(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒュームドシリカを製造する方法であって、
ｉ）少なくとも１つの燃料ガスを含んでなる物質の流れａが、
ｉｉ）ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つのシランを含んでなる物質の流れｂと
合わされ、
静的または動的混合要素を用いることなく、物質の流れｃを生じ、
ｉｉｉ）物質の流れｃが少なくとも１つの酸素源を含んでなる物質の流れｄに供給され、
ｉｖ）物質の流れｃとｄが混合要素を用いて混合されて物質の流れｅを生じ、
ｖ）物質の流れｅが反応チャンバーに導入され、そこで着火および変換され、
ｖｉ）結果として生じた固体が取り出される、
方法。
【請求項２】
物質の流れｂが、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、トリクロロメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）、またはジクロロメチルシラン（ＣＨ４Ｃｌ２Ｓｉ）、またはそれらの混合物からなる群より選択されるさらなるケイ素化合物を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃料ガスが、天然ガス、水素、または天然ガスと水素の混合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃料ガスが水素であ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方法。
【請求項５】
物質の流れｄが空気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方法。
【請求項６】
前記燃料ガスの割合が、前記燃料ガスとケイ素化合物の混合物の総質量に対して、少なくとも１重量パーセントであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
物質の流れｃが濾過されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
物質の流れｃの供給が中断できることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
最大で１時間実行され、その後物質の流れａとｂが分離され、任意の順序で混合要素の上流の物質の流れｄと接触することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒュームドシリカの製造方法を提供し、その方法では、少なくとも１つの燃料ガスを含んでなる物質の流れａが、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つのシランを含んでなる物質の流れｂと合わされ、静的または動的混合要素を用いることなく、物質の流れｃを生じ、かつ物質の流れｃが少なくとも１つの酸素源を含んでなる物質の流れｄに供給され、物質の流れｃとｄが混合要素を用いて混合されて物質の流れｅを生じ、物質の流れｅが反応チャンバーに導入され、そこで着火および変換され、かつ結果として生じた固体が取り出される。本発明はさらに、この方法を実行するための装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
ヒュームドシリカは、ガス状の酸化性および／または加水分解性ケイ素化合物から、一般には、気化されて、バーナーノズルに入る前に典型的には酸素源および燃料ガスと混合されるシランまたはシラン混合物から得られる。しかし、この混合の最中にケイ素化合物の温度はそれらの露点より下になってはならない。なぜなら、そうでなければケイ素化合物の凝縮の結果として液滴またはミストが形成されるからである。この液滴形成は、燃焼の停止まで火炎の不安定性の原因となる。ヒュームドシリカの製造が可能であったとしても、かなりの品質の低下がある。この理由のために、酸素源を含むすべての反応物は、ケイ素化合物を含んでなるガス混合物の温度が常に露点温度より高く、その結果ケイ素化合物の凝縮が起こり得ない程度に予熱されなければならない。
【０００３】
しかし、酸素源に遭遇（encountering）したときのケイ素化合物の発火温度が酸素源の温度および／またはケイ素化合物の温度より低い場合、混合物は反応チャンバーに入る前に発火することになる。したがって、非常に低い発火温度を有するシランまたはシラン混合物などのケイ素化合物の加工は今日まで不可能であった。
【０００４】
本発明の文脈において、ケイ素化合物の発火温度がケイ素化合物の露点温度の直近領域（すなわち最大で５ケルビン超）にあるか、または露点温度より低い場合、発火温度は非常に低い。
【０００５】
