DE112018000045T5 - Innenbauteil, Fließbettreaktor und Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan - Google Patents

Abstract

Um (i) ein neues Innenbauteil, was in der Lage ist zum Beschleunigen einer Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff, (ii) einen Fließbettreaktor, bei dem ein solches Innenbauteil angeordnet ist, und (iii) ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan unter Verwendung eines solchen Fließbettreaktors bereitzustellen, ist ein Innenbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Innenbauteil zur Verwendung in einem Fließbettreaktor, wobei das Innenbauteil wenigstens ein Widerstandselement einschließt mit einer oberen Oberfläche mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Innenbauteil, einen Fließbettreaktor und ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan.
• Stand der Technik
• Fließbettreaktoren werden als eine Vorrichtung verwendet, die eine chemische Reaktion, die durch Verwendung eines Kontakts zwischen einem fluidisierenden Gas und einem Feststoff (typischerweise Pulver) verursacht wird, ermöglichen kann.
• Ein Fließbettreaktor erlaubt typischerweise eine Reaktion, die zwischen einem Gas und einem Feststoff durch das folgende Verfahren stattfinden kann:
1. (i) Ein Gas wird von unterhalb eines Pulvers an einem inneren Bodenabschnitt des Reaktionsgefäßes eingeführt.
2. (ii) Das Pulver wird durch das aufsteigende Gas fluidisiert, um ein Fließbett zu bilden.
3. (iii) Das Pulver und das Gas kommen miteinander in Kontakt in dem Fließbett, so dass eine Reaktion stattfindet.
• Es sind viele verschiedene Fließbettreaktoren berichtet worden, die beabsichtigten, eine Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff zu beschleunigen. Patentveröffentlichungen 1 bis 4 offenbaren beispielsweise jeweils einen Fließbettreaktor zur Verwendung bei der Herstellung von Trichlorsilan. Die obigen Literaturstellen offenbaren Fließbettreaktoren, die, in dem Reaktionsgefäß, verschiedene Bauteile als ein Bauteil (im Folgenden bezeichnet als ein „Innenbauteil“ in der vorliegenden Beschreibung) einschließen, das konfiguriert ist, um eine Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff zu beschleunigen.
• Die entsprechenden Fließbettreaktoren, die in Patentveröffentlichungen 1 und 2 offenbart werden, schließen jeweils in dem Reaktionsgefäß ein Innenbauteil ein, das ein Gasströmungssteuerungsbauteil und eine Wärmetransferröhre einschließt, die in einer solchen Art und Weise angeordnet ist, um das Gasströmungssteuerungsbauteil zu umgeben. Das Innenbauteil erlaubt es einem zylindrischen Element, in dem Fließbett vorhanden zu sein, um den Gasfluss für eine beschleunigte Reaktion zu stören.
• Der Fließbettreaktor, der in der Patentveröffentlichung 3 offenbart wird, schließt ein Innenbauteil ein, das, in der Nähe der Gasauswurfauslässe an einem unteren Bereich des Reaktionsgefäßes, eine Vielzahl von ausgehöhlten Stücken und eine Vielzahl von Pellets, die zwischen den ausgehöhlten Stücken eingefügt sind, einschließt, welche ausgehöhlten Stücke und Pellets in einen gemischten Zustand gestapelt sind. Der Fließbettreaktor, der in der Patentveröffentlichung 4 offenbart wird, schließt ein Innenbauteil ein, einschließend eine Vielzahl von ballförmigen Gasdiffusionsbauteilen in der Nähe von Gasauswurfauslässen an einem unteren Bereich des Reaktionsgefäßes. Die entsprechenden Innenbauteile, die in Patentveröffentlichungen 3 und 4 offenbart werden, sind jeweils in der Nähe von Gasauswurfauslässen angeordnet, um so ein Gas, das von den Gasauswurfauslässen geliefert wird, zu diffundieren.
• Zitierstellen
• [Patentliteratur]
• [Patentliteratur 1] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung, Tokukai, Nr. 2009-120467
• [Patentliteratur 2] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung, Tokukai, Nr. 2010-189256
• [Patentliteratur 3] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung, Tokukai, Nr. 2009-120473
• [Patentliteratur 4] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung, Tokukai, Nr. 2010-184846
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technische Aufgabe
• Die obigen herkömmlichen Techniken beschleunigen unglücklicherweise nicht in ausreichendem Maße eine Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff in einem Fließbett innerhalb des Fließbettreaktors und lassen Raum für Verbesserung. Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung sorgfältige Forschung durchgeführt und in einmaliger Weise gefunden, dass die Effizienz eines Abgebens einer Feststoffkomponente von dem Fließbettreaktor für ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan ebenfalls wichtig ist. Die in Patentveröffentlichung 3 offenbarte Technik belässt Pulver als eine Feststoffkomponente, damit diese einfach auf der oberen Oberfläche des Stapels abgeschieden werden kann. Das Innenbauteil, das in Patentveröffentlichung 4 offenbart wird, das ballförmige Bauteile einschließt, belässt Pulver als eine Feststoffkomponente, damit sie leicht auf einem oberen Bereich jedes Balls abgeschieden werden kann. Mit anderen Worten, die in Patentveröffentlichungen 3 und 4 offenbarten entsprechenden Techniken belassen jeweils eine Feststoffkomponente auf dem Innenbauteil während der Reaktion oder wenn eine Feststoffkomponente nach der Reaktion abzugeben ist.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit angesichts der obigen Probleme erreicht worden. Es ist somit eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, (i) ein neues Innenbauteil bereitzustellen, das in der Lage ist von (1) und (2) unten, (ii) einen Fließbettreaktor bereitzustellen, in welchem ein solches Innenbauteil angeordnet ist, und (iii) ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan unter Verwendung eines solchen Fließbettreaktors bereitzustellen.
1. (1) Beschleunigen einer Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff; und
2. (2) Reduzieren einer Abscheidung einer Feststoffkomponente.
• Lösung der Aufgabe
• Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine sorgfältige Forschung durchgeführt, um die obige Aufgabe zu erfüllen und haben dadurch gefunden, dass die obige Aufgabe durch Verwendung eines Innenbauteils zur Verwendung in einem Fließbettreaktor, welches Innenbauteil ein Widerstandselement mit einer oberen Oberfläche mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich einschließt, gelöst werden kann. Die Erfinder haben die vorliegende Erfindung als ein Ergebnis vervollständigt.
• Ein Innenbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Innenbauteil zur Verwendung in einem Fließbettreaktor, wobei das Innenbauteil wenigstens ein Widerstandselement mit einer oberen Oberfläche mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich einschließt.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschleunigt vorteilhafterweise eine Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff in einem Fließbettreaktor und erlaubt es einer festen Komponente, effizient aus einem Fließbettreaktor abgegeben zu werden.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Innenbauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• (a) bis (c) von 2 sind jeweils ein Diagramm, das ein Widerstandselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, horizontal betrachtet, veranschaulicht, (d) und (e) von 2 sind jeweils eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• (a) bis (c) von 3 sind jeweils eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. (d) und (f) von 3 sind jeweils ein Diagramm, das ein Widerstandselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, horizontal betrachtet, veranschaulicht. (e) von 3 ist ein Diagramm, das eine Projektion, erzeugt durch Bestrahlung des Widerstandselements in (d) von 3 mit licht von oberhalb in der vertikalen Richtung veranschaulicht. (g) von 3 ist ein Diagramm, das eine Projektion veranschaulicht, die durch Bestrahlen des Widerstandselements in (f) von 3 mit Licht von oberhalb in der vertikalen Richtung produziert wird.
• 4 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Fließbettreaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, horizontal betrachtet, veranschaulicht.
• 5 ist ein Graph der Umsetzungsrate von Tetrachlorsilan in Trichlorsilan.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Die folgende Beschreibung wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutieren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsform begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die unten beschriebenen Anordnungen begrenzt, sondern kann in vielfacher Weise von einem Fachmann auf dem Gebiet innerhalb des Umfangs der Ansprüche geändert werden. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung deckt in ihrem technischen Umfang jede Ausführungsform ab, die auf einer geeigneten Kombination von technischen Mitteln, die in unterschiedlichen Ausführungsformen offenbart werden, basiert ist. Alle die in der vorliegenden Beschreibung genannten Patentdokumente sind hierin durch Bezugnahme eingeschlossen. Jeder numerische Bereich, der als „A bis B“ in der vorliegenden Beschreibung ausgedrückt ist, bedeutet nicht weniger als A und nicht mehr als B, sofern es nicht anderweitig spezifiziert ist.
• [Innenbauteil]
• Ein Innenbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Innenbauteil zur Verwendung in einem Fließbettreaktor, wobei das Innenbauteil wenigstens ein Widerstandselement mit einer oberen Oberfläche mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich einschließt. Die vorliegende Beschreibung kann den einfachen Begriff „vorliegendes Innenbauteil“ verwenden, um sich auf ein „Innenbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung“ zu beziehen. Die vorliegende Beschreibung kann ebenfalls den einfachen Begriff „Reaktor“ verwenden, um sich auf einen „Fließbettreaktor“ zu beziehen.
• Das vorliegende Innenbauteil, das wie oben konfiguriert ist, weist die folgenden Vorteile auf: (1) Blasen eines Gases, das zur Umsetzung geliefert wird, kommen mit dem wenigstens einen Widerstandselement des Innenbauteils in Kontakt und werden dispergiert, um kleiner zu sein (d.h., die Blasen werden feiner). Dies erlaubt es dem Gas und dem Feststoff, miteinander über eine größere Fläche in Kontakt zu kommen, wodurch eine gewünschte Reaktion innerhalb des Reaktors, in dem das vorliegende Innenbauteil angeordnet ist, beschleunigt wird. (2) Das wenigstens eine Widerstandselement, das eine konische oder pyramidale Form aufweist, reduziert die Menge an Pulver, die nach dem Hinunterfallen von oberhalb des Innenbauteils in der vertikalen Richtung während der Reaktion verbleibt. Dies erlaubt es dem Pulver, glatt innerhalb des Reaktors, in dem das vorliegende Innenbauteil angeordnet ist, zu strömen. (3) Das wenigstens eine Widerstandselement, das eine konische oder pyramidale Form aufweist, kann, wenn Pulver aus dem Reaktor, in dem das vorliegende Innenbauteil angeordnet ist, abzugeben ist, Pulver davon abhalten, innerhalb des Reaktors zu verbleiben, insbesondere auf der oberen Oberfläche des wenigstens einen Widerstandselements des Innenbauteils.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Innenbauteils 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 veranschaulicht ist, schließt das Innenbauteil 10 (i) Widerstandselemente 11 ein, jeweils geformt, um eine obere Oberfläche mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich aufzuweisen, und (ii) einen Träger 12 zum Tragen der Widerstandselemente 11.
• < 1 - 1. Widerstandselemente 11>
• Die folgende Beschreibung wird die Widerstandselemente 11 in Bezug auf 2 diskutieren. (a) bis (c) von 2 sind jeweils ein Diagramm, das ein Widerstandselement 11, horizontal betrachtet, veranschaulicht. (d) und (e) von 2 sind jeweils eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselements 11. Wie in (a) von 2 veranschaulicht, weist jedes Widerstandselement 11 eine obere Oberfläche 13 und eine untere Oberfläche 14 auf.
• Der Begriff „obere Oberfläche 13“ eines Widerstandselements 11, wie hierin verwendet, ist beabsichtigt, um sich (i) auf den Bereich des Widerstandselements 11 zu beziehen, der sichtbar ist, wenn das Widerstandselement 11 von oberhalb in der vertikalen Richtung betrachtet wird, und (ii) auf den Bereich des Widerstandselements 11, der sichtbar ist, wenn das Widerstandselement 11 horizontal betrachtet wird. Der Begriff „untere Oberfläche 14“ eines Widerstandselements 11 ist beabsichtigt, um sich auf den Bereich des Widerstandselements 11 zu beziehen, der der andere ist als die obere Oberfläche 13. In jeder von (a) bis (e) von 2 bezeichnet die Bodenlinie die untere Oberfläche 14, wohingegen jede Linie oberhalb der Bodenlinie die obere Oberfläche 13 bezeichnet.
