(57)【要約】【課題】  燃焼室、予燃焼室及び多重バーナーを含む燃焼装置、並びに燃焼によって固体酸化生成物を形成する固体形成ガスを含有するフィードガスを燃焼する方法を提供すること。【解決手段】  予燃焼室の外側と燃焼室の内側との間に流路が形成され、それにより固体形成ガスの燃焼を促進するために該燃焼室の内部に第２酸化剤を導入することができる、燃焼装置によって上記課題を解決する。【選択図】      図１
2005351615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部への入口とそこからの出口とを有する燃焼室；
入口と出口を有し、該出口が該燃焼室の入口に通じている予燃焼室；
固相酸化生成物を形成し得るガスを含有するフィードガスを噴射するための少なくとも１つのノズルと、リフトガスを噴射するための少なくとも１つのリフトガス用ノズルと、酸化剤を噴射するための少なくとも１つの酸化剤用ノズルとを有する多重バーナーであって、それぞれのノズルが該予燃焼室の入口に噴射するよう向けられた多重バーナー；
を含む燃焼装置において、
該予燃焼室の外側と該燃焼室の内部との間に形成された流路であって、それにより該予燃焼室の外側で該燃焼室の内部に第２酸化剤を導入することができる流路
を含む、改良された燃焼装置。
【請求項２】
前記リフトガスの流路が、前記フィードガス用ノズルを取り囲んでいる、請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記酸化剤用ノズルが、前記リフトガス用ノズルを取り囲んでいる、請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記多重バーナーがパイプバーナーである、請求項３に記載の燃焼装置。
【請求項５】
恒常的な点火源が前記予燃焼室において提供された、請求項４に記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記予燃焼室の長さ／直径比が０．３〜８である、請求項４に記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記予燃焼室の長さ／直径比が０．７５〜３．５である、請求項６に記載の燃焼装置。
【請求項８】
燃焼によって固相酸化生成物を形成する固体形成ガスを含有するフィードガスを燃焼処理する方法であって、
該固体形成ガスを含有する該フィードガスを第１ノズルを通して予燃焼室に噴射する工程；
酸化剤を第２ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
リフトガスを該第１ノズルと該第２ノズルの間に配置された第３ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
該固体形成ガスを該予燃焼室において少なくとも部分的に燃焼する工程；
該予燃焼室において生成された部分燃焼ガスをさらに燃焼するために燃焼室の内部に排出する工程；並びに
第２酸化剤を該予燃焼室の外側と該燃焼室の内部との間に形成された流路を通して該燃焼室の内部に導入する工程
を含む、方法。
【請求項９】
前記固体形成ガスが、周期表のＩＩＩ族〜Ｖ族の金属から成る群より選択されたガス状化合物である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記固体形成ガスが、シラン、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、水素化セレン、モノシラン、クロロシラン、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、及びトリメチルアルミニウムから成る群より選択された、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記リフトガスが、天然ガス、水素、メタン、エタン、プロパン、及びそれらの混合ガスから成る群より選択された、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１ノズルを通る前記フィードガスの速度が５〜１００フィート／秒であり、前記第２ノズルを通る前記リフトガスの速度が５〜１００フィート／秒である、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記リフトガスと前記第１酸化剤の当量比が０．５〜２であり、前記第１酸化剤の速度／前記リフトガスの速度の比が０．８〜１．２である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
固相酸化生成物を形成し得るガスを含有するフィードガスを噴射するためのフィードガス用ノズルと、リフトガスを噴射するためのリフトガス用ノズルと、第１酸化剤を噴射するための第１酸化剤用ノズルとを有する多重バーナーであって、該リフトガス用ノズルが該フィードガス用ノズルと該第１酸化剤用ノズルとの間に配置され、入口端部とノズル端部を有する多重バーナー；
