WO2019098343A1 - トリクロロシランの製造方法および配管 - Google Patents

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賢次 弘田
克弥 荻原
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing trichlorosilane and a pipe used for the method.
  • Trichlorosilane is used as a raw material for polycrystalline silicon used as a material such as a semiconductor.
  • One means of producing trichlorosilane is to use a fluidized bed reactor. Specifically, trichlorosilane is produced by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride gas using a fluidized bed reactor. From the fluidized bed reactor, an exhaust gas containing the produced trichlorosilane is discharged, and trichlorosilane is produced by recovering the trichlorosilane from the exhaust gas.
  • the exhaust gas discharged from the fluidized bed reactor contains aluminum chloride and the like in addition to trichlorosilane.
  • the temperature of the cooling water is much lower than the sublimation temperature of aluminum chloride (about 160 ° C.)
  • the exhaust gas is cooled by applying the cooling water to the side wall of the pipe 100
  • aluminum chloride contained in the exhaust gas The phenomenon of solidification locally occurs.
  • the solidified aluminum chloride adheres to and deposits on the pipe 100, causing the pipe 100 to be blocked.
  • the side wall 101 of the piping 100 in which the exhaust gas is flowing in the inner space 102 is There is a means for cooling the exhaust gas by applying high temperature water to evaporate the high temperature water.
  • a rapid temperature difference occurs when the high temperature water evaporates, and there is a problem that stress corrosion cracking occurs in the portion of the pipe 100 where this temperature difference occurs.
  • One aspect of the present invention is made in view of each of the above problems, and its object is to prevent adhesion and deposition of solidified aluminum chloride to piping and stress corrosion cracking of piping.
  • the manufacturing method of trichlorosilane concerning one mode of the present invention is the cooling which cools the exhaust gas containing the above-mentioned trichlorosilane discharged from the fluid bed type reaction equipment which generates the above-mentioned trichlorosilane.
  • the cooling step includes, in the piping for discharging the exhaust gas from the fluidized bed reactor, the temperature of the surface of the side wall in contact with the flowing exhaust gas is 110 ° C. or higher in the cooling step;
  • the exhaust gas is cooled by flowing a fluid into a space formed inside.
  • a pipe is a pipe for discharging an exhaust gas containing the trichlorosilane, which is discharged from a fluidized bed reactor that generates trichlorosilane, and a side wall of the pipe is A first wall whose surface is in contact with the exhaust gas, and a second wall disposed outside the first wall, and a fluid is interposed between the first wall and the second wall There is a space for the flow of
  • adhesion and deposition of solidified aluminum chloride on piping and stress corrosion cracking of piping can be prevented.
  • the method for producing trichlorosilane includes a reaction step and a cooling step.
  • the flow of metal silicon powder and hydrogen chloride gas up to the fluidized bed reactor (not shown) to be described later is, for example, described in JP-A-2011-184242.
  • the description is omitted according to Further, the flow of trichlorosilane after the trichlorosilane is discharged from the below-described piping 10 is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-089859, and the description is incorporated as necessary. I omit explanation.
  • trichlorosilane is produced by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride (HCl).
  • metal silicon powder used for forming trichlorosilane include solid materials containing metal element silicon element such as metallurgical metal silicon, silicon iron, or polysilicon (Si), and known materials can be used without any restriction. Be done.
  • impurities such as an iron compound
  • metal silicon powder may be contained in metal silicon powder, and there is no restriction
  • the metallic silicon powder is usually used in the form of a fine powder having an average particle size of about 150 to 350 ⁇ m.
  • a fluidized bed reactor is used to generate trichlorosilane.
  • the fluid bed reactor is a reactor for reacting metal silicon powder with hydrogen chloride to form trichlorosilane, and any known reactor can be used without particular limitation.
  • a fluidized bed reactor it is possible to continuously supply metal silicon powder and hydrogen chloride and continuously produce trichlorosilane.
  • the feed rates of the metallic silicon powder and hydrogen chloride are not particularly limited as long as the metallic silicon powder and hydrogen chloride can be fed at such a rate that the fluid bed can form a flow rate.
