炭化珪素精製方法及びシステム
【課題】 この発明は、珪砂とコークスから精製した炭化珪素を製造することを目的としたものである。
【解決手段】 この発明は、コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製することを特徴とした炭化珪素の精製方法により目的を達成した。
【解決手段】 この発明は、コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製することを特徴とした炭化珪素の精製方法により目的を達成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、珪砂と、コークスの混合物を連続的に加熱して炭化珪素を精製し、これを精製することを目的とした炭化珪素精製方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来炭化珪素を精製するには、熱気加熱炉内へ珪砂とコークスの混合物を挿入し、これを電熱加熱する炭化珪素の精製方法が一般に使用されていた。
【０００３】
また金属珪素、酸素を含む酸化性ガス及び炭化水素を含む還元性ガスを反応させて得た粗炭化珪素粉末と、カーボンを含む気体と、酸素を含む酸性ガスとをサイクロン型容器を有する捕集装置内へ導入し、これを５００℃〜８００℃で加熱し、カーボンを燃焼除却し、精製炭化珪素粉末を得ると共に、これを捕集することを特徴とした炭化珪素粉末の捕集方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−１９５１０６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記公知技術中、電熱使用の方法は、効率が悪いのみならず、珪砂とコークスの混合が不十分の時には精製効率が悪い問題点があった。
【０００５】
また前記特許文献１の発明は、まず粗炭化珪素を精製するので、二度の加工を必須要件としており、従って効率低下の問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、水素と酸素の混合物よりなるゼットガスを使用して燃焼させると共に、水素によって還元できるので、効率よく精製することができて、前記従来の問題点を解決したのである。
【０００７】
即ち方法の発明は、コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製することを特徴とした炭化珪素の精製方法であり、コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製し、排気から水素を分離し、残余の炭酸ガスを用いて炭酸カルシウムを精製した後、放出することを特徴とした炭化珪素の精製方法である。
【０００８】
またシステムの発明は、珪砂及びコークスの混合手段と、ゼットガスバーナーを備えた炭化珪素のゼットガス炉と、排気処理手段とを組み合せたことを特徴とする炭化珪素精製システムであり、ゼットガスバーナーは、ゼットガスを吹き出し、ゼットガス炎を生成するものであり、混合手段は、粉粒体混合機としたものであり、排気処理手段は、熱交換器、サイクロン及び水素分離器としたものである。
【０００９】
前記において使用するゼットガスは、送浸透膜を通して電気分解するので、雨水、工業用水又は水道水を使用することができる。前記水を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを生成し、これを混合したものである。
【００１０】
ゼットガスの燃焼は、気体から液体への相変化であるから、通常の爆発現象（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）は発生せず、擬爆現象（Ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ）が起こる。Ｉｍｐｌｏｓｉｏｎでは、熱源の周囲に真空が発生するが、外部へエネルギーが拡散しない為安全である。
【００１１】
また水素ガスと酸素ガスの混合気体の為、空気中へ漏出しても環境悪化のおそれがなく、かつ拡散すれば燃焼のおそれもない。また当然のこと乍ら燃焼によって水になるので、有害物質の排出は皆無である。
【００１２】
ゼットガス炎を対照物に照射すると超高温（１０００℃〜４０００℃）となり、総ての物を溶解するけれども、他物に移るおそれはない。またゼットガス自体が酸素を保有しているので、空気のない場所でも燃焼を継続する。更に表１のような特性をもっている。
【表１】
【００１３】