該多重バーナーのノズル端部に取り付けられた第１端部と、該フィードガス、該リフトガス及び該第１酸化剤を排出するよう適合された第２端部とを有する予燃焼室；
該フィードガス、該リフトガス及び該第１酸化剤を該予燃焼室から受け入れるよう適合された開口を有する燃焼室；並びに
第２酸化剤を該予燃焼室の外側で一般にその周りにある該燃焼室に導入するための手段
を含む、燃焼装置。
【請求項１５】
恒常的な点火源が前記予燃焼室において提供された、請求項１４に記載の燃焼装置。
【請求項１６】
前記予燃焼室の長さ／直径比が０．３〜８である、請求項１４に記載の燃焼装置。
【請求項１７】
前記予燃焼室の長さ／直径比が０．７５〜３．５である、請求項１６に記載の燃焼装置。
【請求項１８】
燃焼によって固相酸化生成物を形成する固体形成ガスを含有するフィードガスを燃焼処理する方法であって、
該固体形成ガスを含有する該フィードガスを第１ノズルを通して予燃焼室に噴射する工程；
酸化剤を第２ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
リフトガスを該第１ノズルと該第２ノズルの間に配置された第３ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
該固体形成ガスを該予燃焼室において少なくとも部分的に燃焼する工程；
該予燃焼室において生成された部分燃焼ガスをさらに燃焼するために燃焼室に導入する工程；並びに
該固体形成ガスを燃焼するために第２酸化剤を該予燃焼室の外側にある流路を通して該燃焼室に導入する工程
を含む、方法。
【請求項１９】
前記固体形成ガスが、シラン、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、水素化セレン、モノシラン、クロロシラン、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、及びトリメチルアルミニウムから成る群より選択された、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記リフトガスが、固相酸化生成物を形成しない可燃性ガスと、任意選択で不活性ガスとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１ノズルを通る前記フィードガスの速度が５〜１００フィート／秒であり、前記第２ノズルを通る前記リフトガスの速度が５〜１００フィート／秒である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記リフトガスと前記第１酸化剤の当量比が０．５〜２であり、前記第１酸化剤の速度／前記リフトガスの速度の比が０．８〜１．２である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記フィードガスと前記第２酸化剤の当量比が０．２未満である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
産業プロセスで生成される残留ガスは、燃焼によって処理されることがよく知られている。エレクトロニクス産業や半導体産業では、例えば、アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、シラン（ＳｉＨ4）などに代表される低濃度のガス状有害物質を典型的に含有する廃ガスが半導体を製造する工程において形成される。この廃ガスは非常に有毒であるため、大気中に廃ガスを排出する前に、廃ガス中に含まれるこのような有害物質を完全に除去することが必要である。
【０００２】
残留するしばしば有害なガスの別の供給源は、このようなソースガスを様々な産業に提供するのに用いられるボンベの詰め替えに起因する。残留ガスを含むエレクトロニクスの処理設備において先に使用された使用済みボンベは、例えば、搬送充填（transfill）設備に戻される。このようなボンベを再充填する前に、これらのボンベは、全ての汚染物質を除去するため一般にパージ及び／又は排気され、高濃度の有毒ガスをしばしば有するボンベパージガスが生成される。これらのボンベパージガスも同様、大気へ放出する前に処理されなければならない。
【０００３】
このような有毒ガスを効率的に除去するための様々な方法が公知であり、これらの方法には燃焼が含まれる。燃焼法は、燃焼条件下で残留廃ガス中の有毒物質を酸化分解することを意図し、それにより、ガス状有毒物質は、酸化によって固体酸化物を含むより反応性の低いしばしば無害の反応生成物に転化される。
【０００４】
可燃性でしばしば有毒なガスの燃焼における主な問題は、燃焼によって固相の酸化生成物が生成され、ノズルの詰まりや燃焼室における粒子の付着が生じるという問題である。燃焼プロセスにおける固相生成物の再循環により、バーナーノズル上に微粒子が相当に堆積し、燃焼がしばしば妨げられる。粒子の付着により凝集が起こり、残留ガスが不完全燃焼する可能性がある。不完全燃焼の中間生成物がプロセスの下流部分で燃焼して、時に安全性の問題を引き起こす場合がある（例えば、フィルターバッグの穴を燃やす）。バーナーノズルが完全に詰まると、系の圧力が増加して安全性の問題を引き起こす場合がある。