• Jedes Widerstandselement 11 ist geformt, um eine obere Oberfläche 13 mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich aufzuweisen. Der Ausdruck „geformt, um eine obere Oberfläche 13 mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich 13 aufzuweisen“ kann umformuliert werden als die obere Oberfläche 13 mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich. Der konische oder pyramidenförmige Bereich bezieht sich auf einen Oberflächenbereich, der (i) sich von unten nach oben in der vertikalen Richtung zu einem Punkt auf einer vertikalen Linie, die sich durch den Scheitelpunkt des Widerstandselements 11 erstreckt, verjüngt, und der (ii) eine gerade Linie einschließt, die die vertikale Linie in einem Winkel von nicht mehr als 90° quert. Der Scheitelpunkt eines Widerstandselements 11 ist beabsichtigt, um sich auf einen Punkt des Widerstandselements 11 zu beziehen, welcher Punkt an einer vertikal höchsten Position liegt. Die vorliegende Beschreibung kann den Begriff „konische oder pyramidenförmige Oberfläche 13a“ oder „konische oder pyramidenförmige Seitenwand“ verwenden, um sich auf einen konischen oder pyramidenförmigen Bereich der oberen Oberfläche 13 zu beziehen.
• Das Wort „konisch oder pyramidenförmig“ kann umformuliert werden als „geschossförmig“. In einem Fall, wo das Wort „konisch oder pyramidenförmig“ als „geschossförmig“ umformuliert worden ist, sind die Begriffe „geschossförmige Oberfläche“ und „geschossförmige Seitenwand“ beabsichtigt, um sich auf die gleichen Dinge wie die Begriffe „konische oder pyramidenförmige Oberfläche“ und „konische oder pyramidenförmige Seitenwand“ zu beziehen.
• Die obere Oberfläche 13 eines Widerstandselements 11 kann eine mittlere gerade Oberfläche 13b zusätzlich zu einer konischen oder pyramidenförmigen Oberfläche 13a aufweisen. Der Begriff „mittlere gerade Oberfläche 13b“ bezieht sich auf einen Oberflächenbereich, der parallel zu der vertikalen Richtung ist. Wie in (b) und (c) von 2 veranschaulicht, kann ein Widerstandselement 11 eine Kombination einer konischen oder pyramidenförmigen Oberfläche 13a und einer mittleren geraden Oberfläche 13b aufweisen.
• Beispiele der Form eines Widerstandselements 11 schließen solche ein, die in 2 veranschaulicht sind, nämlich die Form eines Kegels oder einer Pyramide wie in (a), die Form einer invertierten Spitze wie in (b) und eine abgestufte Form wie in (c). Die Form eines Widerstandselements 11 ist jedoch nicht auf solche Formen begrenzt. Ein Widerstandselement 11 kann eine Form aufweisen, die solche kombiniert, die in (a) bis (c) von 2 veranschaulicht sind. Ein Widerstandselement 11 kann beispielsweise geformt sein, um, betrachtet in einer einzelnen Richtung, (i) einen Bereich mit der Form eines Kegels und (ii) einen Bereich mit der Form einer invertierten Spitze aufzuweisen. Ein Widerstandselement 11 kann alternativ geformt sein, um (i) die Form eines Kegels, wenn betrachtet in einer Richtung, und (ii) die Form einer invertierten Spitze, wie betrachtet in einer anderen Richtung, aufzuweisen.
• Die in (a) bis (c) von 2 veranschaulichten Formen weisen jeweils Links-Rechts-Symmetrie in Bezug auf eine senkrechte Linie auf, die sich durch den Scheitelpunkt des Widerstandselements 11 erstreckt. Die Form eines Widerstandselements 11 ist jedoch nicht auf solche Formen begrenzt. Ferner kann ein Widerstandselement 11 (i) eine kreisförmige Bodenfläche wie für den kreisförmigen Kegel, der in (d) von 2 veranschaulicht ist, aufweisen, oder (ii) eine dreieckige Bodenfläche wie die dreieckige Pyramide, die in (e) von 2 veranschaulicht ist Die Form der Bodenfläche eines Widerstandselements 11 ist nicht auf solche Formen begrenzt und kann beispielsweise eine Ellipse, ein Viereck oder ein Polygon sein. Der Begriff „Bodenfläche“ eines Widerstandselements 11 bezieht sich auf eine Oberfläche desselben, die durch eine Projektion dargestellt ist, die durch Bestrahlen des Widerstandselements 11 mit Licht von oben in der vertikalen Richtung erzeugt wird.
• Die Widerstandselemente 11 weisen jeweils bevorzugt die Form eines Kegels auf, insbesondere eines kreisförmigen Kegels, um es zu erlauben, dass die Blasen fein werden.
• Die Widerstandselemente 11 können jeweils eine untere Oberfläche 14 in irgendeiner Form aufweisen. Die untere Oberfläche 14 kann flach sein oder eine Vertiefung aufweisen.
• Die Widerstandselemente 11 weisen jeweils bevorzugt ein Loch auf, das sich durch die untere Oberfläche 14 und die obere Oberfläche 13 erstreckt. Die Widerstandselemente 11 können jeweils ein solches Loch an irgendeiner Position aufweisen. Ein Widerstandselement 11 kann ein Loch an seinem Scheitelpunkt aufweisen. In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils ein Loch aufweisen, das sich durch die untere Oberfläche 14 und die obere Oberfläche 13 erstreckt, beschleunigt ein Anordnen in einem Reaktor eines Innenbauteils 10, einschließend solche Widerstandselemente, in vorteilhafter Weise ferner eine Reaktion innerhalb des Reaktors. Dies ist aufgrund des folgenden Mechanismus gegeben: Blasen, hergestellt aus Gas, das in den Reaktor eingeführt wird, gelangen durch die Löcher, um kleiner zu sein (in anderen Worten feiner). Dies erlaubt es dem Gas und dem Feststoff, miteinander über eine noch größere Fläche in Kontakt zu kommen.
• Ein Widerstandselement 11 kann irgendeine Anzahl von Löchern aufweisen. Die Anzahl an Löchern ist jedoch bevorzugt nicht weniger als eines, bevorzugter nicht weniger als zwei, noch bevorzugter nicht weniger als vier, insbesondere bevorzugt nicht weniger als sechs, damit die Blasen fein werden. In einem Fall, wo ein Widerstandselement zwei oder mehr Löcher aufweist, ist die Anordnung dieser Löcher nicht besonders begrenzt. Die Löcher werden jedoch bevorzugt in gleichen Abständen angeordnet, damit die Blasen fein werden.
• Ein Widerstandselement 11 kann ein Loch in irgendeiner Form aufweisen. Beispielhafte Formen schließen ein Viereck, ein Rhombus, ein Polygon, einen Kreis und eine Ellipse ein. Das Loch in einem Widerstandselement 11 weist bevorzugt eine kreisförmige Form auf unter Berücksichtigung der Einfachheit der Verarbeitung.
• Die folgende Beschreibung wird ein Beispiel eines Widerstandselements 11 mit Löchern in Bezug auf (a) und (b) von 3 diskutieren. (a) und (b) von 3 sind jeweils eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselements 11. Diese Widerstandselemente 11 weisen jeweils eine untere Oberfläche 14 mit einer Vertiefung und Löcher auf, die sich durch die untere Oberfläche 14 und die obere Oberfläche 13 erstrecken.
• Das Widerstandselement 11, das in (a) von 3 veranschaulicht ist, weist viereckige Löcher an einem Bereich auf, der im Wesentlichen in der Mitte des Widerstandselements 11 in der vertikalen Richtung positioniert ist. Das Widerstandselement 11, das in (a) von 3 veranschaulicht ist, weist insgesamt sechs Löcher auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die sechs Löcher sind an einem einzigen horizontalen Querschnitt vorhanden.
• Das in (b) von 3 veranschaulichte Widerstandselement 11 weist ein kreisförmiges Loch an dem Scheitelpunkt desselben auf, und andere kreisförmige Löcher an einem Bereich, der im Wesentlichen in der Mitte des Widerstandselements 11 in der vertikalen Richtung positioniert ist. Das Widerstandselement 11 weist, an einem Bereich, der im Wesentlichen in der Mitte des Widerstandselements 11 in der vertikalen Richtung positioniert ist, sechs Löcher auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Drei der sechs Löcher sind auf einem einzelnen horizontalen Querschnitt vorhanden, während die anderen drei an einem anderen einzelnen horizontalen Querschnitt vorhanden sind. (a) und (b) von 3 zeigen jeweils der Einfachheit halber lediglich drei der sechs Löcher, die an einem Bereich vorhanden sind, der im Wesentlichen in der Mitte des Widerstandselements 11 in der vertikalen Richtung positioniert ist.
• (c) von 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselements 11. Wie in (c) von 3 veranschaulicht, weist das Widerstandselement 11 einen Winkel θ auf, der durch (i) eine vertikale Linie p gebildet ist, die sich durch den Scheitelpunkt des Widerstandselements 11 erstreckt, und (ii) eine gerade Linie s, die in der konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand eingeschlossen ist. Die vorliegende Beschreibung kann sich bezüglich des Winkels θ auf einen „Neigungswinkel θ“ beziehen. Das Widerstandselement 11, das in (c) von 3 veranschaulicht ist, weist einen Neigungswinkel θ von 45° als den Neigungswinkel θ der konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand der oberen Oberfläche 13 auf. Ein Widerstandselement 11 kann bevorzugt eine obere Oberfläche 13 mit einer konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand aufweisen, dessen Neigungswinkel θ nicht mehr als 45°, bevorzugter nicht mehr als 40°, noch bevorzugter nicht mehr als 35°, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 30° ist, in Bezug auf eine vertikale Linie p, die sich durch den Scheitelpunkt des Widerstandselements 11 erstreckt. Der Neigungswinkel θ einer konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand der oberen Oberfläche 131 kann irgendeine untere Grenze aufweisen. Die untere Grenze kann nicht weniger als 10° sein.
• In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils eine obere Oberfläche 13 mit einer konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand aufweisen, deren Neigungswinkel θ nicht mehr als 45° in Bezug auf eine vertikale Linie p ist, die sich durch den Scheitelpunkt des Widerstandselements 11, wie oben beschrieben, erstreckt, erlaubt es das Innenbauteil 10 in vorteilhafter Weise dem Pulver, glatt zu strömen. Dies beruht auf dem folgenden Mechanismus: Die obige Konfiguration reduziert weiter eine Abscheidung eines Feststoffs (Pulver) auf den entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11, wodurch Pulver reduziert wird, das von oben in der vertikalen Richtung auf das Innenbauteil 10 gefallen ist und das in der Nähe der entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11 verbleibt. In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils eine obere Oberfläche 13 mit einer konischen oder pyramidenförmigen Seitenwand aufweisen, dessen Neigungswinkel θ nicht mehr als 45° in Bezug auf eine vertikale Linie p ist, die sich durch den Scheitelpunkt des Widerstandselements 11 erstreckt, kann ferner eine noch kleinere Menge eines Feststoffs (Pulver) auf den entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11 abgeschieden werden. Dies erlaubt es dem Pulver, leicht aus dem Festbettreaktor entnommen zu werden. In einem Fall, wo ein Reaktor, bei dem ein Innenbauteil 10 einschließend die Widerstandselemente 11 angeordnet ist, für ein Verfahren verwendet wird, das später zum Herstellen von Trichlorsilan beschrieben wird, ist das Pulver ein Metallsilizium.
• Unter der Annahme, dass jedes Widerstandselement 11 einen horizontalen äußeren Durchmesser aufweist, der durch X₁ dargestellt ist, und eine Höhe, die durch X₂ dargestellt ist, wie veranschaulicht in (c) von 3, und dass ein Fließbettreaktor 100 einen horizontalen inneren Durchmesser aufweist, dargestellt durch Y₁, wie veranschaulicht in 4, auf die später Bezug genommen wird, weist das Widerstandselement 11 bevorzugt eine Größe auf, die entweder (1) oder (2) unten erfüllt, insbesondere sowohl (1) als (2) unten: (1) 0,05 ≤ X₁/Y₁ ≤ 0,25, wobei X₁ den horizontalen äußeren Durchmesser X₁ jedes Widerstandselements 11 darstellt und Y₁ den horizontalen inneren Durchmesser des Fließbettreaktors darstellt, in dem ein Innenbauteil 10 einschließend die Widerstandselemente 11 angeordnet ist. (2) 0,5 ≤ X₂/X₁ ≤ 5, wobei X₂ die Höhe jedes Widerstandselements darstellt und X₁ den äußeren Durchmesser des Widerstandselements darstellt.
• Die Widerstandselemente 11 weisen jeweils bevorzugter eine Größe auf, die 0,05 ≤ X₁/Y₁ ≤ 0,20 erfüllt, noch bevorzugter 0,05 ≤ X₁/Y₁ ≤ 0,15, besonders bevorzugt 0,05 ≤ X₁/Y₁ ≤ 0,10. Ferner weisen die Widerstandselemente 11 jeweils noch bevorzugter eine Größe auf, die 0,5 ≤ X₂/X₁ ≤ 3, noch bevorzugter 0,5 ≤ X₂/X₁ ≤ 2, besonders bevorzugt 0,5 ≤ X₂/X₁ ≤ 1 erfüllt.
• In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils eine Größe aufweisen, die (1) oben erfüllt, erlaubt ein Reaktor, in dem ein Innenbauteil 10 einschließend die Widerstandselemente 11 angeordnet ist, in vorteilhafter Weise eine Reduktion des Verschlackens eines Fließbetts innerhalb des Reaktors und beschleunigt eine gewünschte Reaktion innerhalb des Reaktors. In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils eine Größe aufweisen, die (2) oben erfüllt, erlaubt ein Reaktor, in dem ein Innenbauteil 10 einschließend die Widerstandselemente 11 angeordnet ist, in vorteilhafter Weise einen glatteren Fluss eines Fließbetts innerhalb des Reaktors und beschleunigt eine gewünschte Reaktion innerhalb des Reaktors. Ob eine Verschlackung stattgefunden hat, kann auf der Basis eines technischen Wissens eines Fachmanns auf dem Gebiet unter Verwendung der Verschlackungsdeterminierungsformel von Keairns und anderen bestimmt werden.
