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JP7605752B2 - Trichlorosilane manufacturing method and trichlorosilane manufacturing apparatus - Google Patents
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Trichlorosilane manufacturing method and trichlorosilane manufacturing apparatus Download PDF

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Description

本発明は、トリクロロシランの製造方法及びトリクロロシランの製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing trichlorosilane and an apparatus for producing trichlorosilane.

従来、流路の開閉を行うバルブとして、ボール状の弁体を有するボールバルブが知られている。しかし、このボールバルブでは、弁体がシート部材に接触しながら回転するため、シート部材が摩耗し、恒久的な密封性を担保できないという問題があった。この問題を解決するために、例えば、特許文献1には、弁体がシート部材に対して非接触な状態で回転した後に、弁体がシート部材側に変位してシート部材に密接することにより、流路を遮断するように構成された無摺動バルブが開示されている。Conventionally, ball valves with a ball-shaped valve body are known as valves that open and close flow paths. However, with this ball valve, the valve body rotates while in contact with the seat member, which causes wear on the seat member and makes it impossible to ensure permanent sealing. To solve this problem, for example, Patent Document 1 discloses a non-sliding valve that is configured so that the valve body rotates without contacting the seat member, and then displaces toward the seat member to come into close contact with the seat member, thereby blocking the flow path.

日本国特開2008-95811号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-95811

特許文献1に開示されている技術において、粉体が流通する流路の遮断に無摺動バルブを用いることにより、無摺動バルブの耐久性を向上させると共に、無摺動バルブの交換頻度を下げることができる。しかしながら、無摺動バルブの耐久性のさらなる向上及び交換頻度のさらなる低下が求められていた。本発明の一態様は、従来のトリクロロシランの製造方法及び製造装置に比べて、無摺動バルブの耐久性をさらに向上させると共に、無摺動バルブの交換頻度をさらに下げることを目的とする。In the technology disclosed in Patent Document 1, by using a non-sliding valve to block the flow path through which the powder flows, the durability of the non-sliding valve can be improved and the replacement frequency of the non-sliding valve can be reduced. However, there has been a demand for further improvement in the durability of the non-sliding valve and further reduction in the replacement frequency. One aspect of the present invention aims to further improve the durability of the non-sliding valve and further reduce the replacement frequency of the non-sliding valve compared to conventional trichlorosilane production methods and production apparatuses.

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る製造方法は、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の製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の開閉を、バルブシートに対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体を有する無摺動バルブを用いて行い、前記流路内に配置された吐出口から、前記バルブシートと前記弁体との間に形成される空間に対して気体を吹き付ける。In order to solve the above problems, a manufacturing method according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing trichlorosilane, in which a flow path through which metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system is opened and closed using a non-sliding valve having a valve body that is rotatably mounted without contacting a valve seat, and gas is blown into the space formed between the valve seat and the valve body from an outlet located within the flow path.

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る製造装置は、トリクロロシランの製造装置であって、金属シリコン粉体が流通する配管と、前記トリクロロシランの製造系において前記配管に設けられ、前記配管の流路を開閉すると共に、バルブシートに対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体を有する無摺動バルブと、を備え、前記バルブシートと前記弁体との間に形成される空間に対して気体を吹き付けるための吐出口が前記流路内に配置される。 In order to solve the above problems, a manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention is a trichlorosilane manufacturing apparatus comprising a pipe through which metal silicon powder flows, and a non-sliding valve provided in the pipe in the trichlorosilane manufacturing system, which opens and closes a flow path of the pipe and has a valve body that is rotatably provided without contacting a valve seat, and an outlet for blowing gas into a space formed between the valve seat and the valve body is disposed in the flow path.

本発明の一態様によれば、従来のトリクロロシランの製造方法及び製造装置に比べて、無摺動バルブの耐久性をさらに向上させると共に、無摺動バルブの交換頻度をさらに下げることができる。 According to one aspect of the present invention, the durability of the non-sliding valve can be further improved and the replacement frequency of the non-sliding valve can be further reduced compared to conventional trichlorosilane manufacturing methods and manufacturing apparatus.

本発明の実施形態1に係る製造装置の構成の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of a configuration of a manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す製造装置が備える無摺動バルブが閉じる場合の無摺動バルブの動作を示す図である。2 is a diagram showing the operation of a non-sliding valve provided in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 when the non-sliding valve is closed. FIG. 図1に示す製造装置が備える無摺動バルブが開く場合の無摺動バルブの動作を示す図である。2 is a diagram showing the operation of a non-sliding valve provided in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 when the non-sliding valve is opened. FIG. 図1に示す製造装置において、金属シリコン粉体が流通する流路内に配置された吐出口付近の構造を示す図である。2 is a diagram showing a structure in the vicinity of a discharge port disposed in a flow path through which metal silicon powder flows in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1. FIG. 本発明の実施形態2に係る製造装置の構成の一例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

〔実施形態1〕
(製造装置1の構成)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造装置1の構成の一例を示す模式図である。本明細書において、製造装置1は、金属シリコン粉体を用いてトリクロロシランを製造するトリクロロシランの製造装置であれば、特に限定されない。製造装置1として、例えば、流動床方式反応装置が挙げられる。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粉体及び塩化水素を供給して、連続的にトリクロロシランを合成することが可能である。なお、トリクロロシランについては、SiHClまたはTCSとも称する。
[Embodiment 1]
(Configuration of manufacturing apparatus 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. In this specification, the manufacturing apparatus 1 is not particularly limited as long as it is a trichlorosilane manufacturing apparatus that uses metal silicon powder to manufacture trichlorosilane. For example, the manufacturing apparatus 1 may be a fluidized bed type reactor. By using the fluidized bed type reactor, it is possible to continuously supply metal silicon powder and hydrogen chloride to continuously synthesize trichlorosilane. Note that trichlorosilane is also referred to as SiHCl3 or TCS.

金属シリコン粉体と塩化水素との反応では、金属シリコンの使用量が多いため、金属シリコン粉体が流通する流路に設けられたバルブに金属シリコン粉体が噛み込むことによってバルブシートに損傷が生じ易い。そこで、金属シリコン粉体が流通する流路に無摺動バルブを設けると共に、バルブシートと弁体との間に形成される空間に対して気体を吹き付ける。これにより、金属シリコン粉体と塩化水素との反応では、バルブシートの損傷を抑制するという本発明の一態様による効果が特に顕著に発揮される。 In the reaction between metal silicon powder and hydrogen chloride, a large amount of metal silicon is used, and the metal silicon powder is likely to get caught in a valve installed in the flow path through which the metal silicon powder flows, causing damage to the valve seat. Therefore, a non-sliding valve is installed in the flow path through which the metal silicon powder flows, and gas is sprayed into the space formed between the valve seat and the valve body. As a result, the effect of one aspect of the present invention, which is to suppress damage to the valve seat, is particularly pronounced in the reaction between metal silicon powder and hydrogen chloride.

なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上(Aを含みかつAより大きい)B以下(Bを含みかつBより小さい)」を意味する。また、以下では、一例として図1に金属シリコン粉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装置を挙げて説明するが、その他に金属シリコン粉体を用いてトリクロロシランを生成する装置を用いてもよい。In addition, unless otherwise specified in this specification, "A to B" representing a numerical range means "A or more (including A and larger than A) and B or less (including B and smaller than B)." In addition, in the following, an example will be described using the device in Figure 1 that reacts metal silicon powder with hydrogen chloride to produce trichlorosilane, but other devices that produce trichlorosilane using metal silicon powder may also be used.

本明細書において、「金属シリコン粉体」とは、冶金製金属シリコン、珪素鉄またはポリシリコン等の金属状態の珪素元素を含む固体物質を意図し、公知のものが何ら制限なく使用される。また、それら金属シリコン粉体には鉄化合物等の不純物が含まれていてもよく、その成分及び含有量において特に制限はない。かかる金属シリコン粉体は、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。In this specification, "metal silicon powder" refers to a solid substance containing silicon element in a metallic state, such as metallurgical metal silicon, ferrosilicone, or polysilicon, and any known substance may be used without any restrictions. Furthermore, such metal silicon powder may contain impurities such as iron compounds, and there are no particular restrictions on the components and content thereof. Such metal silicon powder is usually used in the form of a fine powder with an average particle size of about 150 to 350 μm.