【０００５】
以下の参考文献では、その多くがエレクトロニクス産業で普通に用いられる固相酸化生成物を形成する可燃性でしばしば有毒なフィードガスを処理するための様々な燃焼プロセスが説明されている。
【０００６】
米国特許第５，９５７，６７８号明細書（特許文献１）では、燃焼室、燃焼室の上部に設置された予燃焼室、及び予燃焼室に取り付けられた多重バーナーから構成された、シランなどの処理ガスを除去するための燃焼タイプの除害装置が開示されている。多重管型バーナーは、（１）中央に位置したフィードガスを噴射するための処理ガス用ノズルと、（２）処理ガス用ノズルを取り囲むように配置されたリフトガスを噴射するためのリフトガス用ノズルと、（３）リフトガス用ノズルを取り囲むように配置されたフィードガス中の可燃性成分の燃焼を促進させるガス（即ち、第１酸化剤）を噴射するためのフィードガス燃焼促進ガス用ノズルと、（４）残留ガス燃焼促進ガス用ノズルを取り囲むように配置された燃料ガスの燃焼を促進させるガス（即ち、第２酸化剤）を噴射するための燃料ガス燃焼促進ガス用ノズルと、（５）燃料ガス燃焼促進ガス用ノズルを取り囲むように配置された燃料ガスを噴射するための燃料ガス用ノズルとを有する。
【０００７】
燃焼室は、流体用ノズルと連結された外側の円筒形バレルと、その内面に粉末が堆積するのを防ぐことができるような構造を有する多孔質の内側バレルとを含む二重壁構造を有する。粉末状の固体酸化物が処理廃ガスの燃焼処理の際に形成される場合には、圧力流体を外側バレルのノズルに通すことにより、このような粉末が内側バレルの内面に堆積して燃焼処理が妨げられるのを防ぐ。したがって、燃焼処理は、長期間にわたって安定した状態で実施することができる。
【０００８】
米国特許第４，８０１，４３７号明細書（特許文献２）では、シラン、ジクロロシラン、ゲルマンなどのような有毒でかつ固体を形成するガスを燃焼するための方法が開示されている。この方法においては、可燃性排気ガス、不活性ガス、一次空気、及び二次空気が、最も内側の可燃性排気ガス流路、不活性ガス流路、一次空気流路、及び最も外側の二次空気流路を備えた同軸の四重管バーナーに下向きにフィードされ、下向きの燃焼火炎が形成される。下向きの流れとすることで、燃焼によって生じる二酸化ケイ素のような細かいダストのバーナーノズル上への堆積量が減少するとされている。
【０００９】
米国特許第５，１２３，８３６号明細書（特許文献３）では、燃焼によってミクロ粒子を形成する有毒ガスの燃焼処理が開示されている。有毒なフィードガスを燃焼し、その燃焼ガスを水性膜と接触させ、炉の内壁を上方端部から下方端部へ下向きに流す。燃焼によって形成されたミクロ粒子は水で捕捉される。
【特許文献１】米国特許第５，９５７，６７８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８０１，４３７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１２３，８３６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、燃焼室、予燃焼室及び多重バーナーを含む燃焼装置、並びにガスを燃焼する方法、特には燃焼によって固体酸化生成物を形成するガス、即ち、固体形成ガスを含有するフィードガスを燃焼する方法に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
燃焼装置は、
内部への入口とそこからの出口とを有する燃焼室；
入口と出口を有し、該出口が該燃焼室の入口に通じている予燃焼室；
固相酸化生成物を形成し得るガスを含有するフィードガスを噴射するための少なくとも１つのノズルと、リフトガスを噴射するための少なくとも１つのリフトガス用ノズルと、酸化剤を噴射するための少なくとも１つの酸化剤用ノズルとを有する多重バーナーであって、それぞれのノズルが該予燃焼室の入口に噴射するよう向けられた多重バーナー；並びに
該予燃焼室の外側と該燃焼室の内側との間に形成された流路であって、それにより該燃焼室の内部に第２酸化剤を導入することができる流路
を含む。
【００１２】
本明細書で記載される装置において固体形成ガスを燃焼することにより、相当な利益を提供することができる。それらには、
固体形成ガスの濃度が高い場合でさえ、バーナーノズルの詰まりの発生を減少させて、固相酸化生成物を形成する固体形成ガスの燃焼を達成できること；
酸化剤との反応による、固体を形成する固体形成ガス、例えば、シランの完全燃焼を、多重バーナーと燃焼室の付着が最小限から本質的には全くない状態で達成できること；
系の下流部分、例えば、フィルターバッグへ未燃焼の固体形成ガスと可燃性の固体中間生成物が進むのを最小限に抑えることができること；
ボンベパージガスなどの希釈フィードガスを安定した炎でかつ未燃焼ガス又は中間生成物の通過を最小にして処理できること；
高いフィードガス流量から低いフィードガス流量まで安定した燃焼を有する高いターンダウン比で操作できること；並びに