• (d) von 3 ist ein Diagramm, das ein Widerstandselement 11, horizontal betrachtet, veranschaulicht (e) von 3 ist ein Diagramm, das eine Projektion veranschaulicht, erzeugt durch Bestrahlung des Widerstandselements 11 in (d) von 3 mit Licht von oberhalb in der vertikalen Richtung, (f) von 3 ist ein Diagramm, das ein Widerstandselement 11, horizontal betrachtet, veranschaulicht (g) von 3 ist ein Diagramm, das eine Projektion veranschaulicht, erzeugt durch Bestrahlung des Widerstandselements 11 in (f) von 3 mit Licht von oberhalb in der vertikalen Richtung.
• Wie in (d) und (f) von 3 veranschaulicht, kann ein Widerstandselement 11 eine obere Oberfläche 13 mit einer anderen horizontalen Oberfläche 13c als eine konische oder pyramidenförmige Oberfläche 13a oder eine mittlere gerade Oberfläche 13b aufweisen. Der Begriff „horizontale Oberfläche 13c“ bezieht sich auf einen Bereich der oberen Oberfläche 13, welcher Bereich senkrecht zu der vertikalen Richtung ist Wie in (d) und (f) von 3 veranschaulicht, kann ein Widerstandselement 11 eine Kombination einer konischen oder pyramidenförmigen Oberfläche 13a und einer horizontalen Oberfläche 13c aufweisen. Wie in (d) und (f) von 3 veranschaulicht, kann die obere Oberfläche 13 eines Widerstandselements 11 eine horizontale Oberfläche 13c als die vertikal höchste Oberfläche des Widerstandselements 11 aufweisen.
• Wie in (e) und (g) von 3 veranschaulicht, bezeichnet S1 die Fläche einer Projektion, die durch Bestrahlen eines Widerstandselements 11 mit Licht von oberhalb in der vertikalen Richtung erzeugt wird. Ferner bezeichnet S2 die Fläche irgendeines Bereichs der oberen Oberfläche 13 eines Widerstandselements 11, welcher Bereich einen Neigungswinkel θ von mehr als 45° aufweist, wie veranschaulicht in (d) und (f) von 3. S1 deckt S2 ab. Ein Widerstandselement 11 weist bevorzugt einen Wert für S2/S1 (d.h. das Verhältnis von S2 zu S1) von so klein wie möglich auf. Spezifischerweise ist bevorzugt S2/S1 kleiner als 0,5, noch bevorzugter kleiner als 0,3, noch bevorzugter kleiner als 0,2, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 0,1.
• Das in (f) von 3 veranschaulichte Widerstandselement 11 weist eine untere Oberfläche 14 mit einer Vertiefung und einer horizontalen Oberfläche 13C mit einer Öffnung, die sich durch die untere Oberfläche 14 und die obere Oberfläche 13 erstreckt, auf. In einem Fall, wo ein Bereich der oberen Oberfläche 13, welcher Bereich einen Neigungswinkel θ von mehr als 45° aufweist, ein Loch wie (f) von 3 veranschaulicht aufweist, bezeichnet S2 irgendeinen Bereich der oberen Oberfläche 13 außer die Öffnung.
• In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils einen Wert von S2/S1 von weniger als 0,5 aufweisen, erlaubt es das Innenbauteil 10 in vorteilhafter Weise Pulver, glatt zu strömen. Dies beruht auf dem folgenden Mechanismus: Die obige Konfiguration vermindert ferner eine Abscheidung eines Feststoffs (Pulver) auf den entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11, wodurch Pulver reduziert wird, das von oben in der vertikalen Richtung des Innenbauteils 10 gefallen ist und das in der Nähe der entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11 verbleibt Ferner, im Falle, wo die Widerstandselemente 11 jeweils einen Wert von S2/S1 von weniger als 0,5 aufweisen, wird eine noch kleinere Menge eines Feststoffs (Pulver) auf den entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11 abgeschieden. Dies erlaubt es dem Pulver, leicht aus dem Fließbettreaktor entnommen zu werden.
• Das in 1 veranschaulichte Innenbauteil 10 ist so konfiguriert, dass Widerstandselemente 11 auf einer Vielzahl von horizontalen Querschnitten vorhanden sind, und dass eine Vielzahl von Widerstandselementen 11 auf jedem horizontalen Querschnitt vorhanden sind. Die vorliegende Beschreibung verwendet den Begriff „Widerstandselementgruppe“ um sich auf eine Vielzahl von Widerstandselementen zu beziehen, die auf dem gleichen horizontalen Querschnitt vorhanden sind. Das Innenbauteil 10, das in 1 veranschaulicht ist, schließt eine Vielzahl (spezifischerweise sieben) Widerstandselementgruppen 11a ein, jeweils bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11, die auf dem gleichen horizontalen Querschnitt vorhanden sind. Die Zeichnung zeigt in grau solche Widerstandselemente 11, die eine der Widerstandselementgruppen 11a ausbilden, und eine gepunktete Linie, die die Widerstandselemente 11 umgibt. Die Anzahl an Widerstandselementen 11, die in dem Innenbauteil 10 eingeschlossen sind, ist jedoch nicht auf irgendeine bestimmte Anzahl begrenzt. Das Innenbauteil 10 schließt Widerstandselemente 11 bevorzugt auf jedem der zwei oder mehr horizontalen Querschnitte ein, bevorzugter auf jedem von drei oder mehr horizontalen Querschnitten, noch bevorzugter auf jedem von vier oder mehr horizontalen Querschnitten, insbesondere bevorzugt auf jedem von fünf oder mehr horizontalen Querschnitten, damit Blasen fein werden. Das Innenbauteil 10 schließt, auf jedem horizontalen Querschnitt, bevorzugt zwei oder mehr Widerstandselemente 11, bevorzugter 10 oder mehr Widerstandselemente 11, noch bevorzugter 20 oder mehr Widerstandselemente 11, besonders bevorzugt 30 oder mehr Widerstandselemente 11 ein, damit die Blasen fein werden. Das Innenbauteil 10 schließt, auf jedem horizontalen Querschnitt, bevorzugt zwei oder mehr Widerstandselementgruppen 11a jeweils bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11, bevorzugter drei oder mehr solcher Widerstandselementgruppen 11a, noch bevorzugter vier oder mehr solcher Widerstandselementgruppen 11a, besonders bevorzugt fünf oder mehr solcher Widerstandselementgruppen 11a ein, damit die Blasen fein werden.
• In einem Fall, wo das Innenbauteil 10 Widerstandselemente 11 auf jedem einer Vielzahl von horizontalen Querschnitten einschließt und/oder, auf dem gleichen horizontalen Querschnitt, eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 einschließt, wie oben beschrieben, genießt ein Reaktor, der das Innenbauteil 10 einschließt, den Nutzen von Widerstandselementen 11 an verschiedenen Positionen eines Fließbetts in der horizontalen und/oder Höhenrichtung. Ein solcher Reaktor genießt mit anderen Worten den Nutzen einer vergrößerten Kontaktfläche zwischen einem Gas und einem Feststoff an verschiedenen Positionen eines Fließbetts in der horizontalen und/oder Höhenrichtung. Dies beschleunigt in vorteilhafter Weise eine gewünschte Reaktion innerhalb des Reaktors.
• In einem Fall, wo das Innenbauteil 10 eine Vielzahl von Widerstandselementen 11 auf einer Vielzahl von horizontalen Querschnitten einschließt, sind solche Widerstandselemente 11 relativ zueinander wie folgt positioniert: Annehmend ein Innenbauteil 10, das ein Widerstandselement a1 auf einem ersten horizontalen Querschnitt und ein Widerstandselement b1 auf einem zweiten horizontalen Querschnitt, der vertikal benachbart zu dem ersten horizontalen Querschnitt ist, einschließt, weisen die Widerstandselemente a1 und b1 entsprechende vertikale Mittellinien auf, die miteinander zusammenfallen können oder nicht. Die Mittellinien fallen jedoch bevorzugt nicht miteinander zusammen, damit die Blasen feiner werden.
• In einem Fall, wo das Innenbauteil 10 auf dem gleichen horizontalen Querschnitt eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 einschließt, sind die individuellen Widerstandselemente 11, die die Widerstandselementgruppe 11a ausbilden, bevorzugt voneinander in einem vorgegebenen Abstand beabstandet Der vorgegebene Abstand kann beeinflussen, ob ein Verschlacken eines Fließbetts innerhalb eines Reaktors einschließend das Innenbauteil 10 stattfindet. Der vorgegebene Abstand kann somit in geeigneter Weise ausgewählt werden, um ein Verschlacken eines Fließbetts zu verhindern.
• In einem Fall, wo das Innenbauteil 10 Widerstandselemente 11 auf einer Vielzahl von horizontalen Querschnitten einschließt und, auf jedem horizontalen Querschnitt, wenigstens eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 einschließt, kann die Anzahl an Widerstandselementen 11 auf jedem horizontalen Querschnitt gleich oder verschieden sein zwischen den einzelnen horizontalen Querschnitten. Die Anzahl an Widerstandselementen 11 kann in geeigneter Weise unter Berücksichtigung von, beispielsweise (i) einer Verursachung, dass Blasen fein werden, (ii) einer Verhinderung einer Verschlackung und (iii) der Anordnung von anderen Elementen als dem Innenbauteil, die in dem Reaktor eingeschlossen sind, ausgewählt werden.
• Das Material der Widerstandselemente 11 ist nicht auf irgendein bestimmtes begrenzt. Das Material widersteht jedoch bevorzugt (i) verschiedenen Bedingungen (beispielsweise Temperatur und Druck) zur Reaktion innerhalb des Reaktors, (ii) chemischer Reaktion und (iii) Abnutzung, die durch Pulver verursacht wird. Beispiele des Materials der Widerstandselemente 11 schließen Nickel, eine Legierung auf Nickelbasis (wie Incoloy und Inconell) und rostfreien Stahl ein. Das Material ist bevorzugt rostfreier Stahl aufgrund der Kosten.
• < 1 - 2. Träger 12 >
• Der Träger 12 ist nicht auf irgendeine bestimmte Konfiguration begrenzt, solange der Träger zum Halten der Widerstandselemente 11 in der Lage ist Der Träger 12 kann beispielsweise (i) in Kontakt mit den entsprechenden oberen Oberflächen 13 der Widerstandselemente 11 sein, um die Widerstandselemente 11 wie in 1 veranschaulicht zu halten, (ii) sich durch die Widerstandselemente 11 erstrecken, um die Widerstandselemente 11 zu halten, oder (iii) solche Konfigurationen, wie sie in 1 veranschaulicht sind, kombinieren.
• Die Form des Trägers 12 ist nicht auf irgendeine bestimmte begrenzt, solange der Träger 12 zum Halten der Widerstandselemente 11 in der Lage ist Der Träger 12 kann in der Form von, beispielsweise, einer Platte, eines Prismas oder einer zylindrischen Säule, wie in 1 veranschaulicht, sein. Der Träger 12 kann alternativ eine Kombination von unterschiedlichen Elementen mit verschiedenen Formen, die oben erwähnt werden, sein. In einem Fall, wo der Träger 12 in der Form von, beispielsweise, einem Prisma oder einer zylindrischen Säule ist, kann der Träger 12 hohl sein. Der Träger 12 ist bevorzugt geformt, um eine schmale horizontale Querschnittsfläche aufzuweisen, um einen glatten Fluss eines Fließbetts innerhalb des Reaktors zu erlauben. Der Träger 12 weist somit bevorzugt eine Plattenform mit einer Oberfläche parallel zu der vertikalen Richtung auf.
• Das Material des Trägers 12 ist nicht auf irgendein bestimmtes begrenzt. Das Material widersteht jedoch bevorzugt (i) unterschiedlichen Bedingungen (beispielsweise Temperatur und Druck) zur Reaktion innerhalb des Reaktors, (ii) chemischer Reaktion und (iii) Abnutzung, die durch Pulver verursacht wird. Beispiele des Materials der Widerstandselemente 11 schließen Nickel, eine Legierung auf Nickelbasis (wie Incoloy und Inconel) und rostfreien Stahl ein. Das Material ist bevorzugt rostfreier Stahl aufgrund der Kosten.
• [Fließbettreaktor]
• 4 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Fließbettreaktors 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, horizontal betrachtet, veranschaulicht. Die vorliegende Beschreibung kann sich auf einen „Fließbettreaktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung“ in einfacher Weise als der „vorliegende Reaktor“ beziehen.
• Der Fließbettreaktor 100 schließt (i) ein Reaktionsgefäß 20, (ii) einen Pulverversorgungsabschnitt 30 zum Versorgen eines Feststoffs (Pulver) an das Reaktionsgefäß 20, (iii) einen Gaseinführungsabschnitt 40 zum Einführen eines Gases, das mit dem Pulver umzusetzen ist, und (iv) einen Gassammelabschnitt 50 zum Sammeln eines Gases als ein Reaktionsprodukt, das durch die obige Reaktion erzeugt wird, ein.
• Das Reaktionsgefäß 20 enthält ein Innenbauteil 10, eine Trennwand 60, Auswurfauslässe 70 und Auswurfauslasskappen 71.
• Das Reaktionsgefäß 20 schließt (i) einen Kesselabschnitt 21, dessen größtes Teil in der Form eines graden Zylinders ist, und der vertikal orientiert ist, (ii) einen Bodenabschnitt 22, der mit einem unteren Abschnitt des Kesselabschnitts verbunden ist, und (iii) einen oberen Oberflächenabschnitt 23, der mit dem oberen Ende des Kesselabschnitts verbunden ist, ein. Die entsprechenden Innenräume des Kesselabschnitts 21 und des Bodenabschnitts 22 sind durch eine horizontale Trennwand 60 getrennt. Die entsprechenden Innenräume des Kesselabschnitts 21 und des oberen Oberflächenabschnitts 23 sind miteinander kommunizierbar. Der innere Durchmesser des Fließbettreaktors 100 bedeutet den inneren Durchmesser des Reaktionsgefäßes 20 und wird durch Y₁ dargestellt.
