JP2014176828A - 反応方法及び反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種の気体を反応させて目的化合物を製造するに際して、原料である前記気体を大量に使用する必要がなく、目的化合物の単位時間当たりの生成量が高い反応方法及び反応装置を提供する。
【解決手段】反応装置は、気体状のセレンと水素ガスの反応が行われる反応容器１と、水素ガスを反応容器１内に供給する気体供給管２と、インペラー８と、気体供給管２及びインペラー８を囲むように設置された管状部材３と、を備える。反応容器１の内部の底部には、セレン１０を収容する原料収容部６が設けられていて、液体状のセレン１０が気化してセレン蒸気が発生する。水素ガスを供給しつつインペラー８を回転させると、管状部材３の上端側から下端側に向かう気流が発生し、該気流によって、反応容器１内の気体が管状部材３の上端側の開口３ｂから管状部材３の内部に流入して下端側の開口３ａから流出する気体流路が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数種の気体を接触させて反応させる反応方法及び反応装置に関する。

セレン化水素は、例えばＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium Selenide）型太陽電池の原料に使用される有用な化合物である。
セレン化水素の製造方法はいくつか知られており、例えば特許文献１には、金属セレンと水素ガスとを４００〜７００℃の温度で接触させてセレン化水素を合成する方法が開示されている。

また、特許文献２には、金属セレンと水素ガスとを４００〜７００℃の温度で反応させてセレン化水素を製造するセレン化水素製造装置が開示されている。特許文献２に開示のセレン化水素製造装置は、反応炉から抜き出した反応ガス中に含まれる未反応の金属セレンを捕集し気化させ、水素ガスに同伴させて反応炉に再導入できるようになっている。よって、金属セレンを原料として有効に利用することができる。

また、特許文献２に開示のセレン化水素製造装置は、生成したセレン化水素を含む反応ガス中からセレン化水素を捕集し、セレン化水素を捕集した後の反応ガスを水素投入経路に戻して、反応炉に再導入できるようになっている。よって、反応ガス中の水素ガスを原料として有効に利用することができる。
このように、特許文献２に開示のセレン化水素製造装置は、金属セレンや水素ガスの有効利用が図れるので、セレン化水素の収率を向上させることができる。

特開２００７−２４６３４２号公報 特開２０１２−１５３５８３号公報

しかしながら、金属セレンは前記温度において小さい平衡蒸気圧しか有しないため、セレン蒸気の気相（反応系）への供給量は少ない。よって、特許文献１，２に開示の技術では、セレン化水素の単位時間当たりの生成量は低く、大スケールでの工業的生産を行うことは容易ではなかった。
また、特許文献１に開示のセレン化水素の製造方法は、反応炉に投入した水素ガスの多くが未反応のまま反応炉から排出されるため、大量の水素ガスを必要とするという問題があった。さらに、水素ガスの使用量を基準としたセレン化水素の収率が低いという問題があった。

さらに、特許文献２に開示のセレン化水素製造装置は、未反応の金属セレンと水素ガスを循環させるので、水素ガスの使用量を基準としたセレン化水素の収率の向上を図ることはできるものの、反応炉内での金属セレンと水素ガスとの接触効率を向上させるものではないため、反応ガス中のセレン化水素の濃度が低いという問題があった。特に、装置が大型である場合は、セレン化水素の濃度が低いという傾向が強かった。さらに、未反応の金属セレンを捕集して反応炉に再導入する際に大量の水素ガスを同伴するため、大量の水素ガスを回収する必要があるという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、複数種の気体を反応させて目的化合物を製造するに際して、原料である前記気体を大量に使用する必要がなく、目的化合物の単位時間当たりの生成量が高い反応方法及び反応装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る反応方法は、複数種の気体を反応容器に供給し、これら気体同士を反応させる反応方法であって、両端に開口部を有する管状部材を前記反応容器内に設置するとともに、前記管状部材の他端側から一端側に向かう気流を前記管状部材の内部に生じさせるインペラーを前記管状部材の内側に配し、前記複数種の気体のうち一部の種類の気体を第一気体供給部から前記反応容器内に供給するとともに、前記複数種の気体のうち残部の種類の気体を第二気体供給部から前記反応容器内に供給し、前記一部の種類の気体と前記残部の種類の気体とを反応させるに際して、前記第一気体供給部によって、前記一部の種類の気体の発生源となる液体状又は固体状の原料物質を加熱して前記原料物質を気化させ前記反応容器内に供給するとともに、前記インペラーを回転して前記気流を生じさせて、前記反応容器内の気体が前記管状部材の他端側の開口部から前記管状部材の内部に流入して一端側の開口部から流出する気体流路を形成させることを特徴とする。

