DD250536B5 - Process for the preparation of methylchlorosilanes - Google Patents
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Die Erfindung betrifft die Herstellung von Methylchlorsilanen nach dem Prinzip der Direktsynthese nach Müller-Rochow. Methylchlorsilane sind die Vorprodukte einer breiten Palette technisch und ökonomisch bedeutender Siliconprodukte, wie z. B. Siliconlacke, -öle, -kautschuke.The invention relates to the preparation of methylchlorosilanes according to the principle of direct synthesis according to Müller-Rochow. Methylchlorosilanes are the precursors of a wide range of technically and economically important silicone products, such. As silicone coatings, oils, rubbers.
Es ist bekannt, Methylchlorsilane nach dem Prinzip der Direktsynthese nach Müller-Rochow herzustellen (s. W. Noil, Chemie und Technologie der Silicone, 1960, S. 22ff.).It is known to prepare methylchlorosilanes according to the principle of direct synthesis according to Mueller-Rochow (see W. Noil, Chemie und Technologie der Silicones, 1960, pp. 22ff.).
Die Ergebnisse der Synthesereaktion, d. h. die Aktivität des Gemenges aus pulverförmigem Silicium und Katalysator (im folgenden mit Kontaktmasse bezeichnet), die zeitliche Stabilität der Aktivität, die Selektivität der Reaktion in Richtung des bevorzugten Hauptproduktes Dimethyldichlorsilan (DDS) und der Ausnutzungsgrad der Rohstoffe sind außer von der Reaktorgestaltung, der Reaktionsführung und den Qualitäten der Ausgangsstoffe Chlormethan und Silicium in starkem Maße von der Natur des eingesetzten kupferhaltigen Katalysators abhängig. Für die selektive DDS-Synthese ist Kupfer bisher der beste Katalysator. Es wurde bisher eingesetzt in Form von:The results of the synthesis reaction, d. H. the activity of the mixture of powdered silicon and catalyst (hereinafter referred to as contact mass), the temporal stability of the activity, the selectivity of the reaction towards the preferred main product dimethyldichlorosilane (DDS) and the utilization of the raw materials are, except the reactor design, the reaction and The qualities of the starting materials chloromethane and silicon to a great extent dependent on the nature of the copper-containing catalyst used. So far, copper is the best catalyst for selective DDS synthesis. It has been used in the form of:
1. metallischem Kupfer, als:1. metallic copper, as:
a) Zementkupfer, (DD-PS 21 380, DE-OS 2214611, GB-PS 1201 466)a) cement copper, (DD-PS 21 380, DE-OS 2214611, GB-PS 1201 466)
b) Elektrolytkupfer (DE-OS 2212218)b) electrolytic copper (DE-OS 2212218)
c) oxidisches Kupfer, durch pyrometallurgische Verfahren aus Zementkupfer hergestellt (DE-OS 3235943)c) oxidic copper, produced by pyrometallurgical process from cement copper (DE-OS 3235943)
In der DE-OS 3312775 wird vorgeschlagen, solche partiell oxidierte Kupferpräparate durch Zugabe von Anteilen von Kupfer(ll)formiatzu modifizieren mit dem Ziel, den Anteil von Siliciumprodukten mit Siedepunkten oberhalb 7O0C zu vermindern. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht vor allem in der aufwendigen Herstellung des partiell oxidierten Kupfers.In DE-OS 3312775 it is proposed that such a partially oxidized copper preparations by the addition of amounts of copper (II) formiatzu modified with the aim to reduce the level of silicon products with boiling points above 7O 0 C. The disadvantage of this procedure is mainly in the complicated production of partially oxidized copper.
2. Kupferverbindungen, als:2. Copper compounds, as:
a) Salze, z.B. CuCI (US-PS 2464033), CuCI2 (US-PS 2464033) Cu2S (US-PS 2 904 574), Cu(O2CH)2 (Radosavljevice u.a. Khim. i Prakt. Primeninie Kremneorg. Soedinenie, Trudy Konf. Leningrad 1958, Nr.6, S.37)a) salts, for example CuCl (U.S. Patent No. 2,464,033), CuCl 2 (U.S. Patent 2,464,033) Cu 2 S (U.S. Patent No. 2,904,574), (Cu (O 2 CH) 2 Radosavljevice, inter alia, Khim. i Prakt. Primeninie Kremneorg Soedinenie, Trudy Konf. Leningrad 1958, No.6, p.37)
b) Oxide/Hydroxide (SU-PS 130882, Trambouze J. chim. phys. 1954, Nr.51, S.505)b) oxides / hydroxides (SU-PS 130882, Trambouze J. chim. phys. 1954, no. 51, p. 505)
c) Legierungsbestandteil (DE-PS 11 58976, US-PS 2380995, M.Dvorak, Technical digest. Prag 1968, Nr. 10, S.310) Generell sind alle diese Katalysatoren bezüglich Aktivität, Stabilität und Selektivität verbesserungswürdig. Dies wurde durch Zusatz einer Vielzahl von Aktivatoren (häufig Zink, Aluminium) oder Promotoren (häufig Antimon) angestrebt. Im einzelnen sind die Varianten 2 a und 2 b für eine großtechnische Realisierung umständlich und aufwendig, da die entsprechenden Kupferverbindungen vorher hergestellt werden müssen. Die Herstellung von Kupferlegierungen (2c) ist aufwendig und ein Einlegieren des Kupferkatalysators in die gesamte Siliciummenge ungünstig, da dies im kontinuierlich arbeitenden Reaktor zu einer ständigen unerwünschten Kupferanreicherung und damit einer Verminderung der DDS-Ausbeute führt. Bevorzugtes Verfahren ist der Einsatz von mechanisch zerkleinertem Elektrolytkupfer (1 b), wobei der Katalysator im allgemeinen durch Legieren mit oder Zumischen von Aktivatoren und Promotoren modifiziert wird. Zur Herstellung des Katalysators wird geschmolzenes Elektrolytkupfer im Luft- oder Inertgasstrom versprüht und anschließend in Schwingmühlen unter Einsatz von Mahlhilfsmitteln zu einem für die Direktsynthese geeigneten Kupferpulver gemahlen. Die Herstellung von Zementkupfer (1 a)c) Alloy Component (DE-PS 11 58976, US-PS 2380995, M.Dvorak, Technical Digest., Prague 1968, No. 10, p.310) In general, all these catalysts are in need of improvement in terms of activity, stability and selectivity. This was achieved by adding a variety of activators (often zinc, aluminum) or promoters (often antimony). In particular, the variants 2 a and 2 b for a large-scale implementation cumbersome and expensive, since the corresponding copper compounds must be prepared in advance. The production of copper alloys (2c) is complicated and alloying the copper catalyst in the entire amount of silicon unfavorable, since this leads in the continuously operating reactor to a constant unwanted copper enrichment and thus a reduction in the DDS yield. The preferred method is the use of mechanically comminuted electrolyte copper (1b), wherein the catalyst is generally modified by alloying with or admixing activators and promoters. To prepare the catalyst, molten electrolyte copper is sprayed in the air or inert gas stream and then ground in vibratory mills using grinding aids to form a copper powder suitable for direct synthesis. The production of cement copper (1 a)
bzw. von daraus hergestellten Kupferoxidpräparaten (1 c) ist aufwendig, umweltbelastend und empfiehlt sich nur bei Vorhandensein einer bereits entwickelten Kupfer-Naßmetallurgie.or from copper oxide preparations prepared therefrom (1 c) is complicated, polluting and recommended only in the presence of an already developed copper wet metallurgy.
Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren für die Direktsynthese von Methylchlorsilanen, mit dem der Umsetzungsgrad von Chlormethan und Silicium sowie die Ausbeute an Dimethyldichlorsilan effektiver gestaltet werden können.The aim of the invention is an improved process for the direct synthesis of methylchlorosilanes, with which the degree of conversion of chloromethane and silicon and the yield of dimethyldichlorosilane can be made more effective.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Katalysatorsystem zu entwickeln, das die Ökonomie bei der Herstellung mit einer Verbesserung der Aktivität, der zeitlichen Stabilität der Aktivität und der Selektivität der Synthese in Richtung des gewünschten Hauptproduktes Dimethyldichlorsilan (DDS) verbindet.It was an object of the present invention to develop a catalyst system which combines the economy of production with an improvement in the activity, the temporal stability of the activity and the selectivity of the synthesis in the direction of the desired main product dimethyldichlorosilane (DDS).
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch den Einsatz eines Mischkatalysators, der ein mechanisches Gemenge von Kupferpulver und wasserfreien Kupfersalzen niederer aliphatischer, gesättigter Mono- oder Dicarbonsäuren ist, gelöst wird. Als Mono- oder Dicarbonsäuren eignen sich insbesondere die ersten drei Glieder der homologen Reihen.Surprisingly, it has been found that this object is achieved by the use of a mixed catalyst, which is a mechanical mixture of copper powder and anhydrous copper salts of lower aliphatic, saturated mono- or dicarboxylic acids. Particularly suitable mono- or dicarboxylic acids are the first three members of the homologous series.
Der Katalysator enthält 1 bis 75 Ma.-% seines Gesamtkupfergehaltes in Form wasserfreier Kupfersalze einer Körnung kleiner 300μ,ιη, vorzugsweise kleiner ΙΟΟμητι. Kupfer(ll)formiat, als Kupfersalz der niederen Monocarbonsäuren, wird vorzugsweise in Mengen von 30 bis 50 Ma.-% Kupfer, bezogen auf den Gesamtkupfergehalt des Katalysators, eingesetzt. Von den niederen Dicarbonsäuren eignet sich insbesondere Kupfer(ll)oxalat, in Mengen von 10 bis 50 Ma.-% Kupfer, bezogen auf den Gesamtkupfergehalt des Katalysators.The catalyst contains 1 to 75% by weight of its total copper content in the form of anhydrous copper salts of a particle size of less than 300 μm, preferably smaller than μm. Copper (II) formate, as the copper salt of the lower monocarboxylic acids, is preferably used in amounts of from 30 to 50% by weight of copper, based on the total copper content of the catalyst. Of the lower dicarboxylic acids, copper (II) oxalate is particularly suitable, in amounts of from 10 to 50% by weight of copper, based on the total copper content of the catalyst.
Der Katalysator ergibt im Gemisch mit Siliciumpulver die Kontaktmasse, die durch einfaches mechanisches Durchmischen wieThe catalyst gives in admixture with silicon powder, the contact mass, which by simple mechanical mixing as
z. B. Rühren, Schütteln, Wirbeln im Gasstrom, erhalten wird. Die Kontaktmasse kommt mit einem Gesamtkupfergehalt von 1 bis 30 Ma.-%, vorzugsweise 2 bis 10Ma.-% Kupfer für die Umsetzung mit Chlormethan bei der Direktsynthese zum Einsatz. Das Kupfer liegt dabei anteilig in Form von Kupferpulver und in Form von Kupfersalzen in der Kontaktmasse vor.z. As stirring, shaking, vortexing in the gas stream, is obtained. The contact material is used with a total copper content of 1 to 30% by weight, preferably 2 to 10% by weight, of copper for the reaction with chloromethane in the direct synthesis. The copper is proportionally in the form of copper powder and in the form of copper salts in the contact mass.
Die Direktsynthese wird in Reaktoren, wie z. B. Fließbett-, Wirbelschicht- oder Rührbettreaktionen, bei Temperaturen im Bereich von 250 bis 400°C durchgeführt, wobei die entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte aus der Reaktionszone entfernt werden. Der Kontaktmasse können ggf. weitere übliche bekannte Zusätze wie z. B. Aktivatoren (Zn, Al u.a.) und/oder Promotoren (Sb u. a.) zugegeben werden. Beim Einsatz von Kupfersalzen niederer Dicarbonsäuren ist die Verwendung von Aktivatoren nicht zwingend, die Reaktion springt auch ohne deren Zusatz an und erreicht hohe Aktivitäten. Der erfindungsgemäße Katalysator gewährleistet bereits im unteren Bereich der angegebenen Temperaturen und bei Einsatz geringer Katalysatormengen einen hohen Anteil an DDS im Reaktionsprodukt. Unter diesen Bedingungen wird einer, die Selektivität mindernde, Kupferanreicherung bei kontinuierlicher Fahrweise vorgebeugt.The direct synthesis is in reactors, such as. B. fluidized bed, fluidized bed or Rührbettreaktionen, carried out at temperatures ranging from 250 to 400 ° C, wherein the resulting gaseous reaction products are removed from the reaction zone. The contact material may possibly further conventional known additives such. As activators (Zn, Al u.a.) And / or promoters (Sb and others) are added. When using copper salts of lower dicarboxylic acids, the use of activators is not mandatory, the reaction starts without their addition and achieves high activity. The catalyst according to the invention ensures a high proportion of DDS in the reaction product even in the lower range of the stated temperatures and when using small quantities of catalyst. Under these conditions, a selectivity-reducing, copper enrichment in continuous driving is prevented.
Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahrensweise sind eine hohe Aktivität der Kontaktmasse, eine hohe zeitliche Stabilität der Aktivität bei gleichzeitig hoher Selektivität in Richtung DDS. Außerdem führt die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators zu einer Verkürzung der Formierungsphase, d. h. die Frischkontaktmasse, die ständig in den kontinuierlich arbeitenden Reaktor nachgeschleust wird, trägt bereits nach kurzer Zeit zum Reaktorergebnis bei.Advantages of the procedure according to invention are a high activity of the contact mass, a high temporal stability of the activity with at the same time high selectivity in direction DDS. In addition, the use of the catalyst of the invention leads to a shortening of the formation phase, d. H. the fresh contact mass, which is constantly added to the continuous reactor, already contributes to the reactor result after a short time.
Die Ergebnisse wurden an einem rotierend geschüttelten, gradientenfreien Reaktor nach Baglaj (Baglaj, B. I. et al., Kin e Kat 1975, Nr. 16, S. 804) unter gleichen Standard-Reaktionsbedingungen ermittelt.The results were determined on a rotating shaken, gradient-free reactor according to Baglaj (Baglaj, B.I. et al., Kin e Kat 1975, No. 16, p. 804) under the same standard reaction conditions.
Reaktionsbedingungen:Reaction conditions:
Schüttelfrequenz des Reaktors: 25 s"1 Shaking frequency of the reactor: 25 s " 1
KontaktmasseContact mass
—technisches Silicium der Körnung б = 50μπι 9,5 g-Technical silicon grain б = 50μπι 9.5 g
— Katalysator-Gesamtkupfergehalt, bezogen auf die Kontaktmasse 5Ma.-%Total catalyst copper content, based on the contact mass 5Ma .-%
— Zinkstaub 0,025 g Chlormethandurchsatz 2,71 (NB) · h~1 Reaktionstemperatur 340°C Als Kupferpulver wurde mechanisch zerkleinertes Elektrolytkupfer eingesetzt.Zinc dust 0.025 g chloromethane throughput 2.71 (NB) .h -1 reaction temperature 340.degree. C. The copper powder used was mechanically comminuted electrolytic copper.
Zur Versuchsauswertung wurden gaschromatographisch in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt:The experimental evaluation was determined by gas chromatography as a function of time:
Aktivität: Ma.-% Methylchlorsilane im Reaktionsprodukt (Gasphase)Activity: Ma .-% methylchlorosilanes in the reaction product (gas phase)
Selektivität: Ma.-% DDS in den MethylchlorsilanenSelectivity: Ma .-% DDS in the methylchlorosilanes
Jeweils nach Versuchsabschluß wurde durch Bestimmung des Siliciumgehaltes im Reaktorrückstand der Siliciumumsetzungsgrad ermittelt.After completion of the test, the degree of silicon conversion was determined by determining the silicon content in the reactor residue.
Der Gesamtkupfergehalt ist angegeben als Kupfergehalt der Gemengebestandteile in Ma.-%, bezogen auf den Gesamtkupfergehalt.The total copper content is given as the copper content of the batch constituents in% by mass, based on the total copper content.
ErgebniszusammenstellungResult compilation
Katalysatorcatalyst
A: Durchschnittliche Aktivität in Ma.-% MCS S: Durchschnittliche Selektivität in Ma.-% DDS U: Umsetzungsgrad des Siliciums in Ma.-%A: average activity in% by weight of MCS S: average selectivity in% by weight of DDS U: degree of conversion of silicon in% by mass
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DD29190786A DD250536B5 (en) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | Process for the preparation of methylchlorosilanes |
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DD250536A1 DD250536A1 (en) | 1987-10-14 |
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Legal Events
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ASS | Change of applicant or owner |
Owner name: WACKER-CHEMIE GMBH, MUENCHEN Effective date: 19990614 |
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IF04 | In force in the year 2004 |
Expiry date: 20060701 |