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JP7706386B2 - Method for recovering chlorosilanes - Google Patents
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JP7706386B2 - Method for recovering chlorosilanes - Google Patents

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Description

本発明は、クロロシラン類の回収方法、詳しくは、塩素または塩化水素または四塩化珪素と水素を含有するガスを、冶金級シリコンと反応させることなどにより生成された、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液から、クロロシラン類を回収する方法に関する。 The present invention relates to a method for recovering chlorosilanes, more specifically, to a method for recovering chlorosilanes from a chlorosilane liquid containing aluminum chloride, which is produced by reacting a gas containing chlorine or hydrogen chloride or silicon tetrachloride and hydrogen with metallurgical grade silicon.

冶金級シリコンを塩素化または水素化塩素化して得られるクロロシラン類は、冶金級シリコン中に通常的に0.01~10重量%程度含有されているアルミニウムが塩素化或いは水素化塩素化されることにより、塩化アルミニウムを不純物として含有する。而して、塩化アルミニウムは、半導体級高純度シリコンや太陽光発電級シリコンの製造工程において、好ましくない不純物となるためにクロロシラン類から分離除去する必要がある。 Chlorosilanes obtained by chlorinating or hydrochlorinating metallurgical grade silicon contain aluminum chloride as an impurity due to the chlorination or hydrochlorination of aluminum, which is normally contained in metallurgical grade silicon at about 0.01 to 10% by weight. Therefore, aluminum chloride becomes an undesirable impurity in the manufacturing process of semiconductor grade high purity silicon and photovoltaic grade silicon, and therefore needs to be separated and removed from the chlorosilanes.

塩化アルミニウムは、トリクロロシラン(以下、TCSとする)や四塩化珪素(以下、STCとする)等の有用なクロロシラン類よりも沸点が高いため、従来から、蒸留塔を利用して、アルミニウムを含有するクロロシラン類液からクロロシラン類を蒸留回収することにより、蒸留残液として分離するのが一般的である。この蒸留残液は、蒸留塔下部から適宜に抜き出して廃棄処理されている。 Since aluminum chloride has a higher boiling point than useful chlorosilanes such as trichlorosilane (TCS) and silicon tetrachloride (STC), it has been common practice to use a distillation tower to distill and recover chlorosilanes from the aluminum-containing chlorosilane liquid, separating it as distillation residue. This distillation residue is appropriately extracted from the bottom of the distillation tower and disposed of.

ところが、かかる廃棄処理される蒸留残液中には、有用なTCSやSTCなどのクロロシラン類が、通常95重量%前後もまだ含有されている。従って、有用なクロロシラン類は再度蒸発させて回収するのが好ましく、その有効な方法として薄膜蒸発を利用することが提案されている(特許文献1参照)。ここで、この薄膜蒸発を利用する方法では、薄膜蒸発装置への前記クロロシラン類液の供給は、前記クロロシラン類の蒸留塔から排出される蒸留残液が高温であり、これがそのまま移送されているため、55℃の高い液温下で実施されている。 However, the distillation residue liquid that is disposed of still contains useful chlorosilanes such as TCS and STC, usually at around 95% by weight. Therefore, it is preferable to recover the useful chlorosilanes by re-evaporation, and the use of thin-film evaporation has been proposed as an effective method for this (see Patent Document 1). Here, in this method that uses thin-film evaporation, the supply of the chlorosilanes liquid to the thin-film evaporator is carried out at a high liquid temperature of 55°C, because the distillation residue liquid discharged from the chlorosilanes distillation column is at a high temperature and is transported as is.

特開2001-261324号公報JP 2001-261324 A

ところで、クロロシラン類液に含まれる塩化アルミニウムは濃度変動により析出し易い性状にある。特に、前記クロロシラン類を蒸留回収する場合において、その塔底液では濃縮により該塩化アルミニウムは高濃度になるため、ここから抜き出された蒸留残液では上記塩化アルミニウムの析出は特に激しくなる。このため前記蒸留残液からの、クロロシラン類を蒸発させての回収では、装置内壁へのスケールの沈着が問題になるが、これを前記特許文献1が提案する薄膜蒸発で実施すれば、その装置内へのスケールの沈着は相当に低減できる。 The aluminum chloride contained in the chlorosilanes liquid has a tendency to precipitate due to concentration fluctuations. In particular, when the chlorosilanes are recovered by distillation, the aluminum chloride becomes highly concentrated in the bottom liquid of the column due to concentration, and the precipitation of the aluminum chloride is particularly severe in the distillation residual liquid extracted from this liquid. For this reason, when recovering chlorosilanes from the distillation residual liquid by evaporation, the deposition of scale on the inner walls of the device becomes an issue, but if this is carried out by the thin film evaporation proposed in Patent Document 1, the deposition of scale inside the device can be significantly reduced.

これはクロロシラン類液中において、塩化アルミニウム濃度が析出限界の2重量%を超えたとしても、それから約10分間は塩化アルミニウムが固形物として析出し難い状態が存在する現象を利用したものである。即ち、クロロシラン類を蒸発させるのが薄膜蒸発であれば、装置内でのクロロシラン類液の滞在時間が短縮できるため、前記塩化アルミニウムのスケールとしての沈着を抑制する効果が発揮される(特許文献1〔0015〕〔0037〕)。 This utilizes the phenomenon that even if the aluminum chloride concentration in the chlorosilane liquid exceeds the precipitation limit of 2% by weight, aluminum chloride is unlikely to precipitate as a solid for approximately 10 minutes. In other words, if thin-film evaporation is used to evaporate chlorosilanes, the residence time of the chlorosilane liquid in the device can be shortened, thereby suppressing the deposition of the aluminum chloride as scale (Patent Document 1 [0015] [0037]).

而して、このように塩化アルミニウムスケールの沈着抑制効果が高い、前記薄膜蒸発を適用する方法であっても、その沈着抑制効果はこれを工業的レベルで実施する観点では依然十分ではなかった。即ち、上記方法によれば、クロロシラン類液にクロロシラン類の蒸発作用が激しく生じる内壁加熱面や、薄膜蒸発装置が攪拌式の場合における、遠心力が付加される回転羽根面等には塩化アルミニウムスケールの沈着は低く抑えられるものの、こうした薄膜蒸発が行われる加熱域の隣接下部面では、依然、上記スケールの沈着は十分に抑制できなかった。特に、薄膜蒸発装置が攪拌式の場合には、回転羽根が接続される中心回転軸の下端を軸支する軸受部分では、半径方向に複数枚の補強リブが設けられていることが多く、このリブ面では遠心力も付加されないため、スケールはより沈着・成長し易く、薄膜蒸発の運転が長時間化すると、係る装置の内空間の閉塞が生じていた。 Even in the case of the method of applying the thin film evaporation, which has a high effect of suppressing the deposition of aluminum chloride scale, the effect of suppressing the deposition is still insufficient from the viewpoint of carrying out the method on an industrial level. That is, according to the above method, the deposition of aluminum chloride scale is suppressed to a low level on the inner wall heating surface where the evaporation action of chlorosilanes occurs strongly in the chlorosilanes liquid, and on the rotating blade surface to which centrifugal force is applied in the case of an agitating type thin film evaporation device, but the deposition of the above scale is still not sufficiently suppressed on the adjacent lower surface of the heating area where such thin film evaporation takes place. In particular, in the case of an agitating type thin film evaporation device, the bearing part that supports the lower end of the central rotating shaft to which the rotating blades are connected is often provided with multiple reinforcing ribs in the radial direction, and since no centrifugal force is applied on the rib surface, scale is more likely to deposit and grow, and when the thin film evaporation is operated for a long time, the internal space of the device is blocked.

