JP2013540092A - ヒータ、およびヒータのための関連方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、2010年9月27日に出願された米国仮特許出願番号第61/386,853号および米国仮特許出願番号第61/386,858号の利益を主張するものであり、その開示全体が、引用によりこの明細書中に援用される。
本発明はヒータ、システムおよび加熱方法に関し、より特定的には、塩化水素処理(hydrochlorination)または水素化(hydrogenation)ヒータ、およびトリクロロシラン(trichlorosilane)を製造するためのシステムならびにプロセスにおけるストリーム(stream)の加熱方法に関する。
トリクロロシランは次の反応スキームに従って四塩化ケイ素を水素化することによって製造され得る。
反応スキーム(1)は、典型的には約250psigから500psigの間の高圧下、かつ約500℃から約550℃の範囲の反応温度下において行なわれる。
反応スキーム(2)は、典型的には約50psigの低圧下、かつ約300℃から約350℃の範囲の反応温度下で行なわれる。
本発明は、ヒータ、システム、および、たとえばトリクロロシランを製造するための1つ以上の反応剤ストリームの加熱方法に関する。
本発明の1つ以上の局面は、加熱システムまたは加熱装置またはヒータ、および化学処理のための使用方法ならびに化学処理のための加熱操作を促進する方法に関連し得る。本発明のさらに他の局面は、加熱対象のプロセス流体によって湿らされた少なくとも1つの発熱体を有するヒータに関連し得る。本発明のさらに他の局面は、加圧された加熱チャンバを有するヒータに関連し得る。当該加熱チャンバは加熱対象のプロセス流体によって湿らされた表面を有する構成を含む。本発明の他の局面は、耐食性の湿った表面を有するヒータに関連し得る。本発明のさらに他の局面は、ヒータの圧力エンベロープ内に含まれる発熱体または発熱部品を有するヒータに関連し得る。本発明の1つ以上の特定の局面に従うと、ヒータは、1つ以上の加熱ゾーンまたは加熱領域、および好ましくは1つ以上の障壁、バッファ、または冷却ゾーンもしくは冷却領域で加熱対象のプロセス流体または反応剤ストリームを囲む圧力膜または圧力シェルを有する容器を備え得る。
Claims (21)
- 円筒状の加熱空洞を有する圧力シェルと、
前記円筒状の加熱空洞内に配置された環状の加熱シールドと、
前記環状の加熱シールドの内部容積内に配置された少なくとも1つの発熱体とを備える、ヒータ。 - 反応剤源に前記円筒状の加熱空洞を流体接続する流入口と、
反応器に前記円筒状の加熱空洞を流体接続する流出口とをさらに備える、請求項1に記載のヒータ。 - 前記反応器は流動層反応器である、請求項2に記載のヒータ。
- 前記反応剤源は、四塩化ケイ素および水素のうち少なくとも1つを備える、請求項3に記載のヒータ。
- 前記少なくとも1つの発熱体は、環状の加熱構造体を備え、
前記ヒータは、前記環状の加熱構造体の内部領域内に配置された円筒状のスペーサをさらに備える、請求項1に記載のヒータ。 - 前記少なくとも1つの発熱体は、蛇行構造を有する、請求項1に記載のヒータ。
- 前記少なくとも1つの発熱体は、カーボン/カーボン複合材を備える、請求項6に記載のヒータ。
- 前記少なくとも1つの発熱体は、ロッド形状の構造体を有する、請求項1に記載のヒータ。
- 前記少なくとも1つの発熱体は、グラファイトを備える、請求項8に記載のヒータ。
- 前記少なくとも1つの発熱体は、カーボン/カーボン複合材、グラファイト、およびニクロムのいずれか1つを備える、請求項1に記載のヒータ。
- 前記環状の加熱シールドは、前記圧力シェルの内部表面からずれて配置されており、それによって、前記内部表面に隣接する環状の冷却ゾーンを少なくとも部分的に規定する、請求項1に記載のヒータ。
- 前記少なくとも1つの発熱体は、炭化ケイ素コーティングを備える、請求項1に記載のヒータ。
- トリクロロシランを調製する方法であって、
加熱チャンバを囲む圧力シェルと、前記加熱チャンバ内に配置された加熱シールドと、前記加熱シールドの内部容積内に配置された発熱体とを有するヒータ内に、四塩化ケイ素を含む反応剤ストリームを導入するステップと、
目標の反応剤ストリーム温度まで前記反応剤ストリームを加熱するために前記発熱体に電流を流すステップと、
前記四塩化ケイ素の少なくとも一部をトリクロロシランに変換する反応条件を有する反応器内に前記加熱された反応剤ストリームを導入するステップとを備える、方法。 - 前記目標の反応剤ストリーム温度は、約500℃から約625℃の範囲内である、請求項13に記載の方法。
- 前記反応器内にシリコンを導入するステップをさらに備える、請求項13に記載の方法。
- 前記発熱体の表面は、前記反応剤ストリームによって湿らされている、請求項13に記載の方法。
- 前記ヒータ内に前記反応剤ストリームを導入するステップは、
前記加熱シールドの中央容積によって少なくとも部分的に規定されている環状の加熱ゾーンを通るよう前記反応剤ストリームの第1の部分を方向付けるステップと、
前記加熱シールドの表面と前記加熱チャンバの表面との間で少なくとも部分的に規定されている環状の冷却ゾーンを通るよう前記反応剤ストリームの第2の部分を方向付けるステップとを備える、請求項13に記載の方法。 - 前記加熱された反応剤ストリームの温度を監視するステップと、
前記発熱体に流された電流の電圧および電流の少なくとも一方を調整するステップとをさらに備える、請求項17に記載の方法。 - トリクロロシランの製造を促進する方法であって、
四塩化ケイ素源および水素源の少なくとも1つにヒータの反応剤流入口を接続するステップを備え、
前記ヒータは、加熱チャンバを囲む圧力シェルと、前記加熱チャンバ内に配置された加熱シールドと、加熱シールドの内部容積内に配置された少なくとも1つの発熱体とを有し、
塩化水素処理反応器または水素化反応器の流入口に前記ヒータの反応剤流出口を接続するステップをさらに備える、方法。 - 少なくとも1つの電力源に前記少なくとも1つの発熱体を接続するステップをさらに備える、請求項19に記載の方法。
- 前記ヒータ内に、四塩化ケイ素および水素の少なくとも1つを導入するステップと、
前記少なくとも1つの発熱体によって電気回路を設けるステップとをさらに備える、請求項19に記載の方法。
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