  • the reaction temperature in the reaction is appropriately determined in consideration of the material and capacity of the reaction apparatus, the catalyst and the like, but is generally set in the range of 200 to 500 ° C., preferably 250 to 450 ° C.
  • the method for producing trichlorosilane is not limited to the method of reacting metal silicon powder with hydrogen chloride.
  • a method is adopted in which silicon tetrachloride (SiCl 4 ) by-produced in the precipitation step of polysilicon in the production of polysilicon or dry silica gel is converted to trichlorosilane (STC reduction reaction (AX reaction)) for reuse
  • SiCl 4 silicon tetrachloride
  • AX reaction AX reaction
  • the exhaust gas discharged from the fluidized bed reactor is cooled using the pipe 10 shown in FIG. Specifically, in the space 4 formed inside the side wall 3 so that the temperature of the surface 1a of the first wall 1 (part of the side wall) in contact with the flowing exhaust gas is 110 ° C. or higher in the piping 10
  • the exhaust gas is cooled by flowing air (fluid) at 30 ° C. or higher.
  • the temperature of the surface 1a of the first wall 1 (part of the side wall) is more preferably 120 ° C. or higher.
  • the pipe 10 is a facility for discharging the exhaust gas from the fluidized bed reactor, and as shown in FIG. 1, is formed of a substantially cylindrical side wall 3.
  • the side wall 3 comprises a first wall 1 whose surface 1 a is in contact with the exhaust gas, and a second wall 2 arranged outside the first wall 1.
  • a space 4 for flowing air is formed between the first wall 1 and the second wall 2.
  • a first opening 6 for introducing air to the space 4 is formed in one second wall 2, and the first opening 6 and the space 4 communicate with each other.
  • the other second wall 2 is formed with a second opening 7 for discharging air to the outside, and the second opening 7 and the space 4 communicate with each other.
  • the exhaust gas flows through the cylindrical inner space 5 formed to be surrounded by the surface 1 a of the first wall 1.
  • An inner shell 20 having a diameter smaller than the inner diameter of the pipe 10 (the diameter of the inner space 5) is disposed in the vertically lower section of the inner space 5.
  • a narrow path section 5a in which the flow path of the exhaust gas is narrowed by the arrangement of the inner shell 20 is formed.
  • the cross-sectional area of the inner space 5 is narrowed by 1 to 10%, particularly 1 to 5%, by the arrangement of the inner shell 20 in the vertically lower section. Is preferred.
  • the outer shape of the main body of the inner shell 20 is cylindrical.
  • the tip portion of the inner space 5 which is formed to be continuous with the main body and disposed so as to face the inflow side of the exhaust gas has a conical outer shape.
  • the shape and size of the pipe 10 and the inner shell 20, the arrangement of the inner shell 20 in the inner space 5, and the like are not limited to the example of the present embodiment.
  • the arrangement may be arbitrarily changed in design.
  • the inner shell 20 may not be disposed in the inner space 5.
  • the deposition conditions of aluminum chloride are the most severe at the outlet portion where the inner shell 20 is disposed in the vicinity. That is, the temperature of the exhaust gas is the lowest at the outlet portion. Therefore, to prevent aluminum chloride from being deposited and fixed locally in the pipe 10, the temperature of the exhaust gas when flowing through the inner space 5 of the outlet portion is the sublimation temperature of aluminum chloride (about 160 ° C. Needs to be higher than For this purpose, it is necessary to keep the temperature of the surface 1a of the outlet portion at 110 ° C. or higher at the time of exhaust gas cooling.
  • the air is flowed into the space 4 of the pipe 10 so that the temperature of the surface 1a of the first wall 1 is 110 ° C. or higher.
  • the temperature of 1a is also maintained at 110 ° C. or higher. Therefore, the exhaust gas flowing in the pipe 10 is not cooled down to at least a temperature lower than the sublimation temperature of aluminum chloride. Therefore, local solidification of aluminum chloride in the exhaust gas can be effectively suppressed, and adhesion and deposition of the solidified aluminum chloride on the pipe can be prevented.
