WO2010116500A1 - トリクロロシラン冷却塔およびそれを用いたトリクロロシラン製造方法 - Google Patents

トリクロロシラン冷却塔およびそれを用いたトリクロロシラン製造方法 Download PDF

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reaction product
cooling
product gas
gas
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潤 中本
一正 松音
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電気化学工業株式会社
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    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08—Compounds containing halogen
    • C01B33/107—Halogenated silanes
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
    • F28C3/08—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour with change of state, e.g. absorption, evaporation, condensation

Definitions

  • the present invention relates to a trichlorosilane cooling tower used for producing trichlorosilane from tetrachlorosilane and hydrogen, and a method for producing trichlorosilane using the trichlorosilane cooling tower.
  • Trichlorosilane (SiHCl 3 ) is a special material gas used for manufacturing semiconductors, liquid crystal panels, solar cells, and the like. In recent years, demand has been steadily expanding, and growth is expected as a CVD material widely used in the electronics field.
  • Trichlorosilane is produced by bringing vaporized tetrachlorosilane (SiCl 4 ) and hydrogen (H 2 ) into contact in a reaction furnace to achieve the following thermal equilibrium state. SiCl 4 + H 2 ⁇ SiHCl 3 + HCl (1) This reaction is performed by heating a raw material gas composed of gasified tetrachlorosilane and hydrogen to 700 to 1400 ° C. in a reaction furnace.
  • Patent Document 1 in order to efficiently recover trichlorosilane, as shown in Patent Document 1, after reaching the thermal equilibrium state of the above formula (1), the reaction is performed so that once generated trichlorosilane does not return to tetrachlorosilane again. It is necessary to cool the product gas to a predetermined temperature as quickly as possible to freeze the equilibrium. In order to instantly freeze the equilibrium state, Patent Document 1 describes that the reaction product gas is rapidly cooled to 300 ° C. or less in less than 1 second.
  • high-boiling polymers such as Si 2 Cl 6 , Si 3 Cl 8 , and Si 2 H 2 Cl 4 are liable to be by-produced. Since these high-boiling-point polymers may adhere to the wall of the pipe in the plant and block the pipe and hinder continuous operation of the plant, it is preferable to suppress the generation thereof.
  • Patent Document 1 In the method described in Patent Document 1, a reaction product gas is led out from a high-temperature reactor to a cooling tower, where a coolant is directly sprayed on the reaction product gas, and reaction is performed using latent heat of vaporization when the coolant is vaporized. It has excellent cooling efficiency in that it takes heat away from the product gas.
  • Patent Document 1 does not specifically disclose a means for suppressing the formation of a high-boiling polymer that accompanies rapid cooling.
  • the produced trichlorosilane is mainly condensed in the quenching chamber and collected in a receiver provided below the quenching chamber. Therefore, a large amount of high boiling point polymers such as Si 2 Cl 6 , Si 3 Cl 8 , and Si 2 H 2 Cl 4 having a higher boiling point are mixed in the acceptor together with trichlorosilane, and from the recovered chlorosilane mixture, The load for the work of fractionating only the target trichlorosilane is increased.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a trichlorosilane cooling tower capable of suppressing by-product formation of a high boiling point polymer without reducing the recovery rate of trichlorosilane and a method for producing trichlorosilane using the same.
  • the purpose is to provide.
  • the trichlorosilane cooling tower of the present invention is A coolant is sprayed on a reaction product gas containing trichlorosilane obtained by reacting a raw material gas containing tetrachlorosilane and hydrogen at a temperature in the range of 700 to 1400 ° C., and cooled to a temperature range of 70 to 600 ° C.
  • the method for producing trichlorosilane of the present invention includes: A coolant is sprayed on a reaction product gas containing trichlorosilane obtained by reacting a raw material gas containing tetrachlorosilane and hydrogen at a temperature in the range of 700 to 1400 ° C., and cooled to a temperature range of 70 to 600 ° C. And a process of A step of bringing hydrogen chloride gas into contact with the reaction product gas after cooling; Have
  • reaction formula (2 ) To (4) can decompose the high-boiling point polymer and, at the same time, derive trichlorosilane from the high-boiling point polymer.
  • the amount of the high boiling point polymer contained in the reaction product gas after cooling is reduced without reducing the recovery rate of trichlorosilane. Can be reduced. Therefore, the productivity of trichlorosilane can be greatly improved, the operation efficiency of the plant can be increased, and continuous operation can be performed.
  • primary cooling refers to cooling intended to freeze the equilibrium reaction of the above formula (1) by instantaneously reducing the temperature of the reaction product gas to a temperature range of 70 to 600 ° C.
  • secondary cooling refers to auxiliary cooling for the purpose of further reducing the temperature of the reaction product gas after the primary cooling as necessary.
  • the temperature of the reaction product gas can be reduced by bringing the hydrogen chloride gas into contact with the reaction product gas after the primary cooling, the main purpose of bringing the hydrogen chloride gas into contact with the reaction product gas in the present invention is the high boiling point polymer.
  • cooling of the reaction product gas caused by contact with hydrogen chloride gas is not included in the concept of “secondary cooling”.
  • FIG. 1 schematically shows an apparatus for carrying out a trichlorosilane cooling tower of this embodiment and a method for producing trichlorosilane using the same.
  • the trichlorosilane cooling tower 100 of the present embodiment includes a substantially cylindrical metal container 101, a primary spray nozzle 102 and a secondary spray nozzle 103 that are means for spraying a cooling liquid into the metal container 101, and the primary spray.
  • Rapid cooling provided to accommodate the primary spray nozzle 102 inside the metal container 101 and the primary coolant supply pipe 104 and the secondary coolant supply pipe 105 that supply the coolant to the nozzle 102 and the secondary spray nozzle 103, respectively.
  • a hydrogen chloride gas supply pipe 114 for supplying hydrogen chloride gas to the injection nozzle 113 is provided.
  • the metal container 101 is not particularly limited as long as it is a material that does not react with the reaction product gas, and can typically be made of a metal such as stainless steel.
  • a reaction product gas introduction opening 108 for taking in the reaction product gas is provided on the side wall of the metal container 101.
  • a cooling tower gas component extraction pipe 109 for extracting a gas component of the cooled reaction product gas is connected to the top of the metal container 101, and the bottom of the metal container 101 was used for cooling.
  • a cooling tower liquid component extraction pipe 110 is connected to extract the cooling liquid and the condensed liquid component generated by cooling.
