[发明专利]具有包覆有硅化物的金属表面的反应器

说明书

相关申请

本申请要求于2009年4月20日提交的名称为“FLUIDIZED BED REACTOR MADE OF SILICIDE-FORMING METAL ALLOY WITH OPTIONAL STEEL BOTTOM AND OPTIONAL INERT PACKAGING MATERIAL”(“具有任意钢底部及任意惰性包装材料的、由形成硅化物的金属合金制成的流体化床反应器”)的第61/170,962号美国临时申请的权益，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明涉及可形成硅化物保护涂层的某些表面的形成和用途，从而允许这种涂覆的表面可用于这样的应用，即，在这些应用中，没有这种保护涂层的表面可能会易受与这些应用相关的条件、环境和/或反应的影响。

例如，某些化学反应发生在可能具有超过200℃的温度、明显高于大气压力的压力和各种腐蚀剂的环境中。这些环境可能会严重地腐蚀其中发生化学反应的容器结构的表面。例如，这些环境可能会显著降低这种容器结构的预期寿命。此外，这些环境还可能会对化学反应本身的条件和效率产生不利影响。

此外，本发明涉及多区段反应器，其至少一部分由可形成硅化物覆层的材料形成。此外，本发明涉及多区段反应器，其至少两部分由具有不同组成的材料形成。此外，本发明涉及多区段反应器，包含内部惰性填料和/或结构。

发明内容

在一个实施方案中，按照本发明制造的反应器包括：第一区段，其中所述第一区段的至少一部分包括：i)至少一个基础层，其中所述至少一个基础层具有第一组成，所述第一组成含有至少一种形成硅化物的金属元素；和ii)至少一个硅化物覆层，其中所述至少一个硅化物覆层通过下列方法形成：1)在高于600℃的第一温度和足够低的压力下，使具有足够量的至少一种形成硅化物的金属元素的至少一个基础层暴露于足够量的至少一种硅源气体中，该硅源气体具有足够量的硅元素，其中在低于1000℃的第二温度下，所述至少一种硅源气体能够分解以产生足够量的硅元素；2)使足够量的至少一种形成硅化物的金属元素与足够量的硅元素反应；和3)形成所述至少一个硅化物覆层。

在一个实施方案中，反应器还包含：第二区段，其中所述第二区段由第二组成构成；其中所述第一和第二组成是不同的；和惰性材料，其中所述惰性材料占据所述反应器的所述第二区段。

在一个实施方案中，第二区段还包括：i)具有第一端和第二端的顶部，其中所述顶部的所述第二端具有第一唇部，并且其中所述第一端与所述反应器的所述第一区段的所述部分相连；ii)具有第一端和第二端的底部，其中所述底部的所述第二端形成所述反应器的底部，并且其中所述第二部分的所述第一端具有第二唇部；和其中所述第一唇部和所述第二唇部被充分设计成彼此牢固地连接。

在一实施方案中，反应器可以进一步包括衬里，其中所述衬里从所述惰性材料延伸至顶部区段中。

在一实施方案中，所述惰性材料和所述反应器之间存在空间以允许引入气体。在一实施方案中，所述衬里和所述反应器之间存在空间以允许引入气体。在一实施方案中，气体是氢气。

在一实施方案中，惰性材料选自氧化锆，硝酸硅，碳化硅，氧化硅和氧化铝。

在一实施方案中，所述至少一个基础层的至少一个第一部分被充分设计成可形成所述至少一个硅化物覆层的至少一个第一部分，并且所述至少一个基础层的至少一个第二部分被充分设计成可形成所述至少一个硅化物覆层的至少一个第二部分。

在一实施方案中，所述至少一个硅化物覆层被充分设计成可在300℃以上的温度下抵抗显著的化学腐蚀。

在一实施方案中，至少一个基础层包含陶瓷材料。

在一实施方案中，至少一个基础层含玻璃陶瓷材料。

在一实施方案中，所述至少一个基础层包含选自铝(Al)、碳(C)、钙(Ca)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、钼(Mo)、硅(Si)、铌(Nb)、镍(Ni)、铂(Pt)、钛(Ti)和钨(W)的至少一种金属。

在一实施方案中，所述至少一个硅化物覆层的组成取决于所述至少一个基础层暴露于所述至少一种硅源气体时的温度。

在一实施方案中，至少一种硅源气体包含至少一种H_xSi_yCl_z，其中x，y和z是从0到6。