以上の背景にあって本発明は、前記蒸留残液を、薄膜蒸発装置に供してクロロシラン類を回収するに際して、上記装置内への塩化アルミニウムスケールの沈着を、より高度に抑制する方法を開発することにある。 In light of the above, the present invention aims to develop a method for more effectively suppressing the deposition of aluminum chloride scale in a thin-film evaporator when the distillation residual liquid is fed to the thin-film evaporator to recover chlorosilanes.

上記課題に鑑み、本発明者等は鋭意検討を続けてきた。その結果、前記蒸留残液を、薄膜蒸発装置に供するに際して、これを40℃以下の液温に冷却する操作を施すことにより、前記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the above problems, the inventors have conducted intensive research. As a result, they have discovered that the above problems can be solved by cooling the distillation residue to a liquid temperature of 40°C or less when feeding it to a thin-film evaporator, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液を蒸留して得られる、50℃以上の液温の蒸留残液を40℃以下の液温に冷却した後、得られた蒸留残冷却液を薄膜蒸発装置に供してクロロシラン類を蒸発させて回収する、ことを特徴とするクロロシラン類の回収方法である。 That is, the present invention is a method for recovering chlorosilanes, which comprises cooling a distillation residue liquid obtained by distilling a chlorosilane liquid containing aluminum chloride at a liquid temperature of 50°C or higher to a liquid temperature of 40°C or lower, and then feeding the resulting distillation residue cooled liquid to a thin-film evaporator to evaporate and recover the chlorosilanes.

また、本発明は、塩素または塩化水素または四塩化珪素と水素を含有するガスを、冶金級シリコンと反応させることにより生成された、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液を蒸留するクロロシラン類の製造方法において、上記蒸留により得られる、50℃以上の液温の蒸留残液に対して、上記クロロシラン類の回収方法を施す、ことを特徴とするクロロシラン類の製造方法も提供する。 The present invention also provides a method for producing chlorosilanes, which involves distilling a chlorosilane liquid containing aluminum chloride, produced by reacting a gas containing chlorine or hydrogen chloride or silicon tetrachloride and hydrogen with metallurgical-grade silicon, and which is characterized in that the distillation residual liquid, which has a liquid temperature of 50°C or higher and is obtained by the distillation, is subjected to a method for recovering chlorosilanes.

本発明の方法によれば、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液を蒸留して得られる蒸留残液について、装置内へのスケール沈着を高度に抑制して、薄膜蒸発を継続することが可能になる。この結果、クロロシラン類を、長時間安定的に回収することが実現できる。 According to the method of the present invention, it is possible to continue thin-film evaporation of the distillation residue obtained by distilling a chlorosilane liquid containing aluminum chloride while highly suppressing the deposition of scale inside the equipment. As a result, it is possible to stably recover chlorosilanes for a long period of time.

図1は、本発明のクロロシラン類の回収方法の代表的態様を示す工程図である。FIG. 1 is a process diagram showing a typical embodiment of the method for recovering chlorosilanes of the present invention.

本発明の回収方法に供するクロロシラン類液は、塩化アルミニウムを含有するものであれば何ら制限されないが、一般には、純度90~99%程度の冶金級シリコンと、塩素、または塩化水素、または水素と四塩化珪素、などとを反応させて生成したクロロシラン類混合ガスを凝縮して得られるものが代表的である。 The chlorosilanes liquid used in the recovery method of the present invention is not limited in any way as long as it contains aluminum chloride, but typically it is obtained by condensing a chlorosilanes mixed gas produced by reacting metallurgical grade silicon with a purity of about 90 to 99% with chlorine, or hydrogen chloride, or hydrogen and silicon tetrachloride, etc.

上記クロロシラン類合成反応は反応原料や反応条件によって生成するクロロシラン類の種類や生成割合は異なるが、TCS(SiHCl)、STC(SiCl)、およびジクロロシラン(SiHCl)などを代表とするクロロモノシラン類である。これらに加え、ペンタクロロジシラン(SiHCl)やヘキサクロロジシラン(SiCl)などの二量体クロロシラン類や、さらに多量体のクロロシラン類も含有されることがある。 The types and proportions of chlorosilanes produced in the above chlorosilane synthesis reaction vary depending on the reaction raw materials and reaction conditions, but the representative chloromonosilanes are TCS (SiHCl 3 ), STC (SiCl 4 ), and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), etc. In addition to these, dimeric chlorosilanes such as pentachlorodisilane (Si 2 HCl 5 ) and hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ), and even polymeric chlorosilanes may also be contained.

前記したように冶金級シリコン中には、通常、0.01~10重量%程度にアルミニウムが含有されており、これが塩素化或いは水素化塩素化されることにより、クロロシラン類液には塩化アルミニウムが含有される。尚、当該塩化アルミニウム含有量は、使用した冶金級シリコン中のアルミニウム含有率、およびクロロシラン類生成の反応条件等により変化する。 As mentioned above, metallurgical grade silicon usually contains about 0.01 to 10% by weight of aluminum, and when this is chlorinated or hydrochlorinated, the chlorosilane liquid contains aluminum chloride. The aluminum chloride content varies depending on the aluminum content in the metallurgical grade silicon used and the reaction conditions for producing chlorosilanes.

本発明に供する、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液の製造方法を、より具体的に説明すれば下記の方法が挙げられる。例えば、冶金級シリコン粉末と塩素含有ガスを100℃以上、一般には、100~500℃で塩素化反応させる方法、冶金級シリコン粉末と塩化水素含有ガスを250℃以上、一般には、250~450℃で塩素化反応させる方法、或いは、冶金級シリコン粉末と、STCと水素の混合ガスを400℃以上、一般には、400~600℃の温度で水素化塩素化反応させる方法等が一般的に知られている。 The method for producing the chlorosilane liquid containing aluminum chloride used in the present invention can be described in more detail as follows. For example, a method of subjecting metallurgical grade silicon powder and a chlorine-containing gas to a chlorination reaction at 100°C or higher, generally 100 to 500°C, a method of subjecting metallurgical grade silicon powder and a hydrogen chloride-containing gas to a chlorination reaction at 250°C or higher, generally 250 to 450°C, or a method of subjecting metallurgical grade silicon powder and a mixed gas of STC and hydrogen to a hydrochlorination reaction at 400°C or higher, generally 400 to 600°C, are commonly known.

これらの反応において、冶金級シリコンと反応させるガスについては、相互に混合して反応させることも可能であるし、また、水素や窒素等の反応不活性ガスと混合させて反応することも可能である。 In these reactions, the gases reacted with metallurgical grade silicon can be mixed together and reacted, or can be mixed with a reactive inert gas such as hydrogen or nitrogen and reacted.

このようにして得られたクロロシラン類ガスを凝縮して得られるクロロシラン類液には、通常0.01~2重量%の塩化アルミニウムが含有される。なお、前記クロロシラン類液を製造する際の原料になる冶金級シリコン中には、アルミニウム以外にも、鉄、チタン等の金属不純物成分が含有されているのが通常であり、クロロシラン類の製造ではこれらも塩素化されるため、該クロロシラン類液中には、これらの塩素化物(塩化鉄、塩化チタン等)を含んでいても良い。また、クロロシラン類液中には、珪素微粉等を含んでいても良い。 The chlorosilanes liquid obtained by condensing the chlorosilanes gas thus obtained typically contains 0.01 to 2% by weight of aluminum chloride. Note that metallurgical grade silicon, which is the raw material used in producing the chlorosilanes liquid, typically contains metal impurity components such as iron and titanium in addition to aluminum, and since these are also chlorinated in the production of chlorosilanes, the chlorosilanes liquid may contain chlorides of these (iron chloride, titanium chloride, etc.). The chlorosilanes liquid may also contain silicon powder, etc.