  • the temperature of the surface 1 a of the first wall 1 is measured by installing a K thermocouple or the like on the wall surface.
  • the cooling step according to the present embodiment air flows into the space 4 formed inside the side wall 3 in a state where the exhaust gas is flowing in the pipe 10, so at least on the surface 1 a of the first wall 1 There is no rapid temperature difference in the vertical direction. Therefore, stress corrosion cracking of the pipe 10 can be prevented. Furthermore, since the temperature of the air flowing into the space 4 is 30 ° C. or higher, the temperature of the surface 1 a of the first wall 1 is more reliably 110 ° C. or higher, for example, compared to the case where high temperature water described later It can be done. Therefore, the occurrence of the stress corrosion cracking is further reduced.
  • the fluid which flows through the space 4 formed in the inside of the side wall 3 is not limited to air,
  • oil or high temperature water (100 degreeC or more) mentioned later may be sufficient.
  • any fluid may be used as long as the temperature of the surface 1 a of the first wall 1 in contact with the flowing exhaust gas is 110 ° C. or higher in the piping 10.
  • a narrow road section 5a is formed in the vertically lower section of the inner space 5, and the distance between the exhaust gas and the surface 1a of the first wall 1 when the exhaust gas passes through the narrow road section 5a. Is shorter than when passing through other sections. Therefore, in the process of passing the narrow path section 5a, the exhaust gas is cooled more efficiently than the other sections.
  • the narrow passage section 5a is formed at the vertically lower section of the inner space 5, that is, at the outlet of the pipe 10, it passes through the sintered metal filter while the exhaust gas is most cooled. It will be done.
  • the inside of the side wall 3 is formed such that the temperature (surface temperature) of the surface 1a of the outlet portion of the pipe 10, specifically, the lowest portion of the side wall 3 is less than 125.degree.
  • air or other fluid is allowed to flow in the space 4 which is formed.
  • the sintered metal filter can be stably disposed immediately below the outlet portion of the pipe 10 because the exhaust gas can be reliably cooled to the heat resistance temperature or less of the Teflon gasket (Teflon (registered trademark)) provided in the sintered metal filter. can do.
  • high temperature water of 100 ° C. or more may be flowed in the space 4 formed inside the side wall 3 instead of air.
  • high temperature water of 100 ° C. or higher for example, the length of the pipe 10 can be shortened compared to the case of flowing air. Therefore, while being able to prevent the deposition to the piping of solidified aluminum chloride, the manufacturing equipment of trichlorosilane can be made compact.
  • the manufacturing method of trichlorosilane concerning one mode of the present invention is the cooling which cools the exhaust gas containing the above-mentioned trichlorosilane discharged from the fluid bed type reaction equipment which generates the above-mentioned trichlorosilane.
  • the cooling step includes, in the piping for discharging the exhaust gas from the fluidized bed reactor, the temperature of the surface of the side wall in contact with the flowing exhaust gas is 110 ° C. or higher in the cooling step;
  • the exhaust gas is cooled by flowing a fluid into a space formed inside.
  • the fluid may flow in the space in the cooling step such that the surface temperature of the lowest portion of the side wall is less than 125 ° C. .
  • the fluid may be air at 30 ° C. or higher.
  • the fluid may be high-temperature water of 100 ° C. or higher.
  • a pipe is a pipe for discharging an exhaust gas containing the trichlorosilane, which is discharged from a fluidized bed reactor that generates trichlorosilane, and a side wall of the pipe is A first wall whose surface is in contact with the exhaust gas, and a second wall disposed outside the first wall, and a fluid is interposed between the first wall and the second wall There is a space for the flow of
  • an inner shell having a diameter smaller than the inner diameter of the pipe is disposed in an inner space through which the exhaust gas flows in the pipe, and at least one of the inner space In the section of the part, a narrow passage section in which the flow path of the exhaust gas is narrowed by the arrangement of the inner shell may be formed.
  • Example ⁇ metal silicon powder and hydrogen chloride (HCl) were reacted in a fluid bed reactor to form trichlorosilane.
