JP2023081436A - Hydrogen recovering method, and recycling method - Google Patents
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Abstract
【課題】 パージ排ガス等の塩化水素及び水素を含む排ガスから長時間にわたり安定的に水素を回収する方法を提供する。【解決手段】 塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液と接触せしめて、塩化水素が除去された水素ガスを得る水素の回収方法であって、前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、シラン類を含み、該排ガス中の塩化水素濃度が10~70質量%であり、シラン類の濃度が0.1~5質量%であることを特徴とする水素の回収方法を提供する。【選択図】 図1A method for stably recovering hydrogen over a long period of time from exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, such as purge exhaust gas. SOLUTION: A hydrogen recovery method for obtaining hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed by contacting an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen with an alkaline aqueous solution, wherein the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen contains silanes. and the concentration of hydrogen chloride in the exhaust gas is 10 to 70% by mass, and the concentration of silanes is 0.1 to 5% by mass. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、水素の回収方法及び再利用方法に関する。詳しくは、ポリシリコンを製造する過程で排出される塩化水素及び水素を含む排ガスより水素を回収する方法及び該回収方法で得られた水素の再利用方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for recovering and reusing hydrogen. More particularly, the present invention relates to a method for recovering hydrogen from an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen discharged during the production of polysilicon and a method for reusing the hydrogen obtained by the recovery method.
従来から、半導体あるいは太陽光発電用ウェハーの原料として使用されるシリコンを製造する方法は種々知られており、そのうちのいくつかは既に工業的に実施されている。例えばその一つはシーメンス法と呼ばれる方法であり、通電加熱されたフィラメントに水素とトリクロロシランの混合ガスを供給し、化学気相析出法によりフィラメント上にシリコンを析出させてポリシリコンを得る方法である。シーメンス法によるポリシリコンの製造工程から排出される排ガスには、水素及び未反応のトリクロロシランの他に、反応の副生物である、モノシラン、モノクロロシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン等のシラン化合物、および塩化水素等が含有されている。 Various methods for producing silicon used as a raw material for semiconductors or wafers for photovoltaic power generation have been known for some time, and some of them are already in industrial use. For example, one of them is a method called the Siemens method, in which polysilicon is obtained by supplying a mixed gas of hydrogen and trichlorosilane to an electrically heated filament and depositing silicon on the filament by chemical vapor deposition. be. Exhaust gas discharged from the polysilicon manufacturing process by the Siemens method contains, in addition to hydrogen and unreacted trichlorosilane, silane compounds such as monosilane, monochlorosilane, dichlorosilane, and tetrachlorosilane, which are reaction by-products, and Contains hydrogen chloride, etc.
上記シーメンス法によるポリシリコンの製造方法では、排ガスに含有される各ガス成分を分離してポリシリコンの製造に再循環させることが行われている。例えば、特許文献1では、ポリシリコンの製造工程から排出される副生塩化水素含有排ガスを、所定の温度以下に冷却してシラン類の一部を凝縮除去する工程、該工程を経た排ガスを活性炭層に通過させ、排ガス中のシラン類を吸着除去する工程、及び吸着除去工程を経た排ガスを特定の平均細孔半径をもつ活性炭層に通過させて塩化水素を吸着除去する工程を経て、排ガス中の水素を精製し、当該水素をポリシリコンの製造工程に循環させるポリシリコンの製造方法が開示されている。
In the method for producing polysilicon by the Siemens method, each gas component contained in the exhaust gas is separated and recycled to the production of polysilicon. For example, in
上記塩化水素を吸着除去する工程における塩化水素が吸着保持された活性炭層は、これにパージガスとして水素を使用して吸着された塩化水素を脱着させ、次いで水素及び脱着された塩化水素を含むパージ排ガスを洗浄塔で塩酸等の酸性水に接触させてパージ排ガス中の塩化水素を酸性水に吸収させ、その後、この酸性水より塩化水素を回収する方法が提案されている。 The activated carbon layer in which hydrogen chloride is adsorbed and retained in the step of adsorbing and removing hydrogen chloride is desorbed using hydrogen as a purge gas, and then the purge exhaust gas containing hydrogen and the desorbed hydrogen chloride is used. is brought into contact with acid water such as hydrochloric acid in a scrubbing tower to absorb hydrogen chloride in the purge exhaust gas into the acid water, and then hydrogen chloride is recovered from the acid water.
前記特許文献1において、パージ排ガスを洗浄塔にて酸性水と接触させた後に排出される排ガスは主成分として水素を含有するガスであるが、塩酸等の酸性水に吸収されにくい不純物、例えばメタン(CH4)やホスフィン(PH3)等、更には洗浄塔から同伴される水分に含有される微量の塩化水素等の不純物を含有するため、該排ガスを他の反応における水素源として用いることは困難であると考えられており、これまで適切な処理を経て廃棄されてきた。
In
一方で、シーメンス法によるポリシリコンの製造量が増大するにつれて、ポリシリコン製造工程より排出される排ガスが増加している。活性炭層による塩化水素の吸着除去能力には限界があるため、該排ガスの増加に対する対応として、上記活性炭層を複数並列に使用することが行われている。しかしながら、活性炭層が多数使用されるにつれて、塩化水素が吸着保持された活性炭層の再生処理、すなわち、パージガスとして水素を用いる活性炭層からの塩化水素の脱着の回数も増加しているため、塩化水素の脱着時に排出されるパージ排ガスの排出量も増加し、この排ガスの有効な再利用方法の確立が望まれてきた。なお、塩化水素が脱着された活性炭は、ポリシリコン製造工程より排出される排ガスからの塩化水素の除去に再度使用されるため、上記パージガスとしては、排ガス中の成分ガスでもある水素が使用される。 On the other hand, as the amount of polysilicon produced by the Siemens method increases, the exhaust gas emitted from the polysilicon production process is increasing. Since the ability of the activated carbon layer to adsorb and remove hydrogen chloride is limited, multiple activated carbon layers are used in parallel to cope with the increase in exhaust gas. However, as a large number of activated carbon layers are used, the number of times of regeneration treatment of the activated carbon layer in which hydrogen chloride is adsorbed and retained, that is, desorption of hydrogen chloride from the activated carbon layer using hydrogen as a purge gas is also increasing. The amount of purge exhaust gas emitted during the desorption of the gas has also increased, and establishment of a method for effectively reusing this exhaust gas has been desired. Since the activated carbon from which hydrogen chloride has been desorbed is reused to remove hydrogen chloride from the exhaust gas discharged from the polysilicon manufacturing process, hydrogen, which is also a component gas in the exhaust gas, is used as the purge gas. .
このような塩化水素が吸着保持された活性炭層から、パージガスとして水素ガスを使用して吸着された塩化水素を脱着させた際に、排出される塩化水素及び水素を含むパージ排ガスは主として水素を含む排ガスであり、かかる排ガスから水素を再利用するための方法として、上記パージ排ガスを塩化水素吸収液と接触せしめて、塩化水素を除去した水素ガスを得る水素回収工程、及び前記水素回収工程において回収された水素ガスを圧縮して他工程の水素源として供給する水素供給工程、を含むパージ排ガス中の水素の再利用方法が提案されている(特許文献2参照)。 When hydrogen chloride is used as a purge gas to desorb the adsorbed hydrogen chloride from the activated carbon layer in which hydrogen chloride is adsorbed and retained, the discharged purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen mainly contains hydrogen. As a method for reusing hydrogen from such exhaust gas, the purge exhaust gas is brought into contact with a hydrogen chloride absorbent to obtain hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed, and the hydrogen recovery step recovers hydrogen. A method for reusing hydrogen in the purge exhaust gas has been proposed, including a hydrogen supply step of compressing the hydrogen gas produced and supplying it as a hydrogen source for another step (see Patent Document 2).
上記特許文献2において、塩化水素及び水素を含むパージ排ガスからの塩化水素の除去は、主に、塩化水素吸収液として、水酸化ナトリウム水溶液を用い、スクラバ等の気液接触装置を用いて行われている。上記特許文献2記載の方法にて塩化水素及び水素を含むパージ排ガスからの塩化水素の除去を行った際、塩化水素及び水素を含むパージ排ガスを供給する配管付近で固体の析出が生じ、配管の閉塞が生じるため、長時間の処理が困難となる場合があることが、本発明者らの検討によって判明した。 In the above Patent Document 2, the removal of hydrogen chloride from the purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is mainly performed using an aqueous sodium hydroxide solution as the hydrogen chloride absorbing liquid and using a gas-liquid contact device such as a scrubber. ing. When hydrogen chloride is removed from the purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen by the method described in Patent Document 2, solid deposition occurs near the piping supplying the purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen. The present inventors' studies have revealed that long-term treatment may be difficult due to clogging.
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、パージ排ガス等の塩化水素及び水素を含む排ガスから長時間にわたり安定的に水素を回収する方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation. That is, an object of the present invention is to provide a method for stably recovering hydrogen from exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, such as purge exhaust gas, over a long period of time.