非常に低い発火温度はまた、非常に低い発火温度を有する適切な割合のケイ素化合物、例えばジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）を含む供給混合物が導入される場合に、ケイ素化合物用の蒸発装置中またはケイ素化合物のバーナーへの供給中の気相の分別の結果として始動時（例えば反応装置の始動時）にも生じる。
【０００６】
空気中より多い酸素含有量または水蒸気供給を伴う動作モードは、発火温度がすでに低い場合、さらなる不安定化効果を有する。これらの条件下では安定したシリカ製造は不可能である。
【０００７】
欧州特許第２４３３９０５号は、例えば、ケイ素化合物が蒸発され、混合チャンバーに供給されるヒュームド二酸化ケイ素粉末を製造する方法を記載している。予熱された燃料ガスと予熱された一次空気は別々に混合チャンバーに供給される。次いで混合物はバーナーで点火される。
【０００８】
ケイ素化合物、酸素源、および燃料ガスが導入される混合チャンバーの温度は、ケイ素化合物の発火温度より低いことはこの方法の前提条件である。というのは、そうでないと混合チャンバー内でケイ素化合物の自己発火があるからである。非常に低い発火温度を有するケイ素化合物またはケイ素化合物の混合物を使用することは不可能である。なぜなら、既に記載されている液滴またはミストの形成が、この場合に最大限可能な温度である発火温度を下回る温度で混合チャンバー内で起こるからである。
【０００９】
国際公開第第２０１５／００３８７１号と国際公開第２０１５／００３８７３号はともに、少なくとも１つの混合要素を用いて、ケイ素化合物を含んでなる物質の流れＩが酸素を含んでなる物質の流れＩＩと混合されるシリカの製造方法を記載している。燃料ガスを含んでなる物質の流れを供給した後、混合物はいずれの場合も反応チャンバーに導入され、そこで点火され変換される。
【００１０】
普通なら酸素源と接触するとケイ素化合物は自己発火するので、ケイ素化合物と酸素源を混合する際の温度がケイ素化合物の発火温度より低いこともこの方法の前提条件である。
【００１１】
発火温度が非常に低いケイ素化合物は、この場合に最大限可能な温度で混合チャンバー内で、既に記載されている液滴またはミストの形成が起こるので、やはり使用することができない。
【００１２】
国際公開第２０１５／００３８７１号（図２ａおよび図２ｂ）は、その方法の可能な実施形態において、水素とＳｉＣｌ４をスタティックミキサーで予備混合し、次いでさらなるスタティックミキサーで空気と接触させることを示している。
【００１３】
その記載された構成には重大な欠点がある。第１に、静的混合要素は、層流または乱流を伴う領域と同様に、より高いレベルの生成物堆積物を伴う流入または流出表面によって引き起こされるデッドスペースを含む大きな表面積を形成するため、多段ミキサー構成は、極めて可燃性または自然発火性の固体の形態の堆積物の形成につながる。第２に、これらの堆積物は壁からより容易に剥がされ、混合要素内でボルテックスすることによって同伴され、反応チャンバーに入る前に望ましくない発火を引き起こす。これらの堆積物を減少させる手段または制御する手段についての記載はない。
【００１４】
したがって、取り組まれる課題は、先行技術の欠点を克服すること、およびバーナーノズルに入る前にバーナーの混合チャンバー内で発火の発生なく、低い発火温度を有するケイ素化合物を出発材料として使用できるヒュームドシリカを製造するための経済的に実行可能な方法を開発することであった。さらに、形成する極めて可燃性または自然発火性の堆積物に関する記載の問題は最小限にされるべきであった。
【００１５】
この課題は、ケイ素化合物が酸素源に導入される前に最初に燃料ガスと混合され、この工程におけるいかなる静的または動的混合要素もなしで済ます方法を提供する本発明によって解決される。
【発明の概要】
【００１６】
本発明はヒュームドシリカを製造する方法を提供し、その方法では、少なくとも１つの燃料ガスを含んでなる物質の流れａが、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つのシランを含んでなる物質の流れｂと合わされ、静的または動的混合要素を用いることなく、物質の流れｃを生じ、かつ物質の流れｃが少なくとも１つの酸素源を含んでなる物質の流れｄに供給され、物質の流れｃとｄが混合要素を用いて混合され物質の流れｅを生じ、物質の流れｅが反応チャンバーに導入され、そこで着火および変換され、かつ結果として生じた固体が取り出される。
【００１７】
本発明の文脈におけるヒュームドシリカは、二酸化ケイ素、すなわちケイ素の酸素酸であり、火炎法（flame process）で合成的に作られ、規定の特性および粒度を有するコロイド状材料である。それは完全に、凝集および集合してより大きな単位を形成する非晶質二酸化ケイ素粒子（ＳｉＯ２）から成る。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
物質の流れａは、少なくとも１つの燃料ガスを含んでなる。使用される燃料ガスは、好ましくは、水素、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、またはそれらの混合物である。燃料ガスは、好ましくは天然ガス、水素、または天然ガスと水素の混合物であり、より好ましくは、燃料ガスは水素である。天然ガスは、メタンを主にからなる天然由来のガス混合物である。