図1に示すように、製造装置1は、圧縮機2,11と、反応容器3と、冷却器4,7,9と、フィルター5と、収容槽6と、熱媒ドラム8と、凝縮器10と、蒸留塔13と、無摺動バルブb1~b4と、を備えている。製造装置1が備えるこれらの構成要素は、互いに配管によって接続されている。As shown in Figure 1, the manufacturing apparatus 1 includes compressors 2 and 11, a reaction vessel 3, coolers 4, 7 and 9, a filter 5, a storage tank 6, a heat medium drum 8, a condenser 10, a distillation column 13 and non-sliding valves b1 to b4. These components of the manufacturing apparatus 1 are connected to each other by piping.

また、製造装置1は、金属シリコン粉体が流通する配管を備え、トリクロロシランを製造する。金属シリコン粉体が流通する配管とは、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の配管である。金属シリコン粉体が流通する流路の配管とは、例えば、後述する導入流路f1、導出流路f2、排出流路f31及び排出流路f32の配管である。トリクロロシランの製造系とは、トリクロロシランを製造する製造装置全体を示しており、例えば、製造装置1の全体及び後述する製造装置1Aの全体の少なくとも一方を示している。The manufacturing apparatus 1 also includes a pipe through which metal silicon powder flows, and produces trichlorosilane. The pipe through which metal silicon powder flows is the pipe of the flow path through which metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system. The pipe of the flow path through which metal silicon powder flows is, for example, the pipe of the inlet flow path f1, the outlet flow path f2, the exhaust flow path f31, and the exhaust flow path f32 described below. The trichlorosilane production system refers to the entire manufacturing apparatus that produces trichlorosilane, and for example refers to at least one of the entire manufacturing apparatus 1 and the entire manufacturing apparatus 1A described below.

製造装置1を用いたトリクロロシランの製造方法では、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の開閉を、無摺動バルブb1~b4を用いて行う。トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路とは、例えば、後述する導入流路f1、導出流路f2、排出流路f31及び排出流路f32である。In the method for producing trichlorosilane using the production apparatus 1, the flow paths through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system are opened and closed using non-sliding valves b1 to b4. The flow paths through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system are, for example, the inlet flow path f1, outlet flow path f2, exhaust flow path f31, and exhaust flow path f32 described below.

圧縮機2は、塩化水素が流通する配管に設けられており、その配管の内部を流通する塩化水素を圧縮し、塩化水素を反応容器3に供給する。反応容器3は、外部から供給された金属シリコン粉体及び塩化水素を収容し、金属シリコン粉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。反応容器3の内部では、主に、以下の式(1)及び(2)に示す反応が生じる。
金属シリコン粉体(Si)+3HCl→SiHCl+H・・・(1)
金属シリコン粉体(Si)+4HCl→SiCl+2H・・・(2)
The compressor 2 is provided in a pipe through which hydrogen chloride flows, compresses the hydrogen chloride flowing inside the pipe, and supplies the hydrogen chloride to the reaction vessel 3. The reaction vessel 3 contains metal silicon powder and hydrogen chloride supplied from the outside, and reacts the metal silicon powder with the hydrogen chloride to produce trichlorosilane. Inside the reaction vessel 3, reactions mainly occur as shown in the following formulas (1) and (2).
Metal silicon powder (Si) + 3HCl → SiHCl 3 + H 2 ... (1)
Metal silicon powder (Si) + 4HCl → SiCl4 + 2H2 ... (2)

反応容器3が有する形状(換言すれば、反応容器3が有する側壁の形状)については特に限定されない。例えば、反応容器3のうち流動層(図示せず)を囲む側壁は、反応容器3の高さ方向に直交する切断面の断面積が、一定であるような形状(図示せず)であってもよいし、上方に向かって大きくなるようなテーパー形状(図示せず)であってもよい。There is no particular limitation on the shape of the reaction vessel 3 (in other words, the shape of the sidewall of the reaction vessel 3). For example, the sidewall of the reaction vessel 3 surrounding the fluidized bed (not shown) may have a shape (not shown) in which the cross-sectional area of a cut surface perpendicular to the height direction of the reaction vessel 3 is constant, or may have a tapered shape (not shown) that increases toward the top.

反応容器3の外部から反応容器3に金属シリコン粉体を導く導入流路f1の配管には、無摺動バルブb1が設けられる。図2に示すように、無摺動バルブb1は、ステム31,32と、弁体33と、バルブシート35,36と、本体部40と、を備えている。無摺動バルブb1は、導入流路f1の開閉を行う。導入流路f1は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。A non-sliding valve b1 is provided in the piping of the inlet flow path f1 that introduces metal silicon powder from outside the reaction vessel 3 to the reaction vessel 3. As shown in FIG. 2, the non-sliding valve b1 includes stems 31, 32, a valve body 33, valve seats 35, 36, and a main body 40. The non-sliding valve b1 opens and closes the inlet flow path f1. The inlet flow path f1 is part of the flow path through which metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system.

金属シリコン粉体の粒径は小さいので、従来のバルブの摺動部を可能な限り小さくしたとしても、バルブの摺動時に金属シリコン粉体が入り込み、バルブシートが金属シリコン粉体による損傷を受ける。このため、摺動部が存在しない無摺動バルブb1を用いることが好ましい。Because the particle size of the metal silicon powder is small, even if the sliding part of a conventional valve is made as small as possible, the metal silicon powder will get into the valve when it slides, and the valve seat will be damaged by the metal silicon powder. For this reason, it is preferable to use a non-sliding valve b1 that does not have a sliding part.

特に、金属シリコン粉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反応では、金属シリコンの使用量が多いため、導入流路f1に設けられるバルブの開閉頻度は多くなる。そこで、導入流路f1に無摺動バルブb1を設けることにより、金属シリコン粉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反応では、バルブシート35,36の損傷を抑制するという効果が特に顕著に発揮される。なお、無摺動バルブb1の動作の詳細については後述する。In particular, in the reaction of producing trichlorosilane by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride, a large amount of metal silicon is used, so the valve provided in the inlet flow path f1 is opened and closed frequently. Therefore, by providing the non-sliding valve b1 in the inlet flow path f1, the effect of suppressing damage to the valve seats 35, 36 is particularly remarkable in the reaction of producing trichlorosilane by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride. The operation of the non-sliding valve b1 will be described in detail later.

反応容器3の内部には、熱媒体を流通させる熱媒管15が設けられている。熱媒管15は、冷却器7と熱媒ドラム8とを接続している。冷却器7は、熱媒管15の内部を流通する熱媒体の温度を下げ、熱媒ドラム8は、熱媒体を貯留する。A heat medium pipe 15 for circulating a heat medium is provided inside the reaction vessel 3. The heat medium pipe 15 connects the cooler 7 and the heat medium drum 8. The cooler 7 lowers the temperature of the heat medium circulating inside the heat medium pipe 15, and the heat medium drum 8 stores the heat medium.

反応容器3の下部から取り出される金属シリコン粉体が流通する導出流路f2の配管には、無摺動バルブb2が設けられる。無摺動バルブb2は、導出流路f2の開閉を行う。導出流路f2は、反応容器3と反応容器3の下部から取り出される金属シリコン粉体を収容する収容槽6との間にある。導出流路f2は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。A non-sliding valve b2 is provided in the piping of the outlet flow path f2 through which the metal silicon powder extracted from the bottom of the reaction vessel 3 flows. The non-sliding valve b2 opens and closes the outlet flow path f2. The outlet flow path f2 is located between the reaction vessel 3 and the storage tank 6 that stores the metal silicon powder extracted from the bottom of the reaction vessel 3. The outlet flow path f2 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system.

特に、金属シリコン粉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反応では、金属シリコンの使用量が多いため、反応容器3の下部から取り出される金属シリコン粉体の量が多くなる。そこで、導出流路f2に無摺動バルブb2を設けることにより、金属シリコン粉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反応では、バルブシートの損傷を抑制するという効果が特に顕著に発揮される。In particular, in the reaction of producing trichlorosilane by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride, a large amount of metal silicon is used, and therefore a large amount of metal silicon powder is extracted from the bottom of the reaction vessel 3. Therefore, by providing a non-sliding valve b2 in the outlet flow path f2, the effect of suppressing damage to the valve seat is particularly pronounced in the reaction of producing trichlorosilane by reacting metal silicon powder with hydrogen chloride.