こうした塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液を被処理液とした、本発明の回収方法の詳細を、その代表的態様である図1のフローを用いて説明する。 The details of the recovery method of the present invention, in which the treated liquid is a chlorosilane liquid containing aluminum chloride, will be explained using the flow chart in Figure 1, which shows a representative embodiment.

図1において、蒸留塔(1)は、公知の蒸留塔を使用することができる。即ち、蒸留塔トレイは、通常使用されているものが制限なく使用できる。例えば、規則充填物、不規則充填物等を充填した充填式、バブルキャップ式、多孔板式、などが挙げられる。 In FIG. 1, the distillation column (1) can be a known distillation column. In other words, any commonly used distillation column tray can be used without any restrictions. Examples include packed types filled with regular packing or irregular packing, bubble cap types, and perforated plate types.

また、蒸留塔(1)は、リボイラーを有していても良い。リボイラーは、蒸留塔塔底の周囲をジャケット式にして直接加熱する方式でもよいし、蒸留塔塔底の外部に熱交換器を設置する方式でもよい。また、蒸留塔塔底の内部に熱交換器を設置する方式も採用可能である。 The distillation column (1) may also have a reboiler. The reboiler may be a type in which the circumference of the distillation column bottom is jacketed to directly heat the column, or a type in which a heat exchanger is installed outside the distillation column bottom. A type in which a heat exchanger is installed inside the distillation column bottom may also be used.

熱交換器としては、一般的には伝熱面積を稼ぐためにシェルアンドチューブ方式が好適に採用されるが、蛇管式や電熱ヒーターなども採用可能である。蒸留のエネルギーを印加する熱交換器にはクロロシラン類液が滞留して塩化アルミニウムが高度に濃縮されるとスケーリングの原因となるため、液が滞留し難い構造とすることが好ましい。液が滞留し難い方式としては、加熱による対流を利用する方法でもよいし、ポンプなどを利用して強制的に液を流す方法も好適に採用できる。 Generally, a shell-and-tube type is preferably used as a heat exchanger to increase the heat transfer area, but a coiled tube type or an electric heater can also be used. If chlorosilane liquid accumulates in the heat exchanger that applies the distillation energy and the aluminum chloride becomes highly concentrated, this can cause scaling, so it is preferable for the structure to be such that liquid does not easily accumulate. Methods that do not easily accumulate liquid include a method that uses convection caused by heating, and a method that uses a pump or the like to force the liquid to flow can also be preferably used.

蒸留塔(1)には、本発明の被処理液である、前記塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液の供給管(2)が接続されている。その蒸留塔(1)への供給箇所はどの部分であっても良いが、トレイの汚れを防止するために蒸留塔塔底に直接供給することがより好ましい。 A supply pipe (2) for the chlorosilanes liquid containing aluminum chloride, which is the liquid to be treated in the present invention, is connected to the distillation column (1). The liquid may be supplied to any part of the distillation column (1), but it is more preferable to supply the liquid directly to the bottom of the distillation column to prevent contamination of the trays.

ここで、精製すべきクロロシラン類と、分離除去すべき塩化アルミニウムなどの不純物の沸点差はかなり大きいため、蒸留は特に高度な精留を行わずとも良好に実施でき、蒸留操作を維持できる範囲であればよく、還流比は、0.1~1程度でもよい。精製されたクロロシラン類は、蒸留塔(1)の塔頂に接続される、精製クロロシラン類ガス留出管(3)から排出される。 Here, the difference in boiling point between the chlorosilanes to be purified and the impurities such as aluminum chloride to be separated and removed is quite large, so distillation can be carried out well without particularly advanced rectification, and the reflux ratio may be about 0.1 to 1 as long as the distillation operation can be maintained. The purified chlorosilanes are discharged from the purified chlorosilanes gas distillation tube (3) connected to the top of the distillation column (1).

本発明において、前記蒸留は、塔底液の温度が、50℃以上、より好ましくは70~150℃、最も好ましくは80~120℃で実施される。斯様に塔底液の温度を50℃以上にすることで、クロロシラン類の蒸留を高効率とすることができる。上記塔底液の温度が50℃以上であることから、蒸留塔(1)の塔底から、蒸留残液排出管(4)により抜き出される蒸留残液も、排出当初は同液温の高温状態を呈している。 In the present invention, the distillation is carried out at a bottom liquid temperature of 50°C or higher, more preferably 70 to 150°C, and most preferably 80 to 120°C. By setting the temperature of the bottom liquid at 50°C or higher in this manner, the distillation of chlorosilanes can be made highly efficient. Since the temperature of the bottom liquid is 50°C or higher, the distillation residual liquid withdrawn from the bottom of the distillation column (1) through the distillation residual liquid discharge pipe (4) is also in a high liquid temperature state at the beginning of the discharge.

なお、蒸留塔(1)の塔底液中に溶解した塩化アルミニウム濃度は、その塔底液の温度における飽和溶解度未満に調整することが、塔底内への塩化アルミニウム析出を防止し、長期間安定的に運転を継続するために好ましい。例えば、塔底液の温度が50℃以上である場合、塔底液中の塩化アルミニウム濃度は0.1~5.0質量%、好ましくは0.5~1.2質量%の範囲に維持することが好ましい。 The concentration of aluminum chloride dissolved in the bottom liquid of the distillation column (1) is preferably adjusted to less than the saturated solubility at the temperature of the bottom liquid in order to prevent aluminum chloride precipitation in the bottom of the column and to continue stable operation for a long period of time. For example, when the temperature of the bottom liquid is 50°C or higher, it is preferable to maintain the aluminum chloride concentration in the bottom liquid in the range of 0.1 to 5.0 mass%, preferably 0.5 to 1.2 mass%.

本発明の回収方法の最大の特徴は、蒸留残液排出管(4)に抜き出される、前記50℃以上の蒸留残液を、斯様な高温状態で薄膜蒸発装置に供するのではなく、これを40℃以下の液温に冷却して、塩化アルミニウム析出物の分散濃度を高めた後に供することにある。斯様に蒸留残冷却液として薄膜蒸発に供することにより、薄膜蒸発装置内へのスケール沈着を高度に抑制することが可能になる。その理由は、必ずしも定かではないが、本発明者らは以下の作用が関与しているものと推察している。 The greatest feature of the recovery method of the present invention is that the distillation residue liquid of 50°C or higher that is extracted into the distillation residue discharge pipe (4) is not fed to the thin-film evaporator in such a high temperature state, but is cooled to a liquid temperature of 40°C or lower to increase the dispersion concentration of the aluminum chloride precipitate before being fed. By feeding the distillation residue liquid to thin-film evaporation in this way as a distillation residue cooling liquid, it is possible to highly suppress the deposition of scale in the thin-film evaporator. The reason for this is not entirely clear, but the inventors speculate that the following effects are involved.