  • the quenching tube 106 is not particularly limited as long as it does not react with the reaction product gas, and can typically be composed of a metal such as stainless steel.
  • the quench pipe 106 is provided with an introduction opening 111 for taking in the reaction product gas at a position corresponding to the reaction product gas introduction opening 108 of the metal container 101. Further, the bottom of the quench pipe 106 is open on the entire surface, and a discharge opening 112 for discharging the cooled reaction product gas is formed.
  • a two-stage cooling liquid spraying means including a primary spray nozzle 102 and a secondary spray nozzle 103 is employed as a means for spraying the cooling liquid into the metal container 101.
  • the cooling liquid spraying means in multiple stages, the primary cooling by the primary spray nozzle 102 rapidly quenches the reaction product gas to a temperature sufficient to freeze the equilibrium, and the secondary cooling by the secondary spray nozzle 103 Cooling according to the purpose can be realized such that the reaction product gas is gently cooled exclusively to condense the high-boiling point polymer.
  • the coolant spraying means may consist only of primary cooling.
  • the primary spray nozzle 102 is installed from the canopy portion of the quench pipe 106 toward the inside of the quench pipe 106, and is connected to the primary coolant supply pipe 104.
  • the primary spray nozzle 102 sprays the cooling liquid toward the reaction product gas introduced from the introduction opening 111 of the quench pipe 106, so that the coolant and the reaction product gas are contained in a narrow space in the quench pipe 106. It is brought into contact efficiently and instantaneously cooled to 70 to 600 ° C., more preferably 500 to 600 ° C., where the equilibrium of the above formula (1) freezes.
  • the primary spray nozzle 102 various types of nozzles can be used, but a full conical nozzle capable of realizing an even flow distribution over the entire spray region is preferable.
  • the cooling liquid sprayed from the primary spray nozzle 102 can be sprayed in an average droplet particle diameter range of 2000 ⁇ m or less.
  • the average droplet particle size depends not only on the nozzle characteristics but also on the spraying conditions.
  • the spray amount is 0.1 to 0.3 l / min
  • the spray pressure is 0.1 to 0.2 MPa
  • a mixed liquid composed of tetrachlorosilane and trichlorosilane having a mixing ratio described later is used as the cooling liquid, those capable of realizing an average droplet diameter of 2000 ⁇ m or less are preferable.
  • the filling member 107 is arbitrarily installed above the primary spray nozzle 102.
  • the filling member 107 is provided with a gas passage so that the reaction product gas that is primarily cooled in the quench pipe 106 and pushed out from the discharge opening 112 of the quench pipe 106 is disturbed in its straight travel when rising inside the trichlorosilane cooling tower 100.
  • Any form can be used as long as it is formed.
  • it may be a form in which small blocks such as chips or blocks are packed irregularly, or a plurality of plate-like members provided with a large number of holes arranged at intervals.
  • the filling member 107 is not particularly limited as long as it does not react with the reaction product gas, and can typically be made of a metal such as stainless steel.
  • the secondary spray nozzle 103 is arbitrarily installed further above the primary spray nozzle 102 and the filling member 107 and is connected to the secondary coolant supply pipe 105.
  • the secondary spray nozzle 103 is ejected from the discharge opening 112 of the quench pipe 106, rises in the trichlorosilane cooling tower 100, and sprays the coolant toward the reaction product gas passing through the filling member 107.
  • the coolant sprayed from the secondary spray nozzle 103 also has a function of lowering the temperature inside the trichlorosilane cooling tower 100 and preventing the coolant from being vaporized before coming into contact with the reaction product gas.
  • the secondary spray nozzle 103 is not particularly limited, and various types of nozzles can be used. In particular, a full-cone nozzle that can achieve a uniform flow distribution over the entire spray region is preferred.
  • the average droplet diameter of the cooling liquid sprayed from the secondary spray nozzle 103 is not particularly limited, but is preferably in the range of 2000 ⁇ m or less, as in the case of the primary spray nozzle 102, because the cooling efficiency is excellent.
  • a mixed liquid composed of tetrachlorosilane and trichlorosilane is preferably used, and the content of tetrachlorosilane in the mixed liquid is preferably 80 to 100 mol%, more preferably 85 to 95 mol%.
  • the cooling liquid having such a specific composition the reaction can be frozen while the equilibrium of the above formula (1) is sufficiently moved to the right side, and trichlorosilane can be recovered with a high yield.
  • the temperature of the coolant is preferably adjusted to 50 ° C. or lower. If the temperature of the cooling liquid is adjusted to 50 ° C. or less, the temperature of the reaction product gas can be rapidly cooled in a short time, so that the state of being sufficiently moved to the right side in the above equation (1) is maintained. The equilibrium can be frozen.
  • the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 is installed at an arbitrary position where hydrogen chloride gas can be injected toward the reaction product gas cooled by the primary spray nozzle 102 and / or the secondary spray nozzle 103. Connected to the supply pipe 114. Since the high boiling point polymer decomposition reaction of the above formulas (2) to (4) is promoted at an atmospheric temperature of 500 to 600 ° C., the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 is a reaction immediately after the equilibrium is frozen by the primary spray nozzle 102. It is particularly preferable to provide a position where hydrogen chloride gas can be injected toward the product gas.
  • the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 is provided in the vicinity of the discharge opening 112 of the quench pipe 106, whereby the hydrogen chloride gas is efficiently brought into contact with the reaction product gas after the primary cooling and injected.
  • the reaction product gas after the secondary cooling can be contacted.
  • the hydrogen chloride gas supplied to the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 needs to have a temperature that does not increase the temperature of the reaction product gas after the primary cooling. Further, when low-temperature hydrogen chloride gas is used, not only the high boiling point polymer is decomposed, but also the effect of cooling the reaction product gas can be obtained. In the present embodiment, hydrogen chloride generated by the reaction of the above formula (1) is taken out and supplied directly to the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 to be used as hydrogen chloride gas.
  • the reaction product gas generated by the above formula (1) is cooled by the condenser 300 described later from the cooling tower gas component extraction pipe 109 together with the generated trichlorosilane, unreacted tetrachlorosilane, hydrogen, etc. It is separated into chlorosilanes having a high boiling point and hydrogen chloride and hydrogen having a low boiling point. Since the hydrogen chloride obtained at this time is cooled to at least normal temperature or less in the condenser, it can be supplied to the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 without further cooling.
  • a method for producing trichlorosilane using the above-described trichlorosilane cooling tower will be described with reference to FIG.