  • the flow path of the exhaust gas is narrowed to 2% of the inner space sectional area.
  • the temperature of the surface 1a of the first wall 1 at the lower end portion (outlet portion) of the side wall 3 where the space 4 is provided was measured by installing a K thermocouple on the wall surface. In the circumferential direction of the lower end portion, the temperature was measured at three places at equal intervals, but all were about 120 ° C. and exceeded 110 ° C. In addition, the temperature of the exhaust gas having passed through the lower end portion was also measured by a thermocouple thermometer, and the measured temperature was about 190 ° C., which is above the sublimation temperature of aluminum chloride (about 160 ° C.).
  • the exhaust gas flowing through the pipe 10 has the lowest temperature of the exhaust gas at the lower end portion (outlet portion) where the space 4 is provided. Therefore, the fact that this point exceeds 110 ° C. means that the exhaust gas is kept at the sublimation (solidification) temperature of aluminum chloride or more upstream from the point. From this, it was found that the operation can be continued without contaminating the heat transfer surface, which is important in heat exchange, by the precipitation and adhesion of aluminum chloride.
  • the present invention can be utilized for the production of trichlorosilane.

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Abstract

固化した塩化アルミニウムの配管への固着・堆積、および配管の応力腐食割れを防止する。トリクロロシランの製造方法であって、流動床方式反応装置から排出された、トリクロロシランを含む排出ガスを冷却する冷却工程では、流動床方式反応装置から排出ガスを排出するための配管（１０）内において、当該配管（１０）の側壁（３）の表面（１ａ）の温度が１１０℃以上となるように側壁（３）の内部に形成された空間（４）に流体を流して、排出ガスを冷却する。

Description

トリクロロシランの製造方法および配管
　本発明は、トリクロロシランの製造方法、および当該製造方法に用いられる配管に関する。
　半導体等の材料として用いられる多結晶シリコンは、原料としてトリクロロシランが用いられる。トリクロロシランを製造する手段の１つとして、流動床方式反応装置を用いる手段が挙げられる。具体的には、流動床方式反応装置を用いて金属シリコン粉体と塩化水素ガスとを反応させることによりトリクロロシランを生成する。流動床方式反応装置からは、生成されたトリクロロシランを含む排出ガスが排出され、この排出ガスからトリクロロシランを回収することにより、トリクロロシランを製造する。流動床方式反応装置から排出される排出ガスには、トリクロロシランの他、塩化アルミニウムなどが含まれている。