即ち、Al-Cl結合は、実質 Al‐Clのように分極しており、これにより塩化アルミニウムの固体では、Al-Cl-Al-Clの擬イオン結合体になる。而して、該擬イオン結合体は、安定下に結晶成長したものであれば、クロロシラン類液中において、その液温が上昇すれば一定の再溶解性を呈する。ところが、このクロロシラン類液への再溶解性は、前記擬イオン結合体が、不安定下に結晶成長したもの、即ち、前記薄膜蒸発での、クロロシラン類液の留去が爆発的で、析出物にはFeやTi等の不純物金属元素も取り込まれ易い状況下での生成などでは、上記AlとClとのイオン性に崩れが生じ、大きく損なわれる。斯くしてこのことが、前記蒸留残液の薄膜蒸発において、クロロシラン類液の爆発的な留去に伴って、塩化アルミニウム析出物が一気に多量に生成することを引き起こし、前記スケール沈着の問題につながると考えられる。 That is, the Al-Cl bond is substantially polarized as Al + -Cl - , and thus in the solid aluminum chloride, it becomes a pseudo-ionic bond of Al-Cl-Al-Cl. Thus, if the pseudo-ionic bond is stably grown as a crystal, it will exhibit a certain degree of resolubility in the chlorosilane liquid when the liquid temperature rises. However, if the pseudo-ionic bond is grown as a crystal under unstable conditions, that is, if the chlorosilane liquid is distilled explosively in the thin film evaporation and the precipitate is generated under conditions in which impurity metal elements such as Fe and Ti are easily incorporated, the ionicity between Al and Cl will be broken, and the resolubility in the chlorosilane liquid will be greatly impaired. Thus, it is believed that this causes a large amount of aluminum chloride precipitate to be generated all at once with the explosive distillation of the chlorosilane liquid in the thin film evaporation of the distillation residual liquid, which leads to the problem of scale deposition.

このため、本発明では、前記薄膜蒸発に先立って、蒸留残液を前記温度下に冷却することで、溶存される塩化アルミニウムの一定量を、上記安定下にしっかりと結晶成長させて再溶解性を有する析出物として含有させる。即ち、これにより得られた蒸留残冷却液を薄膜蒸発させた場合には、装置の加熱面で該処理液の液温が上昇すると、クロロシラン類の蒸発が急速度で進行する一方で、上記塩化アルミニウム析出物において、クロロシラン類液残分への再溶解も生じる。この再溶解による差し引きにより、前記塩化アルミニウム析出物の生成は大幅に抑制され、結果として、装置内へのスケール沈着の問題は顕著に低減されると考えられる。 For this reason, in the present invention, prior to the thin-film evaporation, the distillation residue is cooled to the above temperature, so that a certain amount of the dissolved aluminum chloride is contained as a precipitate that is capable of redissolving by firmly growing crystals under the above-mentioned stable conditions. In other words, when the distillation residue cooled liquid obtained in this way is thin-film evaporated, when the liquid temperature of the treatment liquid rises on the heating surface of the device, the evaporation of chlorosilanes proceeds at a rapid rate, while the aluminum chloride precipitate also redissolves in the chlorosilanes liquid residue. Due to this offset by redissolution, the generation of the aluminum chloride precipitate is greatly suppressed, and as a result, it is believed that the problem of scale deposition in the device is significantly reduced.

また、本発明によれば、前記予めの冷却で、蒸留残液における、塩化アルミニウム析出物の分散濃度を高めて薄膜蒸発に供すれば、その供給当初から、これが接する装置内壁では、該塩化アルミニウム析出体による砥粒的な作用が働き、該壁面への付着物に対して掻き落とし効果も発せられる。特に、この掻き落とし効果は、薄膜蒸発装置が、攪拌式の場合においては、攪拌により処理液に圧力が負荷されることから、より効果が高くなる。斯くして、本発明では、塩化アルミニウム析出体による、この掻き落とし効果も加わって、上記装置内へのスケール沈着は大きく抑制されるものにできると推察される。 Furthermore, according to the present invention, if the dispersion concentration of aluminum chloride precipitates in the distillation residue is increased by the above-mentioned advance cooling and then subjected to thin-film evaporation, the aluminum chloride precipitates will act as abrasive grains on the inner walls of the device with which they come into contact from the beginning of supply, and will also have a scraping effect on deposits on the walls. In particular, this scraping effect is more effective when the thin-film evaporation device is of the stirring type, since pressure is applied to the treatment liquid by stirring. Thus, in the present invention, it is presumed that the scraping effect of the aluminum chloride precipitates will also be added, greatly suppressing the deposition of scale within the device.

本発明において、上記塩化アルミニウムスケールの沈着量を、より高度に抑制する観点からは蒸留残液の冷却は、30℃以下の液温であるのがより好ましい。他方で、冷却は、あまり低温まで実施すると薄膜蒸発装置に供するにあたって昇温する必要があるため非効率になるため、液温は5℃以上であるのが好ましい。 In the present invention, in order to more effectively suppress the amount of aluminum chloride scale deposition, it is more preferable that the distillation residue is cooled to a liquid temperature of 30°C or less. On the other hand, if the liquid is cooled to a temperature that is too low, it will be inefficient because it will need to be heated before being fed to the thin-film evaporator, so it is preferable that the liquid temperature be 5°C or higher.

前記蒸留残液を冷却することで、これに溶存していた塩化アルミニウムはその粗方が析出する。従って、得られる蒸留残冷却液において、塩化アルミニウム析出物からなる固形分濃度は、前記蒸留塔塔底液中の塩化アルミニウム濃度と同じく、通常、0.1~5.0質量%になり、好ましくは0.5~1.2質量%になる。ここで、蒸留残冷却液における、塩化アルミニウム析出物固形分濃度の測定は、メンブランフィルターを使用した吸引濾過して得たケーキからクロロシランを蒸発させた後の蒸発残渣について、ICP発光分光分析装置を用いて塩化アルミニウムを定量する方法で求めれば良い。蒸留残冷却液において、上記塩化アルミニウム析出物の固形分濃度が高濃度域のものになると、スラリー状を呈してくるが、その流動性は良好に保持されている。 By cooling the distillation residue, the aluminum chloride dissolved therein precipitates in its crude form. Therefore, the solids concentration of aluminum chloride precipitates in the resulting distillation residue cooling liquid is usually 0.1 to 5.0 mass%, preferably 0.5 to 1.2 mass%, the same as the aluminum chloride concentration in the distillation column bottom liquid. Here, the aluminum chloride precipitate solids concentration in the distillation residue cooling liquid can be measured by a method in which the aluminum chloride is quantified using an ICP emission spectrometer for the evaporation residue after evaporating chlorosilane from a cake obtained by suction filtration using a membrane filter. When the solids concentration of the aluminum chloride precipitates in the distillation residue cooling liquid becomes high, it takes on a slurry-like form, but its fluidity is well maintained.

前記高温状態の蒸留残液を、40℃以下の液温に冷却する方法は、特に制限されるものではなく、蒸留残液排出管(4)を流れる該蒸留残液を、容器の内部または外部に冷媒を流通させる公知の液冷却装置を通過させる等して実施しても良いが、冷却の確実性や、得られる蒸留残冷却液の均質性からは、蒸留残液を冷却槽(5)中に貯留して実施するのが好ましい。 The method for cooling the high-temperature distillation residue to a liquid temperature of 40°C or less is not particularly limited, and may be performed by passing the distillation residue flowing through the distillation residue discharge pipe (4) through a known liquid cooling device that circulates a refrigerant inside or outside the container. However, in terms of the reliability of cooling and the homogeneity of the resulting distillation residue cooled liquid, it is preferable to store the distillation residue in a cooling tank (5).

係る冷却槽(5)中での蒸留残液の冷却は、空冷により実施しても良いが、冷却の効率性や冷却温度の制御のし易さを勘案すれば、外部冷却器の利用、具体的には、冷却槽外壁を冷却ジャケットで環囲したり、冷却槽内に冷媒管を設置する等して、強制的に冷やすことで実施するのが好ましい。 The distillation residue in the cooling tank (5) may be cooled by air cooling, but considering the efficiency of cooling and the ease of controlling the cooling temperature, it is preferable to use an external cooler, specifically, to forcibly cool the liquid by surrounding the outer wall of the cooling tank with a cooling jacket or by installing a refrigerant pipe inside the cooling tank.