反応容器3の上部から排出される金属シリコン粉体が流通する排出流路f3は、反応容器3から収容槽6に至るまでの流路である。排出流路f3のうちの排出流路f31の配管には、無摺動バルブb3が設けられる。無摺動バルブb3は、排出流路f31の開閉を行い、冷却器4とフィルター5との間にある。排出流路f31は、反応容器3と金属シリコン粉体を除去するフィルター5との間にある。排出流路f31は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。なお、無摺動バルブb3は、反応容器3と冷却器4との間にあってもよい。The discharge flow path f3, through which the metal silicon powder discharged from the top of the reaction vessel 3 flows, is a flow path from the reaction vessel 3 to the storage tank 6. A non-sliding valve b3 is provided in the piping of the discharge flow path f31 of the discharge flow path f3. The non-sliding valve b3 opens and closes the discharge flow path f31, and is located between the cooler 4 and the filter 5. The discharge flow path f31 is located between the reaction vessel 3 and the filter 5 that removes the metal silicon powder. The discharge flow path f31 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system. The non-sliding valve b3 may be located between the reaction vessel 3 and the cooler 4.

排出流路f3のうちの排出流路f32には、フィルター5によって除去された金属シリコン粉体が流通する。排出流路f32の配管には、無摺動バルブb4が設けられる。無摺動バルブb4は、排出流路f32の開閉を行う。排出流路f32は、フィルター5と収容槽6との間にある。排出流路f32は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。 Of the discharge flow paths f3, discharge flow path f32 carries the metal silicon powder removed by the filter 5. A non-sliding valve b4 is provided in the piping of the discharge flow path f32. The non-sliding valve b4 opens and closes the discharge flow path f32. The discharge flow path f32 is located between the filter 5 and the storage tank 6. The discharge flow path f32 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system.

なお、排出流路f31には、水素、並びに、反応容器3によって生成されたトリクロロシラン及びテトラクロロシラン等が流通する。また、排出流路f31の配管には、冷却器4が設けられる。冷却器4は、排出流路f31を流通する金属シリコン粉体、水素、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等を冷却する。なお、テトラクロロシランについては、SiClまたはSTCとも称する。 Hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. generated in the reaction vessel 3 flow through the discharge flow path f31. A cooler 4 is provided in the piping of the discharge flow path f31. The cooler 4 cools the metal silicon powder, hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. flowing through the discharge flow path f31. Tetrachlorosilane is also referred to as SiCl4 or STC.

フィルター5は、冷却器4によって冷却された金属シリコン粉体、水素、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等から、金属シリコン粉体を除去する。フィルター5は、除去した金属シリコン粉体を収容槽6に排出し、水素、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等を冷却器9に供給する。冷却器9は、水素、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等を冷却水により冷却し、冷却した水素、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等を凝縮器10に供給する。The filter 5 removes the metal silicon powder from the metal silicon powder, hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. cooled by the cooler 4. The filter 5 discharges the removed metal silicon powder into the storage tank 6 and supplies the hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. to the cooler 9. The cooler 9 cools the hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. with cooling water and supplies the cooled hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. to the condenser 10.

凝縮器10は、水素、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等を気液分離させ、水素を圧縮機11に供給し、トリクロロシラン及びテトラクロロシラン等を蒸留塔13に供給する。蒸留塔13は、トリクロロシラン及びテトラクロロシランを蒸留によって回収する。The condenser 10 separates hydrogen, trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. into gas and liquid, supplies hydrogen to the compressor 11, and supplies trichlorosilane, tetrachlorosilane, etc. to the distillation column 13. The distillation column 13 recovers trichlorosilane and tetrachlorosilane by distillation.

圧縮機11は、水素が流通する配管に設けられており、その配管の内部を流通する水素を圧縮する。圧縮機11は、後工程の構成要素に圧縮した水素を供給する。圧縮機11と、後工程の構成要素と、の間に接続されている配管P1から分岐する配管P2は、無摺動バルブb1~b4のそれぞれのノズル54に接続されている。ノズル54については後述する。配管P2の内部には、水素が流通する。配管P2にはバルブが設けられていてもよい。The compressor 11 is provided in a pipe through which hydrogen flows, and compresses the hydrogen flowing inside the pipe. The compressor 11 supplies compressed hydrogen to a downstream component. A pipe P2 branches off from a pipe P1 connected between the compressor 11 and the downstream component, and is connected to the nozzles 54 of each of the non-sliding valves b1 to b4. The nozzles 54 will be described later. Hydrogen flows inside the pipe P2. A valve may be provided in the pipe P2.

(無摺動バルブの動作)
図2は、図1に示す製造装置1が備える無摺動バルブb1が閉じる場合の無摺動バルブb1の動作を示す図である。図3は、図1に示す製造装置1が備える無摺動バルブb1が開く場合の無摺動バルブb1の動作を示す図である。
(Non-sliding valve operation)
Fig. 2 is a diagram showing the operation of the non-sliding valve b1 when the non-sliding valve b1 provided in the manufacturing apparatus 1 shown in Fig. 1 is closed. Fig. 3 is a diagram showing the operation of the non-sliding valve b1 when the non-sliding valve b1 provided in the manufacturing apparatus 1 shown in Fig. 1 is opened.

配管34は、無摺動バルブb1が設けられた導入流路f1の配管である。図2における101で示される図は、無摺動バルブb1が完全に開いている状態を示している。弁体33には、開口部37が形成されている。配管34の内部を流通する金属シリコン粉体は、開口部37に囲まれた空間を通過する。金属シリコン粉体の流れる方向は、無摺動バルブb1の入口部38から出口部39に向かう方向である。 The pipe 34 is an inlet flow path f1 pipe provided with a non-sliding valve b1. The diagram indicated by 101 in FIG. 2 shows the state in which the non-sliding valve b1 is fully open. An opening 37 is formed in the valve body 33. The metal silicon powder flowing inside the pipe 34 passes through the space surrounded by the opening 37. The direction in which the metal silicon powder flows is from the inlet 38 to the outlet 39 of the non-sliding valve b1.

弁体33の上端にはステム31が取り付けられており、弁体33の下端にはステム32が取り付けられている。本体部40に形成された上側の凹部41と入口部38との境界には、バルブシート35が設けられ、本体部40に形成された下側の凹部42と入口部38との境界には、バルブシート36が設けられている。バルブシート35,36は、無摺動バルブb1の気密性を保つためのものである。バルブシート35,36の材料は、例えば、カーボン、テフロン(登録商標)、その他の樹脂製品または金属であってもよい。A stem 31 is attached to the upper end of the valve body 33, and a stem 32 is attached to the lower end of the valve body 33. A valve seat 35 is provided at the boundary between the upper recess 41 formed in the main body 40 and the inlet 38, and a valve seat 36 is provided at the boundary between the lower recess 42 formed in the main body 40 and the inlet 38. The valve seats 35, 36 are for maintaining the airtightness of the non-sliding valve b1. The material of the valve seats 35, 36 may be, for example, carbon, Teflon (registered trademark), other resin products, or metal.

図2における101で示される図の通り、無摺動バルブb1の下から見て、ステム32を右回りに回転させると、弁体33が閉方向に回転する。弁体33が回転するとき、弁体33は、バルブシート35,36とは接触せずに回転する。ステム32を右回りに90°回転させると、図2における102で示される図の通り、弁体33が閉じている状態になる。ただし、無摺動バルブb1が完全に閉じている状態ではない。ステム32を右回りに90°回転させるだけでは、弁体33は、バルブシート35,36とは接触しない。As shown by 101 in Figure 2, when the stem 32 is rotated clockwise as viewed from below the non-sliding valve b1, the valve body 33 rotates in the closing direction. When the valve body 33 rotates, it does so without coming into contact with the valve seats 35, 36. When the stem 32 is rotated 90° clockwise, the valve body 33 is in a closed state as shown by 102 in Figure 2. However, the non-sliding valve b1 is not in a completely closed state. Simply rotating the stem 32 90° clockwise does not cause the valve body 33 to come into contact with the valve seats 35, 36.

