JP6161926B2 - Reaction method and reaction apparatus - Google Patents
Reaction method and reaction apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP6161926B2 JP6161926B2 JP2013053745A JP2013053745A JP6161926B2 JP 6161926 B2 JP6161926 B2 JP 6161926B2 JP 2013053745 A JP2013053745 A JP 2013053745A JP 2013053745 A JP2013053745 A JP 2013053745A JP 6161926 B2 JP6161926 B2 JP 6161926B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- reaction
- reaction vessel
- tubular member
- injection port
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 161
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 122
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 76
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 76
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 76
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 49
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 49
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 45
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- SPVXKVOXSXTJOY-UHFFFAOYSA-N selane Chemical compound [SeH2] SPVXKVOXSXTJOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 229910000058 selane Inorganic materials 0.000 description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 5
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 5
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
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。 The present invention relates to a reaction method and a reaction apparatus in which a plurality of kinds of gases are brought into contact with each other for reaction.
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。
Hydrogen selenide is a useful compound used, for example, as a raw material for CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) type solar cells.
Several methods for producing hydrogen selenide are known. For example,
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。
In addition, the hydrogen selenide production apparatus disclosed in
Thus, since the hydrogen selenide manufacturing apparatus disclosed in
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。
However, since metal selenium has only a small equilibrium vapor pressure at the above temperature, the amount of selenium vapor supplied to the gas phase (reaction system) is small. Therefore, in the technologies disclosed in
Further, the method for producing hydrogen selenide disclosed in
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。
Furthermore, since the hydrogen selenide production apparatus disclosed in
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。 Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, and it is not necessary to use a large amount of the gas as a raw material when producing a target compound by reacting plural kinds of gases. It is an object of the present invention to provide a reaction method and a reaction apparatus in which the amount of compound produced per unit time is high.
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、前記複数種の気体のうち一部の種類の気体を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噴射口から前記反応容器内に噴射し、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、前記噴射口を、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の内側に配して、この噴射口から前記残部の種類の気体を前記管状部材の一端側に向かって噴射し、この噴射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させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an aspect of the present invention has the following configuration. That is, the reaction method according to one embodiment of the present invention is a reaction method in which a plurality of types of gases are supplied to a reaction vessel and these gases react with each other, and some types of gases among the plurality of types of gases are reacted. While supplying from the gas supply unit into the reaction vessel, the remaining types of gases among the plurality of types of gas are injected into the reaction vessel from the injection port, and the partial types of gases and the types of the remaining units are injected. When reacting with a gas, the gas supply unit heats the liquid or solid source material that is a generation source of the some types of gas to vaporize the source material and supply it to the reaction vessel. In addition, the injection port is arranged inside a tubular member installed in the reaction vessel and having openings at both ends, and the remaining type of gas is directed from the injection port toward one end side of the tubular member. To this jet The gas in the reaction vessel, characterized in that to form a gas flow channel flowing from one side of the opening and into the interior of the tubular member from the opening of the other end of the tubular member Ri.
この反応方法においては、前記噴射口は、前記管状部材の一端側の開口部よりも前記管状部材の軸方向内部側に配してもよい。また、前記噴射口は、前記管状部材の径方向中心部に配してもよい。
さらに、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、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、前記反応容器内で気化するとともに、前記噴射口から前記残部の種類の気体を前記原料物質に向かって噴射してもよい。
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。
In this reaction method, the injection port may be arranged on the axially inner side of the tubular member with respect to the opening on one end side of the tubular member. Moreover, you may distribute | arrange the said injection port to the radial direction center part of the said tubular member.
Furthermore, in this reaction method, the raw material may be disposed inside the reaction vessel and vaporized in the reaction vessel, or the raw material may be disposed at the bottom inside the reaction vessel, While vaporizing in the reaction vessel, the remaining kind of gas may be injected from the injection port toward the source material.