【００１９】
物質の流れｂは、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのシランを含んでなる。上記のシランのうちの少なくとも１つにくわえて、物質の流れｂは、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）、トリクロロメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）、またはジクロロメチルシラン（ＣＨ４Ｃｌ２Ｓｉ）、またはそれらの混合物からなる群から選択されるさらなるケイ素化合物を含んでなることが好ましい。
【００２０】
使用されるケイ素化合物は、好ましくは塩化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、カルボン酸塩、カルボニル、アセチルアセトネート、アルコール化合物、またはそれらの混合物であり、クロロシランを使用することが特に好ましい。
【００２１】
「シラン」という用語は、ケイ素をベースとする骨格と水素からなる一群の化学化合物を表す。シランは少量のさらなる成分、例えば他のケイ素化合物もしくは炭化水素もしくは他のシランの調製中に生じるか、もしくは調製の結果として存在する他の物質、または微量元素を含みうる。
【００２２】
ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物が低い発火温度で注目に値する一方で、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）は不燃性シランの例である。例えばメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）やトリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）などのシランが、気相における比較的高い発火温度を有する。
【００２３】
本発明によれば、静的または動的混合要素を用いることなく、物質の流れａと物質の流れｂを合わせて物質の流れｃを得る。物質の流れａとｂは管内で合流することが好ましい。この管の長さが０．５ｍ以下、特に好ましくは０．３ｍ以下であり、物質の流れａとｂがフィルターのすぐ上流で合流するようにフィルターに通じていることが特に好ましい。
【００２４】
物質の流れｂが物質の流れａに合流するか、またはその逆であるかどうかは、ここでは重要ではない。
【００２５】
合流より前に、物質の流れｂからのシランの凝縮の結果としての液滴形成を防ぐために、物質の流れａを物質の流れｂの露点温度よりも高い温度に制御しなければならない（詳細と課題については下記を参照されたい）。しかし、この工程では、自己発火のための酸素源がないので発火温度を考慮する必要はない。
【００２６】
驚くべきことに、物質の流れｃの発火温度は物質の流れｂの発火温度と比較して高いことがわかった。本発明によれば、物質の流れｃの発火温度は、好ましくは物質の流れｂの露点温度より少なくとも５ケルビン、より好ましくは少なくとも１０ケルビン高い。
【００２７】
発火温度のこの上昇は、あとに続く物質の流れｄとの接触に際しても発火することなく、物質の流れｃと物質の流れｄの両方を、物質の流れｂの露点温度より高い温度に確実に制御することができるという大きな利点がある。したがって、ヒュームドシリカの安定的な製造開始と安定的な製造が可能である。したがって、物質の流れｂ中にジクロロシラン、モノクロロシラン、モノシラン、またはそれらの混合物を使用することが可能であることが本発明の方法の大きな利点である。
【００２８】
発火温度（発火点（ignition point）、自己発火温度、発火温度（igniting temperature）、または発火点（igniting point）とも）は、可燃性物質（固体、液体、それらの蒸気、または気体）が、その温度だけに起因して、すなわち点火火花などの発火源なしに空気などの酸素源の存在下で自己発火するのに物質または接触面が加熱されなければならない温度である。本発明の文脈において、発火温度は常に気体状物質の発火温度を意味する。
【００２９】
ＤＥ  ２０４８  ２２０は、燃料を含んでなる物質の流れと酸素源を含むケイ素化合物を含んでなる物質の流れはともに、煩雑（troublesome）であるがわずかに反応性の堆積物を形成し、その堆積物は自然発火性でも極めて可燃性でもないことを意味し、依然として製造過程が可能であることを開示している。純粋なシラン／シラン混合物もそのような堆積物を形成することが同様に公知である。
【００３０】
