a metal silicon-loaded reactor to generate trichlorosilane; And 하부에 히팅장치와 상부에 냉각용 열교환기가 설치된 증류탑에서 상기 반응기에서 반응하여 생성된 기체 중에 포함된 사염화규소와 삼염화실란을 증류탑에 설치된 히팅장치와 냉각용 열교환기를 이용하여 비등점의 차이를 이용하여 분리하여 삼염화실란을 획득하는 공정으로 이루어진 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조방법.In the distillation column equipped with a heating device and a cooling heat exchanger at the bottom, the silicon tetrachloride and the trichlorosilane contained in the gas generated by the reaction in the reactor are separated by using the difference in boiling point using the heating device and the cooling heat exchanger installed in the distillation column. Method for producing trichlorosilane using a metal catalyst and heat of reaction consisting of a process for obtaining trichlorosilane. 삼염화실란을 제조하는 제조방법에 있어서,In the production method for producing trichlorosilane, 수소공급원으로부터 사염화규소탱크로 배관을 통해서 수소를 공급하는 공정;Supplying hydrogen through a pipe from a hydrogen supply source to a silicon tetrachloride tank; 상기 수소공급원으로부터 배관을 통해서 수소를 공급받아서 수소와 사염화규소를 사염화규소탱크에서 버블링시켜 배관을 통해서 반응기로 주입하는 공정;Receiving hydrogen through a pipe from the hydrogen supply source and bubbling hydrogen and silicon tetrachloride in a silicon tetrachloride tank and injecting the hydrogen into the reactor through the pipe; 반응기 하부 일측에 설치된 배관 또는 반응기 중앙에 설치된 염소주입구에 배관을 통해서 염소공급원으로부터 염소가스를 반응기 내부로 공급하는 공정;Supplying chlorine gas from the chlorine source into the reactor through a pipe installed at one side of the reactor or a chlorine inlet installed at the center of the reactor; 상기 사염화규소탱크에서 배관을 통해서 수소와 사염화규소가 주입되고, 염소공급원으로부터 배관을 통해서 반응기로 염소가스가 공급되며, 공급된 염소와 수소에 의하여 발열된 열과 반응기 외부에 설치된 히팅장치에서 공급되는 열을 이용하여 전이금속군 촉매와 금속규소가 장입된 반응기에서 반응하여 삼염화실란을 생성하는 공정; 및In the silicon tetrachloride tank, hydrogen and silicon tetrachloride are injected through a pipe, chlorine gas is supplied from a chlorine source to a reactor through a pipe, heat generated by supplied chlorine and hydrogen, and heat supplied from a heating device installed outside the reactor. Generating trichlorosilane by reacting in a reactor loaded with a transition metal group catalyst and a metal silicon by using; And 상기 반응기에서 반응하여 생성된 기체 중에서 하부에 히팅장치와 냉각용 열교환기를 구비한 증류탑에서 사염화규소와 삼염화실란을 비등점의 차이를 이용하여 분리하는 공정으로 이루어진 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조방법.A method of producing trichlorosilane using a metal catalyst and heat of reaction comprising a step of separating silicon tetrachloride and trichlorosilane using a difference in boiling point in a distillation column having a heating device and a cooling heat exchanger in a lower portion of the gas produced by the reactor. 청구항10 또는 청구항11에 있어서, The method according to claim 10 or 11, 상기 반응기를 통과하여 나온 기체 중에서 미세한 분말금속규소를 분리 회수하기 위한 사이클론이 설치되고, 사이클론에서 분리 회수된 분말금속규소를 반응기 내부로 재순환시키는 공정; 및 A cyclone for separating and recovering fine powdered metal silicon from the gas passed through the reactor, and recycling the powdered metal silicon separated and recovered from the cyclone into the reactor; And 상기 증류탑에서 비등점의 차이를 이용하여 분리 회수되어 증류탑 탱크에 모인 사염화규소를 사염화규소탱크로 재순환하는 공정을 더 포함한 금속촉매와 반응열을 이용한 삼염화실란 제조방법. A method for producing trichlorosilane using a metal catalyst and heat of reaction further comprising the step of recycling the silicon tetrachloride collected and recovered in the distillation column tank to a silicon tetrachloride tank using the difference in boiling point in the distillation column.
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