  • a raw material gas in which gasified tetrachlorosilane and hydrogen are mixed is supplied to the bottom of the reaction furnace 201 through a raw material gas supply pipe 200.
  • the reaction furnace 201 is made of graphite, and is heated by a heater 202 provided around it, so that the inside of the reaction furnace 201 can be maintained in a state exceeding 700 ° C. and 1400 ° C. or less. If the reaction temperature is 700 ° C. or higher, the equilibrium of the above formula (1) is sufficiently tilted to the right, and if it is 1400 ° C. or lower, it is preferable because the phenomenon that metal silicon precipitates and leads to blockage of the apparatus can be suppressed.
  • the reaction product gas that has been heated in the reaction furnace 201 and has reached the thermal equilibrium state shown in the above formula (1) moves to the upper side of the reaction furnace 201 and maintains a temperature of 700 ° C. or higher in the reaction gas extraction pipe.
  • 203 is introduced into the trichlorosilane cooling tower 100.
  • the reactor gas extraction pipe 203 passes through the side wall of the trichlorosilane cooling tower 100 and the side wall of the quench pipe 106 and reaches the inside of the quench pipe 106.
  • a coolant is sprayed from the primary spray nozzle 102 connected to the primary coolant supply pipe 104 to the reaction product gas introduced into the quenching pipe 106, and instantaneously reaches a range of 70 to 600 ° C. where the equilibrium is frozen. Cool rapidly.
  • the reaction product gas and the liquid droplets in the form of fine droplets are mixed in the narrow quenching tube 106 so that they are more reliably brought into contact with each other by utilizing the latent heat of vaporization when the cooling liquid evaporates. Heat can be taken from the produced gas instantly and efficiently.
  • the equilibrium state between the substances in the reaction product gas is frozen.
  • the reaction product gas primarily cooled in the quench pipe 106 is pushed out from the discharge opening 112 at the bottom of the quench pipe 106.
  • hydrogen chloride gas is injected from the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 connected to the hydrogen chloride gas supply pipe 114, and the high boiling point polymer contained in the reaction product gas is decomposed.
  • the reaction product gas rises in the trichlorosilane cooling tower 100 together with the hydrogen chloride gas, and passes through the filling member 107.
  • the coolant is further sprayed from the secondary spray nozzle 103 connected to the secondary coolant supply pipe 105 to condense the high-boiling point polymer remaining in the reaction product gas, and the temperature of the reaction product gas is set to 30. Gently cool to ⁇ 60 ° C.
  • the gas component that is still in a gaseous state even after cooling to the range of 30 to 60 ° C. is extracted from the cooling tower gas component extraction pipe 109 and cooled by the condenser 300, where a large amount of chlorosilane in the gas is obtained.
  • the portion is condensed and collected in the storage tank 301.
  • the chlorosilane collected in the storage tank 301 is further sent to a distillation tower (not shown) and separated into trichlorosilane and unreacted tetrachlorosilane.
  • the hydrogen chloride taken out from the condenser 300 as an uncondensed portion remains in the form of a mixture with other low-boiling substances such as hydrogen, or after isolation and purification, the hydrogen chloride is passed through the hydrogen chloride gas supply pipe 114 as hydrogen chloride gas. And supplied to the hydrogen chloride gas injection nozzle 113.
  • a condensed liquid component such as a high boiling point polymer that condenses in the temperature range of 30 to 60 ° C. flows down to the bottom of the trichlorosilane cooling tower 100 together with the cooling liquid, and is extracted from the cooling tower liquid component extraction pipe 110. It is.
  • the cooling liquid used for cooling and the condensate condensed by cooling are collected in the circulating liquid tank 400 via the cooling tower liquid component extraction pipe 110. Further, a preparation liquid composed of tetrachlorosilane and / or trichlorosilane is supplied to the circulating liquid tank 400 through the preparation liquid supply pipe 401 in order to keep the concentration of tetrachlorosilane in the cooling liquid constant.
  • the cooling liquid prepared in the circulating liquid tank 400 is extracted by the pump 402, cooled by the heat exchanger 403, and supplied again to the trichlorosilane cooling tower 100 through the primary cooling liquid supply pipe 104 and the secondary cooling liquid supply pipe 105.
  • the hydrogen chloride gas is jetted upward from the bottom of the quench pipe, but if the hydrogen chloride gas can be brought into contact with the reaction product gas after the primary cooling, the recovery rate of trichlorosilane Since the amount of the high-boiling point polymer contained in the reaction product gas after cooling can be reduced without lowering the temperature, the position and direction of injecting the hydrogen chloride gas can be changed as appropriate. Further, the reaction product gas and hydrogen chloride gas may be brought into contact with the reaction product gas extracted from the trichlorosilane cooling tower.
  • Examples 1 and 2 In both Examples 1 and 2, the apparatus shown in FIG. 1 was used. In Examples 1 and 2, the primary spray nozzle 102 and the secondary spray nozzle 103 capable of spraying the coolant with different average droplet particle sizes were used.
  • the reaction furnace 201 has an inner diameter of 50 mm and a length of 800 mm, and is heated by the heater 202. The reaction furnace 201 was heated so that the central portion of the reaction furnace 201 was 1300 ° C.
  • the metal container 101 was provided with a quenching tube 106 having an inner diameter of 140 mm and a length of 1300 mm, and an inner diameter of 35 mm and a length of 420 mm and having a bottom opened.
  • a raw material gas composed of tetrachlorosilane and hydrogen previously heated to 600 ° C. is continuously supplied to the reaction furnace 201 through the raw material gas supply pipe 200 at a flow rate of 27 mol / hour, and the gas reacted in the reaction furnace 201 is further supplied to the reaction furnace.
  • the gas was supplied to the quenching pipe 106 installed inside the metal container 101 through the gas extraction pipe 203.
  • the raw material tetrachlorosilane was 33 mol% with respect to the total of tetrachlorosilane and hydrogen.
  • the heat exchanger 403 is cooled with cooling water at 20 ° C. 402 was driven, and the coolant in the circulating fluid tank 400 was sprayed continuously into the quench pipe 106 and the metal container 101 through the primary spray nozzle 102 and the secondary spray nozzle 103, respectively.
  • the coolant supplied through the primary spray nozzle 102 has a spray amount of 0.1 l / min and a spray pressure of 0.15 MPa, and passes through the secondary spray nozzle 103.
  • the supplied coolant was sprayed with a spray amount of 0.6 l / min and a spray pressure of 0.15 MPa.
  • the temperature of the cooling liquid was kept at 30 ° C. by passing through the heat exchanger 403.
  • the coolant extracted from the bottom of the metal vessel 101 was collected in the circulating fluid tank 400 and used continuously. If necessary, the cooling liquid was continuously supplemented with tetrachlorosilane through the preparation liquid supply pipe 401 to keep the tetrachlorosilane concentration constant.
  • the gas component taken out from the top of the trichlorosilane cooling tower 100 is divided into a condensate containing chlorosilanes and an uncondensed gas component containing hydrogen chloride and hydrogen in the condenser 300, and the non-condensed gas component is supplied with hydrogen chloride gas. It was supplied to the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 through the pipe 114 and injected as hydrogen chloride gas into the trichlorosilane cooling tower 100 under the conditions of an injection amount of 20 l / min and an injection pressure of 0.1 MPa. The temperature of hydrogen chloride gas at the time of injection was 20 ° C. On the other hand, the condensate containing chlorosilanes was temporarily stored in the storage tank 301 and then led to a distillation column (not shown), where trichlorosilane was separated and recovered.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the same apparatus as in Example 1 was used except that hydrogen chloride gas was not injected into the trichlorosilane cooling tower 100.
  • Comparative example 2 In Comparative Example 2, the same apparatus as in Example 2 was used except that hydrogen chloride gas was not injected into the trichlorosilane cooling tower 100.
  • Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that an injection nozzle similar to the hydrogen chloride gas injection nozzle 113 is installed instead of the primary spray nozzle 102, and a hydrogen chloride gas supply pipe 114 is branched and connected thereto. A device was used. As a result, in Comparative Example 3, primary cooling of the reaction product gas in the quench pipe 106 was performed by mixing with hydrogen chloride gas.

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Abstract

　本発明は、トリクロロシランの回収率を低下することなく冷却後の反応生成ガス中に含まれる高沸点ポリマーの量を低減することができるトリクロロシラン冷却塔に関し、テトラクロロシランと水素とを含有する原料ガスを７００～１４００°Cの範囲の温度で反応させて得られるトリクロロシランを含有する反応生成ガスに冷却液を噴霧して７０～６００°Cの温度範囲にまで冷却する噴霧手段と、冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させる噴射手段とを有する。

Description

トリクロロシラン冷却塔およびそれを用いたトリクロロシラン製造方法
　本発明は、テトラクロロシランおよび水素からトリクロロシランを生産する際に使用されるトリクロロシラン冷却塔並びに当該トリクロロシラン冷却塔を用いたトリクロロシラン製造方法に関する。
　トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）は、半導体、液晶パネル、太陽電池等の製造に用いられる特殊材料ガスである。近年、需要は順調に拡大し、エレクトロニクス分野で広く使用されるＣＶＤ材料として、今後も伸びが期待されている。
　トリクロロシランは、気化させたテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）と水素（Ｈ２）とを反応炉内で接触させ、以下の熱平衡状態を達成することによって生成される。
　　　　　　ＳｉＣｌ４＋Ｈ２⇔ＳｉＨＣｌ３＋ＨＣｌ　　　　　（１）
　この反応は、ガス化したテトラクロロシランと水素とからなる原料ガスを反応炉において７００～１４００℃に加熱することによって行われる。
　テトラクロロシランおよび水素からトリクロロシランが生成する反応は吸熱反応であるため、ル・シャトリエの原理に従えば、反応生成ガスの冷却を行うと、冷却による温度低下を相殺する方向、すなわちトリクロロシランと塩化水素からテトラクロロシランを生成する方向に平衡が傾いてしまう。
　そのためトリクロロシランを効率よく回収するためには、特許文献１に示されるように、上記式（１）の熱平衡状態に達した後、一旦生成したトリクロロシランが再びテトラクロロシランへと戻らないよう、反応生成ガスを所定温度にまで可能な限り瞬時に冷却して平衡を凍結させる必要がある。上記平衡状態を瞬時に凍結させるために、特許文献１には、反応生成ガスを１秒未満のうちに３００℃以下にまで急冷することが記載されている。