この反応方法においては、前記原料物質を前記反応容器の内部に配して前記反応容器内で気化してもよいし、あるいは、前記原料物質を前記反応容器の内部の底部に配して前記反応容器内で気化するとともに、前記インペラーを回転して前記原料物質に向かう気流を生じさせてもよい。
また、この反応方法においては、前記第二気体供給部は、前記残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する気体供給口を複数有してもよい。
さらに、この反応方法は、２種の気体を反応させる反応方法であってもよく、前記一部の種類の気体をセレンとし、前記残部の種類の気体を水素ガスとすることができる。

また、本発明の他の態様に係る反応装置は、複数種の気体を反応させる反応装置であって、前記複数種の気体が供給されこれら気体同士の反応が行われる反応容器と、前記複数種の気体のうち一部の種類の気体を前記反応容器内に供給する第一気体供給部と、前記複数種の気体のうち残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する第二気体供給部と、前記反応容器内に設置され且つ両端に開口部を有する管状部材と、前記管状部材の内側に配されたインペラーと、を備え、前記インペラーは、その回転により、前記管状部材の他端側から一端側に向かう気流を前記管状部材の内部に生じさせるものであり、前記気流により、前記反応容器内の気体が前記管状部材の他端側の開口部から前記管状部材の内部に流入して一端側の開口部から流出する気体流路を形成するようになっていることを特徴とする。

この反応装置においては、前記第一気体供給部は、前記一部の種類の気体の発生源となる液体状又は固体状の原料物質を収容する原料収容部と、前記原料収容部を加熱して前記原料物質を気化させる加熱部と、を備えていてもよい。
また、この反応装置においては、前記原料収容部が前記反応容器の内部に設けられていてもよいし、あるいは、前記原料収容部が前記反応容器の内部の底部に設けられており、前記管状部材が一端側の開口部を前記原料収容部に向けて設置されていてもよい。

さらに、この反応装置においては、前記第二気体供給部は、前記残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する気体供給口を複数有してもよい。
さらに、この反応装置は、２種の気体を反応させる反応装置であってもよく、前記一部の種類の気体をセレンとし、前記残部の種類の気体を水素ガスとすることができる。

本発明に係る反応方法及び反応装置は、複数種の気体を反応させて目的化合物を製造するに際して、原料である前記気体を大量に使用する必要がなく、目的化合物の単位時間当たりの生成量が高い。

本発明に係る反応方法及び反応装置の第一実施形態を説明する図である。 第一実施形態の変形例を説明する図である。 本発明に係る反応方法及び反応装置の第二実施形態を説明する図である。 本発明に係る反応方法及び反応装置の第三実施形態を説明する図である。 比較例に係る反応方法及び反応装置を説明する図である。

本発明に係る反応方法及び反応装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図においては、水素ガス等の気体の流れを矢印で表示してある。なお、本発明は、複数種の気体を反応させて目的化合物を製造する反応方法及び反応装置に係るものであるが、本実施形態においては、セレン及び水素ガスの２種の気体を反応させてセレン化水素を製造する場合を例にして、本発明を説明する。