Further, this reaction method may be a reaction method in which two kinds of gases are reacted, and the partial kind of gas may be selenium and the remaining kind of gas may be hydrogen gas.
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噴射する噴射口と、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、を備え、前記噴射口は、前記管状部材の内側に配されていて、前記残部の種類の気体を前記管状部材の一端側に向かって噴射するようになっており、この噴射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。 Moreover, the reaction apparatus according to another aspect of the present invention is a reaction apparatus for reacting a plurality of types of gases, wherein the plurality of types of gases are supplied and reaction between these gases is performed, and the plurality of types A gas supply unit for supplying some types of gases into the reaction vessel, an injection port for injecting the remaining types of gases among the plurality of gases into the reaction vessel, and the reaction vessel A tubular member installed inside and having openings at both ends, and the injection port is disposed inside the tubular member, and the remaining type of gas is directed toward one end of the tubular member. A gas flow path in which the gas in the reaction vessel flows into the tubular member from the opening on the other end side of the tubular member and flows out from the opening on the one end side by this injection. It is characterized by being formed .
この反応装置においては、前記噴射口は、前記管状部材の一端側の開口部よりも前記管状部材の軸方向内部側に配してもよい。また、前記噴射口は、前記管状部材の径方向中心部に配してもよい。
さらに、この反応装置においては、前記噴射口は、前記管状部材に挿通されて前記残部の種類の気体を前記反応容器内に供給する内管の先端に設けられていてもよい。
In this reaction apparatus, the injection port may be arranged on the axially inner side of the tubular member with respect to the opening on one end side of the tubular member. Moreover, you may distribute | arrange the said injection port to the radial direction center part of the said tubular member.
Further, in this reaction apparatus, the injection port may be provided at the tip of an inner tube that is inserted into the tubular member and supplies the remaining type of gas into the reaction vessel.
さらに、この反応装置においては、前記気体供給部は、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。
さらに、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。
Further, in this reaction apparatus, the gas supply unit heats the raw material storage unit that stores a raw material storage unit that stores a liquid or solid source material that is a generation source of the some types of gas. A heating unit that vaporizes the raw material.
Furthermore, in this reaction apparatus, the raw material container may be provided inside the reaction container, or the raw material container may be provided at the bottom inside the reaction container, and the tubular member However, the opening part of the one end side may be installed toward the said raw material accommodating part.
Further, this reaction apparatus may be a reaction apparatus for reacting two kinds of gases, and the partial kind of gas may be selenium and the remaining kind of gas may be hydrogen gas.
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。 In the reaction method and the reaction apparatus according to the present invention, when a target compound is produced by reacting plural kinds of gases, it is not necessary to use a large amount of the gas as a raw material, and the production amount of the target compound per unit time is reduced. high.
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。 Embodiments of a reaction method and a reaction apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the flow of gas such as hydrogen gas is indicated by arrows. The present invention relates to a reaction method and a reaction apparatus for producing a target compound by reacting plural kinds of gases. In this embodiment, two kinds of gases, selenium and hydrogen gas, are reacted. The present invention will be described by taking the case of producing hydrogen selenide as an example.