さらに、冷却槽(5)での冷却は、攪拌下に実施するのが、蒸留残冷却液に分散する、塩化アルミニウム固形分の均質性を高める観点から好ましい。攪拌方法は、マグネテッィクスターラー等により実施しても良いが、攪拌羽根での攪拌が好ましい。撹拌羽根を具体的に例示すると、パドル型、リボン型、イカリ型、プロペラ型、タービン型、後退翼型、ゲート型等を挙げることができる。また攪拌軸に取り付ける攪拌羽根の枚数はその形状、反応器の大きさ等によって一概には決定できないが、一般には回転軸上に1~4枚あれば良い。なお、攪拌羽根の羽根先端の周速は0.1~10m/sが好ましく、回転数は100~300rpmが好ましい。 Furthermore, it is preferable to carry out the cooling in the cooling tank (5) under stirring in order to improve the homogeneity of the aluminum chloride solids dispersed in the distillation residue cooling liquid. Stirring may be carried out using a magnetic stirrer or the like, but stirring with a stirring blade is preferable. Specific examples of stirring blades include paddle type, ribbon type, anchor type, propeller type, turbine type, swept-back blade type, and gate type. The number of stirring blades attached to the stirring shaft cannot be determined in general depending on the shape, size of the reactor, etc., but generally 1 to 4 blades are sufficient on the rotating shaft. The peripheral speed of the stirring blade tip is preferably 0.1 to 10 m/s, and the rotation speed is preferably 100 to 300 rpm.

本発明において、前記冷却により形成された蒸留残冷却液は薄膜蒸発に供される。図1のフローで示せば、冷却槽(5)から排出された蒸留残冷却液は、蒸留残冷却液流通管(6)を介して薄膜蒸発装置(7)に供給される。ここで、薄膜蒸発装置は、加熱面上に被処理液の薄膜を形成して液成分を蒸発せしめることのできる公知の薄膜蒸発法によるものが制限なく適用できる。具体的には、固定された加熱面(蒸発面)に対して内部の羽根が回転して処理液を強制撹拌し、薄膜を形成する攪拌式薄膜蒸発装置や、加熱面が回転する遠心式薄膜蒸発装置が挙げられ、特に、撹拌式薄膜蒸発装置が好ましい。 In the present invention, the distillation residue cooling liquid formed by the cooling is subjected to thin film evaporation. As shown in the flow chart of FIG. 1, the distillation residue cooling liquid discharged from the cooling tank (5) is supplied to the thin film evaporator (7) through the distillation residue cooling liquid flow pipe (6). Here, the thin film evaporator can be any known thin film evaporation method that can form a thin film of the liquid to be treated on a heated surface and evaporate the liquid components, without any restrictions. Specifically, examples include an agitation type thin film evaporator in which an internal blade rotates against a fixed heated surface (evaporation surface) to forcibly agitate the treatment liquid and form a thin film, and a centrifugal type thin film evaporator in which the heated surface rotates, and in particular, an agitation type thin film evaporator is preferred.

上記攪拌式薄膜蒸発装置は、回転軸方向により縦型と横型に、また、回転軸への羽根の取付形式により固定羽根式と可動羽根式に、さらに、羽根が蒸発面に接触するかしないかにより接触羽根式と非接触羽根式とに分類されるが、これらの方式を適宜組み合わせて使用することができる。この中でより好ましい形式としては、縦型接触可動羽根形式と、縦型非接触羽根形式が例示でき、これらの薄膜蒸発器は、スケールの沈着を抑制する効果が比較的優れている。特に、縦型接触可動羽根形式は、羽根が蒸発面に接触するためにスケールの沈着を抑制する効果が最も高く好ましい。 The above-mentioned agitated thin-film evaporators are classified into vertical and horizontal types according to the direction of the rotating shaft, fixed blade and movable blade types according to the type of blade attachment to the rotating shaft, and contact blade and non-contact blade types according to whether the blades contact the evaporation surface, but these types can be used in appropriate combinations. Among these, the vertical contact movable blade type and the vertical non-contact blade type are examples of more preferred types, and these thin-film evaporators are relatively effective in suppressing scale deposition. In particular, the vertical contact movable blade type is preferred because it is most effective in suppressing scale deposition because the blades contact the evaporation surface.

薄膜蒸発装置(7)において、その運転条件により蒸発ガス成分に飛沫が同伴する場合、塩化アルミニウムの除去率を低下させることがある。このような場合、回収されるクロロシラン類への飛沫同伴を防ぐ手段として、薄膜蒸発装置から排出された精製クロロシラン類の回収管(8)の途中に、飛沫補集器(9)を設置することは有効な手段である。上記飛沫補集器(9)としては、飛沫を補集し除去できる装置であれば、如何なる形式でも良い。例えば、邪魔板(衝突板)形式、焼結型形式、遠心分離形式が挙げられる。 In the thin-film evaporator (7), if droplets are entrained in the evaporated gas components due to the operating conditions, the removal rate of aluminum chloride may decrease. In such a case, it is effective to install a droplet collector (9) in the recovery pipe (8) for the purified chlorosilanes discharged from the thin-film evaporator as a means of preventing droplets from being entrained in the recovered chlorosilanes. The droplet collector (9) may be of any type as long as it is a device that can collect and remove droplets. Examples include a baffle plate (impingement plate) type, a sintered type, and a centrifugal separation type.

なお、こうした飛沫補集器(9)は、前記冷却槽(5)と薄膜蒸発装置(7)とを繋ぐ、蒸留残冷却液流通管(6)の途中にも介在させるのが効果的である。前記冷却槽(5)から排出された蒸留残冷却液にも、塩化アルミニウムの飛沫が同伴される可能性があり、これを予め除去してから、これを薄膜蒸発装置(7)に供給するのが、装置内への塩化アルミニウムの沈着抑制に効果的だからである。 It is also effective to install such a droplet collector (9) in the middle of the distillation residue cooling liquid flow pipe (6) that connects the cooling tank (5) and the thin film evaporator (7). The distillation residue cooling liquid discharged from the cooling tank (5) may also contain aluminum chloride droplets, and removing these droplets before supplying the liquid to the thin film evaporator (7) is effective in preventing deposition of aluminum chloride inside the device.

薄膜蒸発装置(7)が接触可動羽根を有する形式の場合、羽根先端の周速は0.1m/s以上、好ましくは0.5m/s以上、さらに好ましくは1m/s以上が好適である。また、蒸発面のある1点での羽根の回遊頻度は、1秒に1回以上、好ましくは0.5秒に1回以上、さらに好ましくは0.3秒に1回以上であることが、十分なスケール抑制効果を発揮する上で好ましい。 When the thin-film evaporator (7) has contact movable blades, the peripheral speed of the blade tip is preferably 0.1 m/s or more, more preferably 0.5 m/s or more, and even more preferably 1 m/s or more. In addition, the frequency of the blade movement at a point on the evaporation surface is preferably at least once per second, more preferably at least once per 0.5 seconds, and even more preferably at least once per 0.3 seconds, in order to achieve a sufficient scale suppression effect.

