KR101556825B1 - 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기에서 배출되는 배기가스의 분리 장치 및 이를 이용한 배기가스의 분리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출된 배기가스로부터 수소 기체를 분리하기 위한 제1증류탑, 상기 제1증류탑의 하부 스트림으로부터 염화수소 기체를 분리하기 위한 제2증류탑, 상기 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류하는 제4증류탑, 및 상기 제4증류탑의 상부 스트림을 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물 및 테트라클로로 실란으로 분리하기 위한 제3증류탑을 포함하며, 상기 제4증류탑에서 배출되는 하부 스트림이 상기 제1증류탑에 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 분리 장치 및 이를 이용한 배기가스 분리 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리실리콘 제조 공정 중 화학 기상 증착 반응기에서 배출되는 배기가스를 효율적으로 분리할 수 있도록 개발된 장치 및 이를 이용한 분리 방법에 관한 것이다.
폴리실리콘은 반도체 또는 태양전지의 원료로 사용되는 물질로, 이러한 폴리실리콘을 제조하는 방법이 다양하게 알려져 있다. 대표적인 폴리실리콘 제조 방법으로는, 지멘스(simens)법이라고 불리는 화학기상증착법(Chemical Vapor Decomposition)이 있으며, 지멘스법은 통전 가열된 필라멘트에 수소와 트리클로로실란의 혼합 가스를 공급하고, 화학 기상 석출법에 의해 필라멘트 위에 실리콘을 석출시며 폴리실리콘을 얻는 방법이다. 이러한 지멘스 법에 의한 폴리실리콘의 제조 공정에서 배출되는 배기가스에는 수소 및 미반응된 트리클로로실란, 부반응물인 모노실란, 모노클로로실란, 디클로로실란, 테트라클로로실란 등과 같은 실란 화합물 및 염화 수소 등이 포함되어 있다.
이와 같이 화학기상증착 반응기에서 배출되는 배기 가스에 포함되어 있는 성분들 중 미반응 트리클로로실란 및 수소는 폴리실리콘 제조 공정에서 원료로 사용될 수 있는 것들로, 이들을 회수하여 재활용할 경우 폴리실리콘 제조 비용 비용을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 디클로로 실란은, 트리클로로 실란과 마찬가지로 환원 반응의 원료로서 이용할 수 있고, 테트라클로로실란의 경우, 광파이버용 원료 등의 부가가치가 높은 상품이 될 수 있다.
이러한 이유 때문에, 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스를 효율적으로 회수하고 분리하기 위한 공정 및 시스템에 대한 연구가 이루어지고 있다.
일본 공개특허공보 제2002-362917호는 『클로로실란 정제 방법』에 관한 것으로, 증류탑을 이용하여 기상 증착법에 의한 다결정 실리콘의 제조시 반응로로부터 배출되는 배기가스로부터, 고순도의 디클로로 실란, 트리클로로 실란 및 사염화규소를 회수할 수 있는 클로로실란 정제 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 클로로실란 정제 방법은 1개의 증류탑을 이용하기 때문에, 순도가 높은 가스를 분리해내는 데는 한계가 있었다.
한편, 다수의 증류탑을 이용하면 각각의 가스를 비교적 높은 순도로 분리해낼 수 있기는 하나, 이 경우, 에너지 소모량이 많다는 문제점이 있다.
따라서, 비교적 적은 에너지로 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기 가스의 각 성분을 고순도로 분리해낼 수 있는 공정 및 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적은 에너지로 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스를 고순도로 분리해낼 수 있는 배기가스 분리 장치 및 분리 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은, 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출된 배기가스로부터 수소 기체를 분리하기 위한 제1증류탑, 상기 제1증류탑의 하부 스트림으로부터 염화수소 기체를 분리하기 위한 제2증류탑, 상기 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류하기 위한 제4증류탑, 및 상기 제4증류탑의 상부 스트림을 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물 및 테트라클로로 실란으로 분리하기 위한 제3증류탑을 포함하며, 상기 제4증류탑에서 배출되는 하부 스트림이 상기 제1증류탑에 공급되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 분리 장치를 제공한다.
상기 제4증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 42중량% 내지 63.5 중량% 정도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 36 중량% 내지 64 중량% 정도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 36 중량% 내지 68 중량% 정도인 것이 바람직하다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기한 본 발명의 배기 가스 분리 장치를 이용한 배기가스 분리 방법을 제공한다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 액화물을 제1증류탑에 공급하는 단계, 상기 제1증류탑에서 상부 스트림으로 수소 기체를 분리하는 단계, 상기 제1증류탑의 하부 스트림을 제2증류탑에 공급하는 단계, 상기 제2증류탑에서 상부 스트림으로 염화 수소 기체를 분리하는 단계, 상기 제2증류탑의 하부 스트림을 제4증류탑에 공급하는 단계, 상기 제4증류탑에서 상기 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류하여 하부 스트림을 제1증류탑에 공급하고, 상부 스트림을 제3증류탑에 공급하는 단계, 및 상기 제3증류탑에서 상기 제4증류탑의 상부 스트림을 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물 및 테트라클로로 실란으로 분리하는 단계를 포함하는 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법을 제공한다.
본 발명의 배기가스 분리 장치는 여러 개의 증류탑을 거쳐 가스를 순차적으로 분리하기 때문에, 고순도로 정제된 기체들을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 배기가스 분리 장치는 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류한 후 하부 스트림을 제1증류탑으로 리사이클시키는 제4증류탑을 구비하여, 제1증류탑 내의 테트라클로로 실란의 함량을 높이고, 그 결과, 고순도의 수소 기체를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 제4증류탑의 존재로 인해 제2증류탑에 공급되는 스트림의 유량이 줄어들게 되고, 그 결과 제2증류탑에서 소모되는 에너지 사용량이 줄어들어 전체 공정에서의 에너지 사용량을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기가스 분리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 비교예 1에서 사용된 배기가스 분리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 비교예 1에서 사용된 배기가스 분리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 단순화되거나 과장될 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 배기가스 분리 장치의 일 구현예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배기가스 분리 장치는 제1증류탑, 제2증류탑, 제3증류탑 및 제4증류탑을 포함한다.
이때, 상기 제1증류탑은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, 이하, CVD라 함.) 반응기의 배기 가스로부터 수소 기체를 분리하기 위한 것이고, 상기 제2증류탑은 상기 제1증류탑의 하부 스트림으로부터 염화수소 기체를 분리하기 위한 것이고, 상기 제3증류탑은 후술할 제4증류탑의 상부 스트림을 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물 및 테트라클로로 실란으로 분리하기 위한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 제1증류탑, 제2증류탑 및 제3증류탑은 당해 기술 분야에서 사용되는 일반적인 분별 증류탑이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않으며, 각 증류탑의 단수는, 필요에 따라 적절하게 설계할 수 있다.
한편, 상기 제1증류탑, 제2증류탑 및 제3증류탑은, 증류탑 내부로 분리하고자 하는 원료를 공급하기 위한 유입부를 구비하며, 탑정부에 상부 스트림을 배출하기 위한 유출부를 구비하고, 탑저부에 하부 스트림을 배출하기 위한 유출부를 구비한다.
한편, 상기 제4증류탑은 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류하기 위한 것으로, 상기 제1 내지 제3증류탑과 마찬가지로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 증류탑이 제한 없이 사용될 수 있으며, 증류탑 내부로 원료를 공급하기 위한 유입부를 구비하며, 탑정부에 상부 스트림을 배출하기 위한 유출부를 구비하고, 탑저부에 하부 스트림을 배출하기 위한 유출부를 구비한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제4증류탑의 하부 스트림(42)은 제1증튜탑으로 공급되고, 제4증류탑의 상부 스트림(41)은 제3증튜탑에 공급된다. 상기와 같이, 제2증류탑의 하부 스트림(22)을 분별 증류하여, 일부를 제1증류탑으로 리사이클시키는 제4증류탑을 포함하는 본 발명의 배기 가스 분리 장치를 사용할 경우, 제1증류탑의 상부 스트림에서 고순도의 수소 기체를 얻을 수 있다. 제4증류탑의 하부 스트림에는 테트라클로로 실란이 포함되어 있기 때문에, 이를 제1증류탑에 공급할 경우, 제1증류탑 내의 테트라클로로 실란의 함량이 증가하게 되며, 그 결과 제1증류탑에서의 수소 분리 효율이 향상되게 된다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 다음과 같다. 제1증류탑은 수소를 기체상태로 탑정으로 배출하고, 나머지 실란 성분들은 액화시켜 탑저로 배출하게 되는데, 이 때, 실란 성분과 수소의 비점 차이가 클수록 분리 정도가 커진다. 따라서, 실란 성분 중 끓는점이 높은 테트라클로로 실란이 많아지면 수소 기체 분리 효율이 높아지게 되고, 그 결과 상기 제1증류탑의 상부 스트림(11)의 불순물이 적어지게 되는 것이다.
또한, 상기와 같은 제4증류탑을 포함하는 본 발명의 배기 가스 분리 장치를 사용할 경우, 제2증류탑으로 공급되는 제1증류탑의 하부 스트림에서도 테트라클로로 실란의 농도가 증가하게 되며, 그 결과 제2증류탑에서의 분리 효율 역시 증가하게 된다. 따라서, 동일한 양의 염화수소 기체를 얻기 위해 필요한 스트림 유량이 줄어들게 되고, 그 결과 제2증류탑에서 소모되는 에너지 사용량을 줄어들어 전체 공정에서의 에너지 사용량을 절감할 수 있다.
한편, 상기 제4증류탑의 분리 효율은 제4증류탑의 단수와 제비기 열량(환류비)에 의해 결정될 수 있다.
이하에서는 상기 본 발명의 배기가스 분리 장치를 이용하여 배기가스를 분리하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 폴리실리콘 제조용 CVD 반응기로부터 배출되는 배기가스의 액화물을 제1증류탑에 공급한다. 한편, 상기 CVD 반응기를 배출되는 배기가스를 액화물로 형성하기 위해 제1증류탑에 공급하기 전에 CVD 반응기를 배출되는 배기가스를 압출 및 냉각하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
다음으로, 제1증류탑 내부로 공급된 배기 가스의 액화물은 제1증류탑 내에서 수소 기체와 나머지 성분들로 분별증류되어, 수소 기체는 제1증류탑의 상부 스트림(11)으로 배출되고, 나머지 성분들은 하부 스트림(12)으로 제2증류탑에 공급된다.
한편, 상기 제1증류탑의 상부 스트림(11) 및 하부 스트림(12)의 조성은 제1증류탑으로 유입되는 CVD 반응기 배기 가스의 유량 및 조성, 분리기에서 공급되는 액체상 스트림의 조성 및 유량에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1증류탑에 유입되는 CVD 반응기 배기 가스의 테트라클로로 실란의 함량비가 높을수록, 상기 제1증류탑의 상부 스트림(11) 내의 불순물이 적을 수 있다. 또한, 상기 제1증류탑의 하부 스트림(12)의 테트라클로로 실란 함량은 CVD 반응기 배기 가스 내에 포함된 테트라클로로 실란의 함량이 높거나, 제4증류탑의 하부 스트림(42)에 포함되어 있는 테트라클로로 실란의 함량이 높거나, 또는 제4증류탑의 하부 스트림(42)의 유량이 많을수록 높아질 수 있다.
다만, 동일한 조성의 배기가스가 유입된다고 가정할 경우, 본 발명과 같이, 스트림의 일부를 제1증류탑으로 리사이클하는 제4증류탑을 포함하는 분리 장치를 이용하면 제4증류탑을 포함하지 않는 장치를 이용한 경우에 비해 상대적으로 고순도의 수소를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1증류탑의 상부 스트림(11) 내에는 수소 기체의 농도는 바람직하게는 85중량% 내지 95중량% 정도일 수 있으며, 예를 들면, 88 내지 91 중량%, 또는 85 내지 95 중량% 정도일 수 있다. 한편, 본 발명에 있어서, 상기 제1증류탑의 하부 스트림 내의 수소 농도는 0.001 내지 0.01 중량% 정도로 매우 낮게 나타나며. 이는, 본 발명의 제1증류탑의 수소 기체 분리 효율이 우수함을 보여준다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1증류탑의 하부 스트림(12) 내의 테트라클로로 실란의 농도는, 바람직하게는, 36중량% 내지 64 중량% 정도일 수 있으며, 예를 들면, 45 내지 60 중량%, 또는 48 내지 57 중량% 정도일 수 있다. 제1증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도가 상기 수치 범위를 만족할 경우, 높은 수소 기체 분리 효율 및 에너지 절약 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
한편, 상기 제1증류탑의 상부 스트림(11)은 후단의 수소 정제 공정(Hydrogen adsorber package)에서 흡착에 의해 실란 불순물을 0.0001 내지 0.001 중량% 정도가 되도록 제거한 후 정도로 제거한 후 CVD 반응기로 회수되어 사용될 수 있다.
한편, 제1증류탑의 하부 스트림(12)은 제2증류탑에 공급된다. 제2증류탑에 공급된 제1증류탑의 하부 스트림(12)은 제2증류탑 내에서 분별증류되어, 상부 스트림(21)으로 염화 수소 기체가 배출되고, 나머지 성분들은 하부 스트림(22)으로 분리기로 공급된다.
한편, 상기 제2증류탑의 상부 스트림 및 하부 스트림의 조성은 CVD 반응기 배기가스의 조성, 분리기의 액체상 스트림의 조성 및/또는 유량, 제2증류탑의 분리 효율 등에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 한편, 제2증류탑의 분리 효율은 제2증류탑의 단수와 제비기 열량(환류비)에 의해 결정될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 있어서, 제2증류탑의 상부 스트림(21)은 염화 수소 기체를 99.2 내지 99.5 중량% 정도의 농도로 포함할 수 있다. 또한, 제2증류탑의 하부 스트림(22)은 예를 들면, 염화 수소 기체를 0.0001 내지 0.02 중량% 정도의 농도로 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 제2증류탑의 하부 스트림(22) 내의 테트라클로로 실란의 농도는, 바람직하게는, 36 중량% 내지 68 중량% 정도일 수 있으며, 예를 들면, 46 내지 68 중량%, 또는 50 내지 58 중량% 정도일 수 있다.
한편, 상기 제2증류탑의 상부 스트림(21)은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 트리클로로 실란 생성 반응기에 원료 기체로 보내질 수 있다. 이 경우, 금속급 실리콘(metallurgical-grade Si)과 상기 제2증류탑의 상부 스트림(21)에서 얻은 염화수소 기체를 반응시켜 트리클로로 실란을 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 제2증류탑의 하부 스트림이 제4증류탑에 공급된다. 공급된 제2증류탑의 하부 스트림은 제4증류탑 내에서 분별 증류되어 상부 스트림(41)은 제3증류탑으로 공급되고, 하부 스트림(42)은 제1증류탑으로 공급된다.
한편, 상기 제4증류탑의 하부 스트림(42)은 테트라클로로 실란을 포함하고 있기 때문에, 이러한 하부 스트림(42)이 제1증류탑에 공급되면, 제1증류탑 내의 테트라클로로 실란의 함량이 증가하면서, 수소 기체 분리 효율이 향상된다.
한편, 제4증류탑의 하부 스트림(42) 내의 테트라클로로 실란 함량은 제4증류탑의 분리효율에 비례할 수 있다. 즉, 제4증류탑의 단수가 높을수록 및/또는 그 분리효율이 높아 제비기에 투입되는 에너지가 많을수록, 제4증류탑의 하부 스트림(42)의 테트라클로로 실란의 함량이 높아질 수 있다. 한편, 제4증류탑의 하부 스트림의 테트라클로로 실란의 함량이 증가하면, 제1증류탑의 하부 스트림의 테트라크로로실란의 함량이 증가하게 되고, 그 결과, 제2증류탑의 하부 스트림의 테트라크로로실란의 함량 역시 증가하게 된다. 따라서, 제4증류탑의 단수나 투입 에너지를 조절함으로써, 전체 장치에서의 테트라클로로 실란의 함량을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 제4증류탑의 하부 스트림(42) 내의 테트라클로로 실란의 농도는 바람직하게는, 42 중량% 내지 63.5중량% 정도일 수 있으며, 예를 들면, 45 내지 60 중량%, 또는 48 내지 55 중량% 정도일 수 있다. 제4증류탑의 하부 스트림(42) 내의 테트라클로로 실란의 농도가 상기 범위를 만족할 경우, 수소 분리 효율 및 에너지 감소 효과가 우수하기 때문이다.
한편, 상기 제4증류탑의 상부 스트림(41)은 실란 성분을 주성분으로 하여 이루어지며, 제3증류탑에 공급된다. 제3증류탑에서 상기 제4증류탑의 상부 스트림(41)은 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물을 포함하는 상부 스트림(31)과 테트라클로로 실란을 포함하는 하부 스트림(32)으로 분리되어 배출된다.
상기 제3증류탑의 상부 스트림(31) 및 하부 스트림(32)의 유량 및 조성은 원료가스인 CVD 반응기 배기 가스 내의 조성에 따라 달라지며, 특별히 한정되지는 않는다.
한편, 상기 제3증류탑의 상부 스트림(31)은 폴리실리콘 제조 공정 단계 중 트리클로로 실란을 정제하는 단계로 보내질 수 있다. 이때, 트리클로로 실란 정제 공정의 원료는 트리클로로 실란 생성 반응기에서 배출되는 스트림과 제3증류탑의 상부 스트림(31)을 합한 것이 된다.
한편, 제3증류탑의 하부 스트림(32)에는 테트라클로로실란과 SNi2HCl5 등의 테트라클로로 실란보다 고비등점의 성분이 포함될 수 있다. 이러한 제3증류탑의 하부 스트림(32)은 상품으로 판매되거나, 테트라클로로 실란 수소화(hydrogenation) 반응기가 포함되어 있는 경우에는 테트라클로로 실란 제조 공정 중에 원료로 보내질 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴 본다.
실험예
1 - 제1증류탑 하부
스트림
내의
테트라클로로
실란의
함량에 따른 수소 분리 효율 측정
아스펜 테크사의 시뮬레이션 프로그램을 이용하여, 도 1과 같은 구조의 분리 장치에서 제1증류탑 하부 스트림(12)의 테트라클로로 실란의 함량 및 제2증류탑 하부 스트림(22)의 테트라클로로 실란의 함량에 따른 제1증류탑의 상부 스트림(11)의 수소분리 효율을 측정하였다. 측정 결과는 [표 1]에 나타내었다.
| 제1증류탑 하부 스트림(12) STC 함량 (중량%) | 제2증류탑 하부 스트림(22) STC 함량 (중량%) |
제1증류탑 상부 스트림(11) 총 유량 (kg/hr) | 제1증류탑 상부 스트림(11) 내 수소 유량 (kg/hr) | 제1증류탑 상부 스트림(11) 내 수소 함량 (중량%) |
|
| 실시예 1 | 36.82 | 36.00 | 1866.3 | 1652.0 | 88.5 |
| 실시예 2 | 38.50 | 38.00 | 1863.6 | 1652.0 | 88.6 |
| 실시예 3 | 41.79 | 41.91 | 1858.2 | 1652.0 | 88.9 |
| 실시예 4 | 45.23 | 46.00 | 1852.4 | 1652.0 | 89.2 |
| 실시예 5 | 48.60 | 50.00 | 1846.6 | 1652.0 | 89.5 |
| 실시예 6 | 51.96 | 54.00 | 1840.7 | 1652.0 | 89.8 |
| 실시예 7 | 55.33 | 58.00 | 1834.5 | 1652.1 | 90.1 |
| 실시예 8 | 58.69 | 62.00 | 1828.2 | 1652.1 | 90.4 |
| 실시예 9 | 60.37 | 64.00 | 1825.0 | 1652.1 | 90.5 |
| 실시예 10 | 63.74 | 68.00 | 1818.3 | 1652.1 | 90.9 |
실험예
2
아스펜 테크사의 시뮬레이션 프로그램을 이용하여, 도 1과 같은 구조의 분리 장치를 이용하여 배기 가스를 분리한 경우(이하, 실시예 11이라 함)와, 도 2와 같은 구조의 분리 장치를 이용하여 배기가스를 분리한 경우(이하, 비교예 1이라 함)의 각 스트림의 유량, 온도 및 조성을 계산하였다.
[표 2]는 실시예 11의 시뮬레이션 결과를 보여주는 표이며, [표 3]은 비교예의 시뮬레이션 결과를 보여주는 표이다.
| CVD 배출가스 | 제1증류탑의 상부 스트림(11) | 제1증류탑의 하부 스트림(12) | 제2증류탑의 상부 스트림(21) | 제2증류탑 하부 스트림(22) | 제3증류탑의 상부 스트림(31) | 제3증류탑의 하부 스트림(32) | 제4증류탑의 상부 스트림(41) | 제4증류탑의 하부 스트림(42) | |
| H2(kg/hr) | 1653.4 | 1652.0 | 1.4 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| HCl(kg/hr) | 488.6 | 36.8 | 451.9 | 381.7 | 5.1 | 1.4 | 0.0 | 1.4 | 0.1 |
| DCS(kg/hr) | 783.5 | 8.3 | 1479.9 | 0.4 | 1494.2 | 774.9 | 0.0 | 774.9 | 704.7 |
| TCS(kg/hr) | 16496.6 | 111.6 | 44238.8 | 4.4 | 44365.8 | 16340.4 | 40.3 | 16380.7 | 27853.8 |
| STC(kg/hr) | 12372.6 | 49.7 | 61056.9 | 2.5 | 61104.8 | 21.2 | 12299.2 | 12320.5 | 48733.9 |
| 온도(℃) | -29.5 | -42.4 | -33.4 | -40.00 | 133.1 | 74.6 | 106.0 | 91.0 | 99.1 |
제2증류탑의 제비기 열량 : 3.5 Gcal/hr
제3증류탑의 제비기 열량 : 3.7 Gcal/hr
제4증류탑의 제비기 열량 : 0.3 Gcal/hr
| CVD 배출가스 | 제1증류탑의 상부 스트림(11) | 제1증류탑의 하부 스트림(12) | 제2증류탑의 상부 스트림(21) | 제2증류탑 하부 스트림(22) | 스트림(22-1) | 스트림(22-2) | 제3증류탑의 상부 스트림(31) | 제3증류탑의 하부 스트림(32) | |
| H2(kg/hr) | 1654.5 | 1652.0 | 2.5 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| HCl(kg/hr) | 543.6 | 1.9 | 545.6 | 417.3 | 4.6 | 3.9 | 0.7 | 0.7 | 0.0 |
| DCS(kg/hr) | 783.5 | 22.0 | 4800.9 | 0.6 | 4800.3 | 4039.4 | 760.9 | 760.9 | 0.0 |
| TCS(kg/hr) | 16496.6 | 151.0 | 103092.0 | 5.2 | 103087.0 | 86746.6 | 16340.4 | 16301.1 | 39.3 |
| STC(kg/hr) | 12372.6 | 31.4 | 77848.4 | 1.8 | 77846.6 | 65507.1 | 12339.5 | 39.3 | 12300.2 |
| 온도(℃) | -29.37 | -42.99 | -37.26 | -40.00 | 128.73 | -43.00 | 128.73 | 115.29 | 149.73 |
제2증류탑의 제비기 열량 : 7.4 Gcal/hr