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内に供給する内管2と、内管2を囲むように内管2と同軸に設置された外管3(本発明の構成要件である管状部材に相当する)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。
1 includes a
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気体供給部の一部又は全部を構成するものである。
In addition, a
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。
As shown in FIG. 1, the
外管3は、両端が開口した管状の部材であり、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、外管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。
The
また、内管2は、外管3よりも小径な管状の部材であり、平行をなして外管3の内側に挿通されている。内管2と外管3は同軸をなしているので、内管2は外管3の径方向中心部に配されている。ただし、内管2は外管3の径方向中心部以外の部分に配されていてもよく、例えば外管3の径方向外方側部分に配されていてもよい。内管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、水素ガスを噴射する噴射口2aであるその先端は、外管3の内側に配されている。
The
噴射口2aは、外管3の下端側の開口3aよりも軸方向内部側(すなわち上側)に配されていて、水素ガスを外管3の下端側の開口3aに向かって(すなわち、液体状のセレン10に向かって)噴射するようになっている。噴射口2aの形状や口径(内径)は特に限定されるものではないが、口径を小さくしてノズル状とすることにより、噴射された気体の線速度を向上することができる。
The
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。
Next, a method for producing hydrogen selenide using such a reactor will be described. First, solid metal selenium, which is a generation source of selenium vapor, is charged into the
外管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、外管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、噴射口2aと液体状のセレン10の液面との距離が変化する。よって、噴射口2aから噴射される水素ガスの線速度も考慮して、噴射口2aと液体状のセレン10の液面との距離がセレン化水素の製造に対して好適な値となるように、金属セレンの投入量を調整することが好ましい。
The lower end portion of the
Further, when the reaction between selenium and hydrogen gas proceeds and selenium is consumed, the liquid level of
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、内管2の噴射口2aから液体状のセレン10に向かって水素ガスを噴射すると、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。セレン10に向けて噴射された水素ガスはセレン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。
The
なお、噴射口2aからの水素ガスの噴射は、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。
また、噴射される水素ガスの線速度は、温度によって大きく変化するものの、例えば400℃以上700℃以下の範囲では、20m/s以上とすることが好ましい。
The injection of hydrogen gas from the
Moreover, although the linear velocity of the injected hydrogen gas varies greatly depending on the temperature, it is preferably 20 m / s or more, for example, in the range of 400 ° C. or more and 700 ° C. or less.
このとき、噴射口2aから噴射された水素ガスが外管3の内部を下方に流れることにより、イジェクター効果が発現して外管3の内部に負圧が生じる。負圧の大きさは、噴射される水素ガスの線速度、及び、反応容器1の内径と外管3の内径との比率に依存する。
反応容器1の内径と外管3の内径との比率(〔外管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。
また、噴射口2aの位置は、外管3の上端から下端の間にあればよく、特に限定されない。
At this time, the hydrogen gas injected from the
The ratio of the inner diameter of the
Moreover, the position of the
この負圧により、反応容器1内の気体(外管3の外部の気体)が外管3の上端側の開口3b(外管3の内部を流れる気流の上流側の開口)から外管3の内部に流入して下端側の開口3a(外管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。この気体流路は、噴射口2aから噴射された水素ガスの流れと同一方向の下降気流である。そして、この気体流路に沿って外管3の内部を下降してきた気体は、噴射口2aから噴射された水素ガスと合流して、液体状のセレン10の液面に向けて噴射される。
Due to this negative pressure, the gas in the reaction vessel 1 (the gas outside the outer tube 3) passes through the
下方に向けて噴射された気体(噴射口2aから噴射された水素ガスと外管3の内部を下降してきた気体とが合流したものであり、以下「合流気体」と記す)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合流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、上昇した合流気体は反応容器1の上部で冷却される。
The gas injected downward (the hydrogen gas injected from the
そして、冷却された合流気体の一部が、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外管3の上端側の開口3bから外管3の内部に流入する。外管3の内部に流入した合流気体は外管3の内部を下降し、噴射口2aから噴射された水素ガスと再び合流するから、これにより合流気体が反応容器1内を循環することとなる。
Then, a part of the cooled combined gas is discharged to the outside of the
この合流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外管3の内部に取り込まれ、噴射口2aから噴射された水素ガスと合流して、水素ガスとの反応に供される。しかも、前記のような合流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。
This combined gas contains unreacted selenium, but a part of the unreacted selenium is again taken into the
図3に示すような外管を備えていない反応装置を使用した場合は、内管102の噴射口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3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。
When a reaction apparatus not equipped with an outer tube as shown in FIG. 3 is used, the hydrogen gas injected from the
排出口4から排出された合流気体は、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。
The combined gas discharged from the discharge port 4 is sent to a separation device (not shown) through a
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。
Such a reaction method and reaction apparatus of this embodiment are suitable for the production of hydrogen selenide used as a raw material for CIGS type solar cells, for example. Moreover, it is suitable also for manufacture of hydrogen selenide as a raw material when manufacturing zinc selenide (ZnSe) which is a semiconductor material.