一方、縦型非接触羽根形式の場合、羽根が蒸発面に接触しないために、羽根が接触するタイプのものよりも高速回転させる必要があり、羽根先端の周速は1m/s以上、好ましくは3m/s以上、さらに好ましくは5m/s以上である。また、蒸発面のある1点での羽根の回遊頻度は、0.5秒に1回以上、好ましくは0.3秒に1回以上、さらに好ましくは0.1秒に1回以上が好ましく、伝熱面積、羽根形式等に応じて、好適な条件を適宜採用すればよい。 On the other hand, in the case of the vertical non-contact blade type, since the blades do not come into contact with the evaporation surface, they must be rotated at a higher speed than the type in which the blades come into contact, and the peripheral speed of the blade tip is 1 m/s or more, preferably 3 m/s or more, and more preferably 5 m/s or more. In addition, the frequency of the blade movement at a point on the evaporation surface is preferably at least once per 0.5 seconds, preferably at least once per 0.3 seconds, and more preferably at least once per 0.1 seconds, and suitable conditions may be adopted depending on the heat transfer area, blade type, etc.

斯様に薄膜蒸発装置を使用することにより、蒸留残冷却液の装置内での滞在時間を短縮させることができ、装置内への塩化アルミニウムスケールの沈着抑制効果を高めることができるが、これと共に上記した薄膜蒸発装置の構造或いは運転条件の選定により、この効果を一層に改善できる。 By using a thin-film evaporator in this manner, the time that the distillation residue cooling liquid remains in the device can be shortened, and the effect of suppressing the deposition of aluminum chloride scale in the device can be increased. At the same time, this effect can be further improved by selecting the structure or operating conditions of the thin-film evaporator described above.

本発明において、薄膜蒸発装置(7)に蒸留残冷却液を供給すると、該処理液は蒸発面に液膜を形成しながら加熱され、クロロシラン類が蒸発と、塩化アルミニウムの濃縮とが進行する。このようにして蒸発装置(7)の上部出口からはクロロシラン類が、精製クロロシラン類回収管(8)にガス状で取り出され、下部出口からは蒸留残冷却液の濃縮物が、濃縮物排出管(10)に取り出される。 In the present invention, when the distillation residue cooling liquid is supplied to the thin-film evaporator (7), the treatment liquid is heated while forming a liquid film on the evaporation surface, and the chlorosilanes evaporate and the aluminum chloride is concentrated. In this way, the chlorosilanes are extracted in gaseous form from the upper outlet of the evaporator (7) into the purified chlorosilanes recovery pipe (8), and the concentrated distillation residue cooling liquid is extracted from the lower outlet into the concentrate discharge pipe (10).

この場合、該蒸留残冷却液が供給されて、濃縮物として取り出されるまでの薄膜蒸発装置(7)内における滞在時間は、縦型の薄膜蒸発装置で、通常、およそ1分以内、長くとも数分以内であるのが通常である。横型の場合、滞在時間をある程度調整できるが、前記10分以内、好ましくは5分以内に調整することが好ましい。 In this case, the residence time of the distillation residue cooling liquid in the thin-film evaporator (7) from when it is supplied until it is taken out as a concentrate is usually within about 1 minute, or at most within a few minutes, in a vertical thin-film evaporator. In the case of a horizontal type, the residence time can be adjusted to some extent, but it is preferable to adjust it to within the above 10 minutes, preferably within 5 minutes.

上記薄膜蒸発における操作条件としては、熱媒温度、操作圧力等が挙げられるが、これらは常法の蒸発操作と同様に、処理される蒸留残冷却液の組成、供給量、伝熱面積及び濃縮倍率等に応じて、適宜適切な操作条件を採用することができる。このとき、蒸留残冷却液からの塩化アルミニウムの析出は、約180℃より高いと激しくなり、ここで生成した塩化アルミニウム析出物は前記のとおりクロロシラン液分への再溶解性も低いため、薄膜蒸発装置へのスケール沈着を高度に防止する観点からは、薄膜蒸発装置(7)の下部出口での濃縮物温度が180℃以下、好ましくは150℃以下になるように蒸発条件を設定することが好ましい。 The operating conditions for the thin-film evaporation include the heat transfer medium temperature, operating pressure, etc., and as with conventional evaporation operations, appropriate operating conditions can be adopted according to the composition of the distillation residue cooling liquid to be treated, the supply amount, the heat transfer area, the concentration ratio, etc. At this time, the precipitation of aluminum chloride from the distillation residue cooling liquid becomes intense at temperatures higher than about 180°C, and since the aluminum chloride precipitate formed here has low resolubility in the chlorosilane liquid as described above, from the viewpoint of highly preventing scale deposition in the thin-film evaporation device, it is preferable to set the evaporation conditions so that the temperature of the concentrate at the lower outlet of the thin-film evaporation device (7) is 180°C or less, preferably 150°C or less.

本発明において、上記蒸留残冷却液に対する塩化アルミニウムの特殊な挙動を利用することにより、蒸発後に得られる濃縮物は極めて高濃度まで塩化アルミニウムを含むことが許容されるが、濃縮物が乾固してしまうと、一部スケーリングしたもの、或いは始めから含有する固形分を洗い流す機能が無くなり、スケーリングが激しくなり連続処理が困難となる場合がある。 In the present invention, by utilizing the special behavior of aluminum chloride with respect to the above-mentioned distillation residue cooling liquid, the concentrate obtained after evaporation is allowed to contain aluminum chloride to an extremely high concentration. However, if the concentrate dries up, it will no longer have the function of washing away some of the scaled material or solids that were originally contained therein, and scaling may become severe, making continuous processing difficult.

従って、本発明において、得られる濃縮物が液状を維持する条件下で薄膜蒸発を実施することが必要である。特に、該濃縮物中の塩化アルミニウム濃度の好適な上限は80重量%、好ましくは50重量%、より好ましくは40重量%である。また、下限は、従来技術によっては濃縮が困難であった3重量%、更に10重量%とすることが、本発明の効果を十分発揮することができるため好ましい。 Therefore, in the present invention, it is necessary to carry out thin-film evaporation under conditions in which the resulting concentrate maintains its liquid state. In particular, the preferred upper limit of the aluminum chloride concentration in the concentrate is 80% by weight, preferably 50% by weight, and more preferably 40% by weight. In addition, the lower limit is preferably 3% by weight, which was difficult to achieve with conventional techniques, and further preferably 10% by weight, because this allows the effects of the present invention to be fully exhibited.

前記回収方法において、精製クロロシラン類回収管(8)から取り出されたクロロシラン類は、半導体級高純度シリコンや太陽光発電級シリコンの製造用原料等として有効使用すればよい。他方、濃縮物排出管(10)に排出された濃縮物は、除害ピット等に供給した後、適切に廃棄処理すればよい。 In the above recovery method, the chlorosilanes extracted from the purified chlorosilanes recovery pipe (8) can be effectively used as raw materials for manufacturing high-purity semiconductor-grade silicon or photovoltaic-grade silicon. On the other hand, the concentrate discharged into the concentrate discharge pipe (10) can be supplied to an abatement pit or the like and then appropriately disposed of.

以下、本発明を詳細に説明するために実施例をあげて説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例において実施されている、測定や評価は、以下の方法により求めた。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. The measurements and evaluations performed in the examples and comparative examples were performed by the following methods.

1)クロロシラン類液における、塩化アルミニウム濃度の測定
測定試料であるクロロシラン類液やスラリーを、容器に正確に量り取り、50℃以下で、該被測定物の上部空間部を十分乾燥した不活性ガスで流通しながら、含有されるクロロシラン類を十分に蒸発除去する。蒸発除去後の蒸発残さに希塩酸を加えて塩化アルミニウムを溶解させた後ろ過し、該ろ液をICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分光分析装置等で塩化アルミニウムを定量し、前記測定試料の質量で除して求めた。
1) Measurement of aluminum chloride concentration in chlorosilane liquid The chlorosilane liquid or slurry to be measured is accurately weighed into a container, and the contained chlorosilanes are thoroughly evaporated and removed while a sufficiently dry inert gas is passed through the upper space of the object at 50° C. or less. Dilute hydrochloric acid is added to the evaporation residue after evaporation to dissolve the aluminum chloride, and the resulting solution is filtered, and the aluminum chloride content is quantified using an ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometer or the like, and the concentration is calculated by dividing the content by the mass of the measurement sample.