　ここで、排出ガスからトリクロロシランを回収するためには、当該排出ガスを冷却する必要がある。流動床方式反応装置から排出された排出ガスを冷却する手段として、例えば特許文献１では、図２の（ａ）に示すように、内空部１０２に排出ガスが流れている配管１００の側壁１０１に、その外側から冷却水を当てる方法が開示されている。具体的には、側壁１０１に冷却水を当てることで内空部１０２を流れる排出ガスを凝縮し、凝縮後の排出ガスをコンプレッサを用いてさらに凝縮させることにより、トリクロロシランを回収する。
中国特許出願公開第１０１２７９７３４号明細書
　しかしながら、冷却水の温度は塩化アルミニウムの昇華温度（約１６０℃）よりも大幅に低いことから、冷却水を配管１００の側壁に当てることによって排出ガスを冷却すると、排出ガスに含まれる塩化アルミニウムが局所的に固化する現象が生じる。その結果、固化した塩化アルミニウムが配管１００に固着・堆積し、配管１００を閉塞させる原因となっていた。
　上述の配管１００の閉塞を防止しつつ排出ガスを冷却する手段としては、図２の（ｂ）に示すように、内空部１０２に排出ガスが流れている配管１００の側壁１０１に、その外側から高温水を当てて当該高温水を蒸発させることにより、排出ガスを冷却する手段がある。しかしながら、高温水と接触した側壁１０１の表面上において、高温水の蒸発時に急激な温度差が生じ、この温度差が生じた配管１００の箇所で応力腐食割れが生じるという問題点があった。
　本発明の一態様は、上記の各問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固化した塩化アルミニウムの配管への固着・堆積、および配管の応力腐食割れを防止することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るトリクロロシランの製造方法は、前記トリクロロシランを生成する流動床方式反応装置から排出された、前記トリクロロシランを含む排出ガスを冷却する冷却工程を含み、前記冷却工程では、前記流動床方式反応装置から前記排出ガスを排出するための配管内において、流れる排出ガスと接する側壁の表面の温度が１１０℃以上となるように、前記側壁の内部に形成された空間に流体を流すことにより、前記排出ガスを冷却する。
　また、本発明の一態様に係る配管は、トリクロロシランを生成する流動床方式反応装置から排出された、前記トリクロロシランを含む排出ガスを排出するための配管であって、前記配管の側壁は、表面が前記排出ガスと接触する第１壁と、前記第１壁よりも外側に配置された第２壁と、を備えており、前記第１壁と前記第２壁との間には、流体を流すための空間が形成されている。
　本発明の一態様によれば、固化した塩化アルミニウムの配管への固着・堆積、および配管の応力腐食割れを防止することができる。
排出ガスの冷却に用いられる配管の概略構造を示す断面図である。 排出ガスの冷却方法を示す概略図である。
　〔１．トリクロロシランの製造方法〕
　本実施形態に係るトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）の製造方法は、反応工程と冷却工程とを含む。なお、後述の流動床方式反応装置（不図示）に至るまでの金属シリコン粉体および塩化水素ガスの流れについては、例えば、特開２０１１－１８４２４２号公報に記載されているため、当該記載を必要に応じて援用することとし、説明を省略する。また、後述の配管１０からトリクロロシランが排出された後のトリクロロシランの流れについては、例えば、特開２０１５－０８９８５９号公報に記載されているため、当該記載を必要に応じて援用することとし、説明を省略する。
　＜１－１．反応工程＞
　まず、反応工程では、金属シリコン紛体と塩化水素（ＨＣｌ）とを反応させることで、トリクロロシランを生成する。トリクロロシランの生成に用いられる金属シリコン紛体としては、冶金製金属シリコン、珪素鉄、あるいはポリシリコン（Ｓｉ）等の金属状態のケイ素元素を含む固体物質が挙げられ、公知のものが何ら制限なく使用される。
　また、金属シリコン紛体には鉄化合物等の不純物が含まれていてもよく、その成分および含有量において特に制限はない。金属シリコン紛体は、通常、平均粒径が１５０～３５０μｍ程度の微細な粉末の形態で使用される。
　さらに、トリクロロシランの生成に用いられる塩化水素としては、工業的に入手し得る種々の塩化水素を使用することができる。
　本実施形態において、トリクロロシランの生成には、流動床方式反応装置を用いる。流動床方式反応装置は、金属シリコン紛体と塩化水素とを反応させてトリクロロシランを生成するための反応装置であり、公知のものを特に制限なく用いることができる。流動床方式反応装置を用いることにより、連続的に金属シリコン紛体および塩化水素を供給し、連続的にトリクロロシランを製造することが可能となる。金属シリコン粉体および塩化水素の供給量は、流動層が形成可能な流量となるような速度にて金属シリコン粉体および塩化水素を供給することができれば、特に制限されない。