• Die entsprechenden Formen des Bodenabschnitts 22 und des oberen Oberflächenabschnitts 23 sind nicht auf solche begrenzt, die in 4 veranschaulicht sind, d.h. die Formen mit einem Durchmesser im Wesentlichen gleich zu demjenigen des Kesselabschnitts 21. Der obere Oberflächenabschnitt 23 kann geformt sein, um einen Durchmesser aufzuweisen, der von demjenigen des Kesselabschnitts 21 verschieden ist. Um effizient ein Gas als ein Reaktionsprodukt von dem Pulver abzutrennen und das Gas zu sammeln, weist der obere Oberflächenabschnitt 23 bevorzugt einen Durchmesser auf, der größer ist als derjenige des Kesselabschnitts 21. In einem Fall, wo der obere Oberflächenabschnitt 23 einen Durchmesser aufweist, der größer ist als derjenige des Kesselabschnitts 21, kann das Reaktionsgefäß 20, zwischen dem Kesselabschnitt 21 und dem oberen Oberflächenabschnitt 23, einen sich verjüngenden Bereich mit einem zunehmenden Durchmesser in Richtung nach oben in der vertikalen Richtung aufweisen. Der obere Oberflächenabschnitt 23 weist bevorzugt einen inneren Durchmesser von dem 1,3- bis 1,6-fachen desjenigen des Kesselabschnitts 21 auf.
• Der Pulverversorgungsabschnitt 30 ist für den oberen Oberflächenabschnitt 23 vorgesehen. Der Pulverversorgungsabschnitt 30 erstreckt sich vertikal durch den oberen Oberflächenabschnitt 23 in einer solchen Art und Weise, um es einem Feststoff (Pulver) zu erlauben, in das Reaktionsgefäß 20 von außerhalb des Reaktionsgefäßes 20 geliefert zu werden.
• Der Bodenabschnitt 22 des Reaktionsgefäßes 20 ist mit einem Gaseinfiihrungsabschnitt 40 versehen. Der Gaseinführungsabschnitt 40 erstreckt sich durch die Wand des Bodenabschnitts 22 in einer solchen Art und Weise, um Gas zur Reaktion in dem Bodenabschnitt 22 des Reaktionsgefäßes 20 von außerhalb des Reaktionsgefäßes 20 einzuführen.
• Die Trennwand 60 ist an der Grenzfläche zwischen dem Kesselabschnitt 21 und dem Bodenabschnitt 22 vorhanden. Die Trennwand 60 trennt den Kesselabschnitt 21 und den Bodenabschnitt 22 voneinander. Pulver, das von dem Pulverversorgungsabschnitt 30 in das Reaktionsgefäß 20 geliefert wird, wird davon abgehalten, in den Bodenabschnitt 22 durch die Trennwand 60 zu gelangen.
• Die Auswurfauslässe 70 sind an der Trennwand 60 bereitgestellt. Die Auswurfauslässe 70 erstrecken sich vertikal durch die Trennwand 60 in einer solchen Weise, um es einem Gas zu erlauben, das durch den Gaseinführungsabschnitt 40 in den Bodenabschnitt 22 eingeführt wird, in den Kesselabschnitt 21 eingeführt zu werden.
• Die Auswurfauslasskappen 71 sind oberhalb der Auswurfauslässe 70 in einer solchen Weise bereitgestellt, um die entsprechenden Löcher der Auswurfauslässe 70 auf der Seite des Kesselabschnitts 21 abzudecken. Diese Konfiguration erlaubt es den Auswurfauslasskappen 71, einen Eintritt von Pulver in die Auswurfauslässe 70 zu verhindern, mit anderen Worten einen Eintritt von Pulver aus dem Kesselabschnitt 21 durch die Auswurfauslässe 70 in den Bodenabschnitt 22.
• Der Gassammelabschnitt 50 ist an dem oberen Oberflächenabschnitt 23 bereitgestellt und ist in der Lage zum Sammeln eines Gases als ein Reaktionsprodukt.
• Der Fließbettreaktor 100 kann für eine Reaktion wie die folgende verwendet werden:
1. (i) Pulver wird von dem Pulverversorgungsabschnitt 30 auf einen inneren Bodenabschnitt (in anderen Worten die Trennwand 60) des Reaktionsgefäßes 20 geliefert.
2. (ii) Ein Gas zur Reaktion wird von außerhalb durch den Gaseinführungsabschnitt 40 in den Innenraum des Bodenabschnitts 22 des Fließbettreaktors 100 eingeführt. Das Gas, das in den Innenraum des Bodenabschnitts 22 eingeführt ist, gelangt dann durch die Auswurfauslässe 70 in den Kesselabschnitt 21 von unterhalb des Pulvers.
3. (iii) Das Pulver wird durch das aufsteigende Gas zum Strömen veranlasst, so dass ein Fließbett in den Kesselabschnitt 21 gebildet wird.
4. (iv) Das Pulver und das Gas kommen miteinander in dem Fließbett in Kontakt, so dass eine Reaktion stattfindet
5. (v) Ein Gas als ein Produkt der Reaktion wird durch den Gassammelabschnitt 50 gesammelt. Die vorliegende Beschreibung kann den Begriff „Fließbettbildungsraum 80“ verwenden, um einen Raum zu bezeichnen, in dem ein Fließbett gebildet wird.
• Der Fließbettreaktor 100, der so entworfen ist, damit eine gewünschte Reaktion innerhalb des Reaktors stattfinden kann und ein Gas als ein Produkt der Reaktion erhält, schließt einen Gassammelabschnitt 50, der oben beschrieben ist, ein. Das Reaktionsprodukt, das durch eine Reaktion erzeugt wird, die in dem Fließbettreaktor 100 bewirkt wird, ist jedoch nicht auf ein Gas begrenzt, und kann alternativ eine Mischung einer Flüssigkeit und eines Feststoffs oder einer Mischung eines Gases, einer Flüssigkeit und eines Feststoffs sein. Der Fließbettreaktor 100 kann somit einen Abschnitt zum Sammeln irgendeines der verschiedenen Reaktionsprodukte einschließen, abhängig von der Form eines Reaktionsprodukts, das durch eine Reaktion erzeugt wird, die innerhalb des Reaktors bewirkt wird. Der Abschnitt zum Sammeln eines Reaktionsprodukts kann in geeigneter Form innerhalb des Umfangs eines normalen technischen Wissens eines Fachmanns auf dem Gebiet ausgewählt werden.
• In 4 enthält der Fließbettreaktor 100 ein Innenbauteil 10 in dem Fließbettbildungsraum 80. Das Innenbauteil 10 ist bevorzugt wie unter [1. Innenbauteil] oben beschrieben. Das Innenbauteil 10 schließt eine Vielzahl (spezifischerweise fünf) von Widerstandselementgruppen 11a ein, jeweils bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11, die auf dem gleichen horizontalen Querschnitt vorhanden sind. Die Zeichnung zeigt in grau solche Widerstandselemente 11, die eine der Widerstandselementgruppen 11a ausbilden, und eine gepunktete Linie, die die Widerstandselemente 11 umgibt. Da eine Reaktion in einem Fließbett, wie oben beschrieben, stattfindet, erlaubt es eine Anordnung eines Innenbauteils 10 in dem Fließbettbildungsraum 80, den Nutzen des Innenbauteils 10 zu genießen. Das Innenbauteil 10 ist nicht notwendigerweise in seiner Gesamtheit innerhalb des Fließbettbildungsraums 80 angeordnet. Das Anordnen sogar eines Bereichs des Innenbauteils 10, insbesondere eines Bereichs einschließend ein oder mehrere Widerstandselemente 11 innerhalb des Fließbettbildungsraums 80, erlaubt den Nutzen des Innenbauteils 10 zu genießen. Um den Nutzen des Innenbauteils 10 in noch stärkerem Maße zu genießen, ist es jedoch bevorzugt, dass so viele Widerstandselemente 11 wie möglich des Innenbauteils 10 innerhalb des Fließbettbildungsraums 80 angeordnet sind. Dies ist der Grund, dass besonders bevorzugt alle Widerstandselemente 11 des Innenbauteils 10 innerhalb des Fließbettbildungsraums 80 sind.
• Der Fließbettreaktor 100, der ein Innenbauteil 10 in dem Fließbettbildungsraum 80 enthält, genießt den Nutzen in ähnlicher Weise wie der Nutzen des Innenbauteils 10.
• Der Fließbettreaktor 100 ist bevorzugt so konfiguriert, dass das Innenbauteil 10 eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 auf dem gleichen horizontalen Querschnitt einschließt, und dass jedes Widerstandselement 11 in der Widerstandselementgruppe 11a eine Fläche von 0,1% bis 10% einer horizontalen Querschnittsfläche des Fließbettreaktors 100 besetzt.
• Der Fließbettreaktor 100, in dem ein Innenbauteil 10 einschließend eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 auf dem gleichen horizontalen Querschnitt angeordnet ist, erlaubt in vorteilhafter Weise, dass eine gewünschte Reaktion effizienter stattfinden kann. Da ferner das Innenbauteil 10, das in dem Reaktor angeordnet ist, eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus Widerstandselementen 11 jeweils besetzend eine bestimmte Fläche in Bezug auf eine horizontale Querschnittsfläche des Reaktors einschließt, vermindert der Fließbettreaktor 100 in vorteilhafter Weise ein Verschlacken eines Fließbetts und beschleunigt somit ferner eine gewünschte Reaktion.
• Der Fließbettreaktor 100 ist bevorzugt so konfiguriert, dass das Innenbauteil 10 eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 auf dem gleichen horizontalen Querschnitt einschließt, und dass die Widerstandselemente 11 in der Widerstandselementgruppe 11a zusammen eine Fläche von 0,2% bis 30% einer horizontalen Querschnittsfläche des Fließbettreaktors 100 besetzen.
• Der Fließbettreaktor 100, in dem ein Innenbauteil 10 einschließend eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus einer Vielzahl von Widerstandselementen 11 auf dem gleichen horizontalen Querschnitt angeordnet ist, erlaubt in vorteilhafter Weise eine gewünschte Reaktion, die effizienter stattfinden kann. Da ferner das Innenbauteil 10, das in dem Reaktor angeordnet ist, eine Widerstandselementgruppe 11a bestehend aus Widerstandselementen 11 einschließt, die zusammen eine Fläche von 0,2% bis 30% in Bezug auf eine horizontale Querschnittsfläche des Reaktors einschließen, reduziert der Fließbettreaktor 100 in vorteilhafter Weise ein Verschlacken eines Fließbetts und beschleunigt somit ferner eine gewünschte Reaktion.
• Der Fließbettreaktor 100 ist bevorzugt so konfiguriert, dass die Widerstandselemente 11 des Innenbauteils 10 jeweils in einer Höhe innerhalb des Bereichs von 5% bis 80% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 angeordnet sind. Der Begriff „innerhalb des Bereichs von 5% bis 80%“ ist beabsichtigt, um einen Bereich von H1 bis H2 zu bedeuten, wobei H1 sich auf eine Position bezieht, die 5% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 oberhalb in der vertikalen Richtung von dem unteren Ende des Fließbettbildungsraums 80 ist, und H2 bezieht sich auf eine Position, die 80% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 oberhalb in der vertikalen Richtung von dem unteren Ende des Fließbettbildungsraums 80 ist Somit ist ein Anordnen der Widerstandselemente 11 innerhalb des obigen Bereichs beabsichtigt, um zu bedeuten, dass der Bereich von H1 bis H2 einen Bereich von h1 bis h2 abdeckt, wo h1 sich auf das untere Ende eines vertikal untersten Widerstandselements(en) 11 bezieht, und h2 sich auf das obere Ende eines vertikal höchsten Widerstandselements(en) 11 bezieht.
• Die obige Konfiguration macht es in vorteilhafter Weise möglich, einen Fließbettreaktor 100 bereitzustellen, damit eine gewünschte Reaktion effizienter stattfinden kann. Dies liegt daran, dass die obige Konfiguration es Blasen erlaubt, an einer Position klein zu sein (in anderen Worten fein), oberhalb in der vertikalen Richtung eines Fließbetts, das sich während einer Reaktion innerhalb des Reaktionsgefäßes 20 des Fließbettreaktors 100 bildet, wodurch es dem Gas und dem Feststoff erlaubt wird, miteinander über eine größere Fläche in Kontakt zu kommen.
• In einem Fall, wo das Innenbauteil 10 eine Vielzahl von Widerstandselementen 11 einschließt, wie veranschaulicht in 4, ist wenigstens eines der Vielzahl von Widerstandselementen 11 in einer Höhe innerhalb des Bereichs von 5% bis 80% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 angeordnet Es ist bevorzugt, dass so viele Widerstandselemente 11 wie möglich des Innenbauteils 10 innerhalb des Bereichs von 5% bis 80% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 angeordnet sind. Es ist insbesondere bevorzugt, dass alle Widerstandselemente 11 des Innenbauteils 10 innerhalb des Bereichs von 5% bis 80% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 angeordnet sind.
• Der Fließbettreaktor 100, der in 4 veranschaulicht ist, ist so konfiguriert, dass das Innenbauteil 10 eine Vielzahl von Widerstandselementen 11 innerhalb des Bereichs von 20% bis 70% der Höhe H des Fließbettbildungsraums 80 einschließt.
• [Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan]
• Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen von Trichlorsilan ist bevorzugt ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan, wobei das Verfahren den Schritt einschließt: Liefern von Metallsiliziumpulver, gasförmigem Tetrachlorsilan und Wasserstoff in einen Fließbettreaktor, um das Metallsiliziumpulver unter Verwendung des gasförmigen Tetrachlorsilans und des Wasserstoffs für eine Reduktionsreaktion des Tretrachlorsilans zu fluidisieren.
• Die vorliegende Beschreibung kann den einfachen Begriff „vorliegendes Herstellungsverfahren“ verwenden, um sich auf ein „Verfahren gemäß einer Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung zum Herstellen von Trichlorsilan“ zu beziehen.
• Der obige Fließbettreaktor ist bevorzugt ein Fließbettreaktor, wie er unter „[2. Fließbettreaktor]“ oben beschrieben worden ist.
• Mit der obigen Konfiguration enthält der Fließbettreaktor ein Innenbauteil 10, das bewirken kann, dass Blasen eines mit Pulver umzusetzenden Gases kleiner sind. Dies erlaubt es dem Gas und dem Feststoff, miteinander über eine größere Fläche in Kontakt zu kommen. Das vorliegende Herstellungsverfahren beschleunigt somit in vorteilhafter Weise die Tetrachlorsilanreduktionsreaktion innerhalb des Fließbettreaktors 100 und erhöht die Geschwindigkeit der Umsetzung von Tetrachlorsilan in Trichlorsilan.
• Die Beschreibung unten beschäftigt sich im Detail mit dem vorliegenden Herstellungsverfahren, das die Verwendung des Fließbettreaktors 100 einschließt.
• Metallsiliziumpulver wird durch den Pulverversorgungsabschnitt 30 in das Reaktionsgefäß 20 mittels eines Luftstroms geliefert. Das Metallsilizium wird in Chargen geliefert. Eine gemessene Menge an Metallsilizium wird in eine Trommel oder dergleichen, die in dem Pulverversorgungsabschnitt 30 eingeschlossen ist, eingefüllt, der an einem oberen Abschnitt des Reaktionsgefäßes 20 angeordnet ist. Danach wird die Gasphase in der Trommel gegen Wasserstoff ausgetauscht und mit Wasserstoff (in einem Druck höher als derjenige des Innendrucks des Reaktionsgefäßes) mit Druck beaufschlagt, um zu bewirken, dass sich ein automatisches Ventil öffnet, welches automatische Ventil an einer Versorgungsleitung bereitgestellt ist, die in dem Pulverversorgungsabschnitt 30 eingeschlossen ist und sich zu dem Reaktionsgefäß 20 erstreckt Dies erlaubt es dem Metallsilizium, in das Reaktionsgefäß 20 mittels des Eigendrucks und des Eigengewichts eingeführt zu werden. Wenn die Menge an Metallsilizium, die in das Reaktionsgefäß 20 einzufüllen ist, von der Beladung auf das Reaktionsgefäß 20 abhängt, wird die gemessene Menge gemäß der Beladung geändert. Das Metallsilizium wird durch den Pulverversorgungsabschnitt 30 in das Reaktionsgefäß 20 unter Verwendung von Wasserstoffgas als ein Trägergas für den Luftstrom geliefert. Eine Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases kann die Menge an Metallsiliziumpulver, das zu liefern ist, einstellen.
• Gasförmiges Tetrachlorsilan und Wasserstoff werden durch den Gaseinführungsabschnitt 40 in den Bodenabschnitt 22 des Reaktionsgefäßes 20 geliefert Die vorliegende Beschreibung kann den Begriff „Reaktionsgas“ verwenden, um sich auf eine Kombination von gasförmigem Tetrachlorsilan und Wasserstoff, die durch den Gaseinführungsabschnitt 40 zu liefern sind, zu beziehen. Das Reaktionsgas wird von dem Bodenabschnitt 22 des Reaktionsgefäßes 20 durch die Auswurfauslässe 70, die an der Trennwand 60 bereitgestellt sind, in den Kesselabschnitt 21 geliefert. Das Reaktionsgas, das so geliefert wird, fluidisiert das Metallsiliziumpulver, das wie oben geliefert wird, so dass das Metallsiliziumpulver durch den aufsteigenden Strom des Reaktionsgases angehoben wird.
• Ein Fluidisieren des Metallsiliziumpulvers bildet ein Fließbett. Diese Stufe sieht, zwischen dem Reaktionsgas und dem Metallsiliziumpulver in dem Fließbett, eine Tetrachlorsilanreduktionsreaktion, insbesondere eine Reaktion, die durch die folgende Reaktionsformel (1) dargestellt wird: Si + 2H₂ + 3SiCl₄ -> 4SiHCl₃ (1)
• Diese Reaktion resultiert in gasförmigem Trichlorsilan.
• In dem Fließbett steigt eine Mischung (bezeichnet ebenfalls als „fluidisierte Mischung“) des fluidisierten Metallsiliziumpulvers und des Reaktionsgases durch das Innenbauteil 10 auf, das in dem Kesselabschnitt 21 des Reaktionsgefäßes 20 angeordnet ist. Diese Stufe sieht, dass das Reaktionsgas in der fluidisierten Mischung zu Blasen wird, und solche Blasen wachsen allmählich größer, wenn das Reaktionsgas aufsteigt. Die größeren Blasen kommen mit den Widerstandselementen 11, die in dem Innenbauteil 10 eingeschlossen sind, in Kontakt, um feiner zu werden, wenn sie durch das Innenbauteil 10 gelangen. In einem Fall, wo die Widerstandselemente 11 jeweils ein Loch (Löcher) aufweisen, werden die Blasen durch Gelangen durch die Löcher feiner.
• Das Reaktionsgefäß 20, das ein Innenbauteil 10 einschließend Widerstandselemente 11 enthält, erlaubt es dem Reaktionsgas, zu einem oberen Bereich des Reaktionsgefäßes 20 aufzusteigen, während die entsprechenden Durchmesser der Blasen relativ klein gehalten werden. Das Reaktionsgas, das wie oben beschrieben aufsteigt, kommt mit dem Metallsiliziumpulver in Kontakt, um eine Tetrachlorsilanreduktionsreaktion zu verursachen. Die entsprechenden Durchmesser der Reaktionsgasblasen, die klein sind, erlauben es dem Metallsiliziumpulver und dem Reaktionsgas, miteinander über eine größere Fläche in Kontakt zu kommen, wodurch die Effizienz der Tetrachlorsilanreduktionsreaktion erhöht wird. Dies wiederum erlaubt es dem gasförmigen Tetrachlorsilan, effizient in gasförmiges Trichlorsilan umgewandelt zu werden.
• Das gasförmige Trichlorsilan ist, nach dem Aufsteigen zu dem oberen Oberflächenabschnitt 23 des Reaktionsgefäßes 20, wie oben beschrieben, durch den Gassammelabschnitt 50 gesammelt, bereitgestellt an dem oberen Oberflächenabschnitt 23, um aus dem Reaktionsgefäß 20 entnommen zu werden.
• Das vorliegende Herstellungsverfahren ist bevorzugt so angeordnet, um die oben beschriebene Tetrachlorsilanreduktionsreaktion zu bewirken, um Trichlorsilan herzustellen. Die Reaktion, die während des vorliegenden Herstellungsverfahrens bewirkt wird, ist jedoch nicht auf eine Tetrachlorsilanreduktionsreaktion begrenzt In einem Fall, wo beispielsweise Chlorwasserstoffgas durch den Gaseinführungsabschnitt 40 zusammen mit Wasserstoff eingeführt wird, kann eine Chlorierungsreaktion, die durch die folgende Reaktionsformel (2) dargestellt wird, stattfinden, um Trichlorsilan zu erzeugen: Si + 3HCl -> SiHCl₃ + H₂ (2)
• Das vorliegende Herstellungsverfahren kann so angeordnet sein, dass eine Chlorierungsreaktion, dargestellt durch die Reaktionsformel (2), gleichzeitig mit einer Tetrachlorsilanreduktionsreaktion, dargestellt durch die Reaktionsformel (1), stattfindet.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Beschreibung der obigen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann in verschiedener Weise durch einen Fachmann auf dem Gebiet innerhalb des Umfangs der Ansprüche abgeändert werden. Die vorliegende Erfindung deckt in ihrem technischen Umfang jegliche Ausführungsform basierend auf einer geeigneten Kombination von technischen Mitteln, die in unterschiedlichen Ausführungsformen offenbart werden, ab.
• Ein Innenbauteil zur Verwendung in einem Fließbettreaktor, wobei das Innenbauteil einschließt: wenigstens ein Widerstandselement mit einer oberen Oberfläche mit einem konischen oder pyramidenförmigen Bereich.
• Das Innenbauteil nach [1], wobei das wenigstens eine Widerstandselement ein Loch aufweist, das sich durch eine untere Oberfläche des wenigstens einen Widerstandselements und der oberen Oberfläche erstreckt.
• Das Innenbauteil nach [1] oder [2], wobei die obere Oberfläche eine konische oder pyramidenförmige Seitenwand mit einem Neigungswinkel θ von nicht mehr als 45° in Bezug auf eine vertikale Linie aufweist.
• Das Innenbauteil nach einem von [1] bis [3], wobei 0,05 ≤ X₁Y₁ ≤ 0,25 ist, wobei X₁ einen horizontalen äußeren Durchmesser des wenigstens einen Widerstandselements darstellt und Y₁ einen horizontalen inneren Durchmesser des Fließbettreaktors darstellt.
• Das Innenbauteil nach einem von [1] bis [4], wobei 0,5 ≤ X₂/X₁ ≤ 5 ist, wobei X₂ eine Höhe des wenigstens einen Widerstandselements darstellt und X₁ einen horizontalen äußeren Durchmesser des wenigstens einen Widerstandselements darstellt.
• Ein Fließbettreaktor, einschließend: ein Innenbauteil nach einem von [1] bis [5] in einem Fließbettbildungsraum.
• Der Fließbettreaktor nach [6], wobei das wenigstens eine Widerstandselement eine Vielzahl von Widerstandselementen einschließt; das Innenbauteil wenigstens eine Widerstandselementgruppe einschließend die Vielzahl von Widerstandselementen auf einem horizontalen Querschnitt einschließt; und jedes der Vielzahl von Widerstandselementen eine Fläche von 0,1% bis 10% einer horizontalen Querschnittsfläche des Fließbettreaktors besetzt.
• Der Fließbettreaktor nach [6] oder [7], wobei das wenigstens eine Widerstandselement eine Vielzahl von Widerstandselementen einschließt; das Innenbauteil wenigstens eine Widerstandselementgruppe einschließend die Vielzahl von Widerstandselementen auf einem horizontalen Querschnitt einschließt; und die Vielzahl von Widerstandselementen zusammen eine Fläche von 0,2% bis 30% einer horizontalen Querschnittsfläche des Fließbettreaktors besetzen.
• Der Fließbettreaktor nach [7] oder [8], wobei die wenigstens eine Widerstandselementgruppe eine Vielzahl von Widerstandselementgruppen einschließt.
• Der Fließbettreaktor nach einem von [6] bis [9], wobei das wenigstens eine Widerstandselement in einer Höhe innerhalb eines Bereichs von 5% bis 80% einer Höhe des Fließbettbildungsraums angeordnet ist.
• Ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan, wobei das Verfahren den Schritt einschließt Liefern von Metallsiliziumpulver, gasförmigem Tetrachlorsilan und Wasserstoff in einen Fließbettreaktor nach einem von [6] bis [10], um das Metallsiliziumpulver unter Verwendung des gasförmigen Tetrachlorsilans und des Wasserstoffs für eine Reduktionsreaktion des gasförmigen Tetrachlorsilans zu fluidisieren.
• [Beispiele]
• [Beispiel 1]
• Die folgende Beschreibung wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung diskutieren.
• Ein Fließbettreaktor in kleinem Maßstab wurde hergestellt. Evaluierungen wurden für Fälle durchgeführt, wo verschiedene Innenbauteile in den Fließbettreaktor angeordnet wurden, (i) Eigenschaften eines Fließbetts, gebildet in dem Fließbettreaktor und (ii) die Menge an Metallsilizium verbleibend, wenn Pulver aus dem Fließbettreaktor entnommen wurde. Diese Evaluierungen erforderten in einfacher Weise, dass der Fließbettreaktor nach Beispiel 1 zum Bilden eines Fließbetts in der Lage ist (mit anderen Worten erforderte keine Tetrachlorsilanreduktionsreaktion). Somit wurde Luft als ein Gas verwendet, das in den Fließbettreaktor eingeführt wurde. Der Fließbettreaktor dieses Beispiels wies einen inneren Durchmesser (Y₁) von 600 mm auf.
• Der Fließbettreaktor enthielt, als ein Innenbauteil, (A) Widerstandselemente, (B) Versuchsröhren oder (C) eine poröse Platte.
1. (A) Die Widerstandselemente waren jeweils in der Form eines kreisförmigen Kegels mit einem maximalen äußeren Durchmesser (X₁) von 160 mm und einer Höhe (X₂) von 80 mm. Die Widerstandselemente wiesen jeweils eine obere Oberfläche mit, im Wesentlichen in der Mitte der oberen Oberfläche in der vertikalen Richtung, sechs gleichmäßig voneinander beabstandeten viereckigen Löchern jeweils mit einer Breite von 20 mm und einer Höhe von ≤ mm auf. Die Widerstandselemente wiesen jeweils einen Neigungswinkel 8 von 45° auf. Jedes der Widerstandselemente wurde durch einen Träger in der Form einer zylindrischen Säule mit einem Durchmesser von 10 mm gehalten, welcher Träger sich durch die Mittellinie des Widerstandselements erstreckte. Die Widerstandselemente, die in einer Anzahl von insgesamt sieben bereitgestellt waren, wurden jeweils so angeordnet, um ein unteres Ende an einer Position von 1 m oberhalb in der vertikalen Richtung von der Trennwand aufzuweisen.
2. (B) Die Versuchsröhren waren jeweils in der Form einer zylindrischen Säule mit einem Durchmesser (äußerer Durchmesser) (X₁) von 60,5 mm und einer Höhe (X₂) von 1000 mm. Die Versuchsröhren, die in einer Anzahl von insgesamt vier bereitgestellt wurden, waren jeweils angeordnet, um ein unteres Ende an einer Position von 1 m oberhalb in der vertikalen Richtung von der Trennwand aufzuweisen.
3. (C) Die poröse Platte war in der Form einer Scheibe mit (i) einem Durchmesser (äußerer Durchmesser) (X₁) von gleich dem inneren Durchmesser des Reaktors und (ii) einer Dicke (Höhe) von (X₂) von 9 mm. Die poröse Platte wies gleichmäßig beabstandet 187 Löcher jeweils mit einem Durchmesser von 25 mm auf. Die poröse Platte war so angeordnet, um ein unteres Ende an einer Position 1 m oberhalb in der vertikalen Richtung von der Trennwand aufzuweisen.
• Dieses Beispiel verwendete Luft als ein Gas und Metallsilizium als Pulver.
• Die Fluidisierungsbedingungen waren wie folgt:
• - Höhe eines gepackten Betts aus geliefertem Metallsilizium: etwa 2000 mm
• - Temperatur innerhalb des Fließbettreaktors: Raumtemperatur
• - Druck innerhalb des Fließbettreaktors: etwa 20 kPaG
• - Temperatur der Luft, die in den Fließbettreaktor zu liefern ist: Raumtemperatur
• - Druck der Luft, die in den Fließbettreaktor zu liefern ist: etwa 30 kPaG
• Die Höhe (H) eines Fließbettbildungsraums (in anderen Worten die Höhe eines Fließbetts) war 2143,6 mm, 2178,6 mm, 2123,1 mm oder 2152,9 mm oberhalb in der vertikalen Richtung von der Trennwand in einem Reaktor enthaltend kein Innenbauteil, (A) Widerstandselemente, (B) Versuchsröhren oder (C) eine poröse Platte.
• Jedes Innenbauteil wurde bezüglich der folgenden Eigenschaften evaluiert: Blasenrate, Drucktrend, Metallsiliziumdispersibilität und verbleibende Menge an Metallsilizium. Die Beschreibung unten beschäftigt sich damit, wie eine Evaluierung für jede Eigenschaft auf der Basis welcher Kriterien durchgeführt wurde.
• (Blasenrate)
• Die Blasenrate wurde durch die folgende Formel definiert: $$\text{Blasenrate}\left(\text{\%}\right)=\left(1-\left(\text{gepackte Betthöhe/Fließbetthöhe}\right)\right)\times 100$$