2)蒸留残冷却液における、塩化アルミニウム析出物固形分濃度の測定
蒸留残冷却液流通管(6)から蒸留残冷却液の一部を抜き出し、質量を量り取り測定試料とした。この測定試料について、目開き5μmのメンブランフィルターを使用した吸引濾過により濾過し、得られたケーキについて、前記「1)クロロシラン類液における、塩化アルミニウム濃度の測定」と同様にして、クロロシラン類を蒸発除去して得た蒸発残さに含有される塩化アルミニウムを定量し、前記測定試料の質量で除して求めた。
3)薄膜蒸発装置内のスケール付着性の評価方法
薄膜蒸発装置の運転終了後に、装置を停止・開放した。装置内に付着したスケール量を目視で評価した。評価の段階は以下の4段階とした。
「激しい」:装置内においてスケールの沈着が激しく、回転羽根の中心回転軸軸受部分では補強リブでは多量のスケールが付着して装置内を閉塞するに至っている。このため、これらスケールを除去しなければ運転が継続できない状態。
「多い」:装置内において、スケールの沈着は多いが、前記回転羽根の中心回転軸軸受部分における補強リブにおける付着量は装置内を閉塞するまでには至っていない。運転継続のためにはスケールを除去した方が望ましい状態。
「少ない」:装置内において、前記回転羽根の中心回転軸軸受部分における補強リブ等に少量のスケールが観察されるものの、運転の継続には支障のない状態。
「無い」:装置内において、前記回転羽根の中心回転軸軸受部分における補強リブも含めて、スケールは観察されないか、またはごく少量しか観察されない状態。
2) Measurement of aluminum chloride precipitate solids concentration in distillation residue cooling liquid A part of the distillation residue cooling liquid was extracted from the distillation residue cooling liquid flow pipe (6), and the mass was measured to obtain a measurement sample. This measurement sample was filtered by suction filtration using a membrane filter with a mesh size of 5 μm, and the aluminum chloride contained in the evaporation residue obtained by evaporating and removing chlorosilanes was quantified for the resulting cake in the same manner as in "1) Measurement of aluminum chloride concentration in chlorosilanes liquid" above, and the mass was divided by the mass of the measurement sample to obtain the amount.
3) Evaluation method for scale adhesion inside the thin film evaporator After the operation of the thin film evaporator was finished, the device was stopped and opened. The amount of scale adhered inside the device was evaluated visually. The evaluation was made on the following four levels.
"Severe": Scale deposition is severe inside the equipment, and a large amount of scale has adhered to the reinforcing ribs at the central rotating shaft bearing of the rotor blades, causing blockage inside the equipment. For this reason, operation cannot be continued unless this scale is removed.
"Large": There is a large amount of scale deposition inside the equipment, but the amount of scale adhering to the reinforcing rib at the central rotating shaft bearing portion of the rotor blade has not yet reached the point of clogging the inside of the equipment. In order to continue operation, it is desirable to remove the scale.
"Slight": A small amount of scale is observed on the reinforcing ribs in the central rotating shaft bearing portion of the rotating blades within the device, but this does not interfere with continued operation.
"None": A state in which no scale or only a very small amount of scale is observed inside the device, including on the reinforcing ribs in the central rotating shaft bearing portion of the rotating blade.

実施例1
塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液として、冶金級シリコン粉末と塩素含有ガスを反応させて得た、STC80質量%、TCS20質量%、溶解塩化アルミニウム 0.02質量%を含有するクロロシラン類液を、図1に示すフローに供して処理した。
Example 1
A chlorosilane liquid containing aluminum chloride, which was obtained by reacting metallurgical grade silicon powder with a chlorine-containing gas and contained 80 mass % STC, 20 mass % TCS, and 0.02 mass % dissolved aluminum chloride, was subjected to the flow shown in FIG. 1 and treated.

上記クロロシラン類液は、クロロシラン類液の供給管(2)より60,000kg/Hの供給量で蒸留塔(1)に送液し、該蒸留塔(1)では、塔底温度80℃で蒸留を実施した。これにより蒸留残液排出管(4)には、1,200kg/Hの速度で、70℃の蒸留残液が排出された。この蒸留残液は、STC90質量%、TCS10質量%、塩化アルミニウム(溶解分と過飽和析出分の合計)0.9質量%を含有する組成であった。 The chlorosilanes liquid was fed to the distillation column (1) at a feed rate of 60,000 kg/H from the chlorosilanes liquid supply pipe (2), and distillation was carried out in the distillation column (1) at a column bottom temperature of 80°C. As a result, distillation residual liquid at 70°C was discharged to the distillation residual liquid discharge pipe (4) at a rate of 1,200 kg/H. This distillation residual liquid had a composition containing 90% by mass of STC, 10% by mass of TCS, and 0.9% by mass of aluminum chloride (total of dissolved and supersaturated precipitated portions).

上記蒸留残液を、冷却槽(5)に送り込み、その貯留中に冷却温度25℃に冷却した。冷却槽(5)は、槽外壁が冷却ジャケットで環囲され、槽内には攪拌羽根が設置された構造であり、該攪拌羽根を、羽根先端の周速が4m/sであり、回転数200rpmの条件で回転させて、上記蒸留残液の冷却を実施した。この冷却により、前記蒸留残液は塩化アルミニウムの粗方が過飽和析出して分散し、これにより蒸留残冷却液流通管(6)には、温度25℃、塩化アルミニウム析出物固形分濃度0.9質量%の塩化アルミニウム析出物の高分散液が流れた。この蒸留残冷却液は、上記70℃の温度がほぼ維持されて、薄膜蒸発装置(7)に供給された。 The distillation residue was sent to a cooling tank (5) and cooled to a cooling temperature of 25°C while stored there. The cooling tank (5) has a structure in which the outer wall of the tank is surrounded by a cooling jacket and an agitator blade is installed inside the tank. The agitator blade is rotated under the conditions of a peripheral speed of the blade tip of 4 m/s and a rotation speed of 200 rpm to cool the distillation residue. This cooling caused the aluminum chloride crude to precipitate and disperse in the distillation residue, resulting in a highly dispersed aluminum chloride precipitate at a temperature of 25°C and a solid concentration of aluminum chloride precipitate of 0.9 mass% flowing through the distillation residue cooling liquid flow pipe (6). This distillation residue cooling liquid was supplied to the thin film evaporator (7) while maintaining the temperature of the above 70°C.

薄膜蒸発装置(7)は、伝熱面積が0.15m2、内径が0.15mの接触可動羽根形式縦型薄膜蒸発装置を使用した。この装置を用いての前記蒸留残冷却液の薄膜蒸発は、下部出口の濃縮物温度が50℃になる温度条件で、回転する羽根先端の周速が4m/sで、蒸発面の1点での羽根の回遊頻度が3.3秒に1回になる回転条件で実施した。 The thin-film evaporator (7) used was a contact movable blade type vertical thin-film evaporator with a heat transfer area of 0.15 m2 and an inner diameter of 0.15 m. The thin-film evaporation of the distillation residue cooling liquid using this device was carried out under the following conditions: temperature of the concentrate at the bottom outlet was 50° C., the peripheral speed of the rotating blade tip was 4 m/s, and the frequency of the blade movement at one point on the evaporation surface was once every 3.3 seconds.