　しかしながら、反応生成ガスを急冷するとＳｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ３Ｃｌ８、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４等の高沸点ポリマーを副生しやすい。これらの高沸点ポリマーは、プラント内の配管の壁に付着して配管を閉塞しプラントの連続運転を阻害するおそれがあるため、その生成を抑制することが好ましい。
　特許文献１記載の方法は、反応生成ガスを高温の反応炉から冷却塔へと導出し、そこで反応生成ガスに冷却液を直接噴霧し、冷却液が気化する際の蒸発潜熱を利用して反応生成ガスから熱を奪う点で冷却効率に優れている。しかしながら、特許文献１には、急冷に伴う高沸点ポリマーの生成を抑制する手段について具体的な開示はない。
　また、特許文献１に記載の方法では、生成されたトリクロロシランは主に急冷室で凝縮されて、急冷室の下方に設けられた受容器に収集される。そのため、受容器にはトリクロロシランとともに、それよりも沸点の高いＳｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ３Ｃｌ８、Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４等の高沸点ポリマーも大量に混入してしまい、回収したクロロシラン混合物から目的とするトリクロロシランのみを分溜する作業にかかる負荷が大きくなってしまう。
特公昭５７－３８５２４号公報
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、トリクロロシランの回収率を下げることなく、高沸点ポリマーの副生を抑制することができるトリクロロシラン冷却塔およびそれを用いたトリクロロシラン製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
　すなわち、本発明のトリクロロシラン冷却塔は、
　テトラクロロシランと水素とを含有する原料ガスを７００～１４００℃の範囲の温度で反応させて得られるトリクロロシランを含有する反応生成ガスに冷却液を噴霧して７０～６００℃の温度範囲にまで冷却する噴霧手段と、
　冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させる噴射手段と、
を有する。
　また、本発明のトリクロロシラン製造方法は、
　テトラクロロシランと水素とを含有する原料ガスを７００～１４００℃の範囲の温度で反応させて得られるトリクロロシランを含有する反応生成ガスに冷却液を噴霧して７０～６００℃の温度範囲にまで冷却する工程と、
　冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させる工程と、
を有する。
＜高沸点ポリマーの低減およびトリクロロシラン回収率の改善＞
　本発明者等は、鋭意研究の結果、反応生成ガスに冷却液を噴霧して平衡を凍結した後、冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させることにより、トリクロロシランの回収率を下げることなく、副生する高沸点ポリマーの量を低減できることを見出した。
　反応生成ガスに冷却液を直接噴霧することにより、冷却液が気化する際の蒸発潜熱を利用して反応生成ガスから瞬時に効率よく熱を奪うことができる。そのため、平衡を瞬時に効率よく凍結することができ、生成したトリクロロシランがテトラクロロシランに戻ることによるトリクロロシランの損失を低減することができる。
　一方、反応生成ガスを急冷することに伴って、高沸点ポリマーも多く副生されることになるが、平衡凍結後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させることにより、以下の反応式（２）～（４）によって高沸点ポリマーを分解できると同時に、高沸点ポリマーからトリクロロシランを誘導することができる。
　　　　　　Ｓｉ２Ｃｌ６＋ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋ＳｉＣｌ４　　　　　（２）
　　　　　　Ｓｉ３Ｃｌ８＋２ＨＣｌ→２ＳｉＨＣｌ３＋ＳｉＣｌ４　　　（３）
　　　　　　Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ４＋２ＨＣｌ→２ＳｉＨＣｌ３　　　　　　　（４）
　上記分解反応は、平衡を凍結させた直後の反応生成ガスの温度範囲であっても十分に実施することができる。しかも、平衡を凍結した後の反応生成ガスに塩化水素ガスを噴射していることから、大量の塩化水素の存在により上記式（１）の平衡がテトラクロロシラン側に傾いてトリクロロシランの損失量が増えるようなこともない。
　かくして、本発明に係るトリクロロシラン冷却塔およびそれを用いたトリクロロシラン製造方法によれば、トリクロロシランの回収率を低下することなく、冷却後の反応生成ガス中に含まれる高沸点ポリマーの量を低減することができる。そのため、トリクロロシランの生産性を大幅に改善することができるとともに、プラントの運転効率を高めかつ連続運転を可能にすることができる。
本発明の一実施形態であるトリクロロシラン冷却塔とそれを用いたトリクロロシラン製造方法を実施するための装置の説明図である。
１００　　トリクロロシラン冷却塔
１０１　　金属製容器
１０２　　一次スプレーノズル
１０３　　二次スプレーノズル
１０４　　一次冷却液供給管
１０５　　二次冷却液供給管
１０６　　急冷管
１０７　　充填部材
１０８　　反応生成ガス導入開口部
１０９　　冷却塔ガス成分抜出管
１１０　　冷却塔液体成分抜出管
１１１　　導入開口部
１１２　　排出開口部
１１３　　塩化水素ガス噴射ノズル
１１４　　塩化水素ガス供給管
２００　　原料ガス供給管
２０１　　反応炉
２０２　　ヒータ
２０３　　反応炉ガス抜出管
３００　　凝縮器
３０１　　貯槽
４００　　循環液タンク
４０１　　調製液供給管
４０２　　ポンプ
４０３　　熱交換器
＜用語の説明＞
　本明細書中「一次冷却」とは、反応生成ガスの温度を瞬時に７０～６００℃の温度範囲まで低減して上記式（１）の平衡反応を凍結することを目的とする冷却を指す。
　また、本明細書中「二次冷却」とは、一次冷却後の反応生成ガスの温度を必要に応じてさらに低減することを目的とする補助的な冷却を指す。
　一次冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させることによっても反応生成ガスの温度を低減することができるが、本発明において塩化水素ガスを反応生成ガスに接触させる主目的は高沸点ポリマーの分解にあることから、以下において、塩化水素ガスとの接触により付随的に引き起こされる反応生成ガスの冷却は「二次冷却」の概念に含めていない。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
１．トリクロロシラン冷却塔