予燃焼室に噴射される第１酸化剤と、プロセスの最適化及び燃焼後の捕集又は処理工程への固体輸送のための第２酸化剤を別々に制御できること
がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、燃焼室、予燃焼室及び多重バーナーを含む燃焼装置、並びに該燃焼装置においてガス、特には固体酸化生成物を形成するガスを含有するフィードガスを燃焼する方法に向けられる。
【００１４】
ガスを燃焼するのに適した燃焼装置の理解を容易にするため、図が参照される（同一の数字は、装置の同一部分を表すよう図において用いられている）。
【００１５】
これらの図において、燃焼室１は、フィードガス中の固体形成ガスの燃焼を行うためのものであり、酸化によって固相酸化生成物が形成される。このようなフィードガスは、産業プロセスから廃ガスとして生成される場合があるか、又は化学プロセスの反応体として用いることができる。固体形成ガスが燃焼室内部への入口から出口に流れ、それにより、微細な固相粒子を含む燃焼生成物が排出される。燃焼室は一重又は多重壁であることができ、その内部表面は表面上に固相粒子が堆積又は付着するのを防ぐよう設計されている。燃焼室は断熱してもよいし断熱していなくてもよい。
【００１６】
燃焼室１に隣には予燃焼室２がある。予燃焼室は入口と出口を有し、多重バーナー３の出口（ノズル）端部に配置される。予燃焼室は、固体形成ガスの少なくとも部分的な燃焼を行い、燃焼固体酸化生成物が多重バーナー３のノズルに再循環してそこに付着するのを防ぐのに用いられる。予燃焼室２は、一般に環状であり、図５のようにバーナーと予燃焼室との間に「ステップ」がないよう多重バーナー３の最も外側の壁の内径とほぼ同じ内径を有することが好ましい。しかしながら、予燃焼室は、図１〜４に示すように、多重バーナー３の最も外側の壁の内径よりも大きな内径、即ち、ステップ５を有することができる。［予燃焼室２の内径］／［多重バーナー３の最も外側の壁の内径］の比は１〜１．５であることが好ましい。予燃焼室２の長さと直径の比（Ｌ／ｄ）は一般に約０．３〜８であり、式中ｄは予燃焼室２の直径である。好ましい実施態様においては、予燃焼室のＬ／ｄは約０．７５〜３．５である（予燃焼室の長さは多重バーナー３の最も遠くに延びたノズルと予燃焼室の出口面とによって規定される）。
【００１７】
固体粒子を含むガスは、予燃焼室２の入口から予燃焼室２を通って、次いでその出口から燃焼室１の入口まで通過し、それにより燃焼室１の内部へ進む。予燃焼室は、制限された空間を形成する多重バーナー３のノズルの向こうに延び、そこでは燃焼反応を開始することができるが、反応の一部だけが起こる。
【００１８】
多重バーナー３は、固体形成ガスを含有するフィードガスを噴射するためのノズル２１でその流路が終わる少なくとも１つの流路１１、リフトガスを噴射するためのノズル２２でその流路が終わる少なくとも１つのリフトガス流路１２、並びにフィードガス（及び該当する場合にはリフトガス）の燃焼を促進する酸化剤を予燃焼室に噴射するためのノズル２３でその流路が終わる少なくとも１つの流路１３を有する。フィードガスを導入するためのノズル２１は、多重バーナーにおいて一般に中央に配置される。リフトガス用ノズル２２がノズル２１を取り囲み、リフトガスの導入を可能としている。さらに、酸化剤、典型的には空気などの酸素源を提供するためのノズル２３がある。通常、多重バーナー３は、一般に円形の横断面を有する管から構成される。そうして、リフトガス用ノズル２２と酸化剤用ノズル２３のノズル開口は一般に環状の形態である。
【００１９】
固体形成ガスの点火を容易にするため、パイロットバーナー４として図示される点火源が予燃焼室２で用いられる。図で表されるデザインにおいては、炎（反応ゾーン）は、多重バーナー３の他のノズルと同様、ノズル２１の先端に固体生成物が付着するのを防ぐためにノズル２１から離されている。パイロットバーナー４は、予燃焼室に取り付けられた場合に炎を安定させる。
【００２０】
ＵＶ炎検出器（図示せず）は、燃焼の存在を検出するため予燃焼室の下流に任意選択で用いることができる。燃焼が検出されない場合には、運転を好適な制御装置によって停止することができる。停止は、燃焼に適さない下流の設備、例えば、フィルターへ可燃性ガスが進むのを防ぐのに重要な場合がある。
【００２１】
固相燃焼生成物がノズル、特にはノズル２１に堆積するのを低減するための燃焼装置の改良は、予燃焼室２の外側又は外壁と燃焼室１の内部の境界又は輪郭を定める壁との間に流路１４を設置することにある。ほとんどの場合、燃焼室１は、予燃焼室から部分的に燃焼した固体形成ガスを受け入れるため入口が開放されており、したがって、流路１４は、予燃焼室２の外側又は外壁と燃焼室１の内部を確立する内壁表面との間の空間によって形成される。こうして、第２酸化剤（酸化剤）は、流路１４を介して燃焼室１の内部に直接導入することができる。
【００２２】