上記薄膜蒸発を24時間運転した際において、精製クロロシラン類回収管(8)からのガスを凝縮させて得た回収液について、塩化アルミニウム濃度を測定したところ6.0質量%であった。また、回収液の質量は54kg/Hであり、この値から薄膜蒸発におけるクロロシラン類の回収率を求めたところ85%であった。他方で、濃縮物排出管(910)から排出される濃縮物について、その質量を測定したところ77kg/Hであった。 After operating the thin film evaporation for 24 hours, the aluminum chloride concentration of the recovered liquid obtained by condensing the gas from the purified chlorosilanes recovery pipe (8) was measured and found to be 6.0% by mass. The mass of the recovered liquid was 54 kg/H, and the recovery rate of chlorosilanes in the thin film evaporation was calculated from this value and found to be 85%. On the other hand, the mass of the concentrate discharged from the concentrate discharge pipe (910) was measured and found to be 77 kg/H.

この状態の薄膜蒸発をさらに10日間継続した後、薄膜蒸発装置内のスケール付着性を評価したところ、「無い」状態であった。 After continuing thin-film evaporation in this state for a further 10 days, the scale adhesion inside the thin-film evaporator was evaluated and found to be "non-existent."

比較例1
前記実施例1において、冷却槽(5)を設けることなく、蒸留塔(1)から排出された蒸発残液が、蒸留残液排出管(4)を流れてそのまま70℃の温度で、薄膜蒸発装置(7)に供給される以外は、実施例1と同様にして、クロロシラン液の回収を実施した。その結果、薄膜蒸発を24時間運転した際の精製クロロシラン類回収管(8)からの回収液の状態は実施例1とほぼ同じ状況であったが、この薄膜蒸発をさらに10日間継続した後の、薄膜蒸発装置内のスケール付着性を評価したところ、「激しい」状態であった。
Comparative Example 1
In the above-mentioned Example 1, the cooling tank (5) was not provided, and the evaporation residue discharged from the distillation column (1) was passed through the distillation residue discharge pipe (4) and supplied directly to the thin-film evaporator (7) at a temperature of 70° C. The recovery of the chlorosilane liquid was carried out in the same manner as in Example 1, except that the cooling tank (5) was not provided, and the evaporation residue discharged from the distillation column (1) was supplied directly to the thin-film evaporator (7) at a temperature of 70° C. As a result, the state of the recovered liquid from the purified chlorosilanes recovery pipe (8) after the thin-film evaporation was operated for 24 hours was almost the same as in Example 1, but when the scale adhesion in the thin-film evaporator was evaluated after the thin-film evaporation was continued for a further 10 days, it was found to be in a "severe" state.

実施例2
前記実施例1において、冷却槽(5)の冷却温度を変化させ、蒸留残冷却液流通管(6)を流れる蒸留残冷却液が、温度35℃、塩化アルミニウム析出物固形分濃度3.0質量%のものとする以外は、実施例1と同様にして、クロロシラン液の回収を実施した。その結果、薄膜蒸発を24時間運転した際の精製クロロシラン類回収管(8)からの回収液の状態は実施例1とほぼ同じ状況であり、この薄膜蒸発をさらに10日間継続した後の、薄膜蒸発装置内のスケール付着性を評価したところ、「少ない」状態であった。
Example 2
Chlorosilane liquid recovery was carried out in the same manner as in Example 1, except that the cooling temperature of the cooling tank (5) was changed so that the distillation residue cooling liquid flowing through the distillation residue cooling liquid flow pipe (6) had a temperature of 35° C. and an aluminum chloride precipitate solids concentration of 3.0 mass %. As a result, the state of the recovered liquid from the purified chlorosilanes recovery pipe (8) after operating the thin film evaporation for 24 hours was almost the same as in Example 1, and when the scale adhesion inside the thin film evaporator was evaluated after continuing this thin film evaporation for an additional 10 days, it was found to be in a "low" state.

1:蒸留塔
2:クロロシラン類液供給管
3:精製クロロシラン類ガス留去管
4:蒸留残液排出管
5:冷却槽
6:蒸留残冷却液流通管
7:薄膜蒸発装置
8:精製クロロシラン類回収管
9:飛沫補集器
10:濃縮物排出管
1: Distillation column 2: Chlorosilanes liquid supply pipe 3: Refined chlorosilanes gas distillation pipe 4: Distillation residue discharge pipe 5: Cooling tank 6: Distillation residue cooling liquid flow pipe 7: Thin film evaporator 8: Refined chlorosilanes recovery pipe 9: Droplet collector 10: Concentrate discharge pipe

Claims (6)

塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液を蒸留して得られる、50℃以上の液温の蒸留残液を40℃以下の液温に冷却した後、得られた蒸留残冷却液を薄膜蒸発装置に供してクロロシラン類を蒸発させて回収する、ことを特徴とするクロロシラン類の回収方法。 A method for recovering chlorosilanes, comprising: cooling a distillation residue obtained by distilling a chlorosilane liquid containing aluminum chloride at a liquid temperature of 50°C or higher to a liquid temperature of 40°C or lower; and then feeding the resulting cooled distillation residue liquid to a thin-film evaporator to evaporate and recover the chlorosilanes. 薄膜蒸発装置が、攪拌式薄膜蒸発装置である、請求項1記載のクロロシラン類の回収方法。 The method for recovering chlorosilanes according to claim 1, wherein the thin-film evaporator is an agitated thin-film evaporator. 前記蒸留残液の冷却が、蒸留残液を、冷却槽中に貯留し、攪拌下、前記40℃以下の液温に温度低下させることで実施される、請求項1または請求項2記載のクロロシラン類の回収方法。 The method for recovering chlorosilanes according to claim 1 or claim 2, wherein the cooling of the distillation residue is carried out by storing the distillation residue in a cooling tank and lowering the liquid temperature to 40°C or less while stirring. 請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の方法により回収されたクロロシラン類を、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液の蒸留に循環供給する、クロロシラン類の回収方法。 A method for recovering chlorosilanes, comprising circulating and supplying the chlorosilanes recovered by the method according to any one of claims 1 to 3 to the distillation of a chlorosilanes liquid containing aluminum chloride. 塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液が、塩素または塩化水素または四塩化珪素と水素を含有するガスを、冶金級シリコンと反応させることにより生成されたものである、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のクロロシラン類の回収方法。 The method for recovering chlorosilanes according to any one of claims 1 to 4, wherein the chlorosilanes liquid containing aluminum chloride is produced by reacting a gas containing chlorine, hydrogen chloride, or silicon tetrachloride and hydrogen with metallurgical grade silicon. 塩素または塩化水素または四塩化珪素と水素を含有するガスを、冶金級シリコンと反応させることにより生成された、塩化アルミニウムを含有するクロロシラン類液を蒸留するクロロシラン類の製造方法において、上記蒸留により得られる、50℃以上の液温の蒸留残液に対して、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のクロロシラン類の回収方法を施す、ことを特徴とするクロロシラン類の製造方法。 A method for producing chlorosilanes by distilling a chlorosilane liquid containing aluminum chloride, which is produced by reacting a gas containing chlorine or hydrogen chloride or silicon tetrachloride and hydrogen with metallurgical grade silicon, the method for producing chlorosilanes being characterized in that the distillation residual liquid obtained by the distillation, which has a liquid temperature of 50°C or higher, is subjected to the chlorosilanes recovery method described in any one of claims 1 to 4.
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