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in this embodiment, selenium vapor is obtained by vaporizing selenium inside the
また、内管2及び外管3を、その軸方向を鉛直にした姿勢で設置し、且つ、内管2の噴射口2aを下方に向けることが好ましいが、それに対して90°の方向に噴射口2aが向くように内管2及び外管3を設置してもよいし(すなわち、内管2及び外管3を、その軸方向を水平にした姿勢で設置する)、180°の方向に噴射口2aが向くように内管2及び外管3を設置してもよいし(すなわち、内管2及び外管3を、その軸方向を鉛直にした姿勢で設置し、且つ、内管2の噴射口2aを上方に向ける)、あるいは、任意の角度の方向に噴射口2aが向くように内管2及び外管3を設置してもよい。
Moreover, it is preferable to install the
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種以上の気体を噴射口2aから噴射し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種の気体を噴射口2aから噴射し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種以上の気体を噴射口2aから噴射し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。
The reaction to which the reaction method and the reaction apparatus of the present embodiment can be applied is not limited to the reaction for obtaining hydrogen selenide from selenium and hydrogen gas, but can be applied to various reactions in which gases are reacted with each other. . For example, it is applicable to a reaction for obtaining hydrogen sulfide from sulfur and hydrogen gas.
Furthermore, in this embodiment, although the example which makes 2 types of gas react was demonstrated, of course, this invention is applicable also when making 3 or more types of gas react. In that case, two or more types of gas may be injected from the
2種以上の気体を噴射口2aから噴射する場合には、内管2及び外管3をその気体の種類と同数設け、各気体を別の噴射口2aから噴射してもよい。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。
When two or more kinds of gases are injected from the
Further, in the present embodiment, the liquid raw material is heated and evaporated in the raw
さらに、本実施形態においては、外管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内の気体が外管3内に流入する構造となっていたが、図2に示すように外管3の上端が閉口していて、上端の側面部分に外管3の内部と外部を連通する開口3bを設けた構造としてもよい。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から外管3内に流入する。
Furthermore, in this embodiment, the upper end of the
側面部分の開口3bは、図2に示すように、径方向外方に突出する筒状部31を側面部分に連結することにより形成してもよいし、外管3の内部と外部を連通する貫通孔を側面部分に設けることにより形成してもよい。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内の気体が外管3内に流入するための開口3bは、その形状、位置等については特に限定されるものではなく、外管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が、その大きさについては、開口3bの面積の合計が外管3の径方向内面積以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
Thus, the
さらに、内管2と外管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。ただし、内管2と外管3の断面形状は、同形状であることが好ましい。
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、内管2、及び外管3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。
Furthermore, the cross-sectional shape (cross-sectional shape when cut along a plane orthogonal to the axial direction) of the
Furthermore, the pressure in the
Furthermore, the material of the
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。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
Example 1
Hydrogen selenide was manufactured by the reaction method similar to the said embodiment using the reaction apparatus which has the structure similar to the reaction apparatus (reaction apparatus of FIG. 1) of the said embodiment. The internal volume of this reactor is 1.4L.
固体状のセレン250gを反応容器内の原料収容部に収容し、水素ガスを噴射口から986SCCM(standard cc/min )の流速で噴射した後、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15.6mmol/minであった。 After storing 250 g of solid selenium in the raw material container in the reaction vessel and injecting hydrogen gas at a flow rate of 986 SCCM (standard cc / min) from the injection port, the selenium was heated to 550 ° C. to be vaporized, and hydrogen Reacted with gas. And the gas discharged | emitted from a discharge port was analyzed by FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), and the generation amount of hydrogen selenide was measured. As a result, the amount of hydrogen selenide generated was 15.6 mmol / min.
(比較例1)
外管を備えていないことを除いては、実施例1で用いたものと同様の反応装置(図3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250gを反応容器内の原料収容部に収容し、水素ガスを噴射口から986SCCM(standard cc/min )の流速で噴射した後、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。
(Comparative Example 1)
Hydrogen selenide was produced using the same reaction apparatus as that used in Example 1 (reaction apparatus in FIG. 3) except that the outer tube was not provided.
After storing 250 g of solid selenium in the raw material container in the reaction vessel and injecting hydrogen gas at a flow rate of 986 SCCM (standard cc / min) from the injection port, the selenium was heated to 550 ° C. to be vaporized, and hydrogen Reacted with gas. And the gas discharged | emitted from a discharge port was analyzed by FT-IR, and the generation amount of hydrogen selenide was measured. As a result, the amount of hydrogen selenide generated was 10.9 mmol / min.
In addition, the FT-IR analyzer used for the measurement in Example 1 and Comparative Example 1 is Nicolet-380 manufactured by Thermo Fisher Scientific, and the cell is a gas cell (length: 10 cm).
1 反応容器
2 内管
2a 噴射口
3 外管
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
10 セレン
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記複数種の気体のうち一部の種類の気体を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噴射口から前記反応容器内に噴射し、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、前記噴射口を、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の内側に配して、この噴射口から前記残部の種類の気体を前記管状部材の一端側に向かって噴射し、この噴射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させ、
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反応方法。 A reaction method of supplying a plurality of gases to a reaction vessel and reacting these gases with each other,
While supplying some types of gases among the plurality of types of gases from the gas supply unit into the reaction vessel, the remaining types of gases among the plurality of types of gases are injected into the reaction vessel from the injection port. , When reacting the partial type of gas and the residual type of gas,
The gas supply unit heats the liquid or solid source material serving as a generation source of the some types of gas to vaporize the source material and supply the material into the reaction vessel, and the injection port. Arranged inside the tubular member installed in the reaction vessel and having openings at both ends, the remaining kind of gas is jetted from the jet port toward one end side of the tubular member, and by the jetting, Forming a gas flow path in which the gas in the reaction vessel flows into the tubular member from the opening on the other end side of the tubular member and flows out from the opening on the one end side ;
The reaction method according to claim 1, wherein the partial type of gas is selenium and the remaining type of gas is hydrogen gas .
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噴射する噴射口と、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、を備え、
前記噴射口は、前記管状部材の内側に配されていて、前記残部の種類の気体を前記管状部材の一端側に向かって噴射するようになっており、この噴射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おり、
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反応装置。 A reaction device for reacting a plurality of gases,
A reaction vessel in which the plurality of types of gases are supplied and a reaction between the gases is performed; a gas supply unit that supplies some of the plurality of types of gases into the reaction vessel; and the plurality of types An injection port for injecting the remaining type of gas into the reaction vessel, and a tubular member installed in the reaction vessel and having openings at both ends,
The injection port is arranged inside the tubular member, and injects the remaining type of gas toward one end side of the tubular member, and the gas in the reaction vessel is injected by this injection. A gas flow path is formed which flows into the tubular member from the opening on the other end side of the tubular member and flows out from the opening on the one end side ;
The reaction apparatus characterized in that the partial type of gas is selenium and the remaining type of gas is hydrogen gas .
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013053745A JP6161926B2 (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Reaction method and reaction apparatus |
CN201410095052.1A CN104045065B (en) | 2013-03-15 | 2014-03-14 | Reaction method and reaction unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013053745A JP6161926B2 (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Reaction method and reaction apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014176827A JP2014176827A (en) | 2014-09-25 |
JP6161926B2 true JP6161926B2 (en) | 2017-07-12 |
Family
ID=51498522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013053745A Active JP6161926B2 (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Reaction method and reaction apparatus |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6161926B2 (en) |
CN (1) | CN104045065B (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3210939A1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-30 | Casale SA | A reactor for oxidation of ammonia in the production of nitric acid |
CN108313986B (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-25 | 申士杰 | Co and Al is inhibited to mix the method for occupy-place and the compound of preparation |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1422781A (en) * | 1972-03-29 | 1976-01-28 | Ici Ltd | Vapourinsing process |
GB2222098B (en) * | 1988-08-24 | 1992-03-18 | Exxon Research Engineering Co | Improvements in and relating to contacting of plural distinct fluid phases |
CN1118346C (en) * | 1997-12-23 | 2003-08-20 | 北京科技大学 | Technology and equipment for preparation of tungsten carbide-nickel-iron series nanometer grade composit powder |
JP5086451B2 (en) * | 2011-01-27 | 2012-11-28 | 大陽日酸株式会社 | Hydrogen selenide production equipment |
CN102674268A (en) * | 2011-03-11 | 2012-09-19 | 大连立方化学技术有限公司 | Hydrogen selenide preparation device and method |
CN102267690B (en) * | 2011-06-03 | 2013-01-30 | 中昊光明化工研究设计院有限公司 | Preparation method of hydrogen selenide |
-
2013
- 2013-03-15 JP JP2013053745A patent/JP6161926B2/en active Active
-
2014
- 2014-03-14 CN CN201410095052.1A patent/CN104045065B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014176827A (en) | 2014-09-25 |
CN104045065A (en) | 2014-09-17 |
CN104045065B (en) | 2017-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI397605B (en) | Method and apparatus for generating a carbon nanotube | |
US20160296905A1 (en) | Plasma reactor and method for decomposing a hydrocarbon fluid | |
NO334282B1 (en) | Apparatus and method for making particulate matter | |
JP6161926B2 (en) | Reaction method and reaction apparatus | |
JP2018108588A (en) | Multi reactor system in which pressure is adjusted | |
JP2004149403A (en) | Hydrogen generator and fuel cell power system | |
CN113939359A (en) | Reactor with direct electrical heating | |
JP6161927B2 (en) | Reaction method and reaction apparatus | |
ES2807473T3 (en) | Syngas production device and procedure | |
JP2012193918A (en) | Burner for manufacturing inorganic spheroidized particle, apparatus for manufacturing inorganic spheroidized particle and method of manufacturing inorganic spheroidized particle | |
KR101651315B1 (en) | Fluidized bed reactor and preparatio of carbon nanostructures using same | |
TWI792745B (en) | Apparatus and method of producing inorganic powder | |
US20100247416A1 (en) | Silicon manufacturing apparatus and related method | |
SE1001004A1 (en) | Production of carbon in indirect heated gasification | |
RU2008149663A (en) | METHOD FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF 2-MERCAPTOBENZTHIAZOL IN A TUBULAR REACTOR AND DEVICE FOR ITS CARRYING OUT | |
ES2849551T3 (en) | Methanization reactor to react hydrogen with at least one carbon-based compound to produce methane and water | |
JP2021147309A (en) | Method and device for producing boron nitride nanotubes | |
JP2009242742A (en) | Liquid cooling device for gas hydrate manufacturing apparatus and method | |
CN103380486B (en) | Carburator | |
US20240286893A1 (en) | Process and system for producing a gas comprising nitrogen (n2) and hydrogen (h2) by combustion of hydrogen in the presence of air | |
JP2012206077A (en) | Method for producing inorganic spheroidized particle, inorganic spheroidized particle-producing burner, and inorganic spheroidized particle production device | |
KR102118318B1 (en) | Integrated multi-stage reactor for methanation of carbon oxides | |
US20150168055A1 (en) | Multi-stage temperature based separation of gas impurities | |
RU2377098C1 (en) | Installation for receiving of powder of carbonyl iron | |
JP2015000819A (en) | Hydrogen generation method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151216 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170131 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170324 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170606 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170614 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6161926 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |