六氯乙硅烷的回收方法及用于该方法的设备技术

本发明专利技术涉及由四氯硅烷和氢气生产三氯硅烷时作为副产物生成的六氯乙硅烷的回收方法，其具有如下工序：在７００～１４００℃范围的温度下，使含有气化的四氯硅烷和氢气的原料气体发生反应从而得到反应生成气体的工序；将反应生成气体冷却至３０～６０℃的温度范围从而得到含有六氯乙硅烷的冷凝液的工序；以及从冷凝液中浓缩回收含有六氯乙硅烷的高沸点物的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由四氯硅烷和氢气生产三氯硅烷时生成的作为副产物的六氯乙硅烷 (Si2Cl6)的回收方法、以及用于该方法的设备。
技术介绍
三氯硅烷(SiHCl3)是用于半导体、液晶面板、太阳能电池等的制造的特殊材料气体。近年来，需求逐渐扩大，作为电子领域广泛使用的CVD材料，其今后的发展受到期待。三氯硅烷是通过使气化的四氯硅烷与氢气(H2)在反应炉内接触，实现以下的热平衡状态而生成的。SiCl4+H2^SiHCl3+HCl (1)上述反应通过在反应炉内将由气化的四氯硅烷与氢气构成的原料气体加热至 700-1400°C 来进行。此外，此时，除上述反应外还发生以下的平衡反应，从而除三氯硅烷外还生成一氯硅烷(SiH3Cl)、二氯硅烷(SiH2Cl2)和硅烯(SiCl2)等副产物。SiCl4+3H2^SiH3Cl+3HCl (2)SiCl4+3H2^SiH2Cl2+2HCl (3)SiHCl3^SiCl2+HCl(4)为了高效地回收三氯硅烷，如专利文献1所示，在实现上述式(1)的热平衡状态后，为了不使生成的三氯硅烷再次变回四氯硅烷，需要尽可能瞬时将反应生成气体冷却至预定温度从而冻结平衡。为了瞬时冻结上述平衡状态，典型地需要在少于1秒的时间内将反应生成气体急冷至约600°c。上述急冷时，高温下生成的SiCl2如下式(5)所示可能与四氯硅烷反应生成副产物六氯乙硅烷(Si2Cl6)。SiCl2+SiCl4—Si2Cl6 (5)因此，急冷后的反应生成气体中，除了由上述式(1)生成的三氯硅烷和氯化氢之外，还含有大量的未反应四氯硅烷和氢气、以及由上述式0)-(5)生成的作为副产物的一氯硅烷、二氯硅烷和六氯乙硅烷等各种氯代硅烷。其中，如以下所示，与反应生成气体所含有的其他主要氯代硅烷类相比，六氯乙硅烷的沸点特别高。物质名化学式沸点六氯乙娃烷Si2Cl6145°C四氯硅烷SiCl457°C三氯硅烷SiHCl332。C二氯硅烷SiH2Cl28°C一氯硅烷SiH3Cl-310C但是，六氯乙硅烷等高沸点物附着在设备内的配管壁并将配管堵塞，可能阻碍设备的连续运转。因此，为了避免生成作为副产物的六氯乙硅烷等高沸点物，在专利文献1中提出了降低上述式(1)的反应温度，在冷却反应生成气体时作为冷却气体使用氯化氢并通过下式(6)分解六氯乙硅烷。Si2Cl6+HCl^SiHCl+SiCl4专利文献1 日本专利“特开2008-137885号公报”
技术实现思路
但是，由四氯硅烷和氢气生成三氯硅烷的式(1)的反应为吸热反应，因此，根据勒夏特列原理，如果只进行单纯的冷却，则平衡向抵消由冷却引起的温度降低的方向、即由三氯硅烷和氯化氢生成四氯硅烷的方向倾斜。如果无视上述情况而大量导入作为冷却气体的氯化氢，则反应体系内的HCl浓度上升，上述式(1)的平衡被进一步推回左侧。因此，作为冷却气体使用氯化氢的情况下，虽然可能避免生成作为副产物的高沸点物，但结果可能使三氯硅烷的回收率降低。此外，另一方面，六氯乙硅烷作为硅酮制造原料、作为化学气相沉积的成膜速度和电特性优良的乙硅烷(Si2H6)的原料等可进行工业利用。因此，期望积极回收六氯乙硅烷并加以利用。本专利技术鉴于上述问题而完成，其目的在于提供六氯乙硅烷的回收方法及用于该方法的设备，这种方法不会阻碍三氯硅烷的生成的情况下，回收生成三氯硅烷时生成的副产物六氯乙硅烷从而可对其进行工业利用，并提高设备的运转效率且可进行连续运转。本专利技术为解决上述问题而采用以下的结构。S卩，本专利技术的六氯乙硅烷的回收方法，其特征在于，具有如下工序在700 1400°C范围的温度下，使含有气化的四氯硅烷和氢气的原料气体发生反应从而得到反应生成气体的工序；将上述反应生成气体冷却至30 60°C的温度范围从而得到含有六氯乙硅烷的冷凝液的工序；以及从上述冷凝液中浓缩回收含有六氯乙硅烷的高沸点物的工序。