  
• Die gepackte Betthöhe war die vertikale Höhe, von der Trennwand, von Metallsilizium, das aus dem Pulverversorgungsabschnitt geliefert wurde, und wurde unter Verwendung eines Bandmaßes gemessen.
• Die Fließbetthöhe war die Höhe eines Fließbetts, gebildet innerhalb eines Fließbetts, wenn Metallsilizium unter den obigen Bedingungen fluidisiert wurde, und wurde unter Verwendung eines Bandmaßes gemessen.
• Ein kleinerer Blasendurchmesser resultiert in einer höheren Aufstiegsgeschwindigkeit und einer längeren Zeit zum Verbleiben in einem Fließbett Somit resultiert ein kleinerer Blasendurchmesser in einem höheren Fließbett und somit einer höheren Blasenrate. Eine höhere Blasenrate zeigt einen kleinen Blasendurchmesser an. Die Blasenrate ist somit bevorzugt hoch, da eine hohe Blasenrate in einer Zunahme der Effizienz einer gemischten Reaktion resultieren kann.
• Die Blasenrate wurde auf der Basis der unten genannten Kriterien evaluiert. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• E (ausgezeichnet): nicht weniger als 8%
• G (gut): Nicht weniger als 7,5% und weniger als 8%
• F (ordentlich): Nicht weniger als 7% und weniger als 7,5%
• P (schlecht): Weniger als 7%
• (Drucktrend)
• Der Drucktrend bezieht sich darauf, wie eine Änderung über die Zeit im Unterschied im Druck der Gasphase zwischen dem untersten Bereich des Fließbetts und dem obersten Bereich des Fließbetts stattgefunden hat Der Drucktrend wurde wie folgt gemessen.
• Ein erster Drucktransmitter wurde an einer ersten Höhe auf einer Seitenoberfläche des Fließbettreaktors angeordnet, welche erste Höhe 300 mm von einer Fließbettbodenplatte (Trennwand) war, wohingegen ein zweiter Drucktransmitter an einer zweiten Höhe an der Seitenoberfläche des Fließbettreaktors angeordnet wurde, welche zweite Höhe nicht weniger als 1000 mm höher als die Pulveroberfläche des Fließbetts war. Die entsprechenden Drücke an den zwei Höhen wurden jede Sekunde gemessen. Der Unterschied in den gemessenen Druckwerten zwischen dem ersten Drucktransmitter und dem zweiten Drucktransmitter wurde als ein Drucktrend aufgezeichnet Der Drucktrend war bezeichnend für den Fluidisierungszustand des Fließbetts.
• Ein kleinerer Drucktrend, in anderen Worten eine kleinere Druckänderung in dem Fließbett, ist bevorzugt, da er es für eine gewünschte Reaktion erlaubt, dass diese effizienter voranschreitet.
• Der Drucktrend wurde auf der Basis der unten genannten Kriterien evaluiert. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• E (ausgezeichnet): Durchschnitt ± weniger als 0,1 kPa
• G (gut): Durchschnitt ± weniger als 0,2 kPa
• F (ordentlich): Durchschnitt ± weniger als 0,4
• P (schlecht): Durchschnitt ± weniger als 0,6
• (Metallsiliziumdispersibilität)
• Die Metallsiliziumdispersibilität bezieht sich darauf, wie gut Metallsiliziumpulver in einem Fließbett dispergiert wird.
• Eine höhere Metallsiliziumdispersibilität ist bevorzugt, da sie es erlaubt, dass eine gewünschte Reaktion effizienter voranschreiten kann.
• Die Metallsiliziumdispersibilität wurde unter Berücksichtigung der Form des Innenbauteils evaluiert, durch (i) visuelle Beobachtung des Verhaltens von Metallsilizium während der Reaktion, und (ii) Einstufen der Ergebnisse der visuellen Beobachtung auf der Basis der unten genannten Kriterien. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• E (ausgezeichnet): Kein Innenbauteil war vorhanden, oder das Innenbauteil blockierte keine Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Metallsiliziums.
• G (gut): Das Innenbauteil blockierte eine Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Metallsiliziums ein wenig.
• F (ordentlich): Das Innenbauteil blockierte eine Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Metallsiliziums zu einem gewissen Grad.
• P (schlecht): Das Innenbauteil blockierte eine Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Metallsiliziums in beträchtlichem Maße.
• (Verbleibende Menge an Metallsilizium)
• Die verbleibende Menge an Metallsilizium bezieht sich auf die Menge an Metallsiliziumpulver, die innerhalb des Reaktionsgefäßes verbleibt, wenn nicht umgesetztes Metallsiliziumpulver aus dem Fließbett entnommen wurde.
• Eine kleine verbleibende Menge an Metallsilizium bezeichnet, dass nicht umgesetztes Metallsiliziumpulver aus dem Reaktionsgefäß leicht und ausreichend entnommen werden kann. Die verbleibende Menge an Metallsilizium ist bevorzugt kleiner.
• Die verbleibende Menge an Metallsilizium wurde evaluiert durch (i) visuelles Beobachten, ob Metallsiliziumpulver auf dem Innenbauteil nach der Reaktion vorhanden oder abwesend war, und (ii) Einstufen der Ergebnisse der visuellen Beobachtung auf der Basis der Kriterien unten. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• G (gut): Beinahe kein Metallsiliziumpulver war auf dem Innenbauteil vorhanden.
• P (schlecht): Viel Metallsiliziumpulver war auf dem Innenbauteil vorhanden.
• (Gesamtevaluierungen)
• Unter Bezugnahme auf die oben diskutierten Evaluierungsergebnisse wurde eine Gesamtevaluierung der einzelnen Innenbauteile auf der Basis der Kriterien unten durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• G (gut): Kein Evaluierungsergebnis war „P“.
• P (schlecht): Wenigstens ein Evaluierungsergebnis war „P“.
[Tabelle 1]

