SE461037B - Saett att av kol och kiseldioxid kontinuerligt framstaella flytande kisel i en reaktor - Google Patents

Description

461 10 15 20 057 Det uppfinningsenliga sättet erbjuder sålunda en process vari de ovan nämnda förlusterna av SiO reduceras eller elimineras, och halten resterande SiC i produkten mini- mefâs.

Det uppfinningsenliga sättet kan illustreras på följande vis.

I det första steget, genomföras en karbotermisk reduktion av SiO2 i en första zon innehållande ett överskott av kol till bildning av SiC enligt S102 + 2C > 2 SiOg + 2 CO (1) 2 SiOg + 4C --9 2 SiCS + 2CO (2) eller totalt 2 SiOz + 6C~---> 2 SiCs + 4CO (3).

I det andra steget, utnyttjas den SiC som producerats i det första steget till att reducera ytterligare SiO2 en- ligt SiO2 + SiCs --ö Sil + S109 + CO (4), och SiO + SiC --à 2 Si + CO (5), eller g s l totalt SiO2 + 2SiCS > 3 Sil + 2CO (6).

Den totala reaktionen för de två kombinerade stegen (ek- vation (3) plus ekvation (6) är 3SiO + 6C > 3Si + GCO (7). 2 l ,. .-.flnwwwuu 10 15 20 25 30 3 461 057 Det uppfinningsenliga sättet genomförs med fördel i en schaktugn som hålles fylld med styckeformigt kolmaterial.

Denna reaktor har lämpligen upptill ett matningsorgan för styckeformigt kolmaterial, samt en ledning för avdragning av gaser som produceras och introduceras i systemet. Vid en övre nivå av reaktorn finns anordningar för inmatning av kiseldioxid och värmeenergi i en första reaktionszon.

Vid en andra lägre nivå i reaktorn finns organ för inmat- ning av kiseldioxid och värmeenergi för genomförande av det andra reaktionssteget. Reaktorns undre del är utfor- mad på konventionellt vis för att medge avtappning av bil- dat kisel, och kan med fördel vara utformad för att medge temporär uppsamling av flytande kisel för satsvis avtapp- ning därav från reaktorn.

Organen för tillförsel av värmeenergi är anordningar för tillförsel av förbränningsoberoende energi, nämligen plasmageneratorer varvid partikelformigt SiO 2 injiceras vid dessa.

Den uppfinningsenliga processen enligt de ovan angivna stökiometriska ekvationerna kommer nu att närmare beskri- vas i anslutning till den bilagda enda ritningsfiguren, som schematiskt visar en apparat för genomförande av det uppfinningsenliga sättet.

Den schematiskt på ritningen visade apparaten innefattar en schaktugn 1 som är försedd med åtminstone en plasmagene- rator 2 på en övre nivå, och åtminstone en plasmagenerator 3 på en undre nivå. Ugnen uppvisar dessutom vid överdelen 9 en konventionell sluss 4 för inmatning av styckeformigt kol, samt en ledning 7 för avdragning av gaser som produ- ceras och introduceras i ugnen. Vidare visas injicerings- anordningar 5 respektive 6 för injicering av partikelfor- migt SiO2 vid varje plasmagenerator. Vidare visas avtapp- 10 15 20 25 30 461 037 ningsanordningar 8 vid ugnens botten för periodisk avdrag- ning av produkten, flytande kisel.

Den övre delen av schaktugnen l utnyttjas för genomförande av processens första steg och omfattar plasmageneratorerna 2 vid den Övre nivån samt ugnsvolymen ovanför denna övre nivå. Denna ugnsvolym är fylld med styckeformigt kol som matas genom överdelen 9. Plasmagas som kan vara recirkule- rad fràngas eller annan lämplig gas, samt partikelformig SiO2 som injiceras i plasmagasen, inkommer i kolbädden och reagerar enligt reaktionerna (1) och (2) till bildning av SiC och CO. Temperaturen i denna reaktionszon efter väsent- ligen fullständig omsättning kommer att vara åtminstone l90OOC och företrädesvis högre,och denna temperatur kommer att minska till omkring l300°C vid schaktugnens överdel då det styckeformiga kol som där inmatas rör sig nedåt och vär- mes av de uppàtgàende gaserna till reaktionstemperaturen.

Det är helt klart att en väsentlig del av denna kolförvärm- ning kommer ätt åstadkommas i den övre delen av reaktorvo- lymen så att större delen av volymen ovanför den övre plas- mageneratornivàn 2 kommer att befinna sig vid eller nära reaktionszonstemperaturen. Dessa förhållanden kommer att gynna fullständig reduktion av all SiOg enligt reaktion (2). Den SiC som produceras i detta första steg kommer att röra sig nedåt tillsammans med eventuellt icke omsatt kol ned i den undre delen av schaktugnen 1, vilken del innefattar plasmageneratorerna vid den undre nivån 3 samt anordningarna för uppsamling och avdragning av Sil, och denna undre del utnyttjas för genomförande processens and- ra steg. I detta andra steg inmatas på den undre nivån ytterligre SiO2 tillsammans med plasmagas från plasmage- neratorerna på denna nivå och kommer att reagera med nedåt strömande SiC och icke omsatt kol till bildning av Sil och CO enligt reaktionerna (4), (5) och eventuellt Siog + C > Sil + Co (8). . al.. .www-www 10 15 20 25 30 5 461 037 Producerad Sil kommer att ansamlas i ugnsvolymen vid dess botten och periodiskt avlägsnas genom tappning på konven- tionellt sätt. Enligt en föredragen form av uppfinningen startas ugnen genom fyllning av dess undre del med stycke- formigt SiC och fyllning av dess övre del med styckefor- migt kol som skulle kunna vara grafit eller koks. Därefter kan plasmageneratorerna på nivåerna 2 och 3 drivas med lämplig inert plasmagas för värmning av systemet till reak- tionstemperaturen. En kontinuerlig produktion av Sil kan sedan startas genom injicering av SiO2 vid plasmagenera- torerna 2 och 3, för genomförande av de tidigare angivna ekvationerna. Ett exempel på drift av processen enligt upp- finningen under utnyttjande av relativtrenareakuæmerges i följande tabell, för ett produktionsflöde av ett ton kisel per timme.

I exemplet upprätthölls reaktionszontemperaturer av cirka 19oo°c.

Exempel på drift vid en produktion av 1 ton Si per timme, per ton Si Kolförbrukning, kg 855 Kiseldioxid, kg 2139 till första steget 1426 till andra steget 713 Elektricitet, kWh 7924 till första steget 4546 till andra steget 3378 Plasmagas, kmol 49 till första steget 34 till andra steget 15 Utgående gas, kmol* 125 CO, molfraktion 0,938 N2, molfraktion 0,062 Frångas Temperatur OC aa 1250 461 037 6 * Plasmagasen är i detta driftexempel recirkulerad ut- gående gas.

Claims (6)

10 15 20 25 7 461 037 P a t e n t k r a v

1. Sätt att av kol och kiseldioxid kontinuerligt fram- ställa flytande kisel i en reaktor varvid i ett första steg en första andel av kiseldioxiden omsättes med kol under tillförsel av värmeenergi till bildning av kisel- karbid och att i ett andra därpå följande steg en andra andel av kiseldioxiden omsättes med den i det första ste- get framställda kiselkarbiden under tillförsel av värme- energi till bildning av flytande kisel, k ä n n e - t e c k n a t av att det första steget genomföres genom att plasmagas och däri injicerat Si02 införes i en kol- bädd i reaktorn till bildning av en första reaktionszon som är belägen pà en nivå ovanför en i reaktorn anordnad andra reaktionszon innehållande primärt kiselkarbid, som bildats i den första zonen varvid det andra steget genom- föres i den andra zonen under införing av plasmagas med däri injicerad kiseldioxid.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den första andelen kiseldioxid väljes till att vara app- roximativt 2/3 och att den andra andelen kiseldioxid sä- lunda väljes till att vara approximativt 1/3.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen i det första steget hàlles vid åtmins- tone l900°C.

4. Sätt enligt något av kraven 1 - 3, n a t av att temperaturen i det andra steget hàlles vid àtminstøne 19oo°c .

5. Sätt enligt något av kraven 1 - 4, n a t av att reaktorkärlet beskickas med kol i sin övre del. k ä n n e t e c k - k ä n n e t e c k - 461 037

6. Sätt enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k - n a t av att reaktorn initialt fylles med styckformigt kol i sin övre del och med SiC i sin undre del upptill den första zonen, och att inert plasmagas injiceras i de båda initialt fyllda reaktionszonerna tills drifttemperaturtillstànd upp- nåtts i reaktorn, varefter SiO2 och plasmagas injiceras i zonerna för fortgående produktion av flytande kisel.