ステム32を右回りに90°回転させた後、図2における103に示される図の通り、無摺動バルブb1の上から見て、ステム31を右回りに回転させると、ステム31を支点に弁体33が傾く。そして、図2における104で示される図の通り、弁体33は、バルブシート35,36と接触する。ステム31を右回りに回転させ終えると、弁体33がバルブシート35,36に押し付けられ、無摺動バルブb1は完全に閉じている状態になる。つまり、配管34の内部にある金属シリコン粉体の流れを止める。After the stem 32 has been rotated 90° clockwise, as shown in 103 in Fig. 2, when the stem 31 is rotated clockwise as viewed from above the non-sliding valve b1, the valve body 33 tilts with the stem 31 as the fulcrum. Then, as shown in 104 in Fig. 2, the valve body 33 comes into contact with the valve seats 35, 36. When the stem 31 has finished rotating clockwise, the valve body 33 is pressed against the valve seats 35, 36, and the non-sliding valve b1 is completely closed. In other words, the flow of metal silicon powder inside the pipe 34 is stopped.

また、図3における201で示される図は、無摺動バルブb1が完全に閉じている状態を示している。図3における202で示される図の通り、無摺動バルブb1の上から見て、ステム31を左回りに回転させると、ステム31を支点に弁体33がバルブシート35,36から離れる方向に移動する。図3における203で示される図の通り、ステム31を左回りに回転させ終えると、弁体33はバルブシート35,36から完全に離れる。 Also, the diagram indicated by 201 in Figure 3 shows the state in which the non-sliding valve b1 is completely closed. As indicated by 202 in Figure 3, when viewed from above the non-sliding valve b1, rotating the stem 31 counterclockwise causes the valve body 33 to move in a direction away from the valve seats 35, 36, with the stem 31 as a fulcrum. As indicated by 203 in Figure 3, when the stem 31 has finished rotating counterclockwise, the valve body 33 has completely separated from the valve seats 35, 36.

ステム31を左回りに回転させ終えた後、図3における203で示される図の通り、無摺動バルブb1の下から見て、ステム32を左回りに回転させると、弁体33が開方向に回転する。弁体33が回転するとき、弁体33は、バルブシート35,36とは接触せずに回転する。ステム32を左回りに90°回転させると、図3における204で示される図の通り、無摺動バルブb1が完全に開いている状態になる。After the stem 31 has been rotated counterclockwise, as shown by 203 in Figure 3, when the stem 32 is rotated counterclockwise as viewed from below the non-sliding valve b1, the valve body 33 rotates in the opening direction. When the valve body 33 rotates, it does not come into contact with the valve seats 35, 36. When the stem 32 is rotated counterclockwise by 90°, the non-sliding valve b1 is fully open as shown by 204 in Figure 3.

したがって、無摺動バルブb1は、バルブシート35,36に対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体33を有する。また、無摺動バルブb1は、配管34に設けられ、配管34の流路を開閉する。Therefore, the non-sliding valve b1 has a valve body 33 that is rotatably mounted in a non-contact state with respect to the valve seats 35, 36. The non-sliding valve b1 is also mounted in the pipe 34 and opens and closes the flow path of the pipe 34.

また、無摺動バルブb1は、弁体33とバルブシート35,36とがメタルタッチする構造を有してもよい。メタルタッチとは、金属からなるもの同士が接触することである。つまり、弁体33及びバルブシート35,36は金属からなり、ステム31を右回りに回転させたとき、弁体33及びバルブシート35,36は互いに接触する。これにより、無摺動バルブb1を閉じたとき、弁体33とバルブシート35,36とがメタルタッチする。よって、無摺動バルブb1の耐熱温度が200℃を超えるので、無摺動バルブb1を、200℃を超える温度で使用することができる。 The non-sliding valve b1 may also have a structure in which the valve body 33 and the valve seats 35, 36 are in metal contact. Metal touch means that two metal objects come into contact with each other. In other words, the valve body 33 and the valve seats 35, 36 are made of metal, and when the stem 31 is rotated clockwise, the valve body 33 and the valve seats 35, 36 come into contact with each other. As a result, when the non-sliding valve b1 is closed, the valve body 33 and the valve seats 35, 36 come into metal contact. Therefore, since the heat resistance temperature of the non-sliding valve b1 exceeds 200°C, the non-sliding valve b1 can be used at temperatures exceeding 200°C.

なお、無摺動バルブb2~b4及び後述する無摺動バルブb5~b8は、無摺動バルブb1と同様の構造を有する。また、無摺動バルブb1~b8の構造は、ここで説明した構造に限らず、弁体とバルブシートとが摺動しない構造であれば、特に限定されない。 The non-sliding valves b2 to b4 and the non-sliding valves b5 to b8 described below have the same structure as the non-sliding valve b1. The structure of the non-sliding valves b1 to b8 is not limited to the structure described here, and is not particularly limited as long as the valve body and the valve seat do not slide.

(吐出口の構造)
図4は、図1に示す製造装置1において、金属シリコン粉体が流通する流路内に配置された吐出口51付近の構造を示す図である。ここでは、例えば、無摺動バルブb1の内部に配置された吐出口51の構造について説明する。図4に示すように、無摺動バルブb1の外側には、ノズル54が取り付けられている。具体的には、本体部40におけるバルブシート35が設けられている側とは反対側にノズル54が取り付けられている。また、無摺動バルブb1内には、吐出口51が配置されている。
(Structure of outlet)
Fig. 4 is a diagram showing the structure of the vicinity of a discharge port 51 arranged in a flow path through which metal silicon powder flows in the manufacturing apparatus 1 shown in Fig. 1. Here, for example, the structure of the discharge port 51 arranged inside the non-sliding valve b1 will be described. As shown in Fig. 4, a nozzle 54 is attached to the outside of the non-sliding valve b1. Specifically, the nozzle 54 is attached to the side of the main body 40 opposite to the side on which the valve seat 35 is provided. In addition, the discharge port 51 is arranged inside the non-sliding valve b1.

吐出口51とノズル54との間には、気体が流通する経路52,53が形成されている。経路52は、バルブシート35に形成され、経路53は、本体部40に形成されている。前述した配管P2は、ノズル54に接続されているため、ノズル54内には水素が流通する。水素は、経路52,53を流通し、吐出口51から吐出される。 Between the discharge port 51 and the nozzle 54, paths 52 and 53 through which gas flows are formed. The path 52 is formed in the valve seat 35, and the path 53 is formed in the main body 40. The aforementioned pipe P2 is connected to the nozzle 54, so that hydrogen flows through the nozzle 54. The hydrogen flows through the paths 52 and 53 and is discharged from the discharge port 51.

このように、ノズル54は、吐出口51まで気体を流通させるためのものであると共に、製造装置1に備えられるものである。前記構成によれば、吐出口51から吐出される気体の所望の線速度が得られるように、適切なノズル口径を有するノズル54を無摺動バルブb1の外側に設けることができる。 In this way, the nozzle 54 is for circulating the gas to the discharge port 51 and is provided in the manufacturing apparatus 1. According to the above configuration, the nozzle 54 having an appropriate nozzle diameter can be provided outside the non-sliding valve b1 so that the desired linear velocity of the gas discharged from the discharge port 51 can be obtained.

また、バルブシート35と弁体33との間に形成される空間SPに対して、気体を吹き付けるための吐出口51が、金属シリコン粉体が流通する流路内に配置される。換言すると、金属シリコン粉体が流通する流路内に配置された吐出口51から、空間SPに対して気体を吹き付ける。In addition, an outlet 51 for blowing gas into the space SP formed between the valve seat 35 and the valve body 33 is disposed in the flow path through which the metal silicon powder flows. In other words, gas is blown into the space SP from the outlet 51 disposed in the flow path through which the metal silicon powder flows.

前記構成によれば、バルブシート35や弁体33に付着した金属シリコン粉体を気体によって吹き飛ばすことができる。これにより、無摺動バルブb1によって流路が遮断された場合、バルブシート35と弁体33との密封性を向上させることができる。このため、従来の製造方法に比べて、無摺動バルブb1の耐久性をさらに向上させると共に、無摺動バルブb1の交換頻度をさらに下げることができる。空間SPに対して気体を吹き付けることにより、バルブシート35及び弁体33の両方に気体を吹き付けることができる。 According to the above configuration, the metal silicon powder adhering to the valve seat 35 and valve body 33 can be blown away by gas. This improves the sealing performance between the valve seat 35 and valve body 33 when the flow path is blocked by the non-sliding valve b1. This further improves the durability of the non-sliding valve b1 and further reduces the frequency of replacement of the non-sliding valve b1 compared to conventional manufacturing methods. By blowing gas into the space SP, the gas can be blown onto both the valve seat 35 and the valve body 33.