	Blasenrate	Drucktrend	Metallsiliziumdispersibilität	Verbleibende Menge an Metallsilizium	Gesamtevaluierung
Kein Innenbauteil	P	G	E	G	P
Widerstandselement	E	E	G	G	G
Poröse Platte	F	F	F	P	P
Versuchsröhre	P	P	E	G	P

• Das Innenbauteil einschließend Widerstandselemente ist insbesondere in Bezug auf die Blasenrate und den Drucktrend überlegen.
• Das Innenbauteil einschließend Widerstandselemente ist ausreichend effektiv in Bezug auf die Metallsiliziumdispersibilität und die verbleibende Menge an Metallsilizium. Die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse zeigen an, dass das Innenbauteil einschließend Widerstandselemente gegenüber jeden anderen Innenbauteilen, wie sie durch die Gesamtevaluierungen angezeigt werden, überlegen ist.
• [Beispiel 2]
• Trichlorsilan wurde wie unten hergestellt, unter Verwendung von (i) einem Fließbettreaktor, bei dem ein Fließbettreaktor einschließend Widerstandselemente (die hoch in Beispiel 1 eingestuft wurden) angeordnet war und (ii) Fließbettreaktoren, bei denen kein Innenbauteil angeordnet war.
• Die Fließbettreaktoren dieses Beispiels wiesen jeweils einen Innendurchmesser (Y₁) von 2300 mm auf.
• Die Fließbettreaktoren wurden in der Anzahl von vier hergestellt, in einem derselben war ein Innenbauteil einschließend Widerstandselemente angeordnet.
• Die Widerstandselemente waren jeweils in der Form eines kreisförmigen Kegels mit einem maximalen inneren Durchmesser (X₁) von 160 mm und einer Höhe (X₂) von 80 mm. Die Widerstandselemente wiesen jeweils eine obere Oberfläche mit im Wesentlichen in der Mitte der oberen Oberfläche in der vertikalen Richtung, acht gleichmäßig beabstandeten kreisförmigen Löchern jeweils mit einer Breite von 20 mm auf. Die Widerstandselemente wiesen jeweils einen Neigungswinkel 0 von 45° auf. Die Widerstandselemente wurden durch einen gitterförmigen Träger, hergestellt aus einer Platte mit einer Breite von 50 mm, gehalten. Das Innenbauteil schloss vier vertikal angeordnete Widerstandselementgruppen jeweils bestehend aus 25 bis 32 Widerstandselementen auf dem gleichen horizontalen Querschnitt ein.
• Die Reaktionsbedingungen waren wie folgt:
• - Höhe eines gepackten Betts von geliefertem Metallsilizium: etwa 5000 mm
• - Temperatur innerhalb des Reaktionsgefäßes: 540 °C
• - Druck innerhalb des Reaktionsgefäßes: 2,8 MPaG
• - Temperatur von Wasserstoff, der in den Kesselabschnitt zu liefern ist: 550°C
• - Druck von Wasserstoff, der in den Kesselabschnitt zu liefern ist: 2,9 MPaG
• - Temperatur von Tetrachlorsilan, das in den Kesselabschnitt zu liefern ist: 550°C
• - Druck von Tetrachlorsilan, das in den Kesselabschnitt zu liefern ist: 2,9 MPaG
• Metallsilizium wurde geliefert, bis das Metallsilizium eine Höhe von etwa 5000 mm aufwies, währen ein Fließbett gebildet wurde. Dies bedeutet, dass der Fließbettbildungsraum in dem Fließbettreaktor eine Höhe von etwa 5000 mm aufwies, die Gleiche wie die gepackte Betthöhe des Metallsiliziums.
• Die Umsetzungsrate von Tetrachlorsilan in Trichlorsilan, wenn Trichlorsilan unter den obigen Reaktionsbedingungen produziert wurde, wurde wie folgt berechnet. 5 zeigt die Ergebnisse. $$\text{Umsetzungsrate=}\left(\text{F-R}\right)/\text{F}$$