此外，本专利技术的六氯乙硅烷的回收设备，其特征在于，具有如下装置反应炉，用于在700 1400°C范围的温度下，使含有气化的四氯硅烷和氢气的原料气体发生反应从而得到反应生成气体；5急冷塔，用于将上述反应生成气体冷却至30 60°C的温度范围从而得到含有六氯乙硅烷的冷凝液；以及浓缩塔，用于从上述冷凝液中浓缩回收含有六氯乙硅烷的高沸点物。根据本专利技术，通过在急冷塔中将反应生成气体急冷至30 60°C的温度范围，可以从急冷塔的塔底抽出冷凝液，从急冷塔的塔顶部另外回收冷却未凝结气体。这里，生成的大部分三氯硅烷包含在冷却未凝结气体中，含有作为副产物的大部分六氯乙硅烷的高沸点物包含在冷凝液中。因此，在主要的三氯硅烷的分馏过程中几乎不存在六氯乙硅烷，与三氯硅烷的分馏相关的配管被高沸点物堵塞的可能性较低。此外，通常，如果提高用于使平衡冻结的急冷效率，则容易生成作为副产物六氯乙硅烷等的高沸点物，但根据本专利技术，由于主要的三氯硅烷的分馏过程中几乎不存在六氯乙硅烷，因此，可以无需考虑生成作为副产物的高沸点物，从而可增强反应生成气体的冷却效率。因此，无须担心三氯硅烷的转换率和回收率下降。此外，在冷却塔中将反应生成气体冷却而得到冷凝液，将冷凝液导出至浓缩塔，通过浓缩回收含有六氯乙硅烷的高沸点物，使高沸点物不在设备内蓄积，从而可以防止配管的堵塞。同样地，关于用于使四氯硅烷原液气化的蒸发器中蓄积的未蒸发部分，也可以将其导出至浓缩塔并将含有六氯乙硅烷的高沸点物浓缩回收。由于具有上述构成，因此，可以通过从四氯硅烷原液去除高沸点物来抑制四氯硅烷原液的沸点上升，可以抑制四氯硅烷的气化所需要的热量增大。此外，由于可以通过设备的最初工序去除四氯硅烷原液中含有的六氯乙硅烷等高沸点物，因此高沸点物难以在设备内蓄积。此外，由于具有上述构成，因此，可以使用混入有六氯乙硅烷等高沸点物的纯度较低的四氯硅烷原液、例如从设备回收的未反应的四氯硅烷等作为原料，从而提高设备的运转效率和经济效率。而且，回收的六氯乙硅烷可以作为硅酮制造原料在工业上进行有效利用。 附图说明图1是用于说明作为本专利技术的实施方式的六氯乙硅烷回收方法的流程的图。标号说明10蒸发器20预热器30反应炉31反应容器32加热器33外筒容器；34抽出管40急冷塔41金属制容器42 喷嘴43 泵44冷却装置50冷凝器60 罐70浓缩塔80蒸馏塔具体实施例方式以下，使用附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1是概略地表示本实施方式的六氯乙硅烷回收方法的流程的图。本实施方式的六氯乙硅烷主要通过具有如下装置的设备来实施蒸发器10，用于使四氯硅烷气化；预热器20，用于对含有气化的四氯硅烷和氢气的原料气体进行预热；反应炉30，用于在700 1400°C范围的温度下，使预热后的原料气体发生反应从而得到反应生成气体；急冷塔40，用于将反应生成气体冷却至30 60°C的温度范围，从而得到含有六氯乙硅烷的冷凝液；浓缩塔70，用于从冷凝液中浓缩回收含有六氯乙硅烷的高沸点物；冷凝器50，用于将来自反应生成气体的冷却未凝结气体中的三氯硅烷和四氯硅烷冷凝；罐60，用于暂时储存从冷凝器50抽出的凝缩液和从浓缩塔70抽出的低沸点物； 以及蒸馏塔80，用于从由罐60导出的储存液分馏三氯硅烷和四氯硅烷。<蒸发器>蒸发器10是用于使四氯硅烷气化的装置，可以不受限制地使用通常使用的装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．六氯乙硅烷的回收方法，具有如下工序：在７００～１４００℃范围的温度下，使含有气化的四氯硅烷和氢气的原料气体发生反应从而得到反应生成气体的工序；将所述反应生成气体冷却至３０～６０℃的温度范围从而得到含有六氯乙硅烷的冷凝液的工序；以及从所述冷凝液中浓缩回收含有六氯乙硅烷的高沸点物的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：松尾靖史，
申请(专利权)人：电气化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP