Спосіб одержання hsicl3 каталітичним гідродегалогенуванням sicl4

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб каталітичного гідродегалогенування SiCl4 до НSіСl3, який відрізняється тим, що газоподібну суміш едукту, що містить Н2/SiСl4, приводять у безпосередню взаємодію із щонайменше одним нагрівальним елементом контактного нагрівача, причому нагрівальний елемент виготовлений з металу або сплаву металу, та для здійснення взаємодії нагрівальний елемент нагрівають.

2. Спосіб за пунктом 1, який відрізняється тим, що застосовують щонайменше один нагрівальний елемент, виготовлений з металу ряду ніобій, тантал, а також вольфрам або зі сплаву металу, який включає ніобій, тантал та/або вольфрам.

3. Спосіб за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що застосовують щонайменше один нагрівальний елемент у формі дроту, спіралі, прута, труби, пластини, сітки або комірчастого тіла.

4. Спосіб за одним із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що застосовують щонайменше один нагрівальний елемент, діаметр дроту, товщина стінки або товщина пластини чи шару якого становить від 0,1 до 10 мм.

5. Спосіб за одним із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що нагрівальний елемент контактного нагрівача застосовують при температурі від 300 до 1250 °С.

6. Спосіб за одним із пунктів 1-5, який відрізняється тим, що взаємодію здійснюють при температурі від 600 до 950 °С та при тиску від 0,1 до 100 бар абс.

7. Спосіб за одним із пунктів 1-6, який відрізняється тим, що взаємодію здійснюють при об'ємній швидкості від 2000 до 750000 год.-1 та над нагрівальним елементом контактного нагрівача подають газоподібну суміш водню та тетрахлориду кремнію з лінійною швидкістю від 0,01 до 10 м/с.

8. Спосіб за одним із пунктів 1-7, який відрізняється тим, що суміш SіСl4/Н2 застосовують при молярному співвідношенні від 1-0,9 до 1-20.

9. Спосіб за одним із пунктів 1-8, який відрізняється тим, що ступінь перетворення регулюють подачею електричної напруги на контактний нагрівач.

10. Спосіб за одним із пунктів 1-9, який відрізняється тим, що взаємодію здійснюють в проточному реакторі, стінки або внутрішні сторони стінок якого виготовлені з ніобію, вольфраму, танталу, сплаву, що містить ніобій, вольфрам та/або тантал, з термостійкого скла, кварцового скла, з термостійкої глазурі або термостійкої кераміки.

11. Спосіб за одним із пунктів 1-10, який відрізняється тим, що суміш продукту подають через щонайменше один теплообмінник, що знаходиться на початку процесу, з метою випаровування SіСl4 та/або попереднього нагрівання суміші едукту, що містить Н2/SiСl4.

12. Спосіб за одним із пунктів 1-11, який відрізняється тим, що на стадії (і) суміш продукту щонайменше частково конденсують, одержують рідкий НSіСl3 та, в разі необхідності, одержуваний водень, а також тетрахлорид кремнію повертають в потік едукту даного процесу або на стадії (іі) потік продукту повторно використовують як едукт на подальших стадіях.

Текст

1. Спосіб каталітичного гідродегалогенування SiCl4 до НSіСl3, який відрізняється тим, що газоподібну суміш едукту, що містить Н2/SiСl4, приводять у безпосередню взаємодію із щонайменше одним нагрівальним елементом контактного нагрівача, причому нагрівальний елемент виготовлений з металу або сплаву металу, та для здійснення взаємодії нагрівальний елемент нагрівають. 2. Спосіб за пунктом 1, який відрізняється тим, що застосовують щонайменше один нагрівальний елемент, виготовлений з металу ряду ніобій, тантал, а також вольфрам або зі сплаву металу, який включає ніобій, тантал та/або вольфрам. 3. Спосіб за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що застосовують щонайменше один нагрівальний елемент у формі дроту, спіралі, прута, труби, пластини, сітки або комірчастого тіла. 4. Спосіб за одним із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що застосовують щонайменше один нагрівальний елемент, діаметр дроту, товщина стінки або товщина пластини чи шару якого становить від 0,1 до 10мм. 5. Спосіб за одним із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що нагрівальний елемент контактного нагрівача застосовують при температурі від 300 до 1250°С. C2 2 UA 1 3 84757 ретворити один на інший і таким чином задовольнити відповідний попит на один з продуктів. Крім того, високочистий HSiCI3 є важливою сировиною для одержання солярового кремнію. З [EP 0 658 359 А2] відомий спосіб каталітичного гідродегалогенування SiCI4 до HSiCI3 в присутності водню, при якому як каталізатор без носія застосовують тонкодисперсні перехідні метали або сполуки перехідних металів з ряду, що включає нікель, мідь, залізо, кобальт, молібден, паладій, платину, церій та лантан, причому ці сполуки здатні разом з елементарним кремнієм або кремнієвими сполуками утворювати силіциди. При цьому проблемою, яка обумовлена сильною ендотермієї реакції, є непряма подача реакційного тепла, а також агломерація частинок каталізатора, пов'язана з втратою активності та поганою регульованістю ступеню перетворення. Крім того, виділення застосованого тонкодисперсного каталізатора із суміші продукту потребує значних ви трат. З [І. Rover et аі, "The catalytic hydrogenation of chlorsilanes - the crucial print of production of electronic - grade silicon", Silicon for'the Chemical Industry Vl, Loen, Norway, 17.06. bis 21.06.2002; Eds.: M. A.Oye et at., Trondheim, Norway, 2002, стор 209] і наст., відомо, що не всі перехідні метали здатні утворювати силіциди, оскільки у випадку цих сполук утворення силіцидів принаймні частково кинетично уповільнюється. Тому в основу даного винаходу була покладена задача розробити ще одну можливість одержання HSiCI3 з SiCI4. Задача згідно з винаходом вирішується відповідно до відомостей з формули винаходу. Так, наприклад, несподівано з'ясували, що HSiCI3 можна одержувати простим, економічним та ефективним способом каталітичного гідродегалогенування SiCI4 в присутності водню, якщо газоподібну суміш едукту, що містить H2/SiCI4, піддавати безпосередній взаємодії із, щонайменше, одним гарячим нагрівальним елементом контактного нагрівача, причому нагрівальний елемент складається з придатного для цього металу або сплаву металу. Особливо несподіваним виявився той факт, що нагрівальні елементи з вольфраму, ніобію, танталу або відповідних сплавів в таких умовах реакції також проявляють каталітичну активність, хоча на основі кінетичного уповільнення утворення силіциду це було неочікуваним. Крім того, такі нагрівальні елементи проявляють високу стійкість, при цьому від виділення тонкодисперсного пилеподібного каталізатору можна вигідно відмовитися. Крім того вигідним є той факт, що необхідно для здійснення даної взаємодії енергію можна подавати безпосередньо завдяки контактному нагрівачу і таким чином можна вигідно уникнути втрат енергії через непряме нагрівання реактора Так, згідно з винаходом при пропусканні SiCI4/H2-суміші через нагріті елементи контактного нагрівача перетворення сполуки на HSiCI3 можна наблизити до термодинамічного. Крім того, при здійсненні даного способу бажану композицію продуктів можна швидко та просто одержати шля 4 хом зміни електричної напруги у нагрівальних елементах контактного нагрівача. Витрати енергії у порівнянні зі звичайним непрямим нагріванням є значно меншими, оскільки до температури реакції нагрівають не весь газовій потік, а лише газ поблизу каталітично активного нагрівального елементу. Таким чином об'єктом даного винаходу є спосіб каталітичного гідродегалогенування SiCI4 до HSiCI3, згідно з яким газоподібну суміш едукту, що містить водень та тетрахлорид кремнію, піддавати безпосередній взаємодії із, щонайменше, одним нагрівальним елементом контактного нагрівача, причому нагрівальний елемент складається з металу або сплаву металу, та причому для здійснення взаємодії нагрівальний елемент нагрівають. Зокрема, при здійсненні способу згідно з винаходом застосовують, щонайменше, один нагрівальний елемент, який складається з металу з ряду ніобій, тантал, а також вольфрам або зі сплаву металу, який містить ніобій, тантал та/або вольфрам, причому утворення силіциду в присутності цих сполук в умовах реакції є, в основному, уповільненим. При здійсненні способу згідно з винаходом застосовують переважно, щонайменше, один нагрівальний елемент, який має форму дроту, спіралі, прута, тр уби, наприклад, труби з або без перегородок, з хрестоподібними перетинками або вставками або стінки яких оснащені отворами, пластини, наприклад, рівної або гофрованої платини, перфорованих пластин або пластин з пазами, жолобками або насадками або блоку пластин, сітки, наприклад, рівної або гофрованої сітки, або комірчастого тіла, наприклад, з круглим, квадратним, трикутним, шести- або восьмикутним поперечним перерізом комірки. При цьому перевагу надають нагрівальним елементам, діаметр дроту, товщина стінки або товщина пластини чи шару яких становить від 0,1 до 10мм, переважно від 0,3 до 8мм, особливо переважно від 0,5 до 5мм. Такі нагрівальні елементи відомого контактного нагрівача при здійсненні способу згідно з винаходом застосовують переважно в проточному реакторі, який, зі свого боку, може бути завантажений газоподібною сумішшю H2 /SiCI4. Описані нагрівальні елементи, як правило, наявні у продажу та відомим чином оснащені переважно охолоджуваними водою електричними токопідводами. Для здійснення способу згідно з винаходом до контактного нагрівача підводять електричну напругу, в результаті чого нагрівальні елементи нагріваються та згідно з винаходом відбувається гідродегалогенування SiCI4 до HSiCI3. При цьому електричну напругу, як правило, підвищують повільно, наприклад, протягом приблизно 30 хвилин, доки не буде досягнене бажане значення температури реакції. Для контролю та регулювання переважно вимірюють температуру нагрівального елементу, стінки реактора та потоку едукту або продукту. Так, при здійсненні способу згідно з винаходом нагрівальні елементи контактного нагрівача застосовують переважно при температурі від 300 до 1 250°С, зокрема, від 700 до 950°C. 5 84757 Таким чином взаємодію згідно з винаходом здійснюють при температурі від 600 до 950°C, зокрема, від 700 до 900°С, та при тиску від 0,1 до 100бар абс, переважно від 1 до 10 бар абс, зокрема, від 1,5 до 2,5бар абс. У способі згідно з винаходом взаємодію здійснюють переважно при об'ємна швидкість (SV=об'ємний потік/об'єм реактора, оснащеного нагрівальними елементами) від 2 000 до 750 000год-1, переважно від 5 000 до 500 000год-1, та/або при об'ємному потоці у перерахунку на поверхню каталізатора (AV = об'ємний потік/поверхня каталізатора) від 10 до 0,01м/с, особливо переважно від 1 до 0,05м/с. Крім того, газоподібну суміш водню та тетра хлориду кремнію подають над нагрівальним елементом контактного нагрівача переважно з лінійною швидкістю (LV=об'ємний потік/площа поперечного перерізу реактора) від 0,01 до 10м/с, переважно від 0,01 до 8м/с, особливо переважно від 0,02 до 5м/с. Вказані вище та нижче реакційно-кинетичні параметри об'ємного потоку стосуються нормальних умов Відповідно параметри способу встановлюють таким чином, щоб в результаті одержати ламінарний потік. Так, при здійсненні способу згідно з винаходом застосовують газоподібну суміш SiCI4/H2 , молярне співвідношення компонентів SiCI4: H2 в якій становить переважно від 1 : 0,9 до 1 : 20, особливо переважно від 1 : 1 до 1 : 10, найбільш переважно від 1 : 1,5 до 1 : 8, зокрема, від 1 : 2 до 1 : 4. Як правило, при цьому діють таким чином: SiCI4 - в разі потреби - переводять у газову фазу та додають газоподібний водень. При цьому вміст навіть незначних кількостей води та кисню виключають. Таким чином, застосовують SiCI4 та водень високої та дуже високої якості. Бажаний ступінь перетворення [п=100%×c(HsiCI3)/cо(SiCI4)] при здійсненні способу згідно з винаходом можна регулювати або встановлювати шляхом підведення електричної напруги до контактного нагрівача без необхідності переривання способу. Крім того, взаємодію згідно з винаходом здійснюють в проточному реакторі, стінки або внутрішні сторони стінок якого виготовлені з ніобію, вольфраму, танталу, сплаву, що містить ніобій, вольфрам та/або тантал, з термостійкого скла, зокрема, кварцового скла, з термостійкої глазурі або термостійкої кераміки або спеціальної кераміки. Суміш продукту або газоподібний потік продукту, одержувані при здійсненні способу згідно з винаходом, перед подальшою переробкою або обробкою можна вигідно пропускати через, щонайменше, один теплообмінник, що знаходиться на початку процесу, тобто перед реактором, з метою випаровування SiCI4 та/або попереднього енергозберігаючого нагрівання суміші едукту, що містить H2/SiCI4. Так, наприклад, газоподібний потік едукту та газоподібний потік продукту можна подавати протитоком для попереднього нагрівання едукт-газу та роботи в особливо енергозберігаючому режимі. При здійсненні способу згідно з винаходом одержаний таким чином продукт взаємодії, тобто 6 суміш продукту, можна піддавати подальшій обробці або переробці, причому переважно на стадії (і) суміш продукту фракціонують або, щонайменше, частково конденсують відомими способами, одержують рідкий, переважно високочистий HSiCI3 та, в разі необхідності, одержуваний водень, а також тетрахлорид кремнію повертають в потік едукту даного процесу або на стадії (іі) потік продукту повторно використовують як едукт для подальшого застосування, наприклад, на етапі переестерифікації спиртом до алкоксисиланів, у способі гідросилілювання олефінів до органохлорсиланів, при одержанні моносилану або солярового кремнію або при одержанні пірог енної кремнієвої кислоти. Загалом спосіб згідно з винаходом здійснюють таким чином, що в результаті одержують газоподібну суміш із водню та тетрахлориду кремнію. Реактор, стійкий по відношенню до тетрахлориду кремнію або HCI та високих температур, в реакційноздатну область якого інтегровані металеві нагрівальні елементи контактного нагрівана, як правило, спочатку нагрівають та пропускають сухий інертний газ, наприклад, аргон, або водень. Завдяки подачі електричної1 напруги контактний нагрівач можна попередньо нагрівати до температури реакції1, та завантажувати газоподібну суміш едукту з H2 та SiCI4. В нижній частині реактора одержують суміш продукту, яка містить переважно HSiCI3 для встановлення термодинамічної рівноважної концентрації. Наведені нижче приклади детально пояснюють даний винахід, не обмежуючи обсяг його охорони. Приклади: Приклад 1 У кварцовий реактор діаметром 15мм и довжиною 250мм як прямий контактний нагрівам поміщають W-подібній дріт діаметром 0,4мм та довжиною 400мм у формі спіралі. Цей дріт, подаючи напругу від 10 до 11В, нагрівають до температури реакції 800°C. Температур у дроту вимірюють термоелементом, покритим оболонкою. Через реактор пропускають суміш H2/SiCI4 при пропускній здатності 7л/год. За ходом реакції спостерігають за допомогою газової хроматографії. В таблиці 1 вказаний ступінь перетворення SiCI4 на HSiCI3 при різних відношеннях H2/SiCI4. Приклад 2 Застосовують описаний в прикладі 1 пристрій. Ступінь перетворення визначають залежно від швидкості потоку при 800°С та при постійному співвідношенні n(H2)/n(SiCI4) 6:1, див. таблицю 2. 7 84757 8 H2/SiCI4. Приклад 3 У кварцовий реактор діаметром 15мм и довжиною 250мм поміщають W-подібній дріт, площа поверхні якого становить 5,6см 2, у формі спіралі. Цей дріт, подаючи напругу, нагрівають до температури реакції 900°С. Через реактор пропускають суміш H2/SiCI4 при пропускній здатності 7л/год. За ходом реакції спостерігають за допомогою газової хроматографії. В таблиці 3 вказаний ступінь перетворення SiCI4 на HSiCI3 при різних відношеннях Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Приклад 4 Застосовують описаний в прикладі 3 пристрій Працюють при постійному молярному відношенні H2/SiCI4=6 та при пропускній здатності 7л/год Електричну напругу підвищують від 65 Bt до 80 Вт Через кілька хвилин ступінь перетворення збільшується з 21,1мол % до 23,4мол %. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for the production of hsicl3 by catalytic hydrodehalogenation of sicl4

Автори англійською

BOHMHAMMEL KLAUS, KOTHER SVEN, ROEWER GERHARD, ROVER INGO, MONKIEWICZ JAROSLAW, HONE HANS JURGEN

Назва патенту російською

Способ получения hsicl3 каталитическим гидродегалогенированием sicl4

Автори російською

Бомхаммель Клаус, Кьотер Свен, Рьовер Герхард, Рьовер Инго, Монкевич Ярослав, Хьоне Ханс-Юрген

МПК / Мітки

МПК: C01B 33/107

Мітки: sicl4, каталітичним, спосіб, одержання, гідродегалогенуванням, hsicl3

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-84757-sposib-oderzhannya-hsicl3-katalitichnim-gidrodegalogenuvannyam-sicl4.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання hsicl3 каталітичним гідродегалогенуванням sicl4</a>

Подібні патенти