  
• In der obigen Formel stellt F die Menge an geliefertem Tetrachlorsilan dar (in anderen Worten die Menge an Zufuhrtetrachlorsilan) und R stellt die Menge an Tetrachlorsilan in einem Gas als ein Reaktionsprodukt dar.
• In Figur ≤ zeigen (A) bis (C) jeweils an, dass ein Fließbettreaktor in dem kein Innenbauteil angeordnet war, verwendet wurde, und dass die entsprechenden Betriebsvorgänge solcher Fließbettreaktoren an unterschiedlichen Tagen gestartet wurden. Die Umsetzungsrate wurde jeden Tag für alle von „MIT INNENBAUTEIL“, „OHNE INNENBAUTEIL (A)“, „OHNE INNENBAUTEIL (B)“ und „OHNE INNENBAUTEIL (C)“ berechnet.
• 5 zeigt an, dass die Umsetzungsrate jedes der entsprechenden Reaktoren für „MIT INNENBAUTEIL“, „OHNE INNENBAUTEIL (A)“, „OHNE INNENBAUTEIL (B)“ und „OHNE INNENBAUTEIL (C)“ von dem Beginn des Betriebs (Reaktion) zunahm und einen stabilen Wert (bezeichnet als „Reaktorumsetzungsrate“) nach mehreren Tagen erreichte. Der Durchschnitt der entsprechenden Reaktorumsetzungsraten für „OHNE INNENBAUTEIL (A)“, „OHNE INNENBAUTEIL (B)“ und „OHNE INNENBAUTEIL (C)“ war 24,5%. Die Reaktorumsetzungsrate für „MIT INNENBAUTEIL“ war 25,7%. Dies bedeutet, dass der Fließbettreaktor, in dem ein Innenbauteil angeordnet war, eine Umsetzungsrate von etwa dem 1,05-fachen der entsprechenden Umsetzungsraten der Fließbettreaktoren hatte, in denen kein Innenbauteil angeordnet war.
• Wie oben beschrieben unter Verwendung für ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan, erhöht ein Fließbettreaktor, in dem ein Innenbauteil einschließend Widerstandselemente angeordnet ist, die Blasenrate, mit anderen Worten reduziert den Blasendurchmesser. Dies wiederum macht es möglich, die Umsetzungsrate von Tetrachlorsilan in Trichlorsilan zu erhöhen.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert (i) ein neues Innenbauteil, das in der Lage ist zum Beschleunigen einer Reaktion zwischen einem Gas und einem Feststoff, (ii) einen Fließbettreaktor, in dem ein solches Innenbauteil angeordnet ist, und (iii) ein Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan unter Verwendung eines solchen Fließbettreaktors.
• Bezugszeichenliste

10

Innenbauteil

11

Widerstandselement

11a

Widerstandselementgruppe

12

Träger

13

Obere Oberfläche

14

Untere Oberfläche

20

Reaktionsgefäß

21

Kesselabschnitt

22

Bodenabschnitt

23

Oberer Oberflächenabschnitt

30

Pulverversorgungsabschnitt

40

Gaseinführungsabschnitt

50

Gassammelabschnitt

60

Trennwand

70

Auswurfauslass

71

Auswurfauslasskappe

80

Fließbettbildungsraum

100

Fließbettreaktor

Claims (11)

1. Innenbauteil zur Verwendung in einem Fließbettreaktor, wobei das Innenbauteil umfasst: wenigstens ein Widerstandselement mit einer oberen Oberfläche mit einem konischen oder einem pyramidenförmigen Bereich.
2. Innenbauteil nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Widerstandselement ein Loch aufweist, das sich durch eine untere Oberfläche des wenigstens einen Widerstandselements und der oberen Oberfläche erstreckt.
3. Innenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Oberfläche eine konische oder pyramidenförmige Seitenwand mit einem Neigungswinkel θ von nicht mehr als 45° in Bezug zu einer senkrechten Linie aufweist.
4. Innenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei 0,05 ≤ X_1/Y₁ ≤ 0,25 ist, wobei X₁ einen horizontalen äußeren Durchmesser des wenigstens einen Widerstandselements darstellt und Y₁ einen horizontalen inneren Durchmesser des Fließbettreaktors darstellt.
5. Innenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei 0,5 ≤ X₂/X₁ ≤ 5 ist, wobei X₂ eine Höhe des wenigstens einen Widerstandselements darstellt und X₁ einen horizontalen äußeren Durchmesser des wenigstens einen Widerstandselements darstellt.
6. Fließbettreaktor, umfassend ein Innenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Fließbettbildungsraum.
7. Fließbettreaktor nach Anspruch 6, wobei das wenigstens eine Widerstandselement eine Vielzahl von Widerstandselementen einschließt; das Innenbauteil wenigstens eine Widerstandselementgruppe einschließt, die die Vielzahl an Widerstandselementen auf einem horizontalen Querschnitt einschließt; und jedes der Vielzahl von Widerstandselementen eine Fläche von 0,1% bis 10% einer horizontalen Querschnittsfläche des Fließbettreaktors besetzt.
8. Fließbettreaktor nach Anspruch 6 oder 7, wobei das wenigstens eine Widerstandselement eine Vielzahl von Widerstandselementen einschließt; das Innenbauteil wenigstens eine Widerstandselementgruppe einschließt, die die Vielzahl von Widerstandselementen auf einem horizontalen Querschnitt einschließt; und die Vielzahl an Widerstandselementen zusammen eine Fläche von 0,2% bis 30% einer horizontalen Querschnittsfläche des Fließbettreaktors besetzt.
9. Fließbettreaktor nach Anspruch 7 oder 8, wobei die wenigstens eine Widerstandselementgruppe eine Vielzahl von Widerstandselementgruppen einschließt.
10. Fließbettreaktor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das wenigstens eine Widerstandselement an einer Höhe innerhalb eines Bereichs von 5% bis 80% einer Höhe des Fließbettbildungsraums angeordnet ist.
11. Verfahren zum Herstellen von Trichlorsilan, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: Liefern von Metallsiliziumpulver, gasförmigem Tetrachlorsilan und Wasserstoff in einen Fließbettreaktor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, um so das Metallsiliziumpulver unter Verwendung des gasförmigen Tetrachlorsilans und des Wasserstoffs für eine Reduktionsreaktion des gasförmigen Tetrachlorsilans zu fluidisieren.

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