操作においては、固体形成ガスを含有するフィードガスが、流路１１を通ってノズル２１に進む。ノズル２１は多重バーナー３内で中央に位置している。エレクトロニクス産業で用いられる毒性の高いガスを含むこのような固体形成ガスの例としては、周期表のＩＩＩ族〜Ｖ族の金属のガス状化合物、例えば、アルシン、ホスフィン、ジボラン、水素化セレン、シラン、ゲルマン、クロロシラン、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、及びトリメチルアルミニウムがある。固相酸化生成物には、アルシンからの酸化ヒ素（Ａｓ2Ｏ3、ＡｓＯ5）、ホスフィンからの五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）、及びシランからの酸化ケイ素（ＳｉＯ、ＳｉＯ2）などがある。ノズル２１を通るフィードガスの速度は、所望の燃焼速度を達成するための速度であって、しかし６００フィート／秒未満、より好ましくは１５０フィート／秒未満、最も好ましくは１００フィート／秒、例えば、５〜１００フィート／秒である。固体形成ガスを含有するフィードガス流は、窒素、ヘリウム、アルゴン、天然ガス又は他の非酸化性ガスで希釈することができるが、本装置は、フィードガスとして高濃度及び本質的に純粋な固体形成ガスを燃焼するのに十分適している。
【００２３】
ノズル２１の出口で固体形成ガスと酸化剤含有ガスが反応するのを防ぐため、リフトガスが流路１２を通ってリフトガス用ノズル２２へ導入される。ノズル２１の先端で反応が起こった場合には、固体粒子が形成してノズル２１の先端に付着し、詰まりが生じる可能性がある。リフトガスは、固相酸化生成物を形成しない可燃性ガス、例えば、水素、及び天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどを含む炭化水素、又はそれらの混合ガスが好ましい。リフトガスはまた、不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン又はそれらの混合ガスであってもよい。あるいはまた、リフトガスは、１つ又は複数の可燃性ガス及び不活性ガスを含有する混合ガスであってもよい。
【００２４】
安全性の理由から、リフトガスは可燃性ガスであることが好ましい。このような燃焼は、ノズル２１から噴射された固体形成ガスの燃焼を促進させる傾向がある。燃焼は、燃焼室において確立することができ、フィードガスをバーナーを通して導入する前に任意選択のＵＶ検出器（図示せず）によって検出することができる。リフトガスが燃焼しない場合には、装置が停止される。可燃性のリフトガスは燃焼を促進させるだけでなく、不活性ガスの場合と同様、ノズル２１における炎の逆火を防ぐよう作用する。ノズル２２からのリフトガスのノズル速度は、６００フィート／秒未満、より好ましくはおよそ５〜１００フィート／秒、最も好ましくはおよそ２０〜４０フィート／秒である。
【００２５】
第１酸化剤ガスが、流路１３、次いでノズル２３を通して導入され、ノズル２１を出る固体形成ガスと、可燃性であるならノズル２２からのリフトガスの少なくとも部分的な燃焼が促進される。第１酸化剤流は、燃焼ゾーンと予燃焼室２の壁との間に酸化剤層を与えるよう選択される。これにより、酸化剤が壁を冷却して炎で壁が影響を受けないため、予燃焼室の壁の過熱が最小限に抑えられる。第１酸化剤によって与えられる酸化剤層はまた、燃焼固体生成物が予燃焼室２の壁に衝突して蓄積するのを防ぐよう作用する。ノズル２３からの第１酸化剤のノズル速度は、４００フィート／秒未満、より好ましくはおよそ５〜１００フィート／秒、最も好ましくはおよそ２０〜４０フィート／秒である。
【００２６】
第１酸化剤は、酸素、塩素、フッ素又は硫黄を含有することができる。これらの酸化剤ガスは、本質的に純粋であってもよいし、又は窒素、ヘリウム及びアルゴンなどの不活性ガスで希釈されてもよい。第１酸化剤流は空気であることが好ましい。しかしながら、ミクロ粒子やナノ粒子の特別な組成物を生成することが有利な場合には、代わりの酸化剤が使用できる。
【００２７】
予燃焼室での逆混合を最小限に抑えるため、［第１酸化剤流の速度］／［リフトガスの速度］の比は０．３〜３、より好ましくは０．８〜１．２である。
【００２８】
本発明においては、可燃性の場合のリフトガスと第１酸化剤流の当量比は０．２５〜４である。好ましい実施態様においては、可燃性の場合のリフトガスと第１酸化剤の当量比は０．５〜２である。一般用語において、当量比とは、燃料：酸化剤の比を完全燃焼に対応する燃料：酸化剤の比で割ったものと規定される。後者の比（完全燃焼に対応する燃料：酸化剤の比）は、化学量論的な燃料：酸化剤の比としばしば呼ばれる。当量比が１とは、燃料と酸化剤が理論的に正しい量又は化学量論的な量で提供されることを意味する。１を超える当量比は燃料リッチであり、１未満の当量比は燃料リーンである。
【００２９】
第２酸化剤が予燃焼室２の外側に位置する流路１４に通され、燃焼室１の内部に導入される。第２酸化剤は、第１酸化剤流から独立している。第２酸化剤は、酸素、塩素、フッ素又は硫黄を含有することができる。これらの酸化剤ガスはまた、窒素、ヘリウム及びアルゴンなどの不活性ガスで希釈することもできる。第２酸化剤流は、空気であることが好ましい。
【００３０】
第２酸化剤は、予燃焼室２の外側にある流路１４を通して燃焼室１の内部に導入される。好ましい実施態様においては、この第２酸化剤は、燃焼室下流のファン（図示せず）によって、燃焼室１の入口、そしてその内部に導入されるか又は吸い込まれる。当業者に公知の他の手段、例えば、上流のファン及びそれに関連した配管又はジェット・エダクターによって、予燃焼室２の周りの第２酸化剤を流路１４を通して燃焼室１の内部に押し込むことができる。燃焼室１に入る第２酸化剤の速度は、一般に６００フィート／秒未満、より好ましくはおよそ５〜３００フィート／秒、最も好ましくはおよそ１０〜１００フィート／秒である。
【００３１】
第２酸化剤流は、可燃性の場合のリフトガスとフィードガスを完全燃焼するのに必要とされる化学量論的な量を超える量で与えられる。第２酸化剤流はまた、燃焼室１の燃焼生成物を冷却するよう作用することもできる。固体形成ガス２１と流路１４を通して導入される第２酸化剤の当量比は一般に０．２未満である。
【００３２】
固体形成ガスを燃焼した後、燃焼室１内で生成した固体が、燃焼室の出口から捕集系、例えば、バッグハウス、静電集塵機、又は当技術分野で公知の他の固体捕集系（図示せず）に流される。
【００３３】
以下の例は、本発明の様々な実施態様を説明するために与えられるが、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【実施例】
【００３４】
［例１］
［固相酸化生成物を形成するガスを処理するための燃焼装置］
本開示に従ったバーナーを製造し、シランガスの燃焼について試験した。多重バーナーのノズルは円形断面であった。シランを燃焼させるための装置及び試験条件についての詳細を表１にまとめる。
【００３５】
【表１】
2005351615.tif 000003
【００３６】
パイプバーナータイプの多重バーナー３を取り付け、ガスを予燃焼室２、次いで予燃焼室２から燃焼室１に導入した。燃焼室１は８インチ直径のガラス（石英）管であり、そのため炎を視覚的に観察することができる。ブロワー及びそれに関連した金属配管を燃焼室の下流に配置し、燃焼ガスは複数のＮｏｍｅｘ（登録商標）フィルターバッグを与えるマニホールドに排出した。
【００３７】
手順は以下の通りであった。最初、燃焼室１を通る空気流を起こし、第２酸化剤を提供して燃焼を促進させるために、燃焼室１の下流端のブロワーをオンした。次いで、第１酸化剤（空気）を流路１３に流した。パイロットバーナー４に燃料と空気を流し、パイロットバーナーを点火した。パイロットバーナーによる炎検出を確認した後、次に進んだ。メタンであるリフトガス（ガス状の燃料流）を流路１２に流し、メタンのリフトガスと第１酸化剤（空気）により炎を安定させた。ＵＶ検出器によってリフトガス及び第１酸化剤流による炎の存在を確認した。この時点で、本質的に純粋なシランであるフィードガスを流し始め、その流れを約１．５時間にわたって１００フィート／秒まで段階的に増加させた。１．５時間の運転後、燃焼を終了し、多重バーナーを調べた。多重バーナー３のノズルのいずれにも閉塞は見られなかった。非常にわずかな量のシリカダストだけが、中央のチューブ及び予燃焼室の内壁上に見られた。
【００３８】
［例２］
［固相酸化生成物を形成するガスを処理するための燃焼装置］
例２の装置は例１の装置と同様であり、装置及び操作条件に軽微な変更を行った。具体的には、予燃焼室の内径、［予燃焼室の内径］／［最も外側のノズル直径］の比を小さくした（図５と実質的に同等）。予燃焼室の長さは例１と同じであり、結果として予燃焼室の長さ／直径比を大きくした。装置及び試験条件についての詳細を表２にまとめる。
【００３９】
【表２】
2005351615.tif 000004
【００４０】
試験の構成は例１と同じであり、多重バーナー、予燃焼室、及び表２に与える操作パラメータであった。シランを導入する前にメタンのリフトガスと第１酸化剤（空気）により炎を安定させるため同じ手順に従った。
【００４１】
シランの速度を約８０フィート／秒で４５分間維持した。続いてバーナーを調べた。ノズル上にはシリカダストは見られなかったが、わずかなダスティングだけが予燃焼室上に見られた。
【００４２】
第１酸化剤流のノズル速度を３８フィート／秒（第１酸化剤流／ガス状燃料流の速度比が１．２）に上げた以外は、表２と同じパラメータで６０分の試験を行い、ノズル又は予燃焼室上にシリカダストが全く見られないという結果を得た。これにより、図５に示すように、予燃焼室の直径／最も外側のノズル壁の比を小さくすることが有利であると結論した。
【００４３】
全ての試験後、粒子の試料をフィルターバッグから捕集した。生成した粒子は、走査型電子顕微鏡により測定した場合に８０〜３２０ｎｍのサイズであった。
【００４４】
［例３］
［搬送充填（transfill）設備の第１酸化剤ガス及びフィードガスの変動流におけるシランの燃焼］
搬送充填設備での装置構成は、例２で記載した試験の装置と同様であった。しかしながら、フィルターバッグは燃焼室と誘引ファンの間に置いた。さらに、燃焼室はガラスの代わりにステンレス鋼から作製した。バーナーのノズル先端は、ノズル先端の粒子の付着をさらに最小限に抑えるのを助けるよう丸くした。