　図１は、本実施形態のトリクロロシラン冷却塔とそれを用いたトリクロロシラン製造方法を実施するための装置を概略的に示したものである。
　本実施形態のトリクロロシラン冷却塔１００は、略円筒状の金属製容器１０１と、金属製容器１０１内に冷却液を噴霧する手段である一次スプレーノズル１０２および二次スプレーノズル１０３と、当該一次スプレーノズル１０２および二次スプレーノズル１０３に冷却液をそれぞれ供給する一次冷却液供給管１０４および二次冷却液供給管１０５と、金属製容器１０１内部において一次スプレーノズル１０２を収容するように設置された急冷管１０６と、一次スプレーノズル１０２と二次スプレーノズル１０３との間に設置された充填部材１０７と、金属製容器１０１内に塩化水素ガスを噴射する塩化水素ガス噴射ノズル１１３と、当該塩化水素ガス噴射ノズル１１３に塩化水素ガスを供給する塩化水素ガス供給管１１４とを備える。
＜金属製容器＞
　金属製容器１０１は反応生成ガスと反応しない材質であれば特に限定されず、典型的にはステンレス等の金属から構成することができる。金属製容器１０１の側壁には、反応生成ガスを取り込むための反応生成ガス導入開口部１０８が設けられている。金属製容器１０１の頂部には、冷却された反応生成ガスのガス成分を取り出すための冷却塔ガス成分抜出管１０９が接続されており、金属製容器１０１の底部には、冷却に用いられた冷却液および冷却により生じた凝縮液体成分を抜き取るための冷却塔液体成分抜出管１１０が接続されている。
＜急冷管＞
　急冷管１０６は反応生成ガスと反応しない材質であれば特に限定されず、典型的にはステンレス等の金属から構成することができる。
　急冷管１０６には、前記金属製容器１０１の反応生成ガス導入開口部１０８と対応する位置に、反応生成ガスを取り込むための導入開口部１１１が設けられている。また、急冷管１０６の底部は全面開放されており、冷却された反応生成ガスを排出するための排出開口部１１２を形成している。
＜冷却液噴霧手段＞
　本実施形態では、金属製容器１０１内に冷却液を噴霧する手段として、一次スプレーノズル１０２および二次スプレーノズル１０３からなる二段階の冷却液噴霧手段を採用している。冷却液噴霧手段を多段的に設けることにより、一次スプレーノズル１０２による一次冷却では専ら平衡を凍結するのに十分な温度まで瞬時に反応生成ガスを急冷し、二次スプレーノズル１０３による二次冷却では専ら高沸点ポリマーを凝縮させるべく穏やかに反応生成ガスを冷却するというように、目的に応じた冷却を実現することができる。一次冷却の目的を平衡の凍結とすることにより、高沸点ポリマー以外にトリクロロシランまで凝縮させてしまう程の過度の冷却を回避でき、トリクロロシランが高沸点ポリマーや冷却液と共にトリクロロシラン冷却塔１００の底部側へと流下してしまうことを防止することができる。また、平衡凍結後の反応生成ガスを二次冷却することによって、反応生成ガス中の高沸点ポリマーを凝縮させて冷却液と共にトリクロロシラン冷却塔１００の底部側へと流下させ、トリクロロシラン冷却塔１００の頂部から取り出されるガス成分中に含まれる高沸点ポリマーの量を低減することができる。
　もちろん、冷却液噴霧手段によって反応生成ガスの平衡を凍結することができれば、冷却液噴霧手段は一次冷却のみからなるものであってもよい。
＜一次スプレーノズル＞
　一次スプレーノズル１０２は、前記急冷管１０６の天蓋部から急冷管１０６の内部に向けて設置され、一次冷却液供給管１０４と接続されている。一次スプレーノズル１０２は、急冷管１０６の導入開口部１１１から導入される反応生成ガスに向けて冷却液を噴霧することにより、急冷管１０６内の狭い空間の中で冷却液と反応生成ガスとを効率よく接触させ、上記式（１）の平衡が凍結する７０～６００℃、より好ましくは５００～６００℃まで瞬間的に急冷する。
　一次スプレーノズル１０２は、種々のタイプのノズルを用いることができるが、噴霧領域全体にわたって均等な流量分布を実現できる充円錐ノズルが好ましい。特に、一次スプレーノズル１０２から噴霧される冷却液の平均液滴粒子径が２０００μｍ以下の範囲で噴霧できるものが好ましい。平均液滴粒子径はノズルの特性のみならず噴霧条件によっても左右されるが、本実施形態では、噴霧量が０．１～０．３ｌ／ｍｉｎ、噴霧圧力が０．１～０．２ＭＰａ、冷却液として後述する混合比のテトラクロロシランとトリクロロシランとからなる混合液を用いた場合に、２０００μｍ以下の平均液滴粒子径を実現できるものが好ましい。
＜平均液滴粒子径＞
　ここで用いる平均液滴粒子径とは、液浸法又はレーザー法により、ｎｉ［個］の粒子径Ｄｉ［μｍ］を測定し、次式のザウター平均粒子径により求められる値とする。
　　平均粒子径＝Σｎｉ・Ｄｉ３／Σｎｉ・Ｄｉ２
　　　　（ｎｉは粒子径Ｄｉを有する冷却液の噴霧液滴の個数）
＜充填部材＞
　充填部材１０７は、前記一次スプレーノズル１０２の上方に任意に設置される。充填部材１０７は、急冷管１０６において一次冷却されて急冷管１０６の排出開口部１１２から押し出された反応生成ガスがトリクロロシラン冷却塔１００の内部を上昇する際にその直進を乱すようにガス通路を形成するものであればどのような形態をとってもよい。例えばチップ状またはブロック状等の小塊状部材を不規則に詰め込んだ形態や、多数の孔を設けた複数の板状部材を間隔をあけて並べた形態とすることができる。
　充填部材１０７は反応生成ガスと反応しない材質であれば特に限定されず、典型的にはステンレス等の金属から構成することができる。
＜二次スプレーノズル＞
　二次スプレーノズル１０３は、前記一次スプレーノズル１０２および充填部材１０７のさらに上方に任意に設置され、二次冷却液供給管１０５と接続されている。二次スプレーノズル１０３は、急冷管１０６の排出開口部１１２から押し出されトリクロロシラン冷却塔１００の内部を上昇し充填部材１０７をすり抜けてくる反応生成ガスに向けて冷却液を噴霧することにより、高沸点ポリマーを凝縮させつつ、反応生成ガスの温度を３０～６０℃の範囲まで穏やかに冷却する。また、二次スプレーノズル１０３から噴霧される冷却液は、トリクロロシラン冷却塔１００内部全体の温度を下げ、冷却液が反応生成ガスと接触する前に気化してしまうことを抑制する働きも有する。
　二次スプレーノズル１０３は、特に限定されず、種々のタイプのノズルを用いることができる。特に、噴霧領域全体にわたって均等な流量分布を実現できる充円錐ノズルが好ましい。二次スプレーノズル１０３から噴霧される冷却液の平均液滴粒子径は特に限定されないが、上記一次スプレーノズル１０２と同様に２０００μｍ以下の範囲であれば冷却効率に優れるため好ましい。
＜冷却液＞
　冷却液は、テトラクロロシランとトリクロロシランとからなる混合液を用いることが好ましく、混合液中のテトラクロロシランの含有量は好ましくは８０～１００モル％、より好ましくは８５～９５モル％である。かかる特定の組成の冷却液を用いることにより、上記式（１）の平衡が十分に右側に移動した状態を保ったまま反応を凍結でき、高い収率でトリクロロシランを回収することができる。
　冷却液は、５０℃以下に温度調整されていることが好ましい。冷却液が、５０℃以下に温度調整されていれば、短時間で反応生成ガスの温度を急冷することができるため、上記の式（１）で十分に右側に移動した状態が保たれたまま平衡を凍結できる。
＜塩化水素ガス噴射ノズル＞
　塩化水素ガス噴射ノズル１１３は、前記一次スプレーノズル１０２および／または二次スプレーノズル１０３によって冷却された反応生成ガスに向けて塩化水素ガスを噴射することができる任意の位置に設置され、塩化水素ガス供給管１１４に接続される。上記式（２）～（４）の高沸点ポリマー分解反応は５００～６００℃の雰囲気温度で促進されることから、塩化水素ガス噴射ノズル１１３は一次スプレーノズル１０２によって平衡が凍結された直後の反応生成ガスに向けて塩化水素ガスを噴射できる位置に設けることが特に好ましい。このため本実施形態では、塩化水素ガス噴射ノズル１１３を急冷管１０６の排出開口部１１２の近傍に設けることにより、一次冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを効率よく接触させるとともに、噴射された塩化水素ガスがトリクロロシラン冷却塔１００内部を上昇して冷却塔ガス成分抜出管１０９へと抜ける際に二次冷却後の反応生成ガスにも接触できる構成としている。
＜塩化水素ガス＞
　塩化水素ガス噴射ノズル１１３に供給される塩化水素ガスは、一次冷却後の反応生成ガスの温度を上昇させないような温度とする必要がある。また、低温の塩化水素ガスを用いれば、高沸点ポリマーを分解するだけでなく、反応生成ガスを冷却する効果も得られる。
　本実施形態では、上記式（１）の反応によって生じた塩化水素を取り出し、これを塩化水素ガス噴射ノズル１１３に直接供給して、塩化水素ガスとして利用している。すなわち、上記式（１）により生成した反応生成ガスは、生成したトリクロロシランや未反応のテトラクロロシランおよび水素等と共に冷却塔ガス成分抜出管１０９から、後述する凝縮器３００による冷却を経て、比較的沸点の高いクロロシラン類と、沸点の低い塩化水素および水素とに分離される。このときに得られる塩化水素は、凝縮器において少なくとも常温以下にまで冷却されているため、さらなる冷却を要するまでもなく、塩化水素ガス噴射ノズル１１３に供給することができる。
　また、反応生成ガスから塩化水素を取り出して利用する場合、塩化水素ガス中に未反応の水素や副生したモノクロロシラン等の低沸点クロロシラン類が混入することがあるが、式（１）の平衡が既に凍結されているところに塩化水素ガスとして反応生成ガスに接触するため、これらの混入成分がトリクロロシランの回収率に影響を与えることはない。従って、塩化水素を必ずしも単離精製して使用する必要はない。
２．トリクロロシラン製造方法
　次に、上記トリクロロシラン冷却塔を用いてトリクロロシランを製造する方法について、図１を用いて説明する。
　まず、ガス化したテトラクロロシランと水素とを混合した原料ガスを原料ガス供給管２００を通じて反応炉２０１の底部に供給する。
　反応炉２０１は黒鉛製であり、周囲に設けられたヒータ２０２にて加熱することで、反応炉２０１の内部を７００℃を超え１４００℃以下の範囲内の状態に保つことができる。反応温度が７００℃以上であれば上記式（１）の平衡が十分に右側に傾くため好ましく、１４００℃以下であれば金属シリコンが析出して装置の閉塞に繋がる現象を抑制できるため好ましい。
　反応炉２０１内で加熱され、上記式（１）に示す熱平衡状態に達した反応生成ガスは、反応炉２０１の上方へ移動し、７００℃以上の温度を保った状態で反応炉ガス抜出管２０３を通じてトリクロロシラン冷却塔１００に導入される。
　反応炉ガス抜出管２０３はトリクロロシラン冷却塔１００の側壁および急冷管１０６の側壁を貫通して、急冷管１０６の内部に達している。
　次いで急冷管１０６の内部に導出された反応生成ガスに対し、一次冷却液供給管１０４に接続された一次スプレーノズル１０２から冷却液を噴霧して、平衡が凍結する７０～６００℃の範囲まで瞬間的に急冷する。このとき、狭い急冷管１０６内で反応生成ガスと微細液滴状の冷却液とが混合されることにより両者がより確実に接触し、冷却液が気化する際の蒸発潜熱を利用して、反応生成ガスから瞬時に効率よく熱を奪うことができる。こうして反応生成ガス内の物質間平衡状態が凍結される。
　急冷管１０６内で一次冷却された反応生成ガスは、急冷管１０６底部の排出開口部１１２から押し出される。ここで、反応生成ガスに対して、塩化水素ガス供給管１１４に接続された塩化水素ガス噴射ノズル１１３から塩化水素ガスが噴射され、反応生成ガス中に含まれる高沸点ポリマーの分解が行われる。
　次いで、反応生成ガスは塩化水素ガスと共にトリクロロシラン冷却塔１００内部を上昇し、充填部材１０７をすり抜ける。ここで、二次冷却液供給管１０５に接続された二次スプレーノズル１０３から冷却液をさらに噴霧して、反応生成ガス中に残存する高沸点ポリマーを凝縮させつつ、反応生成ガスの温度を３０～６０℃の範囲まで穏やかに冷却する。
　３０～６０℃の範囲に冷却してもなお気体状のままであるガス成分は、冷却塔ガス成分抜出管１０９より抜き出され、凝縮器３００で冷却され、ここでガス中のクロロシランの大部分が凝縮されて貯槽３０１に捕集される。貯槽３０１に捕集されたクロロシランは、その後さらに蒸留塔（図示せず）に送られ、トリクロロシランと未反応テトラクロロシランとに分離される。
　凝縮器３００から未凝縮分として取り出された塩化水素は、水素等の他の低沸点物との混合物形態のまま、あるいは単離・精製した後に、塩化水素ガスとして塩化水素ガス供給管１１４を介して塩化水素ガス噴射ノズル１１３に供給される。
　一方、３０～６０℃の温度帯域で凝縮してしまう高沸点ポリマー等の凝縮液体成分は、冷却液と共にトリクロロシラン冷却塔１００の底部へと流下し、冷却塔液体成分抜出管１１０から抜き出される。
　冷却に用いられた冷却液および冷却により凝縮した凝縮分は、冷却塔液体成分抜出管１１０を介して循環液タンク４００に捕集される。さらに循環液タンク４００には、冷却液のテトラクロロシランの濃度を一定に保つため、テトラクロロシラン及び／またはトリクロロシランからなる調製液が調製液供給管４０１を通じて供給される。
　循環液タンク４００内で調製された冷却液はポンプ４０２により抜き取られ、熱交換器４０３により冷却され、一次冷却液供給管１０４並びに二次冷却液供給管１０５を通じて再びトリクロロシラン冷却塔１００に供給される。
　なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、上記実施態様では、塩化水素ガスを急冷管の下方から上に向けて噴射する構成としたが、一次冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させることができれば、トリクロロシランの回収率を低下することなく冷却後の反応生成ガス中に含まれる高沸点ポリマーの量を低減することができるため、塩化水素ガスを噴射する位置や向きは適宜変更することができる。また、反応生成ガスと塩化水素ガスとの接触を、トリクロロシラン冷却塔から抜き出した反応生成ガスに対して行う構成としてもよい。
＜実施例１および２＞
　実施例１および２のいずれも、図１に示す装置を用いた。実施例１および２では、互いに異なる平均液滴粒子径で冷却液を噴霧できる一次スプレーノズル１０２および二次スプレーノズル１０３を使用した。