本発明者らは、前記課題に鑑み、鋭意検討を行った。塩化水素及び水素を含むパージ排ガス中のシラン類の濃度が高いパージ排ガスと水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液との接触を継続すると、該排ガスの供給口付近に固体が析出して積層化することを確認した。この固体を分析したところ、Si、O、H、及びCから成る固体であることを確認した。 The inventors of the present invention have made intensive studies in view of the above problems. When the purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, in which the concentration of silanes in the purge exhaust gas is high, is kept in contact with an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide, solids precipitate and form layers near the supply port of the exhaust gas. confirmed. When this solid was analyzed, it was confirmed to be a solid composed of Si, O, H, and C.
これらの知見を基に、上記パージ排ガスとアルカリ水溶液との接触時における排ガス供給口付近の固体の積層化による供給口の閉塞を抑制させる方法を検討した結果、アルカリ水溶液と接触させる塩化水素及び水素を含む排ガス中のシラン類の濃度には上限があり、そのシラン類の濃度範囲に対応する排ガス中の塩化水素の濃度も適正な範囲とすることで、排ガスの供給口付近の固体の積層化による供給口の閉塞が抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 Based on these findings, a method for suppressing clogging of the supply port due to stacking of solids near the exhaust gas supply port during contact between the purge exhaust gas and the alkaline aqueous solution was investigated. There is an upper limit to the concentration of silanes in the exhaust gas containing The present inventors have found that the clogging of the supply port due to this can be suppressed, and have completed the present invention.
すなわち、第一の本発明は、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液と接触せしめて、塩化水素が除去された水素ガスを得る水素の回収方法であって、前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、シラン類を含み、該排ガス中の塩化水素濃度が10~70質量%であり、シラン類の濃度が0.1~5質量%であることを特徴とする水素の回収方法である。 That is, the first present invention is a method for recovering hydrogen by contacting an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen with an alkaline aqueous solution to obtain hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed, wherein the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is obtained. contains silanes, the concentration of hydrogen chloride in the exhaust gas is 10 to 70% by mass, and the concentration of silanes is 0.1 to 5% by mass.
上記本発明の水素の回収方法は、以下の態様を好適に採り得る。
(1)塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液との接触を、アルカリ水溶液を供給するアルカリ水溶液供給管、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガス供給管及び、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液が接触した後の塩化水素を除去した水素ガスが排出される排出管を有する気液接触装置にて行い、前記排ガス供給管が、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガスを供給する排ガス供給口と、該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口を少なくとも1つ有する排ガス供給管であり、前記排ガス供給口より塩化水素及び水素を含む排ガスを供給し、前記シールガス供給口より、前記シールガスを供給すること。
(2)前記(1)におけるシールガスが水素ガスであり、該シールガス供給口より供給される水素ガスの線速度が10~50Nm/sであること。
(3)前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、下記工程にて得られた塩化水素及び水素を含むパージ排ガスを含むこと。
(i)水素とトリクロロシランとを反応させてポリシリコンを製造する工程から排出された排ガスを活性炭層に通すことにより塩化水素を吸着する塩化水素吸着工程、及び
(ii)塩化水素が吸着保持された活性炭層にパージガスとしての水素ガスを通して、吸着された塩化水素を脱着する塩化水素脱着工程
(4)前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、金属シリコンに塩化水素を反応させてトリクロロシランを生成せしめたトリクロロシランを含む反応生成ガスから、該トリクロロシランを凝縮分離し、トリクロロシランが凝縮分離された後の排ガスを含むこと。
(5)前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、金属シリコン、テトラクロロシラン、及び水素を反応させてトリクロロシランを生成せしめたトリクロロシランを含む反応生成ガスから、該トリクロロシランを凝縮分離し、トリクロロシランが凝縮分離された後の排ガスを含むこと。
(6)上記のいずれかに記載の回収方法で得られた塩化水素が除去された水素ガスを脱水する脱水工程を含むこと。
The method for recovering hydrogen according to the present invention can preferably adopt the following aspects.
(1) The contact between the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen and the alkaline aqueous solution is controlled by an alkaline aqueous solution supply pipe for supplying the alkaline aqueous solution, an exhaust gas supply pipe for supplying the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen. A gas-liquid contactor having a discharge pipe for discharging hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed after contact with an alkaline aqueous solution, and the exhaust gas supply pipe supplies exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen. an exhaust gas supply port, and at least one seal gas supply port arranged around the periphery of the exhaust gas supply port for supplying a seal gas inert to any of alkali, hydrogen chloride, and hydrogen. and supplying an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen from the exhaust gas supply port, and supplying the seal gas from the seal gas supply port.
(2) The sealing gas in (1) above is hydrogen gas, and the linear velocity of the hydrogen gas supplied from the sealing gas supply port is 10 to 50 Nm/s.
(3) The exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen contains the purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen obtained in the following steps.
(i) a hydrogen chloride adsorption step of adsorbing hydrogen chloride by passing exhaust gas discharged from the step of reacting hydrogen and trichlorosilane to produce polysilicon through an activated carbon layer; and (ii) hydrogen chloride is adsorbed and retained. hydrogen chloride desorption step of desorbing the adsorbed hydrogen chloride by passing hydrogen gas as a purge gas through the activated carbon layer; trichlorosilane is condensed and separated from the reaction product gas containing trichlorosilane, and the exhaust gas after trichlorosilane is condensed and separated is included.
(5) The exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen condenses and separates the trichlorosilane from the reaction product gas containing trichlorosilane, which is produced by reacting metallic silicon, tetrachlorosilane, and hydrogen to form trichlorosilane, and separating the trichlorosilane. including exhaust gas after condensing and separating.
(6) including a dehydration step of dehydrating the hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed, obtained by any of the recovery methods described above;
また、第二の本発明は、上記いずれかに記載の回収方法にて得られた水素を圧縮して他工程の水素源として用いる水素の再利用方法である。 A second aspect of the present invention is a method for reusing hydrogen by compressing the hydrogen obtained by any of the recovery methods described above and using the compressed hydrogen as a hydrogen source for another step.
さらに、第三の本発明は、アルカリ水溶液を収容する収容部、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガス供給管及び、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液が接触した後の塩化水素を除去した水素ガスが排出される排出管を有する気液接触装置であって、前記排ガス供給管が、該排ガスを供給する排ガス供給口と該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口を少なくとも1つ有することを特徴とする気液接触装置である。 Furthermore, the third aspect of the present invention includes a storage section for storing an alkaline aqueous solution, an exhaust gas supply pipe for supplying an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and hydrogen chloride after the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with the alkaline aqueous solution. A gas-liquid contactor having a discharge pipe for discharging the removed hydrogen gas, wherein the exhaust gas supply pipe is arranged at an exhaust gas supply port for supplying the exhaust gas and on the outer periphery of the exhaust gas supply port, and the alkali, hydrogen chloride and The gas-liquid contactor is characterized by having at least one seal gas supply port for supplying a seal gas inert to any hydrogen.
本発明の回収方法により、ポリシリコンの製造工程から排出される塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液とを接触させて該排ガスより塩化水素を除去する際に、該排ガスの供給口付近の閉塞を抑制させることができ、長期にわたり安定的に塩化水素の除去を行うことが可能である。このように本発明の方法により閉塞を抑制させることができる理由について詳細は不明であるが、本発明者らは以下のように推測している。 According to the recovery method of the present invention, when the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen discharged from the polysilicon manufacturing process is brought into contact with the alkaline aqueous solution to remove hydrogen chloride from the exhaust gas, the vicinity of the supply port of the exhaust gas is clogged. can be suppressed, and hydrogen chloride can be stably removed over a long period of time. Although the details of the reason why the method of the present invention can suppress clogging are unknown, the present inventors speculate as follows.
すなわち、上述のようにポリシリコンの製造工程から排出される塩化水素を含む排ガス中にはシラン類が含有されており、シラン類がアルカリ水溶液と接触することにより、シラン類のSi-Cl結合は、アルカリ水溶液中の水による加水分解をして、Si-O結合形成と塩化水素を発生する。発生する塩化水素は、アルカリ水溶液中のアルカリで中和されて、アルカリ塩となる。シラン類のSi-H結合は、接触雰囲気中の酸素や、アルカリ水溶液中の溶存酸素で酸化され、Si-O結合形成と、水素を発生する。接触雰囲気温度下では、加水分解反応は、酸化反応に比べて、非常に速いので、ガス供給口付近では、加水分解反応が主として起こり、Si-H結合を含んだSixHyOzCw(x、y、z、wは整数)の化学式で示されるシリカが形成される(このシリカは、例えばシラン類が トリクロロシランの場合は、Si6H6O9となる)ものと推測される。形成されたシリカは、アルカリ水溶液槽内で、水溶液中の溶存酸素と反応して、Si-H結合がSi-O結合化する。 That is, as described above, the exhaust gas containing hydrogen chloride discharged from the polysilicon manufacturing process contains silanes, and when the silanes come into contact with the alkaline aqueous solution, the Si—Cl bond of the silanes is broken. , hydrolysis with water in an alkaline aqueous solution to form Si—O bonds and generate hydrogen chloride. The generated hydrogen chloride is neutralized with the alkali in the alkali aqueous solution to form an alkali salt. The Si—H bond of silanes is oxidized by oxygen in the contact atmosphere or dissolved oxygen in the alkaline aqueous solution to form Si—O bonds and generate hydrogen. Under the contact atmosphere temperature , the hydrolysis reaction is much faster than the oxidation reaction . (x, y, z, w are integers) is formed (this silica is assumed to be Si 6 H 6 O 9 when the silane is trichlorosilane, for example). . The formed silica reacts with dissolved oxygen in the aqueous solution in an alkaline aqueous solution bath to convert Si—H bonds into Si—O bonds.
また、ガス供給口付近で形成されるシリカは、組成物の雰囲気が塩基性雰囲気である場合は、速やかに重合してゲル状化合物(-(SixHyOzCw)n-の水和物、nは整数)が形成(以下、ゲル化と称する)し、ガス供給口付近に積層化して、接触を継続させると供給口を閉塞するものと推測される。しかしながら、周囲の雰囲気が 酸性雰囲気である場合は、シリカの初期重合速度が遅い為、シリカは、低分子で安定した状態で存在できる。したがって、ポリシリコンの製造工程から排出される上記塩化水素とシラン類とを含む排ガス中のシラン類の濃度が所定の濃度(5質量%)以下である場合は、ガス中の塩化水素濃度が所定の濃度範囲(10~70質量%)であれば、ガス供給口付近のシリカの形成は塩酸酸性雰囲気で行われる為に重合化せずに、形成物はガス流により吹き飛ばされ、その結果、ガス供給口付近の閉塞が抑制できるものと推測される。 In addition, when the atmosphere of the composition is a basic atmosphere, the silica formed near the gas supply port rapidly polymerizes into a gel compound (-(Si x H y O z C w ) n - water It is presumed that a hydrated substance (n is an integer) is formed (hereinafter referred to as gelation) and laminated in the vicinity of the gas supply port, blocking the supply port if contact is continued. However, when the ambient atmosphere is an acidic atmosphere, the initial polymerization rate of silica is slow, so silica can exist in a low-molecular and stable state. Therefore, when the concentration of silanes in the exhaust gas containing hydrogen chloride and silanes discharged from the polysilicon manufacturing process is a predetermined concentration (5% by mass) or less, the concentration of hydrogen chloride in the gas is a predetermined value. (10 to 70% by mass), the formation of silica in the vicinity of the gas supply port is carried out in an acidic atmosphere of hydrochloric acid, so that it does not polymerize, and the formed product is blown away by the gas flow, and as a result, the gas It is presumed that clogging in the vicinity of the supply port can be suppressed.
このように、本発明により、ポリシリコンの製造工程から排出される塩化水素及び水素を含む排ガスより、高純度の水素を回収して、これを他の製造工程における水素源として再利用することが可能となり、廃棄処分にかかるコストの大幅削減並びに製造コスト削減に寄与しうる。 Thus, according to the present invention, it is possible to recover high-purity hydrogen from the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen discharged from the polysilicon manufacturing process and reuse it as a hydrogen source in other manufacturing processes. This can contribute to a significant reduction in disposal costs as well as a reduction in manufacturing costs.
本発明の水素の回収方法は、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液と接触せしめて、塩化水素が除去された水素ガスを得る際に、前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、所定量のシラン類及び塩化水素を含むことが特徴である。上記のとおり、排ガスとして塩化水素濃度の比較的高いガスを用いることで、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液とを接触させた直後の排ガス供給口付近が強塩基性雰囲気下となることを抑制し、該供給口付近でのシリカのゲル化を抑制することで供給口の閉塞を抑制できるものと推測される。 In the method for recovering hydrogen of the present invention, an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with an alkaline aqueous solution to obtain hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed. It is characterized by containing silanes and hydrogen chloride. As described above, by using a gas with a relatively high concentration of hydrogen chloride as the exhaust gas, it is possible to prevent the vicinity of the exhaust gas supply port from being in a strongly basic atmosphere immediately after the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with the alkaline aqueous solution. It is presumed that the clogging of the supply port can be suppressed by suppressing the gelation of silica in the vicinity of the supply port.
本明細書においては特に断らない限り、数値A及びBについて「A~B」という表記は「A以上B以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Bのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Aにも適用されるものとする。以下、本発明の水素の回収方法について詳述する。 In this specification, unless otherwise specified, the notation "A to B" for numerical values A and B means "A or more and B or less". If a unit is attached only to the numerical value B in such notation, the unit is applied to the numerical value A as well. Hereinafter, the method for recovering hydrogen according to the present invention will be described in detail.
<塩化水素及び水素を含む排ガス>
本発明の水素の回収方法では、塩化水素及び水素を含む排ガスとして、シラン類を含み、該排ガス中の塩化水素濃度が10~70質量%であり、シラン濃度が0.1~5質量%である排ガスを用いることが特徴である。
<Exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen>
In the hydrogen recovery method of the present invention, the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen contains silanes, and the hydrogen chloride concentration in the exhaust gas is 10 to 70% by mass and the silane concentration is 0.1 to 5% by mass. It is characterized by using a certain exhaust gas.
上記排ガスに含有される塩化水素の含有量は、あまり含有量が多いと塩化水素を除去するための装置の大型化は装置の負荷が大きくなり、少なすぎると、シリカのゲル化抑制効果が低減する傾向にあるため、20~70質量%の範囲が好ましく、30~60質量%の範囲がよる好ましく、30~40質量%の範囲が特に好ましい。 If the content of hydrogen chloride contained in the exhaust gas is too high, increasing the size of the device for removing hydrogen chloride will increase the load on the device, and if it is too low, the silica gelation suppression effect will be reduced. Therefore, the range of 20 to 70% by mass is preferable, the range of 30 to 60% by mass is more preferable, and the range of 30 to 40% by mass is particularly preferable.
上記排ガスに含有されるシラン類として具体的には、SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiH2Cl(CH3)、SiHCl2(CH3)、SiHCl(CH3)2、SiCl4、等が挙げられる。これらのシラン類は単独で含有していても良く、あるいは複数のシラン類が混合されていても良い。これらのシラン類は、アルカリ水溶液と接触すると加水分解してシリカが生成し、また生成したシリカがゲル化する要因となるため、上記排ガス中のシラン類の含有量としては、0.1~4質量%の範囲が好ましく、1~4質量%の範囲がより好ましく、2~4質量%の範囲が特に好ましい。 Specifically, the silanes contained in the exhaust gas include SiH 4 , SiH 3 Cl, SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl(CH 3 ), SiHCl 2 (CH 3 ), SiHCl(CH 3 ) 2 , SiCl 4 , and the like. These silanes may be contained singly, or a plurality of silanes may be mixed. When these silanes come into contact with an alkaline aqueous solution, they are hydrolyzed to form silica, and the resulting silica becomes a factor of gelation. A range of % by weight is preferred, a range of 1 to 4% by weight is more preferred, and a range of 2 to 4% by weight is particularly preferred.
また、効率良く上記排ガスが処理できる観点から、本発明の回収方法に用いる排ガス中の塩化水素とシラン類のモル比は、塩化水素/シラン類=1~100の範囲とすることが好ましく、10~80の範囲とすることがより好ましく、20~70の範囲とすることが特に好ましい。 Further, from the viewpoint of efficiently treating the exhaust gas, the molar ratio of hydrogen chloride and silanes in the exhaust gas used in the recovery method of the present invention is preferably in the range of hydrogen chloride / silanes = 1 to 100. The range of ∼80 is more preferable, and the range of 20 to 70 is particularly preferable.
このような塩化水素及び水素化シランを含む水素としては、
1.上記パージ排ガス(すなわち、水素とトリクロロシランとを反応させてポリシリコンを製造する工程から排出された排ガスを活性炭層に通すことにより塩化水素を吸着する塩化水素吸着工程、及び塩化水素が吸着保持された活性炭層にパージガスとしての水素ガスを通して、吸着された塩化水素を脱着する塩化水素脱着工程を経て得られた排ガス)
2.ポリシリコンを製造する際に副生するテトラクロロシランを含む排ガスよりテトラクロロシランを凝縮分離した後の排ガス
3.金属シリコンと塩化水素を反応させてトリクロロシランを製造し、トリクロロシランを凝縮分離した後の排ガス
4.金属シリコン、テトラクロロシラン、及び水素を反応させてトリクロロシランを製造、トリクロロシランを凝縮分離した後の排ガス
等が挙げられる。上記排ガスよりテトラクロロシランやトリクロロシランの凝縮分離を行う際のガスの冷却温度は、テトラクロロシランやトリクロロシランが凝縮する温度以下であれば良く、冷却装置の冷却能力等を勘案して適宜決定され、一般に、-10℃以下、特に-30℃以下に設定される。また、凝縮分離に際しての圧力も同様であり、通常、300kPaG以上、特には500kPaG以上に設定される。このようにテトラクロロシランやトリクロロシランが凝縮分離された後の排ガスは、通常95~99モル%の水素であり、100~6000モルppmの塩化水素、及び5000~50000モルppmのシラン類を含有している。これらの排ガスは単独で本発明の排ガスとして用いても良く、或いは混合して本発明の排ガスとして用いても良い。また、これらの排ガス中の塩化水素及びシラン類の含有量が上記範囲にない場合には、例えば塩化水素、シラン類、または水素をこれらの排ガスに混合する等により塩化水素及びシラン類の含有量が上記範囲となるように適宜調製して用いれば良い。排ガス中の水素、塩化水素及びシラン類の含有量はガスクロマトグラフィー等で分析することにより求めることができる。
Such hydrogen containing hydrogen chloride and silane hydrides include:
1. The purge exhaust gas (that is, the exhaust gas discharged from the step of reacting hydrogen and trichlorosilane to produce polysilicon) is passed through an activated carbon layer to adsorb hydrogen chloride, and the hydrogen chloride is adsorbed and retained. Exhaust gas obtained through hydrogen chloride desorption process to desorb adsorbed hydrogen chloride by passing hydrogen gas as purge gas through activated carbon layer)
2. 2. Exhaust gas after condensing and separating tetrachlorosilane from exhaust gas containing tetrachlorosilane which is a by-product of polysilicon production. 4. Exhaust gas after producing trichlorosilane by reacting metal silicon with hydrogen chloride and condensing and separating trichlorosilane. Exhaust gas after producing trichlorosilane by reacting metal silicon, tetrachlorosilane, and hydrogen, and condensing and separating trichlorosilane. The cooling temperature of the gas when condensing and separating tetrachlorosilane and trichlorosilane from the exhaust gas may be lower than the temperature at which tetrachlorosilane and trichlorosilane condense, and is appropriately determined in consideration of the cooling capacity of the cooling device. Generally, it is set at -10°C or lower, particularly -30°C or lower. The same applies to the pressure during condensation separation, which is usually set to 300 kPaG or higher, particularly 500 kPaG or higher. After tetrachlorosilane and trichlorosilane are condensed and separated in this way, the exhaust gas usually contains 95 to 99 mol % hydrogen, 100 to 6000 mol ppm hydrogen chloride, and 5000 to 50000 mol ppm silanes. ing. These exhaust gases may be used alone as the exhaust gas of the present invention, or may be mixed and used as the exhaust gas of the present invention. In addition, if the content of hydrogen chloride and silanes in these exhaust gases is not within the above range, for example, by mixing hydrogen chloride, silanes, or hydrogen into these exhaust gases, the content of hydrogen chloride and silanes can be reduced. may be appropriately prepared and used so that is within the above range. The contents of hydrogen, hydrogen chloride and silanes in the exhaust gas can be determined by analysis using gas chromatography or the like.
<水素の回収>
本発明の回収方法では、上記塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液とを接触させる。アルカリ水溶液として具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等のアルカリを溶解させたアルカリ性水溶液等が挙げられる。
<Recovery of hydrogen>
In the recovery method of the present invention, the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with an alkaline aqueous solution. Specific examples of alkaline aqueous solutions include alkaline aqueous solutions in which alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide are dissolved.
上記塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液との接触方法は、該排ガスとアルカリ水溶液が十分に接触し、該排ガス中の塩化水素を除去することが可能であれば特に制限されず、公知の気液接触方法を採用することが可能である。気液接触方法として、具体的には、エジェクター等の上記排ガスとアルカリ水溶液との気液混合流を強制的に形成せしめる方法;スクラバ等の上記排ガス流にアルカリ水溶液を散布する方法;アルカリ水溶液よりなる液相に上記排ガスを直接吹き込む方法などが挙げられる。上記の気液接触方法のうち、スクラバ等の上記排ガス流にアルカリ水溶液を散布する方法は、アルカリ水溶液と接触した排ガスの排出が容易である点及び装置が簡便であるという点から好適である。この気液接触装置は単独で用いることも、気液接触方法を直列に接続して行うことも、更には、複数の気液接触方法を組み合わせて使用することも可能である。 The method for contacting the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen with the alkaline aqueous solution is not particularly limited as long as the exhaust gas and the alkaline aqueous solution are sufficiently contacted and the hydrogen chloride in the exhaust gas can be removed. A gas-liquid contact method can be employed. As the gas-liquid contact method, specifically, a method of forcibly forming a gas-liquid mixed flow of the exhaust gas and an alkaline aqueous solution by an ejector or the like; a method of spraying an alkaline aqueous solution on the exhaust gas flow by a scrubber or the like; and a method of directly blowing the exhaust gas into the liquid phase. Among the above gas-liquid contact methods, a method such as a scrubber in which an alkaline aqueous solution is sprayed on the exhaust gas stream is preferable because the exhaust gas that has come into contact with the alkaline aqueous solution can be easily discharged and the apparatus is simple. This gas-liquid contacting apparatus can be used alone, can be used by connecting gas-liquid contacting methods in series, or can be used in combination with a plurality of gas-liquid contacting methods.
塩化水素及び水素を含む排ガスをアルカリ水溶液と接触させる際の温度には特に制限されず、使用する気液接触装置の能力等を勘案して適宜決定すれば良い。しかしながら、あまり温度が高すぎると、アルカリ水溶液からのアルカリ等が放散しやすく、塩化水素が除去された排ガスに同伴される傾向にある。従って、塩化水素及び水素を含む排ガスをアルカリ水溶液と接触させる際の温度は、10~60℃の範囲が好適である。 The temperature at which the flue gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with the alkaline aqueous solution is not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the ability of the gas-liquid contactor to be used. However, if the temperature is too high, the alkali and the like from the alkaline aqueous solution are likely to diffuse and tend to be entrained in the exhaust gas from which hydrogen chloride has been removed. Therefore, the temperature at which the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with the alkaline aqueous solution is preferably in the range of 10 to 60°C.
また、上記気液接触方法にて上記塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液との接触する際、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガス供給管が、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガスを供給する排ガス供給口と、該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口を少なくとも1つ有する排ガス供給管とし、前記排ガス供給口より塩化水素及び水素を含む排ガスを供給し、前記シールガス供給口より、前記シールガスを供給することが好ましい。上記排ガス供給管より供給される上記排ガスはアルカリ水溶液との接触でシリカが生成するが、共に供給されるシールガスによって気液接触装置内に効率よく分散させることが可能であり、シリカのゲル化を抑制する効果を向上させることが可能である。 Further, when the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is brought into contact with the alkaline aqueous solution in the gas-liquid contact method, the exhaust gas supply pipe for supplying the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen supplies the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen. and at least one seal gas supply port arranged around the periphery of the exhaust gas supply port for supplying a seal gas inert to any of alkali, hydrogen chloride, and hydrogen. It is preferable to use a supply pipe, supply exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen from the exhaust gas supply port, and supply the seal gas from the seal gas supply port. The flue gas supplied from the flue gas supply pipe produces silica when it comes into contact with the alkaline aqueous solution, but it can be efficiently dispersed in the gas-liquid contactor by the seal gas supplied together, and silica gels. It is possible to improve the effect of suppressing
上記シールガス供給口は排ガス供給口の外周に沿って少なくとも一つあれば良いが、該シールガス供給口を2つ以上の多重管構造とすることも可能である。 At least one sealing gas supply port is required along the outer periphery of the exhaust gas supply port, but it is also possible to have a multi-pipe structure with two or more sealing gas supply ports.
また、上記シールガス供給口より供給されるシールガスとしては、上記塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液との接触雰囲気において不活性であれば特に制限されない。かかるシールガスとして具体的には、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられるが後述する、回収した水素ガスを再利用する観点からシールガスとして水素ガスを用いることが好適である。シールガスの供給速度は、生成するシリカが効率よく分散されるに十分であれば良い。例えば、上記シールガス供給口より供給される水素ガスの線速度が10~50Nm/sであれば十分である。このシールガス供給口より供給されるシールガスの線速度は、シールガス供給口が多重管である場合には、各シールガス供給口から排出されるシールガスの線速度が上記範囲にあれば良い。また、外側の供給口から排出されるシールガスの線速度が、内側の供給口より排出されるシールガスの線速度より大きくなるように調整すれば良い。 The seal gas supplied from the seal gas supply port is not particularly limited as long as it is inert in the contact atmosphere between the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen and the alkaline aqueous solution. Specific examples of the seal gas include hydrogen gas, nitrogen gas, argon gas, etc. From the viewpoint of reusing recovered hydrogen gas, which will be described later, it is preferable to use hydrogen gas as the seal gas. The supply rate of the seal gas should be sufficient to efficiently disperse the generated silica. For example, a linear velocity of 10 to 50 Nm/s for the hydrogen gas supplied from the seal gas supply port is sufficient. The linear velocity of the seal gas supplied from this seal gas supply port is sufficient if the linear velocity of the seal gas discharged from each seal gas supply port is within the above range when the seal gas supply port is a multi-pipe. . Also, the linear velocity of the seal gas discharged from the outer supply port may be adjusted to be higher than the linear velocity of the seal gas discharged from the inner supply port.
<気液接触装置>
上記本発明の水素の回収方法を行うための気液接触装置としては、アルカリ水溶液を供給するアルカリ水溶液供給管、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガス供給管及び、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液が接触した後の塩化水素を除去した水素ガスが排出される排出管を有する気液接触装置であって、前記排ガス供給管が、該排ガスを供給する排ガス供給口と該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口を少なくとも1つ有することが好ましい。図1は本発明の気液接触装置の構成の一例を示す概略図である。気液接触装置1は、気液接触塔10、気液接触塔10に上記排ガスを供給する排ガス供給管20、及びアルカリ水溶液を供給するアルカリ水溶液供給配管40、及び水素ガスを排出する水素ガス排出管50で構成される。図1では塔頂よりアルカリ水溶液及び上記排ガスを供給する。上述のとおり、排ガス供給管20は、図2の(a)図の断面図に示されているとおり、上記排ガスを気液接触塔10内に供給する排ガス供給口21と、該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口22を有している。排ガス供給管20は図2(b)に示すように、排ガス供給口21の外周に第一のシールガス供給口23、及び第二のシールガス供給口24を有する多重管構造としても良い。多重管構造とする場合は二重、三重等適宜設定すれば良い。
<Gas liquid contact device>
The gas-liquid contactor for carrying out the hydrogen recovery method of the present invention includes an alkaline aqueous solution supply pipe for supplying an alkaline aqueous solution, an exhaust gas supply pipe for supplying an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and hydrogen chloride and hydrogen. A gas-liquid contactor having a discharge pipe for discharging hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed after exhaust gas and an alkaline aqueous solution are contacted, wherein the exhaust gas supply pipe comprises an exhaust gas supply port for supplying the exhaust gas and the exhaust gas supply. It is preferable to have at least one seal gas supply port arranged on the periphery of the port and supplying a seal gas inert to all of alkali, hydrogen chloride and hydrogen. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the gas-liquid contactor of the present invention. The gas-
本発明の気液接触装置において、気液接触塔10に供給されたアルカリ水溶液が塔下部に蓄積されるため、アルカリ水溶液を排出するためのポンプ44及びアルカリ水溶液排出管43を設けても良い。また、アルカリ水溶液供給配管40は、排出されたアルカリ水溶液を気液接触塔10に循環供給する構成としてもよく、排出されたアルカリ水溶液を補充するためのアルカリ水溶液補給管42を設けても良い。また、気液接触塔10内部には、上記排ガスとアルカリ水溶液との反応を促進させる観点から充填材30を設けても良い。充填材として具体的には、ラッヒシリング等の不規則充填物や、プラスチック製網等の規則充填物等が挙げられる。
In the gas-liquid contactor of the present invention, since the alkaline aqueous solution supplied to the gas-
<脱水工程>
上記本発明の回収方法により、塩化水素が除去された水素ガスを得ることができる。得られた水素ガスは、他工程の水素源として再利用するのに十分な高純度の水素ガスであるが、アルカリ水溶液との接触により、該水溶液からの水分が同伴されたり、アルカリ水溶液中の成分(アルカリ等)を極微量含有することがある。これらの成分が他の製造工程において問題となる場合は、アルカリ水溶液との接触後に排出される水素ガスを圧縮する前に、これらのアルカリ水溶液液由来の成分を除去することを目的に、水素ガスを脱水する脱水工程を設けることが好ましい。
<Dehydration process>
Hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed can be obtained by the recovery method of the present invention. The obtained hydrogen gas is sufficiently high-purity hydrogen gas to be reused as a hydrogen source in other processes. It may contain an extremely small amount of components (alkali, etc.). If these components are a problem in other manufacturing processes, hydrogen gas is used for the purpose of removing these components derived from the aqueous alkaline solution before compressing the hydrogen gas discharged after contact with the aqueous alkaline solution. It is preferable to provide a dehydration step for dehydrating the
水素ガス中の水分を除去する手段としては、公知の除去手段を採用することが可能である。具体的には、水素ガスを冷却することにより水分を凝縮させて除去する手段、水素ガスをモレキュラーシーブスなどの乾燥剤の充填層を通過させることによって水分を除去する手段、ミストセパレータに通す方法等が挙げられる。また、これらの水分除去手段は、単独で用いることも、同様の水分除去手段を直列に接続して行うことも、更には、複数の水分除去手段を組み合わせて使用することも可能である。この脱水工程を設けることにより、水素ガス中の水分の含有量を100~500ppm程度までにすることができる。 As a means for removing moisture in the hydrogen gas, it is possible to employ a known removal means. Specifically, means for removing moisture by condensing it by cooling hydrogen gas, means for removing moisture by passing hydrogen gas through a layer filled with a desiccant such as molecular sieves, and passing it through a mist separator. is mentioned. In addition, these moisture removing means can be used alone, similar moisture removing means can be connected in series, and a plurality of moisture removing means can be used in combination. By providing this dehydration step, the water content in the hydrogen gas can be reduced to about 100 to 500 ppm.
<残存シラン類の分離工程>
また、上記塩化水素が除去された水素ガスには極微量のシラン類が存在することがある。含有するシラン類の内、大部分のシラン類は、前記塩化水素吸収液中の水、或いは脱水工程において、水素ガスから分離される。しかしながら、一部(特にシラン類がSiH4(モノシラン)を含む場合)は水と反応せずに水素ガスに同伴され、以後の工程に至る間に、アルカリ水溶液中の溶存酸素から抜気された酸素と反応してシリカ等の副生物が生成したり、生成した副生物が飛散したりすることにより、圧縮機や配管等の閉塞の要因となることがある。
<Step of separating residual silanes>
In addition, a very small amount of silanes may be present in the hydrogen gas from which the hydrogen chloride has been removed. Among the silanes contained, most of the silanes are separated from the hydrogen gas in the water in the hydrogen chloride absorbing liquid or in the dehydration step. However, some (particularly when the silanes contain SiH 4 (monosilane)) did not react with water and were entrained in the hydrogen gas, and were vented from the dissolved oxygen in the alkaline aqueous solution during the subsequent steps. By-products such as silica are produced by reacting with oxygen, and the produced by-products are scattered, which may cause clogging of compressors, pipes, and the like.
従って、上記塩化水素が除去された水素ガスを、シラン捕捉剤と接触せしめ、次いで該水素ガスより水素ガスに同伴されるシラン捕捉剤を分離することにより、シラン類或いはシラン類由来の副生物をシラン捕捉剤中に溶解或いは懸濁せしめて水素からシラン類などを分離除去することは好適な操作である。本発明において、シラン捕捉剤とは、前記モノシラン、モノクロロシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、トリクロロシランなどのシラン類、及びその分解物、更にはこれらのシラン類由来の副生成物を溶解或いは縣濁して、水素ガス中より分離を可能とするものである。 Therefore, the hydrogen gas from which the hydrogen chloride has been removed is brought into contact with a silane scavenger, and then the silane scavenger entrained in the hydrogen gas is separated from the hydrogen gas to remove silanes or by-products derived from silanes. Separating and removing silanes from hydrogen by dissolving or suspending them in a silane scavenger is a preferred operation. In the present invention, the silane scavenger means the silanes such as monosilane, monochlorosilane, dichlorosilane, tetrachlorosilane, and trichlorosilane, decomposition products thereof, and by-products derived from these silanes dissolved or suspended. It enables separation from hydrogen gas.
当該シラン捕捉剤としては、水素に対し不活性であり、且つ、シラン類、及びその分解物、更にはこれら由来の副生物などが溶解或いは懸濁せしめられるものであれば良く、配管の材質、後段の圧縮機の種類や材質等を勘案して適宜決定すれば良い。例えば有機溶媒やオイルが挙げられる。有機溶媒として、具体的には、ヘキサン、へプタン、アルコール、アセトン等の有機溶媒が好適に用いられる。オイルとして、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、ハロゲン化炭化水素系オイル、シリコーン系オイルなどの、前記油冷式の圧縮機で用いられる潤滑油等が挙げられる。具体的には「KB-310-46」(株式会社神戸製鋼所製)や「ダフニーアルファスクリュー32」(出光興産株式会社製)などがある。
このシラン捕捉剤は、単独で用いることも、或いは複数の有機溶媒及びオイルを混合して用いることも可能である。
The silane scavenger is inert to hydrogen and can dissolve or suspend silanes, decomposition products thereof, and by-products derived therefrom. It may be determined as appropriate in consideration of the type and material of the compressor in the latter stage. Examples include organic solvents and oils. Specifically, organic solvents such as hexane, heptane, alcohol, and acetone are preferably used as the organic solvent. Examples of the oil include lubricating oils such as paraffin oil, naphthene oil, halogenated hydrocarbon oil, and silicone oil used in the oil-cooled compressor. Specifically, there are "KB-310-46" (manufactured by Kobe Steel, Ltd.) and "Daphne Alpha Screw 32" (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.).
This silane scavenger can be used alone or as a mixture of multiple organic solvents and oils.
接触方法として具体的には、水素ガスにシラン捕捉剤を噴霧して接触させる方法;シラン捕捉剤中に水素ガスを供給して接触させる方法;シラン捕捉剤の液流に水素ガスを吹き付けて接触させる方法等が挙げられる。前述の通り、油冷式の圧縮機中で水素ガスと潤滑油とを接触させることも可能である。潤滑油を使用しない形式の圧縮機を使用する場合は、あらかじめシラン捕捉剤を除去してから圧縮機に供給する必要がある。 Specifically, the contact method includes a method of spraying the silane scavenger with hydrogen gas and contacting it; a method of supplying hydrogen gas into the silane scavenger and contacting it; and the like. As mentioned above, it is also possible to bring hydrogen gas and lubricating oil into contact in an oil-cooled compressor. When using a compressor that does not use lubricating oil, it is necessary to remove the silane scavenger in advance before supplying it to the compressor.
シラン捕捉剤と接触した水素ガス中には通常シラン捕捉剤が同伴されるので、同伴されたシラン捕捉剤を水素ガスより分離することで、他の製造工程における水素源として供給することができる。同伴されたシラン捕捉剤を分離する方法としては、公知の分離方法を採用することが可能である。具体的には、デミスターやオイルミストフィルター、活性炭等の分離手段が採用される。 Since the silane scavenger is usually entrained in the hydrogen gas in contact with the silane scavenger, by separating the entrained silane scavenger from the hydrogen gas, it can be supplied as a hydrogen source in other manufacturing processes. As a method for separating the entrained silane scavenger, it is possible to adopt a known separation method. Specifically, separation means such as a demister, an oil mist filter, activated carbon, etc. are employed.
<他工程の水素源としての利用>
上記排ガスからの塩化水素の除去を行うことにより、排ガス中の塩化水素をほぼ完全に除去することができる。この結果、該排ガスは、後述する他工程の水素源として再利用するのに十分な高純度の水素ガスとなる。ただし、アルカリ水溶液と接触することによりジ排ガスの圧力はほぼ大気圧と同等の圧力となるため、得られる塩化水素が除去された水素ガスを他工程の水素源として供給する際には、水素を圧縮する手段により圧縮する必要がある。
<Use as a hydrogen source for other processes>
By removing hydrogen chloride from the exhaust gas, the hydrogen chloride in the exhaust gas can be almost completely removed. As a result, the exhaust gas becomes sufficiently high-purity hydrogen gas to be reused as a hydrogen source for other processes described later. However, since the pressure of the exhaust gas becomes almost the same as the atmospheric pressure by contacting with the alkaline aqueous solution, when supplying the obtained hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed as a hydrogen source for other processes, hydrogen should not be used. It must be compressed by means of compression.
水素を圧縮する手段としては、特に制限されず、公知の圧縮手段を採用することが可能である。かかる圧縮手段として具体的には、遠心圧縮機、軸流圧縮機等のターボ圧縮機、レシプロ圧縮機、ダイヤフラム式圧縮機、スクリュー圧縮機、ロータリー圧縮機等の容積圧縮機などの圧縮手段が挙げられる。また、圧縮機の圧縮部に潤滑油を噴射させながら運転する油冷式、或いは潤滑油を使用しない無給油式のいずれの圧縮機も好適に用いることが可能である。これらの圧縮手段の内、スクリュー圧縮機は、効率良く水素ガスの圧縮を行えるという点で、特に好適である。油冷式の圧縮機に用いられる潤滑油として、具体的には、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、ハロゲン化炭化水素系オイル、シリコーン系オイル等が挙げられる。 The means for compressing hydrogen is not particularly limited, and known compression means can be employed. Specific examples of such compression means include centrifugal compressors, turbo compressors such as axial compressors, reciprocating compressors, diaphragm compressors, screw compressors, and volumetric compressors such as rotary compressors. be done. In addition, it is possible to suitably use either an oil-cooled type compressor that operates while injecting lubricating oil into the compression section of the compressor, or an oil-free type compressor that does not use lubricating oil. Among these compression means, a screw compressor is particularly suitable in that hydrogen gas can be compressed efficiently. Specific examples of lubricating oils used in oil-cooled compressors include paraffinic oils, naphthenic oils, halogenated hydrocarbon oils, and silicone oils.
尚、油冷式の圧縮手段を採用した際には、水素ガスの圧縮後該水素ガスから潤滑油を分離して、他の製造工程における水素源として供給する。圧縮後の水素ガスからの潤滑油の分離方法としては潤滑油が分離できる手段であれば特に制限されず、公知の分離手段を採用することが可能である。かかる分離手段として、具体的には、デミスターやオイルミストフィルター、活性炭等の分離手段が採用される。 When an oil-cooled compression means is employed, after the hydrogen gas is compressed, the lubricating oil is separated from the hydrogen gas and supplied as a hydrogen source in other manufacturing processes. The method for separating the lubricating oil from the compressed hydrogen gas is not particularly limited as long as it can separate the lubricating oil, and known separating means can be employed. Specifically, separation means such as a demister, an oil mist filter, and activated carbon are employed as such separation means.
水素ガスの圧縮圧力は、他工程の水素源として使用可能な程度まで圧縮させれば特に制限なく、他工程における製造装置等への水素供給能力等を勘案して適宜決定すれば良い。通常、圧縮後の水素ガスの圧力が200~600kPaGとなるまで水素ガスの圧縮を行えば十分である。一連の圧縮手段によって水素ガスは圧縮され、他の製造工程における水素源として供給することが可能となる。 The compression pressure of the hydrogen gas is not particularly limited as long as it can be used as a hydrogen source in other processes, and may be appropriately determined in consideration of the hydrogen supply capacity to the manufacturing equipment in other processes. Generally, it is sufficient to compress the hydrogen gas until the pressure of the compressed hydrogen gas reaches 200 to 600 kPaG. A series of compression means compress the hydrogen gas so that it can be supplied as a source of hydrogen in other manufacturing processes.
本発明の方法により、塩化水素及び水素を含む排ガスから回収された水素ガスは十分な高純度の水素ガスであり、他工程の水素源として再利用することができる。例えば、廃液シラン(各種シランから成るシラン混合液)と酸水素火炎上で反応(加水分解と酸化反応)させる、所謂廃液シランの燃焼除害における火炎の水素源として、或いは塩素と反応させて塩化水素を製造する際の水素源等、他工程における水素源として使用することが可能である。 The hydrogen gas recovered from the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen by the method of the present invention is sufficiently high-purity hydrogen gas and can be reused as a hydrogen source for other processes. For example, it is reacted (hydrolysis and oxidation reaction) with waste liquid silane (a silane mixture consisting of various silanes) on an oxyhydrogen flame. It can be used as a hydrogen source in other processes, such as a hydrogen source when producing hydrogen.
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
<塩化水素及び水素を含む排ガス>
以下の実施例及び比較例に用いた塩化水素及び水素を含む排ガスは以下の方法により調製した排ガスを用いた。
<Exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen>
Exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen used in the following examples and comparative examples was prepared by the following method.
排ガスA:パージ排ガス
公知のシーメンス法のベルジャーを用い、水素とトリクロロシランのモル比が10の混合ガスを流して析出温度1100℃でポリシリコンの析出を行った。ベルジャーから排出されたガスを、圧力は700kPaG下、-50℃にて凝縮を行い、トリクロロシランを分離した。分離後の未凝縮ガスを吸着塔(平均粒径3~5mm、BET比表面積が1100m2/gの活性炭を充填し10℃に保持した充填塔)に空間速度(SV)10h-1で流して、ガス中の水素以外の成分を吸着除去し、回収水素ガスAを得た。得られた回収水素ガスAの平均純度をガスクロマトグラフィー(熱伝導度検出器(TCD)にて分析した結果、水素が99.99モル%、塩化水素とシラン類は検出限界以下(10ppmモル以下)であった。次いで、充填塔を200℃に保持し、水素ガスを空間速度(SV)1h-1の速度で流通させて、吸着成分の脱着を行い、排出されたガスをドラムに回収し、排ガスAを得た。排ガスAの純度を同様にガスクロマトグラフィーにて分析した結果、水素、塩化水素、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン濃度が、それぞれ、31.5、65.0、0.3、3.1、0.13質量%であった。
Exhaust Gas A: Purge Exhaust Gas Polysilicon was deposited at a deposition temperature of 1100° C. using a well-known Siemens method bell jar and flowing a mixed gas having a molar ratio of 10 of hydrogen and trichlorosilane. The gas discharged from the bell jar was condensed at -50°C under a pressure of 700 kPaG to separate trichlorosilane. The uncondensed gas after separation is passed through an adsorption tower (filled tower filled with activated carbon having an average particle diameter of 3 to 5 mm and a BET specific surface area of 1100 m 2 /g and maintained at 10° C.) at a space velocity (SV) of 10 h −1 . , components other than hydrogen in the gas were removed by adsorption to obtain a recovered hydrogen gas A. As a result of analyzing the average purity of the obtained recovered hydrogen gas A by gas chromatography (thermal conductivity detector (TCD), hydrogen is 99.99 mol%, hydrogen chloride and silanes are below the detection limit (10 ppm mol or less Next, the packed column was maintained at 200° C., hydrogen gas was passed through at a space velocity (SV) of 1 h −1 to desorb the adsorbed components, and the discharged gas was collected in a drum. , to obtain an exhaust gas A. As a result of analyzing the purity of the exhaust gas A similarly by gas chromatography, the concentrations of hydrogen, hydrogen chloride, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane were 31.5, 65.0, and 0, respectively. .3, 3.1 and 0.13 mass %.
排ガスB:トリクロロシランを製造し、トリクロロシランを凝縮分離した後の排ガス
公知のトリクロロシラン合成炉内で金属珪素の流動層を形成させ、流動層内の温度300℃で、流動層下部のガス分散板から塩化水素ガスを流して、トリクロロシランの製造を行った。合成炉から排出されたガスを、圧力は700kPaG下、-30℃にて凝縮を行い、トリクロロシランを分離した。
また、公知のテトラクロロシラン還元炉内で金属珪素の流動層を形成させ、流動層内の温度500℃で、流動層下部のガス分散板からテトラクロロシランと水素の混合ガスを流して、テトラクロロシランの還元によるトリクロロシランの製造を行った。還元炉から排出されたガスを、圧力は700kPaG下、-20℃にて凝縮を行い、トリクロロシランを分離した。
Exhaust gas B: Exhaust gas after producing trichlorosilane and condensing and separating trichlorosilane A fluidized bed of metallic silicon is formed in a known trichlorosilane synthesis furnace, and the temperature in the fluidized bed is 300 ° C., and the gas is dispersed in the lower part of the fluidized bed. Hydrogen chloride gas was flowed through the plate to produce trichlorosilane. The gas discharged from the synthesis furnace was condensed at −30° C. under a pressure of 700 kPaG to separate trichlorosilane.
Alternatively, a fluidized bed of metallic silicon is formed in a known tetrachlorosilane reduction furnace, and at a temperature of 500° C. in the fluidized bed, a mixed gas of tetrachlorosilane and hydrogen is caused to flow from a gas distribution plate below the fluidized bed to produce tetrachlorosilane. Preparation of trichlorosilane by reduction was carried out. The gas discharged from the reduction furnace was condensed at −20° C. under a pressure of 700 kPaG to separate trichlorosilane.
トリクロロシランを凝縮分離後の未凝縮ガスをドラムに回収し、ドラム内で混合して排ガスBを得た。排ガスBの純度を排ガスAと同様にガスクロマトグラフィーにて分析した結果、水素、塩化水素、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン濃度が、それぞれ、70.0、0.3、3.0、22.0、4.7質量%であった。 The uncondensed gas after condensing and separating trichlorosilane was collected in a drum and mixed in the drum to obtain an exhaust gas B. As a result of analyzing the purity of the exhaust gas B by gas chromatography in the same manner as the exhaust gas A, the concentrations of hydrogen, hydrogen chloride, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane were 70.0, 0.3, 3.0, and 22, respectively. .0 and 4.7% by mass.
<気液接触装置>
以下の実施例及び比較例では、図1に示す気液接触装置を用いた。気液接触塔は、塔頂から10質量%の水酸化ナトリウム水溶液を下方に噴霧し、塔内を下降して塔底の液槽に溜まり、その液槽の液をポンプで塔頂に循環させる方式で、塔の中段には充填材(ラッヒシリング)が設けてある。上記ガスドラムからのガスは、接触塔の塔頂の水酸化ナトリウム供給口の内側に設けた排ガス供給菅より下方に放出する二重管構造のガス供給管(図2の(a)の構造)で、内管より上記ガスドラムからのガスを放出し、外管よりシール用の水素ガスが放出した。水酸化ナトリウム供給口の内径は、200mm、二重管の外管の内径は125mm、内管の内径は、100mm、外管の内径と内管の外径のクリアランスは10mmのものを用いた。シールガスとして水素ガスを使用した。
<Gas liquid contact device>
In the following examples and comparative examples, the gas-liquid contactor shown in FIG. 1 was used. In the gas-liquid contact tower, a 10% by mass sodium hydroxide aqueous solution is sprayed downward from the top of the tower, descends in the tower and accumulates in a liquid tank at the bottom of the tower, and the liquid in the liquid tank is circulated to the top of the tower with a pump. In this method, a packing material (Lachschilling) is provided in the middle stage of the column. The gas from the gas drum is discharged downward from the flue gas supply pipe provided inside the sodium hydroxide supply port at the top of the contact tower through a gas supply pipe of a double-pipe structure (the structure of (a) in FIG. 2). , the gas from the gas drum was released from the inner tube, and hydrogen gas for sealing was released from the outer tube. The inner diameter of the sodium hydroxide supply port was 200 mm, the inner diameter of the outer tube of the double tube was 125 mm, the inner diameter of the inner tube was 100 mm, and the clearance between the inner diameter of the outer tube and the outer diameter of the inner tube was 10 mm. Hydrogen gas was used as the seal gas.
<実施例1>
塩化水素及び水素を含む排ガスとして、上記排ガスAを使用し、気液接触装置へ流量400Nm3/h、ガス線速15Nm/sで供給し、シールガスとして水素ガスを線速度20Nm/sで噴出した。塔内のガス線速は、3Nm/s、気液の接触時間は約1秒で行った。水酸化ナトリウム水溶液の循環量は、20m3/hで行った。排出されたガスは、100μm以上の径のミストを100%除去するミスト分離効率を有するミストセパレータを用いて脱水し、次いで、油冷却式スクリュー圧縮機に通じて圧縮して水素ガスを得た。
<Example 1>
The exhaust gas A is used as the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, supplied to the gas-liquid contactor at a flow rate of 400 Nm 3 /h and a gas linear velocity of 15 Nm/s, and hydrogen gas is jetted as a sealing gas at a linear velocity of 20 Nm/s. bottom. The gas linear velocity in the tower was 3 Nm/s, and the gas-liquid contact time was about 1 second. The circulation amount of the aqueous sodium hydroxide solution was 20 m 3 /h. The discharged gas was dehydrated using a mist separator having a mist separation efficiency of removing 100% of mist with a diameter of 100 μm or more, and then compressed through an oil-cooled screw compressor to obtain hydrogen gas.
上記条件にて3か月間運転を継続しても排ガス供給口の閉塞は起こらなかった。運転終了後、気液接触装置の塔頂を開放点検した結果、排ガス供給口の供給口付近の内管表面に 薄っすらシリカが積層していたが、年間を通じて運転可能な積層厚みであった。また、回収された水素ガスの平均純度は、水素が99.99モル%、塩化水素とシラン類は検出限界以下(10ppmモル以下)であった。 Even if the operation was continued for 3 months under the above conditions, no clogging of the exhaust gas supply port occurred. After the end of operation, an open inspection of the tower top of the gas-liquid contactor revealed that a thin layer of silica had formed on the surface of the inner tube near the exhaust gas supply port, but the layer thickness was such that it could be operated throughout the year. . The average purity of the recovered hydrogen gas was 99.99 mol % for hydrogen, and below the detection limit (10 ppm mol or below) for hydrogen chloride and silanes.
<比較例1>
塩化水素及び水素を含む排ガスとして、上記排ガスBを用いた以外は、実施例1と同様の方法で水素ガスの回収を行ったところ、10日間の運転で、排ガス供給口の閉塞が起こったため、排ガスBの気液接触装置への供給を停止し、排ガスBを除害設備に送った。運転終了後、気液接触装置の塔頂を開放点検した結果、排ガス供給口の供給口付近を中心としたシリカの積層体が形成していた。
<Comparative Example 1>
As the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, except that the exhaust gas B was used, hydrogen gas was recovered in the same manner as in Example 1. After 10 days of operation, the exhaust gas supply port was clogged. The supply of the exhaust gas B to the gas-liquid contactor was stopped, and the exhaust gas B was sent to the detoxification equipment. After completion of the operation, an open inspection of the top of the gas-liquid contactor revealed that a silica laminate had formed around the supply port of the flue gas supply port.
<実施例2>
塩化水素及び水素を含む排ガスとして、上記排ガスBを使用し、水素ガスと塩化水素ガスを流量比で、排ガスB:水素:塩化水素=1:6:0.2 の比率で混合して、水素、塩化水素、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン濃度が63.2、33.0、0.4、2.8、0.6質量%のガスを調製して、排ガスの洗浄を行った以外は、実施例1と同様の方法で水素ガスの回収を行ったところ、3か月間運転を継続しても 排ガス供給口の閉塞は起こらなかった。運転終了後、気液接触装置の塔頂を開放点検した結果、排ガス供給口の供給口付近の外内管表面に実施例1より厚いシリカが積層していたが、年間を通じて運転可能な積層厚みであった。また、回収された水素ガスの平均純度は、水素が99.99モル%、塩化水素とシラン類は検出限界以下(10ppmモル以下)であった。
<Example 2>
The exhaust gas B is used as the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and the hydrogen gas and the hydrogen chloride gas are mixed at a flow rate ratio of exhaust gas B: hydrogen: hydrogen chloride = 1: 6: 0.2 to produce hydrogen. , hydrogen chloride, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane with concentrations of 63.2, 33.0, 0.4, 2.8, and 0.6% by mass were prepared to clean the exhaust gas. When hydrogen gas was recovered in the same manner as in Example 1, no clogging of the flue gas supply port occurred even after the operation was continued for 3 months. After the end of the operation, an open inspection of the top of the gas-liquid contactor revealed that silica layers thicker than those in Example 1 were deposited on the surface of the outer and inner tubes near the supply port of the flue gas supply port. Met. The average purity of the recovered hydrogen gas was 99.99 mol % for hydrogen, and below the detection limit (10 ppm mol or below) for hydrogen chloride and silanes.