なお、吐出口51は、バルブシート36にも形成され、本体部40におけるバルブシート36が設けられている側とは反対側にもノズル54が取り付けられていてもよい。つまり、バルブシート36と弁体33との間に形成される空間に対しても気体が吹き付けられてもよい。また、2つの吐出口51が、弁体33に対して対称となるように配置されていてもよく、3つ以上の吐出口51が、弁体33の周囲に均等な間隔で配置されていてもよい。この場合、本体部40における各吐出口51が配置されている側とは反対側にノズル54が取り付けられる。In addition, the discharge port 51 may also be formed in the valve seat 36, and a nozzle 54 may also be attached to the side of the main body 40 opposite to the side where the valve seat 36 is provided. In other words, gas may also be blown into the space formed between the valve seat 36 and the valve body 33. In addition, two discharge ports 51 may be arranged symmetrically with respect to the valve body 33, or three or more discharge ports 51 may be arranged at equal intervals around the valve body 33. In this case, a nozzle 54 is attached to the side of the main body 40 opposite to the side where each discharge port 51 is arranged.

空間SPに対する気体の吹き付けは、図2における103で示される図において、ステム31を右回りに回転させる直前に行われる。つまり、無摺動バルブb1が閉じる場合において、弁体33がバルブシート35,36と接触する直前に行われる。 The gas is blown into the space SP immediately before the stem 31 is rotated clockwise in the diagram indicated by 103 in Figure 2. In other words, when the non-sliding valve b1 is closed, the gas is blown into the space SP immediately before the valve body 33 comes into contact with the valve seats 35, 36.

さらに、ノズル54内には水素が流通するため、空間SPに対して吹き付ける気体として水素を用いることになる。前記構成によれば、トリクロロシランの製造系において循環する気体である水素を用いて、バルブシート35と弁体33との間に形成される空間SPに対して気体を吹き付ける構造を容易に実現することができる。 Furthermore, because hydrogen flows through the nozzle 54, hydrogen is used as the gas to be sprayed into the space SP. With the above configuration, it is possible to easily realize a structure in which hydrogen, which is a gas that circulates in the trichlorosilane production system, is used to spray gas into the space SP formed between the valve seat 35 and the valve body 33.

反応容器3で発生した水素が配管P2に流通し、配管P2を流通する水素が吐出口51から吐出されることにより、空間SPに対して吹き付ける水素は、製造装置1において循環する水素となる。このように、空間SPに対して吹き付ける気体として、トリクロロシランの製造系において循環する水素を用いる。 Hydrogen generated in the reaction vessel 3 flows through the pipe P2, and the hydrogen flowing through the pipe P2 is discharged from the discharge port 51, so that the hydrogen sprayed into the space SP becomes hydrogen circulating in the manufacturing apparatus 1. In this way, hydrogen circulating in the trichlorosilane manufacturing system is used as the gas sprayed into the space SP.

前記構成によれば、トリクロロシランの製造系において循環する水素を用いることにより、金属シリコン粉体が流通する流路に、トリクロロシランの製造系では用いられない気体を混入しなくて済む。これにより、トリクロロシランの製造系の後の工程で当該気体を除去する処理にかかる負担が生じないようにすることができる。また、トリクロロシランの製造系において循環する水素を、空間SPに対して吹き付ける水素として再利用することができるため、トリクロロシランの製造にかかるコストを低減することができる。 According to the above configuration, by using hydrogen circulating in the trichlorosilane production system, it is not necessary to mix gases not used in the trichlorosilane production system into the flow path through which the metal silicon powder flows. This makes it possible to avoid the burden of processing to remove the gas in a subsequent process in the trichlorosilane production system. In addition, since the hydrogen circulating in the trichlorosilane production system can be reused as hydrogen to be sprayed into the space SP, the cost of producing trichlorosilane can be reduced.

空間SPに対して吹き付ける気体の量は、例えば、1つのノズル54につき、50~200Lである。また、空間SPに対して気体を吹き付ける場合、気体を吹き付ける回数は、例えば、1回である。つまり、所定の気体の吹き付け期間内に、空間SPに対して気体が吹き付けられている状況で、無摺動バルブb1を閉じることにより、気体を吹き付ける回数を1回とする。 The amount of gas sprayed into the space SP is, for example, 50 to 200 L per nozzle 54. When gas is sprayed into the space SP, the number of times the gas is sprayed is, for example, one time. In other words, by closing the non-sliding valve b1 while gas is being sprayed into the space SP within a specified gas spraying period, the number of times the gas is sprayed is set to one time.

また、空間SPに対し、気体を、線速度が30m/秒以上300m/秒以下で、5秒以上50秒以下の間、吹き付けることが好ましい。ここで、気体の線速度が30m/秒以上300m/秒以下であり、かつ、気体の吹き付け時間が5秒以上50秒以下である範囲を範囲R1と称する。It is also preferable to blow the gas into the space SP at a linear velocity of 30 m/s to 300 m/s for a period of 5 seconds to 50 seconds. Here, the range in which the linear velocity of the gas is 30 m/s to 300 m/s and the blowing time of the gas is 5 seconds to 50 seconds is referred to as range R1.

以下の表1に示すように、無摺動バルブb1を閉じた後に、無摺動バルブb1の出口部39に対して加圧したときの圧力は、範囲R1未満の場合では少し変化し、範囲R1内及び範囲R1より大きい場合では変化なしであった。当該圧力が変化することは、バルブシート35や弁体33に金属シリコン粉体が付着していると共に、気体の漏れが発生していることを示す。前記圧力の観測は、前記圧力を計測する圧力計を目視することによって行われている。As shown in Table 1 below, when pressure was applied to the outlet 39 of the non-sliding valve b1 after the non-sliding valve b1 was closed, the pressure changed slightly when it was below range R1, and did not change when it was within range R1 or above range R1. The change in pressure indicates that metal silicon powder has adhered to the valve seat 35 or valve body 33 and that gas leakage has occurred. The pressure was observed by visually observing the pressure gauge that measures the pressure.

Figure 0007605752000001
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また、気体の吹き付けの操作において、1つのノズル54につき使用される気体の量は、範囲R1未満の場合では20L以下であり、範囲R1内の場合では50~200Lであり、範囲R1より大きい場合では250L以上である。よって、範囲R1内の場合、バルブシート35や弁体33に付着した金属シリコン粉体を気体によって十分に吹き飛ばすことができると共に、使用される気体の量を少なくして、コストを低減することができる。また、後述の実施例1及び2においても、範囲R1内であることが好ましいことの一例が示されている。 In addition, in the gas spraying operation, the amount of gas used per nozzle 54 is 20 L or less when it is below range R1, 50 to 200 L when it is within range R1, and 250 L or more when it is above range R1. Therefore, when it is within range R1, the metal silicon powder adhering to the valve seat 35 and valve body 33 can be sufficiently blown away by the gas, and the amount of gas used can be reduced, thereby reducing costs. Also, examples of why it is preferable to be within range R1 are shown in Examples 1 and 2 described below.

無摺動バルブb2~b4及び後述する無摺動バルブb5~b8は、無摺動バルブb1と同様の構造を有する。このため、図4に示す吐出口51付近の構造について、無摺動バルブb2~b4及び無摺動バルブb5~b8の構造は、無摺動バルブb1の構造と同様の構造となる。 The non-sliding valves b2 to b4 and the non-sliding valves b5 to b8 described below have the same structure as the non-sliding valve b1. Therefore, with regard to the structure near the discharge port 51 shown in Figure 4, the structures of the non-sliding valves b2 to b4 and the non-sliding valves b5 to b8 are the same as the structure of the non-sliding valve b1.

〔実施形態2〕
本発明の実施形態2について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図5は、本発明の実施形態2に係る製造装置1Aの構成の一例を示す模式図である。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described below. For convenience of explanation, the same reference numerals are used for members having the same functions as those described in the first embodiment, and the explanations thereof will not be repeated. Fig. 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a manufacturing apparatus 1A according to the second embodiment of the present invention.