　反応炉２０１は内径５０ｍｍ、長さ８００ｍｍで、ヒータ２０２により加熱されるようになっており、反応炉２０１の中心部が１３００℃となるように加熱した。金属製容器１０１は、内径１４０ｍｍ、長さ１３００ｍｍで、内側に内径３５ｍｍ、長さ４２０ｍｍで底部が開放された急冷管１０６を設置した。
　予め６００℃に加熱したテトラクロロシランと水素とからなる原料ガスを２７モル／時間の流量で原料ガス供給管２００を通じて反応炉２０１に連続的に供給し、さらに反応炉２０１において反応したガスを反応炉ガス抜出管２０３を通じて金属製容器１０１内部に設置された急冷管１０６に供給した。原料のテトラクロロシランはテトラクロロシランと水素の合計に対して３３モル％とした。
　一方、予め循環液タンク４００にトリクロロシランとテトラクロロシランの混合物（モル比＝８５：１５）からなる冷却液を１３モル充填しておき、熱交換器４０３を２０℃の冷却水で冷却し、ポンプ４０２を駆動して、循環液タンク４００の冷却液を、一次スプレーノズル１０２および二次スプレーノズル１０３を介してそれぞれ急冷管１０６内および金属製容器１０１内に連続的に噴霧した。
　実施例１および２のいずれの場合も、一次スプレーノズル１０２を介して供給される冷却液は、噴霧量が０．１ｌ／ｍｉｎ、噴霧圧力が０．１５ＭＰａとし、二次スプレーノズル１０３を介して供給される冷却液は、噴霧量が０．６ｌ／ｍｉｎ、噴霧圧力が０．１５ＭＰａの噴霧条件とした。
　冷却液の温度は、熱交換器４０３を通過させることにより３０℃に保った。金属製容器１０１の塔底より抜き出される冷却液は循環液タンク４００に回収して、連続的に用いた。必要に応じて、冷却液に、調製液供給管４０１を通じて連続的にテトラクロロシランを補充し、テトラクロロシラン濃度を一定に保った。
　トリクロロシラン冷却塔１００の塔頂部から取り出したガス成分を、凝縮器３００においてクロロシラン類を含む凝縮液と、塩化水素および水素を含む未凝縮ガス成分とに分け、未凝縮ガス成分を塩化水素ガス供給管１１４を介して塩化水素ガス噴射ノズル１１３に供給し、塩化水素ガスとしてトリクロロシラン冷却塔１００内に噴射量が２０ｌ／ｍｉｎ、噴射圧力が０．１ＭＰａの条件で噴射した。噴射時の塩化水素ガスの温度は２０℃であった。
　一方、クロロシラン類を含む凝縮液は、一時的に貯槽３０１に貯蔵した後、蒸留塔（図示せず）に導出し、そこでトリクロロシランを分離して回収した。
＜比較例１＞
　比較例１は、トリクロロシラン冷却塔１００内に塩化水素ガスを噴射しないこと以外は実施例１と同様の装置を用いた。
＜比較例２＞
　比較例２は、トリクロロシラン冷却塔１００内に塩化水素ガスを噴射しないこと以外は実施例２と同様の装置を用いた。
＜比較例３＞
　比較例３は、一次スプレーノズル１０２に代えて塩化水素ガス噴射ノズル１１３と同様の噴射ノズルを設置し、これに塩化水素ガス供給管１１４を分岐させて接続したこと以外は実施例１と同様の装置を用いた。これにより比較例３では、急冷管１０６内における反応生成ガスの一次冷却を塩化水素ガスとの混合によって行った。
　上記実施例１～２および比較例１～３のそれぞれについて、一次冷却直後の反応生成ガス温度（急冷管１０６の排出開口部１１２を通過する反応生成ガスの温度）、反応生成ガスの最終温度（トリクロロシラン冷却塔１００の塔頂から抜き出された直後の反応生成ガスの温度）、反応生成ガス中の高沸点ポリマー含有量（トリクロロシラン冷却塔１００において凝縮された高沸点ポリマーの生成量）、並びに、反応生成ガスから凝縮器３００を介して凝縮されたトリクロロシランの回収量を調べた。結果を以下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜結果の考察＞
　実施例１と比較例１との対比から、一次冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを噴射することにより、反応生成ガス中の高沸点ポリマーの含有量を１／９０以下に低減できることが確認された。同様に、実施例２と比較例２との対比から、一次冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを噴射することにより、反応生成ガス中の高沸点ポリマーの含有量を約１／６程度に低減できることが確認された。一方、実施例１と比較例３との対比から、反応生成ガスの一次冷却を塩化水素ガスとの接触により行った場合には、トリクロロシラン回収量が２０％近く低減してしまうことが確認された。これは、反応生成ガスが平衡状態にあるところに塩化水素が大量に導入されたために、反応系の塩化水素濃度が上昇して平衡がテトラクロロシラン側に押し戻されたためと考えられる。また、実施例１と実施例２との対比から、冷却液の平均液滴粒子径をより小さくすることにより、目的とするトリクロロシランの回収量は向上するものの、高沸点ポリマーの含有量が上昇することが確認された。これは、冷却液の平均液滴粒子径を小さくすることによって冷却効率が上がった結果、平衡をより瞬時に凍結してトリクロロシランの損失量を低減できる一方、高沸点ポリマーの副生量が増加し、かつ、一次冷却後の反応生成ガスが高沸点ポリマーの分解至適温度以下にまで冷却されたことが考えられる。
　以上、本発明を実施例に基づいて説明した。この実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

Claims (7)

  1. 　テトラクロロシランと水素とを含有する原料ガスを７００～１４００℃の範囲の温度で反応させて得られるトリクロロシランを含有する反応生成ガスに冷却液を噴霧して７０～６００℃の温度範囲にまで冷却する噴霧手段と、
    　冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させる噴射手段と、
    を有するトリクロロシラン冷却塔。
  2. 　噴霧手段が、トリクロロシランを含有する反応生成ガスを５００～６００℃の温度範囲にまで冷却する、請求項１記載のトリクロロシラン冷却塔。
  3. 　噴霧手段が、平均液滴粒子径が２０００μｍ以下の範囲の冷却液を噴霧する、請求項１記載のトリクロロシラン冷却塔。
  4. 　冷却後の反応生成ガスに冷却液をさらに噴霧して３０～６０℃の温度範囲に冷却する二次冷却手段を有する、請求項１記載のトリクロロシラン冷却塔。
  5. 　二次冷却手段が、平均液滴粒子径が２０００μｍ以下の範囲の冷却液を噴霧する、請求項４記載のトリクロロシラン冷却塔。
  6. 　塩化水素ガスが反応生成ガスから分離されたものである、請求項１記載のトリクロロシラン冷却塔。
  7. 　テトラクロロシランと水素とを含有する原料ガスを７００～１４００℃の範囲の温度で反応させて得られるトリクロロシランを含有する反応生成ガスに冷却液を噴霧して７０～６００℃の温度範囲にまで冷却する工程と、
    　冷却後の反応生成ガスに塩化水素ガスを接触させる工程と、
    を有するトリクロロシラン製造方法。
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