　前記反応における反応温度は、反応装置の材質および能力、ならびに触媒等を勘案して適宜決定されるが、一般には２００～５００℃、好ましくは２５０～４５０℃の範囲に設定される。
　反応工程において、流動床方式反応装置内で生じている主な反応は、下記の式１および式２で表される。
　［式１］
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
　［式２］
Ｓｉ＋４ＨＣｌ→ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２
　流動床方式反応装置で生成されたトリクロロシランは、排出ガスとして排出される。この排出ガスには、トリクロロシランの他、水素や未反応のテトラクロロシラン・金属シリコン紛体、その他のクロロシラン化合物、塩化アルミニウムが含まれている。
　なお、本発明の一態様に係るトリクロロシランの製造方法（具体的には、反応工程）において、トリクロロシランの生成方法は、金属シリコン紛体と塩化水素とを反応させる方法に限定されない。例えば、ポリシリコンまたは乾式シリカゲルの製造におけるポリシリコンの析出工程で副生される四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を、トリクロロシランに変換（ＳＴＣ還元反応（ＡＸ反応））して再利用する方法を採用してもよい。前記、トリクロロシランの変換は、下記の式３で表される。
[式３]
Ｓｉ＋３ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２→４ＳｉＨＣｌ３
　＜１－２．冷却工程＞
　次に、冷却工程では、流動床方式反応装置から排出された排出ガスを、図１に示す配管１０を用いて冷却する。具体的には、配管１０内において、流れる排出ガスと接する第１壁１（側壁の一部）の表面１ａの温度が１１０℃以上となるように、側壁３の内部に形成された空間４に３０℃以上の空気（流体）を流すことで、排出ガスを冷却する。特には、第１壁１（側壁の一部）の表面１ａの温度は、１２０℃以上とするのがより好ましい。この冷却工程を経ることにより、排出ガスに含まれる未反応の金属シリコン紛体を、下流において焼結金属フィルタ（不図示）で除去することが可能となる。
　配管１０は、流動床方式反応装置から排出ガスを排出するための設備であり、図１に示すように略円筒形状の側壁３によって形成されている。側壁３は、表面１ａが排出ガスと接触する第１壁１、および第１壁１よりも外側に配置された第２壁２を備えている。また、第１壁１と第２壁２との間には、空気を流すための空間４が形成されている。
　一方の第２壁２には、空気を空間４に導くための第１開口部６が形成されており、第１開口部６と空間４とが連通している。他方の第２壁２には、空気を外部に排出するための第２開口部７が形成されており、第２開口部７と空間４とが連通している。
　排出ガスは、第１壁１の表面１ａによって取り囲まれるように形成された、円筒形状の内空部５を流れる。内空部５における鉛直下側の区間には、直径が配管１０の内径（内空部５の直径）よりも小さいインナーシェル２０が配置されている。上記区間（内空部の少なくとも一部の区間）には、インナーシェル２０の配置によって排出ガスの流路が狭められた狭路区間５ａが形成されている。ここで、排出ガスの流路全体としては、上記鉛直下側の区間へのインナーシェル２０の配置によって、内空部５の断面積が１～１０％、特には１～５％狭められているのが好ましい。
　インナーシェル２０の本体の外形は円柱形状となっている。また、当該本体と連なって形成され、内空部５における排出ガスの流入側の方を向くように配置される先端部は、外形が円錐形状となっている。先端部をこのように円錐形状とすることで、他の形状に比べて排出ガスの円滑な流通が可能となり、圧力の損失を抑えることができる。
　なお、配管１０およびインナーシェル２０の形状や大きさ、内空部５におけるインナーシェル２０の配置等は、本実施形態の例に限定されない。例えば、第１・第２壁１・２の厚さ、空間４の広さ、内空部５の形状とそれに対応するインナーシェル２０の外形、第１・第２開口部６・７の大きさや配置については、任意に設計変更してもよい。また、インナーシェル２０は、内空部５に配置されていなくてもよい。