〔第一実施形態〕
図１の反応装置は、気体状のセレンと水素ガスの反応が行われる反応容器１と、水素ガスを反応容器１内に供給する気体供給管２（本発明の構成要件である第二気体供給部に相当する）と、反応容器１の内部に回転可能に設けられたインペラー８と、気体供給管２及びインペラー８を囲むように設置された管状部材３と、反応容器１内の気体を外部に排出する排出口４と、反応容器１を加熱するヒーター５（本発明の構成要件である加熱部に相当する）と、を備えている。

また、反応容器１の内部の底部には、原料物質であるセレン１０を収容する原料収容部６が設けられている。反応容器１内に導入する際のセレンは、液体状（溶融状態）であっても固体状（粉末状又は塊状）であってもよいが、原料収容部６に収容されたセレン１０はヒーター５で加熱されることにより液体状に維持される。そして、原料収容部６に収容された液体状のセレン１０が気化（蒸発）してセレン蒸気が発生し、反応容器１の底部から上昇するので、セレン蒸気が反応容器１内の気相（反応系）に供給されることとなる。すなわち、原料収容部６とヒーター５は、本発明の構成要件である第一気体供給部の一部又は全部を構成するものである。

ヒーター５は、図１に示すように、反応容器１の上下方向略中間部より下方部分を加熱できるようになっているので、反応容器１の底部に設けられた原料収容部６を加熱してセレン１０を気化させることができることに加えて、反応容器１の底部から上昇したセレン蒸気を加熱して、反応容器１内のセレン蒸気を気体状に維持することができる。ただし、セレン１０を気化させることとセレン蒸気を気体状に維持することができるならば、ヒーター５による加熱部分は反応容器１の上下方向略中間部より下方部分に限定されるものではなく、例えば反応容器１の底部及びその周辺部分であってもよいし、反応容器１の全体であってもよい。

管状部材３は、両端が開口しており、その軸方向を鉛直にした姿勢で全体が反応容器１内に収容されている。そして、管状部材３の下端側の開口３ａは、原料収容部６に収容された液体状のセレン１０の液面に対して間隔をあけて対向しており、また、上端側の開口３ｂは、反応容器１の天井面に対して間隔をあけて対向している。
また、インペラー８は、その回転軸を鉛直にして管状部材３の内側に配されている。すなわち、インペラー８の回転軸と管状部材３とは平行をなしている。そして、インペラー８を図示しない回転駆動源により回転させると、管状部材３の上端側から下端側に向かう気流が管状部材３の内部に発生するようになっている。なお、インペラー８は、その素材の耐食性を考慮して、より低温部分に設置することが好ましい。

さらに、気体供給管２は、管状部材３よりも小径な管状の部材であり、平行をなして管状部材３の内側に挿通されている。気体供給管２は、反応容器１の壁体を貫通して反応容器１の内部と外部を連通しており、その基端は、例えば加圧された水素ガスが充填された水素ガス供給源（図示せず）に接続されており、水素ガスを放出する気体供給口２ａであるその先端は、管状部材３の内側に配されている。なお、気体供給口２ａの形状や口径（内径）は特に限定されるものではなく、また、気体供給口２ａから水素ガスを放出する際の線速度も特に限定されるものではないが、気体供給口２ａの口径を小さくしてノズル状とすることにより、水素ガスを高線速度で噴射してもよい。

気体供給口２ａの位置は特に限定されるものではないが、管状部材３の下端側の開口３ａよりも軸方向内部側（すなわち上側）に配されていることが好ましい。また、図１では、気体供給口２ａはインペラー８よりも下方（すなわち、インペラー８が発生させる気流の下流側）に配されているが、インペラー８よりも上方（すなわち、インペラー８が発生させる気流の上流側）に配することもできる。

気体供給口２ａの位置がインペラー８よりも下方である場合は、気体供給管２がインペラー８と干渉しないように、気体供給管２は図１に示すように管状部材３の径方向外方側に配するとよい。一方、気体供給口２ａの位置がインペラー８よりも上方である場合は、気体供給管２は管状部材３の径方向外方側に配してもよいし、管状部材３の径方向中心部近傍に配してもよい。