제3증류탑의 제비기 열량 : 3.8 Gcal/hr
상기 [표 2] 및 [표 3]에 나타난 바와 같이, 제1증류탑 상부 스트림(11)에서 동일한 정도의 수소 함량을 얻는데 사용된 총 에너지량이 비교예의 경우, 11.24Gcal/hr인 반면, 실시예 11은 7.5Gcal/hr임을 알 수 있다. 이는 본 발명과 같이 스트림 일부를 제1증류탑으로 환원시키는 제4증류탑을 구비할 경우, 이를 구비하지 않은 경우에 비해 에너지를 절약할 수 있음을 보여주는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
101: 제 1 증류탑
102: 제 2 증류탑
103: 제 3 증류탑
104: 제 4 증류탑
102: 제 2 증류탑
103: 제 3 증류탑
104: 제 4 증류탑
Claims (11)
- 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출된 배기가스로부터 수소 기체를 분리하기 위한 제1증류탑,
상기 제1증류탑의 하부 스트림으로부터 염화수소 기체를 분리하기 위한 제2증류탑,
상기 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류하기 위한 제4증류탑, 및
상기 제4증류탑의 상부 스트림을 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물 및 테트라클로로 실란으로 분리하기 위한 제3증류탑을 포함하며,
상기 제4증류탑에서 배출되는 하부 스트림이 상기 제1증류탑에 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 분리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제4증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도가 42중량% 내지 63.5 중량%인 배기가스 분리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 36 중량% 내지 64 중량%인 배기가스 분리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 36중량% 내지 68 중량%인 배기가스 분리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1증류탑의 상부 스트림 내의 수소의 농도가 85중량% 내지 95중량%인 배기가스 분리 장치. - 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 배기가스 분리 장치를 이용한 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법.
- 제6항에 있어서,
폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 액화물을 제1증류탑에 공급하는 단계,
상기 제1증류탑에서 상부 스트림으로 수소 기체를 분리하는 단계,
상기 제1증류탑의 하부 스트림을 제2증류탑에 공급하는 단계,
상기 제2증류탑에서 상부 스트림으로 염화 수소 기체를 분리하는 단계,
상기 제2증류탑의 하부 스트림을 제4증류탑에 공급하는 단계,
상기 제4증류탑에서 상기 제2증류탑의 하부 스트림을 분별 증류하여 하부 스트림을 제1증류탑에 공급하고, 상부 스트림을 제3증류탑에 공급하는 단계, 및
상기 제3증류탑에서 상기 제4증류탑의 상부 스트림을 트리클로로 실란과 디클로로 실란의 혼합물 및 테트라클로로 실란으로 분리하는 단계를 포함하는 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제4증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도가 42중량% 내지 63.5 중량%인 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 36 중량% 내지 64 중량%인 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제2증류탑의 하부 스트림 내의 테트라클로로 실란의 농도는 36중량% 내지 68 중량%인 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1증류탑의 상부 스트림 내의 수소의 농도가 85중량% 내지 95중량%인 폴리실리콘 제조용 화학기상증착 반응기로부터 배출되는 배기가스의 분리 방법.
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-
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- 2013-06-18 KR KR1020130069899A patent/KR101556825B1/ko active Active
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