今般、驚くべきことに、本発明の物質の流れｂを使用し、その物質の流れｂと本発明の物質の流れａを必ず混合した場合には、酸素源の不在下で、自然発火性または極めて可燃性の固体の形成があることがわかった。堆積物としてのこれらの固体の堆積は、気体の流れを混合するために慣用的に利用される混合要素の場合のように、例えば表面積とともにかつ／または比較的流速が遅い領域があるときに増加する。堆積物は反応性化合物の固体堆積物とも呼ばれる。「反応性」という用語の根拠は、固体堆積物が自然発火性であるか、または極めて可燃性であることである。
【００３１】
極めて可燃性のまたは自然発火性の固体は、とりわけ、シランフィード中の最も微量の製造関連不純物（例えば、塩化ホウ素を含む）の結果として、すでに形成されている可能性がある。同様にして混入水素はそのような堆積物の形成を促進する反応性物質を含みうる。したがって、これらの堆積物を形成する反応性化合物または反応性固体は、特に、ホウ素元素もしくはケイ素元素と水素元素またはホウ素元素およびケイ素元素と水素元素の化合物を含む。これらはホウ酸塩またはボランであると思われている。
【００３２】
フィードは、使用された出発材料のことを指す。例えば、シランフィードは供給されたシラン出発材料のことを指す。
【００３３】
本発明の文脈における極めて可燃性の固体は、酸素源と接触しているものであり、例えば混合要素の単なるたわみ（deflection）によって生じるような小さな機械的応力の下でさえも発火する可能性があり、また、１００℃未満の温度でも発火する可能性があるものである。
【００３４】
自然発火性化学物質とは、室温などの低温や空気中でも酸素と激しく反応するものを指す。この酸化で放出されるエネルギーは十分に高いので、物質は輝き、さらには炎の中で上昇することさえある。
【００３５】
非常に可燃性または自然発火性の固体は、酸素源と接触すると発火する。例えば、混合チャンバーに形成されたごく少量の堆積物の導入でも十分であり、作動中に混合チャンバー内で突然の発火をもたらす可能性があり、混合物全体の発火には非常に小さい発火エネルギーで十分である。堆積物に由来する固体は、ごく少量でも、発火に十分な発火エネルギーを与える。
【００３６】
静的または動的混合要素の存在は、極めて可燃性または自然発火性の堆積物の形成と、それらの酸素流への同伴、したがって混合チャンバーおよび／または混合要素の上流もしくは内部における制御されない発火との両方を促進する。混合チャンバーは、混合要素の上流のチャンバー内で、物質の流れｃと物質の流れｄとを合わせる少なくとも１つの静的または動的混合要素をもつミキサー構成を含む。次に混合チャンバーは、バーナーを含んでなる反応チャンバーに直接通ずる。「反応チャンバー」という用語は、反応器または反応器チャンバーと同一視することができる。したがって、混合チャンバーの上流または混合チャンバー内の制御されていない発火は同時に、反応器に入る前の制御されていない発火を意味する。
【００３７】
ｃとｄの混合物は、反応器バーナー内で、例えば点火火花によって発火を引き起こすことによって意図的に点火される。
【００３８】
Pahl and Muschelknautz(1979)による論文に詳細に記載されているように、「静的混合要素」という用語は、管内の流れに影響を及ぼす要素が物質の流れを交互に分割および結合する、したがって混合を引き起こすという特徴を有する固定内部構造をもつ装置を指す。これらは、例えば、ガス状の物質の流れを混合するために使用される。
【００３９】
混合要素としては、静的混合要素だけでなく、可動式（例えば回転式）の内部構造を特徴とする動的混合要素も挙げられる。
【００４０】
物質の流れａとｂの混合のための静的または動的混合要素が存在しないので、本発明の方法は、非常に低い発火温度をもつシランまたはシラン混合物などのケイ素化合物が使用される場合でも安定な反応器起動および安定した反応プロフィールが可能であるという利点を有する。
【００４１】
くわえて、静的または動的混合要素がないことは、１つの設備要素を省くことが可能であり、とりわけ固体の形成および同伴を制限するため、そのメンテナンス、例えば清掃する必要性や、使い捨て製品としてある一定の耐用年数の後に交換する必要性がないので経済的な利点を有する。
【００４２】
驚くべきことに、酸素の流れｄから物質の流れａとｂの接触部位の十分な最小距離が保持される場合、例えば、物質の流れａとｂの接触部位に酸素が拡散した結果としての自然発火または酸素の流れまで形成される自然発火性もしくは極めて可燃性の固体の成長を回避できることもわかった。
【００４３】
したがって、好ましい実施形態では、物質の流れａとｂの接触部位から酸素流ｄまでの距離は少なくとも０．５ｍ、より好ましくは少なくとも１．５ｍである。
【００４４】
設備が停止した場合には、酸素源のａとｂの接触部位への接続を中断することが好ましい。この場合、物質の流れｃの供給は中断される。物質の流れｃの供給は、継手、特に好ましくは逆止め継手の取り付けによって機械的に中断されることが特に好ましい。この場合、物質の流れｄは、物質の流れａ、ｂ、もしくはｃ、または形成された極めて可燃性または自然発火性の堆積物と接触することはない。同様に好ましくは、不活性ガス、例えば窒素が、設備の運転停止中に物質の流れｃの代わりに供給され、その場合、不活性ガスは、物質の流れａと物質の流れｂとの接触部位への物質の流れｄの拡散、したがって潜在的な発火を防ぐ。
【００４５】
本発明の特に好ましい実施形態では、物質の流れｄのａとｂの接触部位への接続が、物質の流れｃが供給され、不活性ガスが供給されているパイプライン内の逆止め継手によって機械的に遮られることが本方法の特徴である。この継手は図中でＡＩと表示されている。
【００４６】
継手は、物質の流れを変えたり遮ったりする働きをする構成要素を指す。継手としては、シャットオフフラップ、バルブ、スライドバルブまたはストップコック、逆止めフラップまたは逆止めバルブが挙げられる。
【００４７】
さらに、物質の流れｂの物質の流れａへの供給も、継手（ＡＩＩと表示）によって調節できることが好ましい。
【００４８】
同様にして、物質の流れｂの物質の流れｄへの供給も、継手（ＡＩＩＩと表示）によって調節できることが好ましい。
【００４９】
先行技術に記載の方法は、発火温度よりも低い露点温度を有するケイ素化合物を用いて長期間にわたって機能することはできない。それらは、酸素源の温度よりも低い発火温度を有するケイ素化合物を用いても機能することはできない。どちらの場合においても、混合物は最も近い先行技術に記載されている混合チャンバー内かつ反応チャンバーの前で酸素源と接触すると発火するであろう。ヒュームドシリカの製造開始ひいては製造は不可能であることになる。
【００５０】
たとえ、国際公開第２０１５／００３８７１号の図２Ａに示されるように、燃料ガスを含んでなる物質の流れが、ケイ素化合物を含んでなる物質の流れと予め混合されていても、記載の混合要素中に極めて可燃性の堆積物が形成されるので、長期間にわたってシリカを安定して製造することは不可能である。
【００５１】
続いて、物質の流れｃが物質の流れｄに供給され、そこでは物質の流れｄは少なくとも１つの酸素源を含んでなる。結果として生じる物質の流れはｅと呼ばれる。使用される酸素源は、例えば、空気、酸素、または酸素に富んだ空気であることができ、より好ましくは、物質の流れｄは空気である。好ましくは、物質の流れｃは空気流に導入される。
【００５２】
本発明の文脈において、混合チャンバーＭは、物質の流れａ、ｂ、および／またはｃが物質の流れｄと混ぜ合わされる空間を指す。混合チャンバーは好ましくは管でもある。好ましくは、物質の流れｃは物質の流れｄに導入される。
【００５３】
混合チャンバーは少なくとも１つの混合要素を含むことが好ましい。ここで、任意の所望の混合要素（ＳＭ）、好ましくは静的な混合要素を使用することが可能である（上記の記載は用語および実施例の説明に適用可能）。複数の混合要素を使用することも可能である。より好ましくは、この混合要素または複数の混合要素の配置は、規定の品質パラメーター、例えば規定の表面積および増粘効果を有するシリカを得ることができるように選択される。
【００５４】
例えば、選択した混合要素が特定の混合度、すなわち十分な混合の質（mixing quality）を達成することが重要です。混合品質は、濃度分布の無次元変動係数として当業者に公知である。したがって、選択された混合要素の種類または選択されたミキサー構成、例えば複数のミキサーの組み合わせとは無関係に、製造されるシリカの特性を調節することが可能である。重要なのは、達成される混合の質である。
【００５５】
燃料ガスとケイ素化合物が酸素源と接触するとすぐに、自己発火、すなわち点火火花などの着火源の存在なしにもっぱら温度に起因して発火する恐れがある。しかし、反応器チャンバーに入る前の発火は安定したシリカ製造に対する障害となる。このような着火を防止するために、物質の流れｄの温度は、物質の流れｃの発火温度より好ましくは少なくとも５ケルビン、より好ましくは少なくとも１０ケルビン低い。
【００５６】
また、ケイ素化合物の凝縮により液滴やミストが発生する恐れがある。そのような液滴の形成は、燃焼反応の停止を含むそれまでに製造されたシリカの品質の著しい低下を伴った火炎不安定性をもたらす可能性がある。したがって、物質の流れｄの温度は、物質の流れｃの露点より少なくとも５ケルビン、より好ましくは少なくとも１０ケルビン高いことが好ましい。
【００５７】
物質の流れａとｂの合流は、発火温度の明確な上昇と相まって、物質の流れｄの温度が物質の流れｃの発火温度より低いが、露点温度より高いように物質の流れｄの温度を制御することをはるかに簡単にし、多くの場合実際に間違いなくその制御を可能にする。
【００５８】
さらに、物質の流れｄのさらなる反応物、例えばさらなるケイ素化合物（例えばトリクロロメチルシラン、メチルジクロロシランなどのさらなるシラン）または比較的高い発火温度を有するさらなる燃焼ガス（図１ｂ、１ｃ、２ｂ、および２ｃ中で物質の流れｓと表示）を別々に供給することができる。
【００５９】
露点は露点温度とも呼ばれ、凝縮性成分を含んでなるガス混合物から蒸気が液体またはミストとして堆積するのに一定の圧力で下回らなくてはならない温度である。
【００６０】
本発明によれば、物質の流れｃとｄを、混合要素を用いて混合して物質の流れｅを得る。