次に、このような反応装置によりセレン化水素を製造する方法を説明する。まず、セレン蒸気の発生源である固体状の金属セレンを、反応容器１内に投入し原料収容部６に収容する。そして、ヒーター５で例えば４００℃以上７００℃以下（より好ましくは４５０℃以上６５０℃以下）に加熱することによりセレンを溶融して液体状とする。なお、上記温度に加熱した反応容器１に金属セレンを投入してもよいし、金属セレンを投入してから反応容器１を上記温度に加熱してもよい。

管状部材３の下端部は、液体状のセレン１０と接触していてもよいが、後述する負圧を効果的に発生させるためには、液体状のセレン１０とは接触せず、液体状のセレン１０の液面と離れていることが好ましい。よって、金属セレンの投入量は、管状部材３の下端部と液体状のセレン１０とが接触しないように調整することが好ましい。
また、セレンと水素ガスの反応が進行してセレンが消費されると、液体状のセレン１０の液面が低下するので、管状部材３の下端部と液体状のセレン１０の液面との距離が変化する。この距離によって、後述する負圧が影響を受けることはないので、管状部材３の下端部と液体状のセレン１０の液面との距離は特に限定されないが、セレン蒸気と水素ガスとを効率的に接触させるためには、前記距離は小さい方が好ましい。

さらに、気体供給管２の先端の気体供給口２ａと液体状のセレン１０の液面との距離は、特に限定されるものではないが、気体供給口２ａから放出される水素ガスの線速度も考慮して、最適な距離に設定するとよい。
気体供給管２は複数の気体供給口２ａを有していてもよいので、気体供給管２の先端以外にも気体供給口２ａを有する場合には、気体供給管２の先端は液体状のセレン１０と接触していてもよい。ただし、反応容器１内の気体の循環を妨げる場合があるので、接触しない方が好ましい。

また、セレンと水素ガスの反応が進行してセレンが消費されると、液体状のセレン１０の液面が低下するので、気体供給管２の先端と液体状のセレン１０の液面との距離が変化するが、前記距離は小さい方が好ましい（すなわち、液相にある程度近い位置に気体供給管２の先端の気体供給口２ａが配されていることが好ましい）。
原料収容部６に収容された液体状のセレン１０は上記温度に保持されることにより気化（蒸発）し、生成したセレン蒸気は反応容器１の底部から上昇するので、セレン蒸気が反応容器１内の気相（反応系）に供給される。ここで、気体供給管２の先端の気体供給口２ａから液体状のセレン１０に向かって水素ガスを放出するとともに、インペラー８を回転させる。

すると、インペラー８の回転によって下方に向かう気流が生じるので、気体供給口２ａから放出された水素ガスがこの気流によって前記気相（反応系）に供給され、水素ガスとセレン蒸気が接触して気相反応し、気体状のセレン化水素が生成する。下方に向けて送られた気体はセレン１０の液面に衝突して上昇気流となるので、生成したセレン化水素は上昇気体に同伴されて反応容器１の内部を上昇する
なお、気体供給口２ａからの水素ガスの放出やインペラー８の回転は、反応容器１の温度を上昇させる以前又はセレンが溶融する以前の段階から行ってもよいし、反応容器１の温度が所定の温度に到達しセレンと水素ガスの反応が可能な温度となってから行ってもよい。

このとき、インペラー８の回転によって、管状部材３の上端側から下端側に向かう気流が管状部材３の内部に発生し、この気流によって管状部材３の内部に負圧が生じる。負圧の大きさは、インペラー８の回転によって生じる気流の線速度、及び、反応容器１の内径と管状部材３の内径との比に依存する。
反応容器１の内径と管状部材３の内径との比（〔管状部材３の内径〕／〔反応容器１の内径〕）は、０．６以下とすることが好ましい。
さらに、管状部材３の上端と反応容器１の天井面との間に空間が存在する構造の場合は、管状部材３の長さが短すぎると管状部材３の内部に負圧が生じにくい場合がある。

インペラー８の回転によって生じた負圧により、反応容器１内の気体（管状部材３の外部の気体）が管状部材３の上端側の開口３ｂ（管状部材３の内部を流れる気流の上流側の開口）から管状部材３の内部に流入して下端側の開口３ａ（管状部材３の内部を流れる気流の下流側の開口）から流出する気体流路が形成される。そして、この気体流路に沿って管状部材３の内部を下降してきた気体は、気体供給口２ａから放出された水素ガスとともにインペラー８の回転によって再び下方に送られ、前記気相（反応系）に供給されてセレン蒸気との反応に供される。

そして、前述と同様に、生成したセレン化水素は上昇気体に同伴されて反応容器１の内部を上昇する。ヒーター５は、反応容器１の上下方向略中間部より上方部分を加熱できるようにはなっていないので、上昇した気体は反応容器１の上部で冷却される。冷却された気体の一部が、反応容器１の上部に設けられた排出口４から反応容器１の外部に排出され、他部が前記気体流路に沿って管状部材３の上端側の開口３ｂから管状部材３の内部に流入する。管状部材３の内部に流入した気体は管状部材３の内部を下降し、インペラー８の回転によって再び下方に送られるから、これにより気体が反応容器１内を循環することとなる。

前記上昇気体には未反応のセレンが含まれているが、未反応のセレンの一部は高温に保たれたまま再度管状部材３の内部に取り込まれ、インペラー８の回転によって再び前記気相（反応系）供給され、水素ガスとの反応に供される。しかも、前記のような気体の循環が複数回繰り返される場合があるので、セレンが水素ガスと接触し反応する機会が多くなる。その結果、セレン化水素の単位時間当たりの生成量が高くなる。また、セレン化水素の収率も高くなる。さらに、水素ガスが循環して繰り返し反応に供されることになるから、水素ガスの使用量を削減することができ、特許文献１，２に開示の技術のように水素ガスを大量に使用する必要がない。そのため、水素ガスの回収も容易である。よって、本実施形態の反応方法及び反応装置は、セレン化水素の大スケールでの工業的生産に好適である。

図５に示すようなインペラーを備えていない反応装置を使用した場合は、気体供給管１０２の気体供給口１０２ａから噴射された水素ガスがセレン化水素を同伴して反応容器１０１の内部を上昇するものの、前記気体流路は形成されないので前記循環は生じず、ほとんどの水素ガスが排出口１０４から反応容器１０１の外部に排出される。よって、セレンが水素ガスと接触する機会が少ないので、セレン化水素の単位時間当たりの生成量が低く、また、セレン化水素の収率も低く、さらに、水素ガスの使用量も大量となる。なお、図５における符号１０５はヒーター、符号１０６は原料収容部、符号１１０は液体状のセレンを示す。

排出口４から排出された気体は、反応容器１の排出口４に接続された排出管７を介して分離装置（図示せず）に送られる。排出された気体は、主として未反応の水素ガスと反応生成物であるセレン化水素からなるが、分離装置において例えば−１９６℃の液体窒素で冷却するとセレン化水素が凝固するので、水素ガスと分離することができる。凝固したセレン化水素を再度加熱すれば、純度の高いセレン化水素を得ることができる。また、排出口４から排出された気体には、未反応のセレンが同伴されている場合があるが、未反応のセレンは、例えばセレン化水素との凝固温度の違いを利用して分離することができる。

このような本実施形態の反応方法及び反応装置は、例えばＣＩＧＳ型太陽電池の原料に使用されるセレン化水素の製造に好適である。また、半導体材料であるセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を製造する際の原料としてのセレン化水素の製造にも好適である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、セレンを反応容器１の内部で気化させることによりセレン蒸気を得て、そのセレン蒸気を反応系に供給したが、反応容器１の外部においてセレンを気化させるなどしてセレン蒸気を製造し、配管等によりセレン蒸気を反応容器１の内部に供給してもよい。

また、気体供給管２及び管状部材３を、その軸方向を鉛直にした姿勢で設置し、且つ、下方に向かう気流が発生するようにインペラー８を設置することが好ましいが、それに対して９０°の方向に向かう気流が発生するようにインペラー８を設置してもよいし（すなわち、インペラー８の回転軸並びに気体供給管２及び管状部材３を、その軸方向を水平にした姿勢で設置する）、１８０°の方向に向かう気流が発生するようにインペラー８を設置してもよいし（すなわち、気体供給管２及び管状部材３を、その軸方向を鉛直にした姿勢で設置し、且つ、上方に向かう気流が発生するようにインペラー８を設置する）、あるいは、任意の角度の方向に向かう気流が発生するようにインペラー８を設置（気体供給管２及び管状部材３はインペラー８の回転軸と平行をなすように設置する）してもよい。

また、本実施形態の反応方法及び反応装置を適用可能な反応は、セレンと水素ガスからセレン化水素を得る反応に限定されるものではなく、気体同士を反応させる種々の反応に適用可能である。例えば、硫黄と水素ガスから硫化水素を得る反応に適用可能である。
さらに、本実施形態においては、２種の気体を反応させる例を説明したが、３種以上の気体を反応させる場合にも本発明を適用できることは勿論である。その場合には、２種以上の気体を気体供給管２から供給し１種の気体を原料収容部６での気化で供給してもよいし、逆に、１種の気体を気体供給管２から供給し２種以上の気体を原料収容部６での気化で供給してもよい。さらに、２種以上の気体を気体供給管２から供給し２種以上の気体を原料収容部６での気化で供給してもよい。

２種以上の気体を気体供給管２から供給する場合には、気体供給管２をその気体の種類と同数設け、各気体を別の気体供給管２から供給してもよい。また、２種以上の気体を原料収容部６での気化で供給する場合には、原料収容部６をその気体の種類と同数設け、各気化を別の原料収容部６で行ってもよい。
さらに、本実施形態においては、原料収容部６で液体状の原料物質を加熱し蒸発させて蒸気を得たが、昇華性を有する物質であれば、原料収容部６で固体状の原料物質を加熱し昇華させて蒸気を得てもよい。

さらに、本実施形態においては、気体供給管２の先端に気体供給口２ａが設けられていたが、気体供給管２の側面部分に貫通孔を形成するなどして先端以外の部分に気体供給口２ａを設けてもよい。また、前述したように、気体供給口２ａの個数は１個に限定されるものではなく、複数個の気体供給口２ａを気体供給管２に設けてもよい。
さらに、本実施形態においては、気体供給管２は管状部材３の内側に配されていたが、図２に示すように、管状部材３の外側に配してもよい。図２に示す変形例の構成及び作用効果は、気体供給管２が管状部材３の外側に配されている点を除いては、図１の第一実施形態と同様である。

さらに、気体供給管２と管状部材３の断面形状（軸方向に直交する平面で切断した場合の断面形状）は特に限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、多角形（三角形、四角形等）をあげることができる。
さらに、反応時の反応容器１内の圧力は特に限定されるものではなく、例えば、大気圧とすることもできるし、微加圧とすることもできる。
さらに、反応容器１、気体供給管２、管状部材３、及びインペラー８の素材は、セレンに腐食されにくく耐熱性を有するものが好ましい。例えば、ステンレス鋼、チタン、タンタル、セラミック、ガラスが好適である。

〔第二実施形態〕
図３は、本発明に係る反応方法及び反応装置の第二実施形態を説明する断面図である。なお、第二実施形態の反応方法及び反応装置の構成及び作用・効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図３においては、図１と同一又は相当する部分には、図１と同一の符号を付してある。

第一実施形態においては、管状部材３の上端が開口しており、負圧の発生により該開口３ｂから反応容器１内の気体が管状部材３内に流入する構造となっていたが、第二実施形態においては、図３に示すように管状部材３の上端は閉口していて、管状部材３の上端の側面部分に管状部材３の内部と外部を連通する開口３ｂを設けた構造となっている。そして、負圧が発生した際には、反応容器１内の気体が側面部分の開口３ｂから管状部材３内に流入するようになっている。

詳述すると、管状部材３の上端の側面部分から筒状部３１が径方向外方に突出しており、排出口４から下方に延びる排出管７の側面に連結されている。排出管７の下端は開口していて、この開口３ｂから反応容器１内の気体が流入するようになっている。排出管７に流入した気体は、その一部が排出口４から反応容器１の外部に排出され、他部が管状部材３の内部に流入し前記気体流路に沿って管状部材３の内部を下降する。

なお、筒状部３１を排出管７に連結せず、筒状部３１の径方向外端を開口部としてもよい。そうすれば、該開口部から反応容器１内の気体が管状部材３の内部に流入することとなる。また、管状部材３の上端の側面部分に筒状部３１を設ける代わりに、管状部材３の上端の側面部分に管状部材３の内部と外部を連通する貫通孔を設けてもよい。そうすれば、該貫通孔から反応容器１内の気体が管状部材３の内部に流入することとなる。この場合、筒状部３１や貫通孔の数は、１つでもよいし複数でもよい。

このように、負圧の発生時に反応容器１内の気体が管状部材３内に流入するための開口３ｂは、その大きさ、形状、位置等については特に限定されるものではなく、管状部材３の内部に発生する負圧に対して悪影響を与えないものであればよい。
また、第一実施形態と同様に、気体供給管２は管状部材３の内側に配してもよいし、外側に配してもよい。

〔第三実施形態〕
図４は、本発明に係る反応方法及び反応装置の第三実施形態を説明する断面図である。なお、第三実施形態の反応方法及び反応装置の構成及び作用・効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図４においては、図１と同一又は相当する部分には、図１と同一の符号を付してある。

第一実施形態においては、管状部材３の全体が反応容器１内に設置されていたが、第三実施形態においては、図４に示すように管状部材３の一部分が反応容器１外に位置する構造となっている。詳述すると、管状部材３は反応容器１の上部の壁体を貫通して、管状部材３の上部が反応容器１外に位置し、管状部材３の下部が反応容器１内に位置している。反応容器１内に位置する管状部材３の下端は開口しているが、反応容器１外に位置する管状部材３の上端が閉口していることは勿論である。

また、管状部材３の上端の側面部分から筒状部３１が径方向外方に突出しており、排出口４から上方に延びる排出管７の側面に連結されている。そして、排出管７の下端の排出口４（開口３ｂに相当する）から反応容器１内の気体が排出管７に流入し、その一部は排出管７を介して反応容器１の外部に排出される。また、負圧の発生により、排出管７に流入した気体の他部は分岐して管状部材３の内部に流入し、前記気体流路に沿って管状部材３の内部を下降し、反応容器１内に戻される。

なお、インペラー８は、図４に示すように、反応容器１外に位置する管状部材３の上部の内部に配してもよいし、反応容器１内に位置する管状部材３の下部の内部に配してもよい。
また、第一実施形態と同様に、気体供給管２は管状部材３の内側に配してもよいし、外側に配してもよい。

以下に実施例及び比較例を示して、本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
上記第一実施形態の反応装置（図１の反応装置）と同様の構造を有する反応装置を用いて、上記実施形態と同様の反応方法によりセレン化水素を製造した。この反応装置の内容積は１．４Ｌである。

固体状のセレン１５０ｇを反応容器内の原料収容部に収容し、インペラーを回転しつつ水素ガスを気体供給管から９８６ＳＣＣＭ（standard cc/min ）の流速で導入した後、セレンを５５０℃に昇温して気化させ、水素ガスと反応させた。そして、排出口から排出される気体をＦＴ−ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy ）により分析して、セレン化水素の発生量を測定した。その結果、セレン化水素の発生量は１５．２ｍｍｏｌ／ｍｉｎであった。