図5に示すように、製造装置1Aは、熱交換器21と、加熱器22と、第2反応容器23と、第2フィルター24と、第2収容槽25と、冷却器26と、凝縮器27と、圧縮機28と、蒸留塔29と、無摺動バルブb5~b8と、を備えている。製造装置1Aが備えるこれらの構成要素は、互いに配管によって接続されている。なお、本実施形態では、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路とは、第2導入流路f5、第2排出流路f61、第2排出流路f62及び第2導出流路f8である。5, the manufacturing apparatus 1A includes a heat exchanger 21, a heater 22, a second reaction vessel 23, a second filter 24, a second storage tank 25, a cooler 26, a condenser 27, a compressor 28, a distillation column 29, and non-sliding valves b5 to b8. These components of the manufacturing apparatus 1A are connected to each other by piping. In this embodiment, the flow paths through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane manufacturing system are the second inlet flow path f5, the second outlet flow path f61, the second outlet flow path f62, and the second outlet flow path f8.

熱交換器21には、水素及びテトラクロロシランが供給される。この水素は、圧縮機28から供給された水素であり、このテトラクロロシランは、蒸留塔29から供給されたものである。なお、このテトラクロロシランは、例えば、前述した反応容器3によって副反応として生じたものであってもよい。熱交換器21は、第2反応容器23を経由した金属シリコン粉体、水素及びトリクロロシランを、水素及びテトラクロロシランと熱交換する。熱交換器21は、水素及びテトラクロロシランを加熱器22に供給する。Hydrogen and tetrachlorosilane are supplied to the heat exchanger 21. The hydrogen is supplied from the compressor 28, and the tetrachlorosilane is supplied from the distillation column 29. The tetrachlorosilane may be, for example, generated as a side reaction by the reaction vessel 3 described above. The heat exchanger 21 exchanges heat between the metal silicon powder, hydrogen, and trichlorosilane that have passed through the second reaction vessel 23 and the hydrogen and tetrachlorosilane. The heat exchanger 21 supplies the hydrogen and tetrachlorosilane to the heater 22.

加熱器22は、テトラクロロシラン及び水素を加熱して、テトラクロロシラン及び水素を第2反応容器23に供給する。第2反応容器23は、テトラクロロシラン、水素、及び、外部から供給された金属シリコン粉体を収容し、テトラクロロシランと水素と金属シリコン粉体とを反応させてトリクロロシランを生成する。第2反応容器23の内部では、主に、以下の式(3)に示す反応が生じる。第2反応容器23は、金属シリコン粉体、水素、トリクロロシラン及び未反応のテトラクロロシランを、熱交換器21を介して第2フィルター24に供給する。
金属シリコン粉体(Si)+3SiCl+2H→4SiHCl・・・(3)
The heater 22 heats tetrachlorosilane and hydrogen and supplies the tetrachlorosilane and hydrogen to the second reaction vessel 23. The second reaction vessel 23 contains tetrachlorosilane, hydrogen, and metal silicon powder supplied from the outside, and reacts the tetrachlorosilane, hydrogen, and metal silicon powder to generate trichlorosilane. Inside the second reaction vessel 23, the reaction shown in the following formula (3) mainly occurs. The second reaction vessel 23 supplies the metal silicon powder, hydrogen, trichlorosilane, and unreacted tetrachlorosilane to the second filter 24 via the heat exchanger 21.
Metal silicon powder (Si) + 3SiCl4 + 2H2 → 4SiHCl3 ... (3)

第2フィルター24は、熱交換器21を介して第2反応容器23から供給された金属シリコン粉体、水素、トリクロロシラン及び未反応のテトラクロロシランから、金属シリコン粉体を除去する。第2フィルター24は、除去した金属シリコン粉体を第2収容槽25に供給する。The second filter 24 removes the metal silicon powder from the metal silicon powder, hydrogen, trichlorosilane, and unreacted tetrachlorosilane supplied from the second reaction vessel 23 via the heat exchanger 21. The second filter 24 supplies the removed metal silicon powder to the second storage tank 25.

第2反応容器23の外部から第2反応容器23に金属シリコン粉体を導く第2導入流路f5の配管には、無摺動バルブb5が設けられる。無摺動バルブb5は、第2導入流路f5の開閉を行う。第2導入流路f5は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。A non-sliding valve b5 is provided in the piping of the second inlet flow path f5, which introduces the metal silicon powder from outside the second reaction vessel 23 to the second reaction vessel 23. The non-sliding valve b5 opens and closes the second inlet flow path f5. The second inlet flow path f5 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system.

第2反応容器23から排出される金属シリコン粉体が流通する第2排出流路f6は、第2反応容器23から第2収容槽25に至るまでの流路である。第2排出流路f6のうちの第2排出流路f61の配管には、無摺動バルブb6が設けられる。無摺動バルブb6は、第2排出流路f61の開閉を行い、熱交換器21と第2フィルター24との間にある。The second discharge flow path f6, through which the metal silicon powder discharged from the second reaction vessel 23 flows, is a flow path from the second reaction vessel 23 to the second storage tank 25. A non-sliding valve b6 is provided in the piping of the second discharge flow path f61 of the second discharge flow path f6. The non-sliding valve b6 opens and closes the second discharge flow path f61, and is located between the heat exchanger 21 and the second filter 24.

第2排出流路f61は、第2反応容器23と金属シリコン粉体を除去する第2フィルター24との間にある。第2排出流路f61は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。なお、無摺動バルブb6は、第2反応容器23と熱交換器21との間にあってもよい。The second exhaust flow path f61 is located between the second reaction vessel 23 and the second filter 24 that removes the metal silicon powder. The second exhaust flow path f61 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system. The non-sliding valve b6 may be located between the second reaction vessel 23 and the heat exchanger 21.

第2排出流路f6のうちの第2排出流路f62には、第2フィルター24によって除去された金属シリコン粉体が流通する。第2排出流路f62の配管には、無摺動バルブb7が設けられる。無摺動バルブb7は、第2排出流路f62の開閉を行う。第2排出流路f62は、第2フィルター24と第2収容槽25との間にある。第2排出流路f62は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。 The metal silicon powder removed by the second filter 24 flows through the second discharge flow path f62 of the second discharge flow path f6. A non-sliding valve b7 is provided in the piping of the second discharge flow path f62. The non-sliding valve b7 opens and closes the second discharge flow path f62. The second discharge flow path f62 is located between the second filter 24 and the second storage tank 25. The second discharge flow path f62 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system.

第2反応容器23の下部から取り出される金属シリコン粉体が流通する第2導出流路f8の配管には、無摺動バルブb8が設けられる。無摺動バルブb8は、第2導出流路f8の開閉を行う。第2導出流路f8は、第2反応容器23と第2反応容器23の下部から取り出される金属シリコン粉体を収容する第2収容槽25との間にある。第2導出流路f8は、トリクロロシランの製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の一部である。A non-sliding valve b8 is provided in the piping of the second outlet flow path f8 through which the metal silicon powder extracted from the bottom of the second reaction vessel 23 flows. The non-sliding valve b8 opens and closes the second outlet flow path f8. The second outlet flow path f8 is located between the second reaction vessel 23 and the second storage tank 25 that contains the metal silicon powder extracted from the bottom of the second reaction vessel 23. The second outlet flow path f8 is part of the flow path through which the metal silicon powder flows in the trichlorosilane production system.

また、第2フィルター24は、水素、トリクロロシラン及び未反応のテトラクロロシランを冷却器26に供給する。冷却器26は、水素、トリクロロシラン及び未反応のテトラクロロシランを冷却水により冷却し、冷却した水素、トリクロロシラン及び未反応のテトラクロロシランを凝縮器27に供給する。In addition, the second filter 24 supplies hydrogen, trichlorosilane, and unreacted tetrachlorosilane to the cooler 26. The cooler 26 cools the hydrogen, trichlorosilane, and unreacted tetrachlorosilane with cooling water, and supplies the cooled hydrogen, trichlorosilane, and unreacted tetrachlorosilane to the condenser 27.

凝縮器27は、水素、トリクロロシラン及び未反応のテトラクロロシランを気液分離させ、水素を圧縮機28に供給し、トリクロロシラン及びテトラクロロシランを蒸留塔29に供給する。蒸留塔29は、トリクロロシラン及びテトラクロロシランを蒸留によって回収する。蒸留塔29は、回収したテトラクロロシランを熱交換器21に供給する。The condenser 27 separates hydrogen, trichlorosilane, and unreacted tetrachlorosilane into gas and liquid, supplies hydrogen to the compressor 28, and supplies trichlorosilane and tetrachlorosilane to the distillation column 29. The distillation column 29 recovers trichlorosilane and tetrachlorosilane by distillation. The distillation column 29 supplies the recovered tetrachlorosilane to the heat exchanger 21.

圧縮機28は、水素が流通する配管に設けられており、その配管の内部を流通する水素を圧縮する。圧縮機28は、熱交換器21に圧縮した水素を供給する。圧縮機28と熱交換器21との間に接続されている配管P3から分岐する配管P4は、無摺動バルブb5~b8のそれぞれのノズル54に接続されている。配管P4の内部には、水素が流通する。第2反応容器23で発生した水素が配管P4に流通し、配管P4を流通する水素が吐出口51から吐出されることにより、空間に対して吹き付ける水素は、製造装置1Aにおいて循環する水素となる。The compressor 28 is provided in the piping through which hydrogen flows, and compresses the hydrogen flowing inside the piping. The compressor 28 supplies compressed hydrogen to the heat exchanger 21. Pipe P4, which branches off from pipe P3 connected between the compressor 28 and the heat exchanger 21, is connected to the nozzles 54 of each of the non-sliding valves b5 to b8. Hydrogen flows inside pipe P4. Hydrogen generated in the second reaction vessel 23 flows through pipe P4, and the hydrogen flowing through pipe P4 is discharged from the discharge port 51, so that the hydrogen sprayed into the space becomes hydrogen circulating in the production apparatus 1A.

〔まとめ〕
本発明の一態様に係る製造方法は、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の製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の開閉を、バルブシートに対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体を有する無摺動バルブを用いて行い、前記流路内に配置された吐出口から、前記バルブシートと前記弁体との間に形成される空間に対して気体を吹き付ける。
〔summary〕
A manufacturing method according to one aspect of the present invention is a method for manufacturing trichlorosilane, in which a flow path through which metal silicon powder flows in a trichlorosilane production system is opened and closed using a non-sliding valve having a valve body that is rotatably mounted without contacting a valve seat, and gas is blown from an outlet located in the flow path into a space formed between the valve seat and the valve body.

前記構成によれば、バルブシートや弁体に付着した金属シリコン粉体を気体によって吹き飛ばすことができる。これにより、無摺動バルブによって流路が遮断された場合、バルブシートと弁体との密封性を向上させることができる。このため、従来の製造方法に比べて、無摺動バルブの耐久性をさらに向上させると共に、無摺動バルブの交換頻度をさらに下げることができる。 According to the above configuration, metal silicon powder adhering to the valve seat and valve body can be blown away by gas. This improves the sealing performance between the valve seat and valve body when the flow path is blocked by the non-sliding valve. This further improves the durability of the non-sliding valve and further reduces the frequency of replacement of the non-sliding valve compared to conventional manufacturing methods.

前記製造方法において、前記空間に対して吹き付ける気体として水素を用いてもよい。前記構成によれば、トリクロロシランの製造系において循環する気体である水素を用いて、バルブシートと弁体との間に形成される空間に対して気体を吹き付ける構造を容易に実現することができる。In the manufacturing method, hydrogen may be used as the gas to be sprayed into the space. According to the configuration, a structure in which hydrogen, which is a gas circulating in a trichlorosilane manufacturing system, is used to spray gas into the space formed between the valve seat and the valve body can be easily realized.

前記製造方法において、前記空間に対して吹き付ける気体として、前記トリクロロシランの製造系において循環する水素を用いてもよい。前記構成によれば、トリクロロシランの製造系において循環する水素を用いることにより、金属シリコン粉体が流通する流路に、トリクロロシランの製造系では用いられない気体を混入しなくて済む。これにより、トリクロロシランの製造系の後の工程で当該気体を除去する処理にかかる負担が生じないようにすることができる。また、トリクロロシランの製造系において循環する水素を、空間に対して吹き付ける水素として再利用することができるため、トリクロロシランの製造にかかるコストを低減することができる。In the manufacturing method, hydrogen circulating in the trichlorosilane manufacturing system may be used as the gas to be sprayed into the space. According to the configuration, by using hydrogen circulating in the trichlorosilane manufacturing system, it is not necessary to mix gas not used in the trichlorosilane manufacturing system into the flow path through which the metal silicon powder flows. This makes it possible to avoid the burden of a process for removing the gas in a subsequent process of the trichlorosilane manufacturing system. In addition, since the hydrogen circulating in the trichlorosilane manufacturing system can be reused as hydrogen to be sprayed into the space, the cost of manufacturing trichlorosilane can be reduced.

前記製造方法において、前記空間に対し、前記気体を、線速度が30m/秒以上300m/秒以下で、5秒以上50秒以下の間、吹き付けてもよい。前記構成によれば、バルブシートや弁体に付着した金属シリコン粉体を気体によって十分に吹き飛ばすことができると共に、使用される気体の量を少なくして、コストを低減することができる。In the manufacturing method, the gas may be sprayed into the space at a linear velocity of 30 m/s to 300 m/s for a period of 5 to 50 seconds. According to the configuration, the metal silicon powder adhering to the valve seat and the valve body can be sufficiently blown away by the gas, and the amount of gas used can be reduced, thereby reducing costs.

本発明の一態様に係る製造装置は、トリクロロシランの製造装置であって、金属シリコン粉体が流通する配管と、前記トリクロロシランの製造系において前記配管に設けられ、前記配管の流路を開閉すると共に、バルブシートに対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体を有する無摺動バルブと、を備え、前記バルブシートと前記弁体との間に形成される空間に対して気体を吹き付けるための吐出口が前記流路内に配置される。 A manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention is a trichlorosilane manufacturing apparatus comprising a pipe through which metal silicon powder flows, and a non-sliding valve provided in the pipe in the trichlorosilane manufacturing system, which opens and closes a flow path of the pipe and has a valve body that is rotatably provided without contacting a valve seat, and an outlet for blowing gas into a space formed between the valve seat and the valve body is disposed in the flow path.

前記製造装置は、前記無摺動バルブの外側に取り付けられると共に、前記吐出口まで気体を流通させるためのノズルをさらに備えてもよい。前記構成によれば、吐出口から吐出される気体の所望の線速度が得られるように、適切なノズル口径を有するノズルを無摺動バルブの外側に設けることができる。The manufacturing apparatus may further include a nozzle attached to the outside of the non-sliding valve for circulating gas to the discharge port. According to the above configuration, a nozzle having an appropriate nozzle diameter can be provided on the outside of the non-sliding valve so that the desired linear velocity of the gas discharged from the discharge port can be obtained.

本発明は前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。The present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications are possible within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

以下、実施例1によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、本実施例1に限定されるものではない。無摺動バルブの構造については、図2及び図4を参照する。金属シリコン粉体を反応器に投入するラインに、ノズルが取り付けられた無摺動バルブを設置した。金属シリコン粉体が通過するラインは、内径が100mmの配管であり、無摺動バルブ内の弁体33には、内径が100mmの開口部37が形成されている。The present invention will be described in more detail below with reference to Example 1, but the present invention is not limited to Example 1. For the structure of the non-sliding valve, refer to Figures 2 and 4. A non-sliding valve with a nozzle attached was installed on the line through which metal silicon powder was fed into the reactor. The line through which the metal silicon powder passed was a pipe with an inner diameter of 100 mm, and an opening 37 with an inner diameter of 100 mm was formed in the valve body 33 in the non-sliding valve.

無摺動バルブの構造は、弁体33を回転させることにより、ラインを通過する金属シリコン粉体や気体が流通する流路を遮断する構造となっている。無摺動バルブが完全に閉じた状態では、弁体33がバルブシート35と接触する。無摺動バルブが完全に閉じる前に、バルブシート35と弁体33との間に形成される空間SPに対して気体を吹き付けるためのノズル54を含むガスラインを1か所設けた。ガスラインは、水素の供給ラインと接続されている。The structure of the non-sliding valve is such that by rotating the valve body 33, the flow path through which the metal silicon powder and gas passing through the line is blocked. When the non-sliding valve is completely closed, the valve body 33 comes into contact with the valve seat 35. Before the non-sliding valve is completely closed, one gas line is provided that includes a nozzle 54 for spraying gas into the space SP formed between the valve seat 35 and the valve body 33. The gas line is connected to a hydrogen supply line.

無摺動バルブが完全に閉じた状態で、ノズル54と無摺動バルブの本体部40との境界には、オリフィスが設けられており、吐出口51における水素の線速度が60m/秒となるように設定されている。なお、オリフィスの径を2~5mmに設定することにより、水素の線速度が80m/秒となるように設定したところ、無摺動バルブの交換頻度が飛躍的に激減した。このように、バルブシート35と弁体33との間に形成される空間SPに対して気体を吹き付ける機能を設けることにより、無摺動バルブを交換することなく、通年での運転が可能となった。When the non-sliding valve is completely closed, an orifice is provided at the boundary between the nozzle 54 and the main body 40 of the non-sliding valve, and the linear velocity of hydrogen at the discharge port 51 is set to 60 m/sec. By setting the diameter of the orifice to 2-5 mm, the linear velocity of hydrogen was set to 80 m/sec, and the frequency of replacement of the non-sliding valve was dramatically reduced. In this way, by providing a function to blow gas into the space SP formed between the valve seat 35 and the valve body 33, it has become possible to operate the non-sliding valve year-round without replacing it.

無摺動バルブの操作方法について以下に説明する。まず、無摺動バルブを閉じた状態にする。無摺動バルブを閉じた状態にした後、無摺動バルブの入口部38に金属シリコン粉体を投入する。金属シリコン粉体を投入した後、無摺動バルブを開いた状態にして、金属シリコン粉体を無摺動バルブの出口部39から排出する。ノズル54から弁体33に対して、水素を、線速度が60m/秒で10秒間吹き付ける。ここで説明した操作を3回繰り返す。 The method of operating the non-sliding valve is described below. First, the non-sliding valve is closed. After the non-sliding valve is closed, metal silicon powder is poured into the inlet 38 of the non-sliding valve. After the metal silicon powder is poured, the non-sliding valve is opened and the metal silicon powder is discharged from the outlet 39 of the non-sliding valve. Hydrogen is sprayed from the nozzle 54 onto the valve body 33 at a linear velocity of 60 m/sec for 10 seconds. The operation described here is repeated three times.

無摺動バルブが閉じた状態で、無摺動バルブの出口部39に対して水素で加圧し、水素の漏れ量を確認した。弁体33としてステンレス製のものを使用し、バルブシート35としてステンレス製またはバイトン(登録商標)製のものを使用して試験を行った結果、表2に示す通りになった。With the non-slide valve closed, hydrogen was applied to the outlet 39 of the non-slide valve to check the amount of hydrogen leakage. A stainless steel valve body 33 and a stainless steel or Viton (registered trademark) valve seat 35 were used, and the results are shown in Table 2.

Figure 0007605752000002
Figure 0007605752000002

表2において、「0.85MPa」は、無摺動バルブの出口部39に対する水素の圧力が0.85MPaであることを示しており、「0.15MPa」は、無摺動バルブの出口部39に対する水素の圧力が0.15MPaであることを示している。表2に示すように、ステンレス製のバルブシート35及びバイトン製のバルブシート35のいずれにおいても、水素の吹き付けを行った場合、水素の漏れ量が激減した。特に、バイトン製のバルブシート35を使用した場合、水素の漏れが発生しなかった。In Table 2, "0.85 MPa" indicates that the hydrogen pressure at the outlet 39 of the non-sliding valve is 0.85 MPa, and "0.15 MPa" indicates that the hydrogen pressure at the outlet 39 of the non-sliding valve is 0.15 MPa. As shown in Table 2, when hydrogen was sprayed on both the stainless steel valve seat 35 and the Viton valve seat 35, the amount of hydrogen leakage was drastically reduced. In particular, when the Viton valve seat 35 was used, no hydrogen leakage occurred.

以下、実施例2によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、本実施例2に限定されるものではない。実施例2では、無摺動バルブが完全に閉じる前に、バルブシート35と弁体33との間に形成される空間SPに対して気体を吹き付けるためのノズル54を含むガスラインを2か所設けた。2か所のガスラインのノズル54は、弁体33に対して対称となるように配置されている。ガスラインを2か所設けたことと水素の線速度を変更したこと以外は、実施例1と同様である試験を行った結果、表3に示す通りになった。 The present invention will be described in more detail below with reference to Example 2, but the present invention is not limited to Example 2. In Example 2, two gas lines including nozzles 54 for spraying gas into the space SP formed between the valve seat 35 and the valve body 33 before the non-sliding valve is completely closed are provided. The nozzles 54 of the two gas lines are arranged symmetrically with respect to the valve body 33. A test was conducted similarly to Example 1, except that two gas lines were provided and the linear velocity of the hydrogen was changed, and the results are shown in Table 3.

Figure 0007605752000003
Figure 0007605752000003

表3において、「0.85MPa」は、無摺動バルブの出口部39に対する水素の圧力が0.85MPaであることを示しており、「0.15MPa」は、無摺動バルブの出口部39に対する水素の圧力が0.15MPaであることを示している。表3に示すように、水素の線速度が15m/秒である場合では、水素の漏れが発生したが、水素の線速度が30m/秒である場合では、水素の漏れが発生しなかった。In Table 3, "0.85 MPa" indicates that the hydrogen pressure at the outlet 39 of the non-sliding valve is 0.85 MPa, and "0.15 MPa" indicates that the hydrogen pressure at the outlet 39 of the non-sliding valve is 0.15 MPa. As shown in Table 3, when the linear velocity of hydrogen was 15 m/sec, hydrogen leakage occurred, but when the linear velocity of hydrogen was 30 m/sec, no hydrogen leakage occurred.

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。 The present invention can be used for the production of trichlorosilane.

1、1A 製造装置
33 弁体
35、36 バルブシート
51 吐出口
54 ノズル
b1~b8 無摺動バルブ
SP バルブシートと弁体との間に形成される空間
1, 1A Manufacturing device 33 Valve body 35, 36 Valve seat 51 Discharge port 54 Nozzle b1 to b8 Non-sliding valve SP Space formed between valve seat and valve body

Claims (3)

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の製造系において金属シリコン粉体が流通する流路の開閉を、樹脂製であるバルブシートに対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体を有する無摺動バルブを用いて行い、
前記流路内に配置された吐出口から、前記バルブシートと前記弁体との間に形成される空間に対して、前記トリクロロシランの生成のために前記金属シリコン粉体と塩化水素とを反応させた際に得られるとともに、前記トリクロロシランの製造系において循環する水素を吹き付けることを特徴とする製造方法。
A method for producing trichlorosilane, comprising the steps of:
In the trichlorosilane production system, a flow path through which the metal silicon powder flows is opened and closed by using a non-sliding valve having a valve body that is rotatably provided in a non-contact state with respect to a valve seat made of resin ,
a discharge port disposed within the flow path, into a space formed between the valve seat and the valve body , and the hydrogen is produced when the metal silicon powder and hydrogen chloride are reacted to produce the trichlorosilane, and the hydrogen is circulated in a production system for the trichlorosilane .
前記空間に対し、前記水素を、線速度が30m/秒以上300m/秒以下で、5秒以上50秒以下の間、吹き付けることを特徴とする請求項に記載の製造方法。 2. The method according to claim 1 , wherein the hydrogen is sprayed into the space at a linear velocity of 30 m/sec to 300 m/sec for a period of 5 seconds to 50 seconds. トリクロロシランの製造装置であって、
金属シリコン粉体が流通する配管と、
前記トリクロロシランの製造系において前記配管に設けられ、前記配管の流路を開閉すると共に、樹脂製であるバルブシートに対して非接触な状態で回転可能に設けられる弁体を有する無摺動バルブと、を備え、
前記バルブシートと前記弁体との間に形成される空間に対して、前記トリクロロシランの生成のために前記金属シリコン粉体と塩化水素とを反応させた際に得られるとともに、前記トリクロロシランの製造系において循環する水素を吹き付けるための吐出口が前記流路内に配置されることを特徴とする製造装置。
An apparatus for producing trichlorosilane, comprising:
A pipe through which metal silicon powder flows;
a non-sliding valve provided in the piping in the trichlorosilane production system, for opening and closing a flow path of the piping, and having a valve body rotatably provided in a non-contact state with respect to a valve seat made of resin ;
a discharge port is disposed in the flow path for spraying hydrogen, which is obtained when the metal silicon powder and hydrogen chloride are reacted to produce the trichlorosilane and which circulates in a production system for the trichlorosilane, into a space formed between the valve seat and the valve body.
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