前記のように、ゼットガスは、化石燃料又は化石ガスに比し特性を有するので、目的物を目的温度に加熱し、しかも公害物を排出しないので、炭化珪素の精製の熱源として最適である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、珪砂とコークスの混合物をゼットガス炎で加熱するので、珪砂の還元と、炭素との化合が瞬時に行われると共に、他物の混入する条件がないので、高純度の炭化珪素ができる効果がある。この発明の炭化珪素は０．９９９・・・である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明は、図１のように粒度０．１ｍｍ〜１０ｍｍの珪砂粉と、同粒度のコークス粉とを１：１の割合（容量）で混合機に投入し、十分混入したならば（例えば５分〜１０分）、これを、水素雰囲気のゼットガス炉に投入すると共に、上方からゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１０００℃で加熱すると、燃焼して、ＣＯ２、Ｈ２を排出する。そこでＨ２を分離膜で回収し、ＣＯ２を処理する。
【００１６】
ＣＯ２の処理は、適当な触媒を通過させて、例えばＣａＣＯ３を形成し、又はＣ２とＯ２に分離して、気体を放出する。この点は従来技術を使用する。
【実施例１】
【００１７】
この発明は、粉粒化した珪砂３０と、コークス３１の給送装置１、１により、混合機２へ適量の珪砂と、コークスを給送し、混合機２で均一に混合した後、この混合物をゼットガス炉３に送り込む。
【００１８】
前記ゼットガス炉３には、上部に複数のゼットガスバーナー４、４を有し、このバーナーからゼットガス炎５、５を吹き出して、前記混合物を８００℃〜１０００℃に加熱し、炭化珪素を生成する。前記ゼットガス炉３は、予め水素雰囲気を保つように、水素が供給されている。
【００１９】
前記ゼットガス炎５は、水素と酸素の燃焼により生じるので、燃して水蒸気を生成し、この水蒸気と、炭酸ガスと水素とが排出される。
【００２０】
そこで排気を熱交換器９で冷却した後、分離膜を有する分離筒６で水素を回収してゼットガス炉へ供給し、水蒸気と炭酸ガスから炭素を分離し、水蒸気と酸素とを外界に放出する。従って外界への影響はきわめて軽微となる（炭酸ガスの一部が出る程度）。
【００２１】
この発明において使用するゼットガスは、ゼットガス発生器７で水を電気分解して生成し、これを分配器８により必要箇所へ分配して使用する。
【００２２】
前記ゼットガスは、水素ガスと酸素ガスの混合ガスよりなり、前記表１のような特性を有するので、この炭化珪素の製造に対しても十分の効力を発揮し、製造と精製を一度の処理で行うことができる。
【００２３】
この発明のゼットガス生成の為の電気分解装置を図３について説明すると、電解槽１０内に、多数の電極板１１、１１を縦に並列設置して、各電極板１１、１１は導板１２、１２ａにより夫々プラス極、及びマイナス極を形成している。
【００２４】
前記電解槽１０の下部には、送水パイプ１３の一端が連結され、送水パイプ１３にはポンプ１８を介装して、その他端は電解水槽１４に連結してある。
【００２５】
また電解槽１０の上部は排水パイプ１５の基端が連結され、排水パイプ１５の他端は、前記電解水槽１４の上部内側の分離匣１６に連結されている。前記電解水槽１４の上部には混合ガスの排出パイプ１７が連結されている。図中２４は水位計測室、２５は給排気パイプ、２６は水位計、２７は電磁バルブ、２８は給水パイプ、２９は連通孔、３２はセンサーである。
【００２６】
そこで各電極板１１、１１に通電すると共に、送水パイプ１３のポンプ１８を始動すると、電解水槽１４内の電解水は、矢示２０、２１、２２のように流動し、電気分解され、生成した水素ガスと酸素ガスと水とを、排水パイプ１５から矢示１９のように取り出し、分離匣１６でガスと水と分離して、排出パイプ１７から矢示２３のように分配器８に送り（図２）、分配器８から必要個所に分配することになる。
【００２７】
前記実施例は一例であって、他の電気分解装置を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施例のブロック図。
【図２】同じく模式図。
【図３】（ａ）同じく電気分解装置の一部を断面した説明図、（ｂ）同じく電極板の連結を示す一部拡大斜視図。
【符号の説明】
【００２９】
１ 給送装置
２ 混合機
３ ゼットガス炉
４ ゼットガスバーナー
５ ゼットガス炎
６ 分離筒
【技術分野】
【０００１】
この発明は、珪砂と、コークスの混合物を連続的に加熱して炭化珪素を精製し、これを精製することを目的とした炭化珪素精製方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来炭化珪素を精製するには、熱気加熱炉内へ珪砂とコークスの混合物を挿入し、これを電熱加熱する炭化珪素の精製方法が一般に使用されていた。
【０００３】
また金属珪素、酸素を含む酸化性ガス及び炭化水素を含む還元性ガスを反応させて得た粗炭化珪素粉末と、カーボンを含む気体と、酸素を含む酸性ガスとをサイクロン型容器を有する捕集装置内へ導入し、これを５００℃〜８００℃で加熱し、カーボンを燃焼除却し、精製炭化珪素粉末を得ると共に、これを捕集することを特徴とした炭化珪素粉末の捕集方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−１９５１０６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記公知技術中、電熱使用の方法は、効率が悪いのみならず、珪砂とコークスの混合が不十分の時には精製効率が悪い問題点があった。
【０００５】
また前記特許文献１の発明は、まず粗炭化珪素を精製するので、二度の加工を必須要件としており、従って効率低下の問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、水素と酸素の混合物よりなるゼットガスを使用して燃焼させると共に、水素によって還元できるので、効率よく精製することができて、前記従来の問題点を解決したのである。
【０００７】
即ち方法の発明は、コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製することを特徴とした炭化珪素の精製方法であり、コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製し、排気から水素を分離し、残余の炭酸ガスを用いて炭酸カルシウムを精製した後、放出することを特徴とした炭化珪素の精製方法である。
【０００８】
またシステムの発明は、珪砂及びコークスの混合手段と、ゼットガスバーナーを備えた炭化珪素のゼットガス炉と、排気処理手段とを組み合せたことを特徴とする炭化珪素精製システムであり、ゼットガスバーナーは、ゼットガスを吹き出し、ゼットガス炎を生成するものであり、混合手段は、粉粒体混合機としたものであり、排気処理手段は、熱交換器、サイクロン及び水素分離器としたものである。
【０００９】
前記において使用するゼットガスは、送浸透膜を通して電気分解するので、雨水、工業用水又は水道水を使用することができる。前記水を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを生成し、これを混合したものである。
【００１０】
ゼットガスの燃焼は、気体から液体への相変化であるから、通常の爆発現象（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）は発生せず、擬爆現象（Ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ）が起こる。Ｉｍｐｌｏｓｉｏｎでは、熱源の周囲に真空が発生するが、外部へエネルギーが拡散しない為安全である。
【００１１】
また水素ガスと酸素ガスの混合気体の為、空気中へ漏出しても環境悪化のおそれがなく、かつ拡散すれば燃焼のおそれもない。また当然のこと乍ら燃焼によって水になるので、有害物質の排出は皆無である。
【００１２】
ゼットガス炎を対照物に照射すると超高温（１０００℃〜４０００℃）となり、総ての物を溶解するけれども、他物に移るおそれはない。またゼットガス自体が酸素を保有しているので、空気のない場所でも燃焼を継続する。更に表１のような特性をもっている。
【表１】
【００１３】
前記のように、ゼットガスは、化石燃料又は化石ガスに比し特性を有するので、目的物を目的温度に加熱し、しかも公害物を排出しないので、炭化珪素の精製の熱源として最適である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、珪砂とコークスの混合物をゼットガス炎で加熱するので、珪砂の還元と、炭素との化合が瞬時に行われると共に、他物の混入する条件がないので、高純度の炭化珪素ができる効果がある。この発明の炭化珪素は０．９９９・・・である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明は、図１のように粒度０．１ｍｍ〜１０ｍｍの珪砂粉と、同粒度のコークス粉とを１：１の割合（容量）で混合機に投入し、十分混入したならば（例えば５分〜１０分）、これを、水素雰囲気のゼットガス炉に投入すると共に、上方からゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１０００℃で加熱すると、燃焼して、ＣＯ２、Ｈ２を排出する。そこでＨ２を分離膜で回収し、ＣＯ２を処理する。
【００１６】
ＣＯ２の処理は、適当な触媒を通過させて、例えばＣａＣＯ３を形成し、又はＣ２とＯ２に分離して、気体を放出する。この点は従来技術を使用する。
【実施例１】
【００１７】
この発明は、粉粒化した珪砂３０と、コークス３１の給送装置１、１により、混合機２へ適量の珪砂と、コークスを給送し、混合機２で均一に混合した後、この混合物をゼットガス炉３に送り込む。
【００１８】
前記ゼットガス炉３には、上部に複数のゼットガスバーナー４、４を有し、このバーナーからゼットガス炎５、５を吹き出して、前記混合物を８００℃〜１０００℃に加熱し、炭化珪素を生成する。前記ゼットガス炉３は、予め水素雰囲気を保つように、水素が供給されている。
【００１９】
前記ゼットガス炎５は、水素と酸素の燃焼により生じるので、燃して水蒸気を生成し、この水蒸気と、炭酸ガスと水素とが排出される。
【００２０】
そこで排気を熱交換器９で冷却した後、分離膜を有する分離筒６で水素を回収してゼットガス炉へ供給し、水蒸気と炭酸ガスから炭素を分離し、水蒸気と酸素とを外界に放出する。従って外界への影響はきわめて軽微となる（炭酸ガスの一部が出る程度）。
【００２１】
この発明において使用するゼットガスは、ゼットガス発生器７で水を電気分解して生成し、これを分配器８により必要箇所へ分配して使用する。
【００２２】
前記ゼットガスは、水素ガスと酸素ガスの混合ガスよりなり、前記表１のような特性を有するので、この炭化珪素の製造に対しても十分の効力を発揮し、製造と精製を一度の処理で行うことができる。
【００２３】
この発明のゼットガス生成の為の電気分解装置を図３について説明すると、電解槽１０内に、多数の電極板１１、１１を縦に並列設置して、各電極板１１、１１は導板１２、１２ａにより夫々プラス極、及びマイナス極を形成している。
【００２４】
前記電解槽１０の下部には、送水パイプ１３の一端が連結され、送水パイプ１３にはポンプ１８を介装して、その他端は電解水槽１４に連結してある。
【００２５】
また電解槽１０の上部は排水パイプ１５の基端が連結され、排水パイプ１５の他端は、前記電解水槽１４の上部内側の分離匣１６に連結されている。前記電解水槽１４の上部には混合ガスの排出パイプ１７が連結されている。図中２４は水位計測室、２５は給排気パイプ、２６は水位計、２７は電磁バルブ、２８は給水パイプ、２９は連通孔、３２はセンサーである。
【００２６】
そこで各電極板１１、１１に通電すると共に、送水パイプ１３のポンプ１８を始動すると、電解水槽１４内の電解水は、矢示２０、２１、２２のように流動し、電気分解され、生成した水素ガスと酸素ガスと水とを、排水パイプ１５から矢示１９のように取り出し、分離匣１６でガスと水と分離して、排出パイプ１７から矢示２３のように分配器８に送り（図２）、分配器８から必要個所に分配することになる。
【００２７】
前記実施例は一例であって、他の電気分解装置を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施例のブロック図。
【図２】同じく模式図。
【図３】（ａ）同じく電気分解装置の一部を断面した説明図、（ｂ）同じく電極板の連結を示す一部拡大斜視図。
【符号の説明】
【００２９】
１ 給送装置
２ 混合機
３ ゼットガス炉
４ ゼットガスバーナー
５ ゼットガス炎
６ 分離筒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製することを特徴とした炭化珪素の精製方法。
【請求項２】
コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製し、排気から水素を分離し、残余の炭酸ガスを用いて炭酸カルシウムを精製した後、放出することを特徴とした炭化珪素の精製方法。
【請求項３】
珪砂及びコークスの混合手段と、ゼットガスバーナーを備えた炭化珪素のゼットガス炉と、排気処理手段とを組み合せたことを特徴とする炭化珪素精製システム。
【請求項４】
ゼットガスバーナーは、ゼットガスを吹き出し、ゼットガス炎を生成することを特徴とした請求項３記載の炭化珪素精製システム。
【請求項５】
混合手段は、粉粒体混合機としたことを特徴とする請求項３記載の炭化珪素精製システム。
【請求項６】
排気処理手段は、熱交換器、サイクロン及び水素分離器としたことを特徴とする炭化珪素精製システム。
【請求項１】
コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製することを特徴とした炭化珪素の精製方法。
【請求項２】
コークスと珪砂の混合物をゼットガス炉に送り込み、その上部からゼットガスバーナーでゼットガス炎を吹きつけて、８００℃〜１２００℃に加熱し、珪砂の酸素を分離して炭化珪素を精製し、排気から水素を分離し、残余の炭酸ガスを用いて炭酸カルシウムを精製した後、放出することを特徴とした炭化珪素の精製方法。
【請求項３】
珪砂及びコークスの混合手段と、ゼットガスバーナーを備えた炭化珪素のゼットガス炉と、排気処理手段とを組み合せたことを特徴とする炭化珪素精製システム。
【請求項４】
ゼットガスバーナーは、ゼットガスを吹き出し、ゼットガス炎を生成することを特徴とした請求項３記載の炭化珪素精製システム。
【請求項５】
混合手段は、粉粒体混合機としたことを特徴とする請求項３記載の炭化珪素精製システム。
【請求項６】
排気処理手段は、熱交換器、サイクロン及び水素分離器としたことを特徴とする炭化珪素精製システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１６９０６７（Ｐ２００６−１６９０６７Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６６２９０（Ｐ２００４−３６６２９０）
【出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（３０５０２２１２９）株式会社ジパングエナジー (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（３０５０２２１２９）株式会社ジパングエナジー (13)
【Ｆターム（参考）】
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