　配管１０の各部分のうち、インナーシェル２０が近傍に配置されている出口部分において塩化アルミニウムの析出条件が最も厳しくなる。すなわち、上記出口部分で排出ガスの温度が最も低くなる。したがって、配管１０内に塩化アルミニウムを局所的に析出・固着させないためには、排出ガスが出口部分の内空部５を流れる際の当該排出ガスの温度が、塩化アルミニウムの昇華温度（約１６０℃）を上回っている必要がある。そのためには、出口部分の表面１ａの温度を、排出ガス冷却時において１１０℃以上に保つ必要がある。
　その点、本実施形態に係る冷却工程では、第１壁１の表面１ａの温度が１１０℃以上となるように配管１０の空間４に空気を流すことから、排出ガス冷却時における出口部分の表面１ａの温度も１１０℃以上に保たれることとなる。したがって、配管１０内を流れる排出ガスが、少なくとも塩化アルミニウムの昇華温度より低い温度になるまで冷却されることはない。そのため、排出ガス中の塩化アルミニウムの局所的な固化を効果的に抑制でき、固化した塩化アルミニウムの配管への固着・堆積を防止することができる。
　ここで、本実施形態に係るトリクロロシランの製造方法において、第１壁１の表面１ａの温度は、壁面にＫ熱電対等を設置することによって測定される。
　また、本実施形態に係る冷却工程では、配管１０内に排出ガスが流れている状態において、側壁３の内部に形成された空間４に空気を流すことから、少なくとも第１壁１の表面１ａには上下方向の急激な温度差が生じない。そのため、配管１０の応力腐食割れを防止することができる。さらには、空間４に流れる空気の温度を３０℃以上とすることから、例えば空間４に後述の高温水を流す場合に比べて、より確実に第１壁１の表面１ａの温度を１１０℃以上とすることができる。そのため、上記応力腐食割れの発生がより低減される。
　なお、側壁３の内部に形成された空間４を流れる流体は空気に限定されず、例えば油や後述の高温水（１００℃以上）であってもよい。言い換えれば、配管１０内において、流れる排出ガスと接する第１壁１の表面１ａの温度が１１０℃以上となるような流体であれば、どのような流体であってもよい。
　さらに、内空部５における鉛直下側の区間には狭路区間５ａが形成されており、排出ガスがこの狭路区間５ａを通過する際、排出ガスと第１壁１の表面１ａとの距離が他の区間を通過するときよりも短くなる。そのため、排出ガスが狭路区間５ａを通過する過程において、他の区間よりも効率的に冷却されることとなる。ここで、狭路区間５ａは、内空部５における鉛直下側の区間、すなわち配管１０の出口部分に形成されていることから、排出ガスが最も冷却された状態のまま焼結金属フィルタを通過することとなる。
　〔２．冷却工程のバリエーション〕
　本実施形態に係る冷却工程においては、配管１０の出口部分、具体的には側壁３の最も低い箇所の表面１ａの温度（表面温度）が１２５℃未満となるように、側壁３の内部に形成された空間４に空気またはその他の流体を流すのが好ましい。
　上記出口部分の表面１ａの温度を１２５℃未満とすることにより、排出ガスが出口部分の内空部５を流れる際、当該排出ガスの温度を約１９０℃まで確実に冷却することができる。そのため、排出ガスを焼結金属フィルタに備えられたテフロンガスケット（テフロン：登録商標）の耐熱温度以下まで確実に冷却できることから、焼結金属フィルタを、配管１０の出口部分の直下に安定的に配置することができる。
　また、本実施形態に係る冷却工程において、側壁３の内部に形成された空間４に、空気の代わりに１００℃以上の高温水を流してもよい。１００℃以上の高温水を流すことにより、例えば空気を流す場合に比べて配管１０の長さを短くすることができる。そのため、固化した塩化アルミニウムの配管への堆積を防止できるとともに、トリクロロシランの製造設備をコンパクトにすることができる。
　＜まとめ＞
　　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るトリクロロシランの製造方法は、前記トリクロロシランを生成する流動床方式反応装置から排出された、前記トリクロロシランを含む排出ガスを冷却する冷却工程を含み、前記冷却工程では、前記流動床方式反応装置から前記排出ガスを排出するための配管内において、流れる排出ガスと接する側壁の表面の温度が１１０℃以上となるように、前記側壁の内部に形成された空間に流体を流すことにより、前記排出ガスを冷却する。
　また、本発明の一態様に係るトリクロロシランの製造方法は、前記冷却工程において、前記側壁の、最も低い箇所の表面温度が１２５℃未満となるように、前記空間に前記流体を流してもよい。
　また、本発明の一態様に係るトリクロロシランの製造方法は、前記流体は、３０℃以上の空気であってもよい。
　また、本発明の一態様に係るトリクロロシランの製造方法は、前記流体は、１００℃以上の高温水であってもよい。