<比較例2>
塩化水素及び水素を含む排ガスとして、上記排ガスBを使用し、水素ガスと塩化水素ガスを流量比で、排ガスB:水素:塩化水素=1:9:0.04の比率で混合して、水素、塩化水素、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン濃度が89.6、6.6、0.4、2.8、0.6質量%のガスを調製して、排ガスの洗浄を行った以外は、実施例1と同様の方法で水素ガスの回収を行ったところ、35日間の運転で、排ガス供給口の閉塞が起こったため、排ガスBの気液接触装置への供給を停止し、排ガスBを除害設備に送った。運転終了後、気液接触装置の塔頂を開放点検した結果、排ガス供給口の供給口付近を中心としたシリカの積層体が形成していた。
<Comparative Example 2>
The exhaust gas B is used as the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and the hydrogen gas and the hydrogen chloride gas are mixed at a flow rate ratio of exhaust gas B: hydrogen: hydrogen chloride = 1: 9: 0.04 to produce hydrogen. , hydrogen chloride, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane with concentrations of 89.6, 6.6, 0.4, 2.8, and 0.6% by mass were prepared to clean the exhaust gas. , When hydrogen gas was recovered in the same manner as in Example 1, after 35 days of operation, the exhaust gas supply port was clogged. sent to the abatement facility. After completion of the operation, an open inspection of the top of the gas-liquid contactor revealed that a silica laminate had formed around the supply port of the flue gas supply port.
<比較例3>
塩化水素及び水素を含む排ガスとして、上記排ガスBを使用し、水素ガスと塩化水素ガスを流量比で、排ガスB:水素:塩化水素=1:1.5:0.1の比率で混合して、水素、塩化水素、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン濃度が52.6、38.6、0.9、6.6、1.4質量%のガスを調製して、排ガスの洗浄を行った以外は、実施例1と同様の方法で水素ガスの回収を行ったところ、57日間の運転で、排ガス供給口の閉塞が起こったため、排ガスBの気液接触装置への供給を停止し、排ガスBを除害設備に送った。運転終了後、気液接触装置の塔頂を開放点検した結果、排ガス供給口の供給口付近を中心としたシリカの積層体が形成していた。
<Comparative Example 3>
The exhaust gas B is used as the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and the hydrogen gas and the hydrogen chloride gas are mixed at a flow rate ratio of exhaust gas B: hydrogen: hydrogen chloride = 1: 1.5: 0.1. , hydrogen, hydrogen chloride, dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane having concentrations of 52.6, 38.6, 0.9, 6.6, and 1.4% by mass were prepared to clean the exhaust gas. Except for this, when hydrogen gas was recovered in the same manner as in Example 1, the exhaust gas supply port was clogged after 57 days of operation. B was sent to the abatement facility. After completion of the operation, an open inspection of the top of the gas-liquid contactor revealed that a silica laminate had formed around the supply port of the flue gas supply port.
<実施例3>
気液接触装置の排ガス供給管の構造を三重管構造((図2の(b)の構造、外管の内径は150mm、中管の内径は、125mm、内管の内径は100mm、外管の内径と中管の外径のクリアランスは10mm、中管の内径と内管の外径のクリアランスは10mm)とし、外管よりシールガスとして水素ガスを、線速度35Nm/sで噴出し、中管よりシールガスとして水素ガスを、線速度20Nm/sで噴出した以外は実施例と同様の方法で水素ガスの回収を行ったところ、3か月間運転を継続しても 排ガス供給口の閉塞は起こらなかった。運転終了後、気液接触装置の塔頂を開放点検した結果、排ガス供給管の供給口付近に実施例1より薄いシリカが積層していたが、年間を通じて運転可能な積層厚みであった。また、回収された水素ガスの平均純度は、水素が99.99モル%、塩化水素とシラン類は検出限界以下(10ppmモル以下)であった。
<Example 3>
The structure of the exhaust gas supply pipe of the gas-liquid contactor is a triple pipe structure ((b) structure in FIG. 2, the inner diameter of the outer pipe is 150 mm, the inner diameter of the middle pipe is 125 mm, the inner diameter of the inner pipe The clearance between the inner diameter and the outer diameter of the middle tube is 10 mm, and the clearance between the inner diameter of the middle tube and the outer diameter of the inner tube is 10 mm). Hydrogen gas was recovered in the same manner as in the example, except that hydrogen gas was ejected as a seal gas at a linear velocity of 20 Nm/s. As a result of open inspection of the tower top of the gas-liquid contactor after the end of the operation, silica thinner than that in Example 1 was laminated near the supply port of the exhaust gas supply pipe. The average purity of the recovered hydrogen gas was 99.99 mol % for hydrogen, and below the detection limit (10 ppm mol or below) for hydrogen chloride and silanes.
1 気液接触装置
10 気液接触塔
20 排ガス供給管
21 排ガス供給口
22 シールガス供給口
23 第一のシールガス供給口
24 第二のシールガス供給口
30 充填物
40 アルカリ水溶液供給配管
41 アルカリ水溶液供給管
42 アルカリ水溶液補給管
43 アルカリ水溶液排出管
44 ポンプ
50 水素ガス排出管
REFERENCE SIGNS
Claims (9)
前記塩化水素及び水素を含む排ガスが、シラン類を含み、該排ガス中の塩化水素濃度が10~70質量%であり、シラン類の濃度が0.1~5質量%であることを特徴とする水素の回収方法。 A method for recovering hydrogen by contacting an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen with an alkaline aqueous solution to obtain hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed,
The exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen contains silanes, the concentration of hydrogen chloride in the exhaust gas is 10 to 70% by mass, and the concentration of silanes is 0.1 to 5% by mass. A method for recovering hydrogen.
アルカリ水溶液を供給するアルカリ水溶液供給管、
塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガス供給管、
及び、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液が接触した後の塩化水素を除去した水素ガスが排出される排出管を有する気液接触装置にて行い、
前記排ガス供給管が、塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガスを供給する排ガス供給口と、
該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口を少なくとも1つ有する排ガス供給管であり、
前記排ガス供給口より塩化水素及び水素を含む排ガスを供給し、前記シールガス供給口より、前記シールガスを供給することを特徴とする請求項1記載の水素の回収方法。 The contact between the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen and the alkaline aqueous solution,
an alkaline aqueous solution supply pipe for supplying an alkaline aqueous solution;
an exhaust gas supply pipe for supplying an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen;
and a gas-liquid contactor having a discharge pipe for discharging hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed after contact between the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen and the alkaline aqueous solution,
an exhaust gas supply port through which the exhaust gas supply pipe supplies an exhaust gas that supplies an exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen;
an exhaust gas supply pipe having at least one seal gas supply port disposed around the periphery of the exhaust gas supply port and supplying a seal gas inert to any of alkali, hydrogen chloride, and hydrogen;
2. The method for recovering hydrogen according to claim 1, wherein the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen is supplied from the exhaust gas supply port, and the seal gas is supplied from the seal gas supply port.
(1)水素とトリクロロシランとを反応させてポリシリコンを製造する工程から排出された排ガスを活性炭層に通すことにより塩化水素を吸着する塩化水素吸着工程、及び
(2)塩化水素が吸着保持された活性炭層にパージガスとしての水素ガスを通して、吸着された塩化水素を脱着する塩化水素脱着工程 The method for recovering hydrogen according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen includes a purge exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen obtained in the following steps.
(1) A hydrogen chloride adsorption step in which hydrogen chloride is adsorbed by passing exhaust gas discharged from the step of reacting hydrogen and trichlorosilane to produce polysilicon through an activated carbon layer, and (2) hydrogen chloride is adsorbed and retained. Hydrogen chloride desorption step to desorb the adsorbed hydrogen chloride by passing hydrogen gas as a purge gas through the activated carbon layer
塩化水素及び水素を含む排ガスを供給する排ガス供給管
及び、塩化水素及び水素を含む排ガスとアルカリ水溶液が接触した後の塩化水素を除去した水素ガスが排出される排出管を有する気液接触装置であって、
前記排ガス供給管が、該排ガスを供給する排ガス供給口と該排ガス供給口の外周に配置され、アルカリ、塩化水素及び水素のいずれに対しても不活性なシールガスを供給するシールガス供給口を少なくとも1つ有することを特徴とする気液接触装置。 an alkaline aqueous solution supply pipe for supplying an alkaline aqueous solution;
A gas-liquid contactor having an exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen, and a discharge pipe for discharging hydrogen gas from which hydrogen chloride has been removed after contact between the exhaust gas containing hydrogen chloride and hydrogen and the alkaline aqueous solution. There is
The exhaust gas supply pipe comprises an exhaust gas supply port for supplying the exhaust gas and a seal gas supply port disposed around the periphery of the exhaust gas supply port for supplying a seal gas inert to any of alkali, hydrogen chloride and hydrogen. A gas-liquid contactor comprising at least one.
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