【００６１】
本発明によれば、次いで物質の流れｅはバーナーを備えた反応チャンバーに導入され、そこで点火および変換される。
【００６２】
次の工程において形成された固体を取り除く。
【００６３】
ヒュームドシリカの製造のために気体状態で非常に低い発火温度をもつ混合物中でシランまたはシラン成分を使用する本発明の方法を実行することが特に好ましい。これらのシランとしては、例えば、ジクロロシランおよびモノクロロシランが挙げられる。
【００６４】
国際公開第２０１５／００３８７３号には、いずれの場合にも副産物に対して、主成分として６０〜９９重量％のＳｉＣｌ４および０．５〜４０重量％のＨＳｉＣｌ３を含む物質の流れ、ならびに５重量％未満の割合の副成分として、Ｈ２ＳｉＣｌ２、ＳｉＨ４、およびＨ３ＳｉＣｌ、およびＨＣｌを含んでなる物質の流れが記載されている（８頁２０行以降）。これらの値への制限は、記載の組成物については混合物の発火温度が露点温度からなお十分なマージンを有するという事実に由来する。したがって、本発明は、より高い割合の、ジクロロシランおよびモノクロロシランなどの極めて発火性のあるシランを使用することも可能であるという、引用先行技術を超える大きな利点を有する。
【００６５】
好ましい実施形態では、以下が本発明の方法に適用可能である。物質の流れａが水素と天然ガスとからなる。物質の流れｂがシランまたはシラン混合物からなる。空気が物質の流れｄとして使用される。
【００６６】
好ましくは、燃料ガスの割合は、燃料ガスとケイ素化合物からなる物質の流れｃの総質量に対して、少なくとも１重量％、より好ましくは少なくとも１．８〜３０重量％、特に好ましくは少なくとも１．９〜６．５重量％である。重量％での燃料ガスの割合は、ここではその質量に基づいている。
【００６７】
驚くべきことに、物質の流れａとｂがフィルターのすぐ上流またはフィルター内で合わされると、発火性固体の同伴がほぼ完全に減少しうることがわかった。この場合、形成された固体はフィルター内に保持され、酸素源には達しない。
【００６８】
したがって、物質の流れｃは濾過されることが好ましい。フィルターの使用は、形成されるまたは既に存在する固体が除去されるという利点を有する。このようにして、たとえあったとしても、著しく少ない量の極めて可燃性または自然発火性の固体が酸素源に同伴される。例えば、汚染されている可能性のあるケイ素化合物、例えばシラン混合物と、純粋なまたは汚染された水素含有燃料ガスの絶え間ない混合において形成される固体は、混合チャンバーから遠ざけられる。形成される固体または存在する固体はフィルターで除去され、したがって酸素との接触時の発火や混合チャンバーへの同伴をきたすことはできず、または固体の導入の結果としての品質への悪影響をもたらすことはできない。
【００６９】
ここで物質の流れａおよびｂがフィルターのすぐ上流で接触することが特に好ましい（上記参照）。
【００７０】
本方法の好ましい実施形態では、物質の流れａおよびｂはフィルター内で接触する。「フィルター内」という表現は、フィルターが物質の流れａとｂのための２つの別々の入口を備えていることを意味する。
【００７１】
使用されるフィルターは、好ましくは＜１００μｍ、より好ましくは＜８０μｍのメッシュサイズを有するスクリーンバスケットフィルターである。
【００７２】
本発明の物質の流れａとｂを混合して物質の流れｃを得ることが、単に反応開始時のシラン蒸発器内での分別を理由として進行する場合、物質の流れａとｂの予備混合は、バーナーの開始時およびその慣らし運転段階においてのみ必要である。分別が低い発火温度をもつケイ素化合物のガス混合物を生じさせないようにシランが気化されるやいなや、予備混合の必要はない。したがって、本発明の方法は、１時間以下、より好ましくは１５分以下、特に好ましくは５分以下で行われるのが好ましく、次いで物質の流れａとｂが分離され、任意の順序で混合要素（ＳＭ）の上流で物質の流れｄと接触する。
【００７３】
本発明のこの特定の構成は図２ａに例として示されている。開始運転の間、継手ＩＩは開いており、継手ＩＩＩは閉じられている。持続運転の間、継手ＩＩは開いており、継手ＩＩＩは閉じられている。継手Ｉは設備のシャットダウン時にのみ閉じられる。
【００７４】
本発明のこの構成は、水素と、製造関連不純物を含んでなるケイ素化合物との接触時間を最小にすることによって極めて可燃性または自然発火性の堆積物が成長する可能性が最小限まで減らされ、したがって反応の安定性が最大まで延びるという利点を有する。
【００７５】
本発明は、本発明の上記方法を実行するための装置をさらに提供し、その装置では、少なくとも１つの燃料ガス含んでなる物質の流れａを含んでなるパイプラインＲＩ、およびジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つのシランを含んでなる物質の流れｂを含んでなるパイプラインＲＩＩが、継手ＡＩを含み、静的混合要素を含まないパイプラインＲＩＩＩに導入され、そのパイプラインＲＩＩＩが、少なくとも１つの酸素源を含んでなる物質の流れｄを含んでなる、少なくとも１つの静的混合要素に通じるパイプラインから構成される混合チャンバーに導入され、その混合チャンバーからの混合物が反応チャンバーに導かれ、そこで着火および変換され、結果として生じた固体が取り出されることを特徴とする。
【００７６】
上記の定義と例は、物質の流れ、継手、およびフィルターに適用できる。
【００７７】
開放状態で、物質の流れａ、ｂ、および／またはｃを混合チャンバーに導入することが継手ＡＩの特徴である。継手ＡＩが閉じられている場合、物質の流れａとｂの接触部位への接続が遮られ、したがってパイプラインＲＩＩＩが閉じられる。
【００７８】
ＡＩは逆止めフラップとして実行されることが好ましい。
【００７９】
パイプラインＲＩＩＩはフィルターを含んでなることが好ましい。
【００８０】
ＲＩとＲＩＩは継手ＡＩＩで分離できることがさらに好ましい。開放状態において、ＲＩも導入されているＲＩＩＩに物質の流れｂを導入し、それによって物質の流れｃを引き起こすことがＡＩＩの特徴である。ＡＩＩが閉じられている場合、物質の流れｂを導くＲＩＩを物質の流れａを導くＲＩに供給することはできない。
【００８１】
ＲＩＩが継手ＡＩＩＩを含むことも好ましい。ＡＩＩが閉じていてＡＩとＡＩＩＩが開いている場合、物質の流れａとｂは別々に混合チャンバーＭに流れ込む。
【００８２】
さらに、高い発火温度を有するシランもしくはシラン混合物またはＳｉＣｌ４を含んでなる物質の流れを含んでなるパイプラインＲＩＶが混合チャンバーに導入されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、本発明の可能な実施形態を示す。
【図１ａ】図１ａは、本発明の可能な実施形態を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の可能な実施形態を示す。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の可能な実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明の可能な実施形態を示す。
【図２ａ】図２ａは、本発明の可能な実施形態を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の可能な実施形態を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明の可能な実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明のものではない比較例を示す。  Ｍは混合チャンバーを表す。  ＳＭは少なくとも１つの静的混合要素を表す。  ａは、燃料ガスを含んでなる物質の流れａを表す。  ｂは、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、モノクロロシラン（Ｈ３ＳｉＣｌ）、またはモノシラン（ＳｉＨ４）、またはそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つのシランを含んでなる物質の流れｂを表す。  Ｒはパイプラインを表す。  ＲＩは物質の流れａが導かれるパイプラインを表す。  ＲＩＩは物質の流れｂが導かれるパイプラインを表す。  ＲＩＩＩは物質の流れａと物質の流れｂが導入され物質の流れｃが導かれるパイプラインを表す。  ＲＩＶは物質の流れが導かれるパイプラインを表す。  ＡＩ、ＡＩＩ、およびＡＩＩＩは継手を表す。  Ｆはフィルターを表す。  ＲＫは反応チャンバーを表す。
【００８４】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００８５】
実施例１：比較例（本発明のものではない）
物質の流れｂは、工業規模の製造からのシラン混合物であり、
６３．７体積％の四塩化ケイ素、
８．０体積％のトリクロロシラン、
２８．１体積％のジクロロシラン、および
０．２体積％のモノクロロシラン
からなる組成物を有する。
【００８６】
調製の結果として、そのシラン混合物は、少量の不純物（例えば塩化ホウ素、塩化アルミニウム、もしくは炭化水素、またはさらなるシラン（最大で０．１体積％））を含みうる。
【００８７】
シラン混合物をシラン蒸留装置内で気体状態に変換し、１０５℃の温度で図３に示すように配管接続を介して、物質の流れａと予め混合することなく、混合チャンバーで１０５℃の温度を有する空気の流れ（物質の流れｄ）に導入する。天然ガスと水素からなる物質の流れａを、１０５℃の温度でさらなる配管接続を介して混合チャンバーＭに別々に導入する。シラン混合物は既に混合チャンバーＭ内で発火し、その結果として安全装置が供給原料の供給を停止する。ヒュームドシリカの製造は不可能である。
【００８８】
使用される混合チャンバーは直管である。使用される静的混合要素は、Ｓｕｌｚｅｒ社製のＣｏｍｐａｘ（商標）タイプの市販のスタティックミキサーＭである。
【００８９】