【００４５】
シランフィードガスの速度を一般に一定に維持した例２とは対照的に、搬送充填設備での操作は、シラン流のオンオフが必要とされ、その結果としてシランフィードガスのノズル速度が０からボンベが空である場合の１００フィート／秒まで変動する。加えて、予燃焼室の流れに影響を及ぼす系の（主として下流の）圧力変動がある。
【００４６】
試験によって、例２の場合よりも予燃焼室の壁における粒子の付着が多いことが示された。プロセスの変動により、流れの確立した例２と比べより押し出し流れに対するものとして、予燃焼室において幾らか逆混合が起こったと結論される。
【００４７】
付着を減らすようにするため、予燃焼室の長さを短くして予燃焼室の長さ／直径比を約１．６にした。この処置により問題が解決したように見えた。
【００４８】
［例４］
［より高流量の第１酸化剤によるシランの燃焼］
第１酸化剤の速度を５０％だけ、即ち、約３９フィート／秒に増加した以外は、例２に従って試験を行った。リフトガスの速度、即ち、２６フィート／秒に比べてより高い流速の第１酸化剤によって、例１及び２の場合よりも予燃焼室及びノズルに固体粒子が多く付着した。リフトガスの速度よりも第１酸化剤の速度が高いことで、燃焼が押し出し流れではなく逆混合を内部に作り出し、そうして付着が起こったと考えられる。
【００４９】
燃焼に必要な本質的に全ての酸化剤が予燃焼室を通して導入されるケースについての結果は仮説としてしか説明できない。しかしながら、リフトガスの流速に対して第１酸化剤の流速がより高いことに関する上記の結果から推測すると、非常により高い酸化流速が予燃焼室の内部に非常により大きな乱流を生じさせると考えられる。この高いレベルの乱流によって、おそらく予燃焼室内で第１酸化剤とシランの逆混合が生じ、予燃焼室の壁に粒子が付着するのであろう。
【００５０】
まとめると、固体形成ガスの濃度と酸化生成物の濃度が高い場合に、多重バーナーノズルと予燃焼室にシランの酸化生成物がほとんど堆積しないという結果は意外なものであった。かなりの量の第２酸化剤を流路１４を介して燃焼室に導入することによって、さらに本質的に完全な燃焼が、多重バーナーを通る各ガス流の逆混合を最小にして達成される。装置を通して本質的に押し出し流れとなるように、多重バーナーを通るガス流と流路１４を通る第２酸化剤流を慎重に制御することにより、燃焼装置における粒子の堆積を排除できるか又は実質的に低減できる。加えて、粒子の付着を最小限に抑えるために、固体形成フィードガスを不活性ガスで希釈することは必要でない。高濃度の流れ、例えば、固体形成ガスの本質的に純粋なフィード流は、本装置において処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】予燃焼室の入口、次いで予燃焼室が部分的に燃焼室の中にある燃焼室内部に放出する多重バーナーを示す燃焼装置の断面図である。
【図２】予燃焼室、次いで予燃焼室の出口が燃焼室の開口と同一平面にある燃焼室に放出する多重バーナーを示す燃焼装置の断面図である。
【図３】予燃焼室、次いで予燃焼室の出口が燃焼室への入口の外側にある燃焼室に放出する多重バーナーを示す燃焼装置の断面図である。
【図４】予燃焼室、次いでバーナーと予燃焼室が燃焼室を形成するハウジングの完全に内部にある燃焼室に放出する多重バーナーを示す燃焼装置の断面図である。
【図５】予燃焼室、次いで予燃焼室が部分的に燃焼室の中にある燃焼室に放出する多重バーナーを示す燃焼装置の断面図である。予燃焼室の横断面積が最も外側のノズルの外辺によって形成される横断面積よりも大きい（即ち、予燃焼室と最も外側のノズルとの間にステップがある）図１〜４で記載される予燃焼室とは対照的に、図５では、予燃焼室の横断面積は最も外側のノズルの外辺によって形成される横断面積と同じである（即ち、ステップがない）。
【符号の説明】
【００５２】
１    燃焼室
２    予燃焼室
３    多重バーナー
４    パイロットバーナー
５    ステップ
【図１】
2005351615.tif 000005
【図２】
2005351615.tif 000006
【図３】
2005351615.tif 000007
【図４】
2005351615.tif 000008
【図５】
2005351615.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部への入口とそこからの出口とを有する燃焼室；
入口と出口を有し、該出口が該燃焼室の入口に通じている予燃焼室；
固相酸化生成物を形成し得るガスを含有するフィードガスを噴射するための少なくとも１つのノズルと、リフトガスを噴射するための少なくとも１つのリフトガス用ノズルと、酸化剤を噴射するための少なくとも１つの酸化剤用ノズルとを有する多重バーナーであって、それぞれのノズルが該予燃焼室の入口に噴射するよう向けられた多重バーナー；
を含む燃焼装置において、
該予燃焼室の外側と該燃焼室の内部との間に形成された流路であって、それにより該予燃焼室の外側で該燃焼室の内部に第２酸化剤を導入することができる流路
を含む、改良された燃焼装置。
【請求項２】
前記リフトガスの流路が、前記フィードガス用ノズルを取り囲んでいる、請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記酸化剤用ノズルが、前記リフトガス用ノズルを取り囲んでいる、請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記多重バーナーがパイプバーナーである、請求項３に記載の燃焼装置。
【請求項５】
燃焼によって固相酸化生成物を形成する固体形成ガスを含有するフィードガスを燃焼処理する方法であって、
該固体形成ガスを含有する該フィードガスを第１ノズルを通して予燃焼室に噴射する工程；
酸化剤を第２ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
リフトガスを該第１ノズルと該第２ノズルの間に配置された第３ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
該固体形成ガスを該予燃焼室において少なくとも部分的に燃焼する工程；
該予燃焼室において生成された部分燃焼ガスをさらに燃焼するために燃焼室の内部に排出する工程；並びに
第２酸化剤を該予燃焼室の外側と該燃焼室の内部との間に形成された流路を通して該燃焼室の内部に導入する工程
を含む、方法。
【請求項６】
前記固体形成ガスが、周期表のＩＩＩ族〜Ｖ族の金属から成る群より選択されたガス状化合物である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
固相酸化生成物を形成し得るガスを含有するフィードガスを噴射するためのフィードガス用ノズルと、リフトガスを噴射するためのリフトガス用ノズルと、第１酸化剤を噴射するための第１酸化剤用ノズルとを有する多重バーナーであって、該リフトガス用ノズルが該フィードガス用ノズルと該第１酸化剤用ノズルとの間に配置され、入口端部とノズル端部を有する多重バーナー；
該多重バーナーのノズル端部に取り付けられた第１端部と、該フィードガス、該リフトガス及び該第１酸化剤を排出するよう適合された第２端部とを有する予燃焼室；
該フィードガス、該リフトガス及び該第１酸化剤を該予燃焼室から受け入れるよう適合された開口を有する燃焼室；並びに
第２酸化剤を該予燃焼室の外側で一般にその周りにある該燃焼室に導入するための手段
を含む、燃焼装置。
【請求項８】
恒常的な点火源が前記予燃焼室において提供された、請求項４又は７に記載の燃焼装置。
【請求項９】
前記予燃焼室の長さ／直径比が０．３〜８である、請求項４又は７に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
前記予燃焼室の長さ／直径比が０．７５〜３．５である、請求項９に記載の燃焼装置。
【請求項１１】
燃焼によって固相酸化生成物を形成する固体形成ガスを含有するフィードガスを燃焼処理する方法であって、
該固体形成ガスを含有する該フィードガスを第１ノズルを通して予燃焼室に噴射する工程；
酸化剤を第２ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
リフトガスを該第１ノズルと該第２ノズルの間に配置された第３ノズルを通して該予燃焼室に噴射する工程；
該固体形成ガスを該予燃焼室において少なくとも部分的に燃焼する工程；
該予燃焼室において生成された部分燃焼ガスをさらに燃焼するために燃焼室に導入する工程；並びに
該固体形成ガスを燃焼するために第２酸化剤を該予燃焼室の外側にある流路を通して該燃焼室に導入する工程
を含む、方法。
【請求項１２】
前記固体形成ガスが、シラン、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、ジボラン、水素化セレン、モノシラン、クロロシラン、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、及びトリメチルアルミニウムから成る群より選択された、請求項６又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記リフトガスが、固相酸化生成物を形成しない可燃性ガスを含む、請求項５又は１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１ノズルを通る前記フィードガスの速度が５〜１００フィート／秒であり、前記第２ノズルを通る前記リフトガスの速度が５〜１００フィート／秒である、請求項５又は１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記リフトガスと前記第１酸化剤の当量比が０．５〜２であり、前記第１酸化剤の速度／前記リフトガスの速度の比が０．８〜１．２である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フィードガスと前記第２酸化剤の当量比が０．２未満である、請求項１１に記載の方法。