JP7605752B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

日本国特開２００８－９５８１１号公報

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。

〔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_３またはＴＣＳとも称する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_３＋Ｈ_２・・・（１）
金属シリコン粉体（Ｓｉ）＋４ＨＣｌ→ＳｉＣｌ_４＋２Ｈ_２・・・（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_４またはＳＴＣとも称する。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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_４＋２Ｈ_２→４ＳｉＨＣｌ_３・・・（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、トリクロロシランの製造に利用することができる。

１、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

Claims (3)

1. トリクロロシランの製造方法であって、
   前記トリクロロシラン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。
2. 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１に記載の製造方法。
3. 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。

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