燃料ガスとシランの合計質量に対して、シランの割合は９３．２％、燃料ガスの割合は６．８％である。
【００９０】
天然ガスに対する水素の比率は質量ベースで１：１である。選択された物質の流れｄ（空気）の体積流量は、酸素に関して少なくとも化学量論的である。全体積流量（物質の流れｅ）とミキサーからの出口域は、両方がミキサーの製造業者によって推奨されるスタティックミキサーの最適作動範囲内にあるように選択する。
【００９１】
実施例２
物質の流れｂは、工業規模の製造からのシラン混合物であり、
６３．７体積％の四塩化ケイ素、
８．０体積％のトリクロロシラン、
２８．１体積％のジクロロシラン、および
０．２体積％のモノクロロシラン
からなる組成物を有する。
【００９２】
調製の結果として、そのシラン混合物は、少量の不純物（例えば塩化ホウ素、塩化アルミニウム、もしくは炭化水素、またはさらなるシラン（最大で０．１体積％））を含みうる。
【００９３】
シラン混合物をシラン蒸発装置内で気体状態に変換し、９３．２重量部のシランおよび６．８重量部の燃料ガス（物質の流れｃ）が達成されるように、図１に示すように配管接続を介して、スクリーンバスケットフィルターの上流で、天然ガスと水素からなる１０５℃まで加熱した物質の流れａと１０５℃の温度で接触させる。天然ガスに対する水素の比率は質量ベースで１：１である。スクリーンバスケットフィルターからの混合物を、１０５℃の空気の流れ（物質の流れｄ）を含んでなる混合チャンバーに１０５℃の温度で導入し、その中で静的混合要素ＳＭを用いて混合して物質の流れｅを得る。燃料ガス／シラン混合物は、まだ混合チャンバーＭ内にある間に物質の流れｃからなる酸素源と接触しても発火しないが、反応チャンバー内では意図されたようには発火する。ヒュームドシリカの製造が可能である。
【００９４】
使用される混合チャンバーは直管である。
【００９５】
使用される静的混合要素は、Ｓｕｌｚｅｒ社製のＣｏｍｐａｘ（商標）タイプの市販のスタティックミキサーＭである。
【００９６】
ＤＩＮ１０２５３−４の図４に従ってＴ継手（T-piece）として実行される接触箇所と、同じ呼び径をもつスクリーンバスケットフィルターの円形のガス注入口との距離は、Ｔ継手の呼び径の２．５倍である。Ｔ継手の直径は、１２ｍ／秒のガス速度をもたらすように選択される。
【００９７】
選択された物質の流れｄ（空気）の体積流量は、酸素に関して少なくとも化学量論的である。全体積流量（物質の流れｅ）とミキサーからの出口域は、両方がミキサーの製造業者によって推奨されるスタティックミキサーの最適作動範囲内にあるように選択する。
【００９８】
実施例３（本発明のもの）
物質の流れｂは、工業規模の製造からのシラン混合物であり、
６３．７体積％の四塩化ケイ素、
８．０体積％のトリクロロシラン、
２８．１体積％のジクロロシラン、および
０．２体積％のモノクロロシラン
からなる組成物を有する。
【００９９】
調製の結果として、そのシラン混合物は、少量の不純物（例えば塩化ホウ素、塩化アルミニウム、もしくは炭化水素、またはさらなるシラン（最大で０．１体積％））を含みうる。
【０１００】
シラン混合物をシラン蒸発装置内で気体状態に変換し、９３．２重量部のシランおよび６．８重量部の燃料ガス（物質の流れｃ）が達成されるように、図１に示すように配管接続を介して、スクリーンバスケットフィルターで、天然ガスと水素からなる１０５℃まで加熱した物質の流れａと１０５℃の温度で接触させる。天然ガスに対する水素の比率は質量ベースで１：１である。スクリーンバスケットフィルターには、物質の流れａと物質の流れｂのための２つの別々の入口が装備されている。スクリーンバスケットフィルターからの混合物ｃを、１０５℃の空気の流れ（物質の流れｄ）を含んでなる混合チャンバー中に１０５℃の温度で導入し、次いでスタティックミキサー中で混合して物質の流れｅを得る。燃料ガス／シラン混合物は、混合チャンバー内の物質の流れｃからなる酸素源と接触しても発火しないが、反応チャンバー内では意図されたようには発火する。ヒュームドシリカの製造が可能である。
【０１０１】
使用される混合チャンバーは直管である。
【０１０２】
使用される静的混合要素は、Ｓｕｌｚｅｒ社製のＣｏｍｐａｘ（商標）タイプの市販のスタティックミキサーである。
【０１０３】
選択された物質の流れｄ（空気）の体積流量は、酸素に関して少なくとも化学量論的である。全体積流量（物質の流れｅ）とミキサーからの出口域は、両方がミキサーの製造業者によって推奨されるスタティックミキサーの最適作動範囲内にあるように選択する。
【図１】
0006844011.tif 000002
【図１ａ】
0006844011.tif 000003
【図１ｂ】
0006844011.tif 000004
【図１ｃ】
0006844011.tif 000005
【図２】
0006844011.tif 000006
【図２ａ】
0006844011.tif 000007
【図２ｂ】
0006844011.tif 000008
【図２ｃ】
0006844011.tif 000009
【図３】
0006844011.tif 000010