（比較例１）
インペラー及び管状部材を備えていないことを除いては、実施例１で用いたものとほぼ同様の反応装置（図５の反応装置）を用いて、セレン化水素を製造した。
固体状のセレン１５０ｇを反応容器内の原料収容部に収容し、水素ガスを気体供給管から９８６ＳＣＣＭ（standard cc/min ）の流速で導入した後、セレンを５５０℃に昇温して気化させ、水素ガスと反応させた。そして、排出口から排出される気体をＦＴ−ＩＲにより分析して、セレン化水素の発生量を測定した。その結果、セレン化水素の発生量は１０．９ｍｍｏｌ／ｍｉｎであった。
なお、実施例１及び比較例１における測定に用いたＦＴ−ＩＲ分析装置は、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製のＮｉｃｏｌｅｔ−３８０であり、セルはガスセル（長さ１０ｃｍ）である。

１ 反応容器
２ 気体供給管
２ａ 気体供給口
３ 管状部材
３ａ 下端側の開口
３ｂ 上端側の開口
５ ヒーター
６ 原料収容部
８ インペラー
１０ セレン

Claims (11)

1. 複数種の気体を反応容器に供給し、これら気体同士を反応させる反応方法であって、
   両端に開口部を有する管状部材を前記反応容器内に設置するとともに、前記管状部材の他端側から一端側に向かう気流を前記管状部材の内部に生じさせるインペラーを前記管状部材の内側に配し、
   前記複数種の気体のうち一部の種類の気体を第一気体供給部から前記反応容器内に供給するとともに、前記複数種の気体のうち残部の種類の気体を第二気体供給部から前記反応容器内に供給し、前記一部の種類の気体と前記残部の種類の気体とを反応させるに際して、前記第一気体供給部によって、前記一部の種類の気体の発生源となる液体状又は固体状の原料物質を加熱して前記原料物質を気化させ前記反応容器内に供給するとともに、前記インペラーを回転して前記気流を生じさせて、前記反応容器内の気体が前記管状部材の他端側の開口部から前記管状部材の内部に流入して一端側の開口部から流出する気体流路を形成させることを特徴とする反応方法。
2. 前記原料物質を前記反応容器の内部に配して前記反応容器内で気化することを特徴とする請求項１に記載の反応方法。
3. 前記原料物質を前記反応容器の内部の底部に配して前記反応容器内で気化するとともに、前記インペラーを回転して前記原料物質に向かう気流を生じさせることを特徴とする請求項２に記載の反応方法。
4. 前記第二気体供給部は、前記残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する気体供給口を複数有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応方法。
5. ２種の気体を反応させる反応方法であって、前記一部の種類の気体がセレンであり、前記残部の種類の気体が水素ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応方法。
6. 複数種の気体を反応させる反応装置であって、
   前記複数種の気体が供給されこれら気体同士の反応が行われる反応容器と、前記複数種の気体のうち一部の種類の気体を前記反応容器内に供給する第一気体供給部と、前記複数種の気体のうち残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する第二気体供給部と、前記反応容器内に設置され且つ両端に開口部を有する管状部材と、前記管状部材の内側に配されたインペラーと、を備え、
   前記インペラーは、その回転により、前記管状部材の他端側から一端側に向かう気流を前記管状部材の内部に生じさせるものであり、前記気流により、前記反応容器内の気体が前記管状部材の他端側の開口部から前記管状部材の内部に流入して一端側の開口部から流出する気体流路を形成するようになっていることを特徴とする反応装置。
7. 前記第一気体供給部は、前記一部の種類の気体の発生源となる液体状又は固体状の原料物質を収容する原料収容部と、前記原料収容部を加熱して前記原料物質を気化させる加熱部と、を備えることを特徴とする請求項６に記載の反応装置。
8. 前記原料収容部が前記反応容器の内部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の反応装置。
9. 前記原料収容部が前記反応容器の内部の底部に設けられており、前記管状部材が一端側の開口部を前記原料収容部に向けて設置されていることを特徴とする請求項８に記載の反応装置。
10. 前記第二気体供給部は、前記残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する気体供給口を複数有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の反応装置。
11. ２種の気体を反応させる反応装置であって、前記一部の種類の気体がセレンであり、前記残部の種類の気体が水素ガスであることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の反応装置。

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