　また、本発明の一態様に係る配管は、トリクロロシランを生成する流動床方式反応装置から排出された、前記トリクロロシランを含む排出ガスを排出するための配管であって、前記配管の側壁は、表面が前記排出ガスと接触する第１壁と、前記第１壁よりも外側に配置された第２壁と、を備えており、前記第１壁と前記第２壁との間には、流体を流すための空間が形成されている。
　また、本発明の一態様に係る配管は、前記配管における前記排出ガスが流れる内空部には、直径が前記配管の内径よりも小さいインナーシェルが配置されており、前記内空部の少なくとも一部の区間には、前記インナーシェルの配置によって前記排出ガスの流路が狭められた狭路区間が形成されていてもよい。
　〔３．実施例〕
　本実施例では、流動床方式反応装置において、金属シリコン紛体と塩化水素（ＨＣｌ）とを反応させてトリクロロシランを生成した。トリクロロシラン生成後の流動床方式反応装置から排出された３５０℃の排出ガスを、図１に示す配管１０の内空部５に流して冷却した。冷却は、配管１０において、４５℃の空気を第１開口部６から側壁３の空間４に供給し、１４３℃まで温度上昇した空気を第２開口部７から排出させることで行った。なお、内空部５におけるインナーシェル２０が配置された部分において、排出ガスの流路は内空部断面積の２％に狭められている構造であった。
　この冷却において、側壁３の、空間４が設けられている下端部分（出口部分）における第１壁１の表面１ａの温度を、壁面にＫ熱電対を設置することにより測定した。前記下端部分の周方向において、等間隔を空けて３カ所で温度測定したが、いずれも約１２０℃であり、１１０℃を上回るものであった。また、当該下端部分を通過した排出ガスの温度も熱電対温度計により測定したところ、測定された温度は、塩化アルミニウムの昇華温度（約１６０℃）を上回る約１９０℃であった。
　配管１０を流れる排出ガスは、この空間４が設けられている下端部分（出口部分）で最も排出ガスの温度が低くなる。それ故、この箇所が前記１１０℃を上回っていることは、該箇所から上流において、排出ガスは塩化アルミニウムを昇華（固化）温度以上に保持されることを意味するものであった。このことから、熱交換で重要な伝熱面を、塩化アルミニウムの析出・固着により汚すことなく、運転を継続できることが分かった。
　〔４．付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　本発明は、トリクロロシランの製造に利用することができる。
　１　　第１壁
　１ａ　表面
　２　　第２壁
　３　　側壁
　４　　空間
　５　　内空部
　５ａ　狭路区間
　１０　配管
　２０　インナーシェル

Claims (6)

  1. 　トリクロロシランの製造方法であって、
    　前記トリクロロシランを生成する流動床方式反応装置から排出された、前記トリクロロシランを含む排出ガスを冷却する冷却工程を含み、
    　前記冷却工程では、
    　　前記流動床方式反応装置から前記排出ガスを排出するための配管内において、流れる排出ガスと接する側壁の表面の温度が１１０℃以上となるように、前記側壁の内部に形成された空間に流体を流すことにより、前記排出ガスを冷却することを特徴とする製造方法。
  2. 　前記冷却工程において、前記側壁の、最も低い箇所の表面温度が１２５℃未満となるように、前記空間に前記流体を流すことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 　前記流体は、３０℃以上の空気であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
  4. 　前記流体は、１００℃以上の高温水であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
  5. 　トリクロロシランを生成する流動床方式反応装置から排出された、前記トリクロロシランを含む排出ガスを排出するための配管であって、
    　前記配管の側壁は、表面が前記排出ガスと接触する第１壁と、前記第１壁よりも外側に配置された第２壁と、を備えており、
    　前記第１壁と前記第２壁との間には、流体を流すための空間が形成されていることを特徴とする配管。
  6. 　前記配管における前記排出ガスが流れる内空部には、直径が前記配管の内径よりも小さいインナーシェルが配置されており、
    　前記内空部の少なくとも一部の区間には、前記インナーシェルの配置によって前記排出ガスの流路が狭められた狭路区間が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の配管。
     
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