DE102007002536A1 - Chlorosilane distillation in the presence of ionic liquid - Google Patents

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    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/20—Purification, separation

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur thermischen Trennung von Gemischen aus Flüssigkeiten (F), die mindestens ein flüssiges Chlorsilan enthalten, bei dem zur Trennung ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden, wobei die zu trennenden Flüssigkeiten (F) keine azeotropen Gemischzusammensetzungen bilden.The invention relates to a process for the thermal separation of mixtures of liquids (F) containing at least one liquid chlorosilane, in which ionic liquids are used for the separation, wherein the liquids to be separated (F) form no azeotropic mixture compositions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Trennung von Silanen in Gegenwart ionischer Flüssigkeiten.The The invention relates to a process for the thermal separation of silanes in the presence of ionic liquids.

Es gibt eine Vielzahl von Patenten die das Rektifizieren von Silanen aus der Müller-Rochow-Synthese beschreiben. Z. B. wird in DE 198 42154 die Trennung von Methyltrichlorsilan und Dimethyldichlorsilan in Gegenwart von hochsiedendem Ether beschrieben. Diese Art der Trennung ist eine Extraktivdestillation, bei der Ether als Entrainer betrachtet wird und mit zusätzlichen Trennstufen abzutrennen ist. Die Extraktivdestillation wird häufig für die Trennung azeotroper Gemische genutzt, um eine mehrstufige Rektifikation zu vermeiden.There are a number of patents describing the rectification of silanes from the Müller-Rochow synthesis. For example, in DE 198 42154 described the separation of methyltrichlorosilane and dimethyldichlorosilane in the presence of high boiling ether. This type of separation is an extractive distillation, in which ether is considered as Entrainer and is separated with additional separation stages. The extractive distillation is often used for the separation of azeotropic mixtures in order to avoid a multi-stage rectification.

In EP 1372807 B1 ist die destillative Trennung von engsiedenden Flüssigkeiten in Gegenwart von ionischen Flüssigkeiten beschrieben. Der für eine Extraktivdestillation zusätzliche Aufwand für die Abtrennung des Entrainers kann entfallen, da ionische Flüssigkeiten praktisch keinen Dampfdruck haben und damit nicht über die Einspeisstelle destilliert werden. Weiterhin ist angegeben, dass die Anwendung ionischer Flüssigkeiten als Destillationshilfsmittel für weitsiedende Flüssigkeitsgemische keine wirtschaftlichen Vorteile zu erwarten sind.In EP 1372807 B1 describes the distillative separation of dense liquids in the presence of ionic liquids. The additional expense for the separation of the entrainer for an extractive distillation can be dispensed with, since ionic liquids have virtually no vapor pressure and thus are not distilled via the feed point. Furthermore, it is stated that the use of ionic liquids as distillation aids for long-boiling liquid mixtures no economic advantages are to be expected.

Ionischen Flüssigkeiten werden weiter zur Behandlung von Silanen eingesetzt, um deren katalytische Wirkung zu nutzen. Beschrieben werden in DE 10157198 kationische und anionische Flüssigkeiten, um einen Ligandentausch an Silanen aus der Müller-Rochow-Synthese durchzuführen. Dazu sind hohe Prozessdrücke und -temperaturen notwendig.Ionic liquids continue to be used to treat silanes to exploit their catalytic activity. Described in DE 10157198 cationic and anionic liquids to effect ligand exchange on silanes from the Müller-Rochow synthesis. This requires high process pressures and temperatures.

Der Einsatz von ionischen Flüssigkeit in Reaktivkolonnen ist beispielsweise aus " Entrainer-enhanced reactive distillation; Dimian, Alexandre; Chemical Engineering and Processing (2003), Volume Date 2004, 43(3), 411–420 " bekannt. Dabei kommt es darauf an, in der Kolonne gute Reaktionsbedingungen zur Verfügung zu stellen. Das betrifft insbesondere die einzustellenden Konzentrationsverhältnisse und Verweilzeiten für Gleichgewichtsreaktionen.The use of ionic liquid in reactive columns is, for example, " Entrainer-enhanced reactive distillation; Dimian, Alexandre; Chemical Engineering and Processing (2003), Volume Date 2004, 43 (3), 411-420 It is important to provide good reaction conditions in the column, in particular the concentration ratios to be set and the residence times for equilibrium reactions.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur thermischen Trennung von Gemischen aus Flüssigkeiten (F), die mindestens ein flüssiges Chlorsilan enthalten, bei dem zur Trennung ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden, wobei die zu trennenden Flüssigkeiten (F) keine azeotropen Gemischzusammensetzungen bilden.object The invention relates to a process for the thermal separation of mixtures from liquids (F) containing at least one liquid Chlorosilane, in which for the separation of ionic liquids be used, with the liquids to be separated (F) do not form azeotropic blend compositions.

Der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten beim Destillieren und Rektifizieren von Flüssigkeiten (F), insbesondere von Chlorsilangemischen hat unerwarteterweise wirtschaftliche Vorteile, auch wenn die zu trennenden Flüssigkeiten (F) Siedepunktsunterschiede von mindestens 5° Kelvin haben und keine azeotropen Gemischzusammensetzungen bilden. Grundsätzlich kann der wirtschaftliche Vorteil dadurch erreicht werden, dass für neue Prozesse Kolonnen kleiner dimensioniert werden können. Dies betrifft die Trennstufenanzahl, also die Höhe der Kolonne genauso wie deren Durchmesser. Vorhandene Kolonnen lassen sich durch den Einsatz ionischer Flüssigkeiten mit deutlich geringerem Rücklaufverhältnis und somit geringerem Energieeintrag betreiben. Andererseits ist es möglich in vorhandenen Kolonnen höhere Durchsätze zu erreichen. Mitunter kann der Vorteil auch darin bestehen, dass höhere Reinheiten der abzutrennenden Flüssigkeiten (F) erreicht werden können. Welcher Weg gewählt wird, hängt somit von dem gewünschten Ziel der thermischen Trennung ab.Of the Use of ionic liquids in distillation and Rectification of liquids (F), especially chlorosilane mixtures has unexpectedly economic benefits, even if the too separating liquids (F) boiling point differences of have at least 5 ° Kelvin and no azeotropic blend compositions form. Basically, the economic advantage be achieved by that for new processes columns smaller dimensions can be. This concerns the Number of plates, ie the height of the column as well as their diameter. Existing columns can be used ionic liquids with significantly lower reflux ratio and thus operate less energy input. On the other hand it allows higher throughputs in existing columns to reach. Sometimes the advantage can be that higher purities of the liquids to be separated (F) can be achieved. Which way chosen depends on the desired goal of the thermal separation.

Die zu trennenden Chlorsilane sind vorzugsweise Alkylchlorsilan- und/oder Hydrogen-chlorsilane, insbesondere der allgemeinen Formel (1) R1 aHbSiCl4-a-b (1),wobei
R1 einen Kohlenwasserstoffrest mit 1-10 Kohlenstoffatomen,
a die Werte 0, 1, 2, 3 oder 4 und
b die Werte 0, 1, 2, oder 3 bedeuten.The chlorosilanes to be separated are preferably alkylchlorosilane and / or hydrogenchlorosilanes, in particular of the general formula (1) R 1 a H b SiCl 4-ab (1), in which
R 1 is a hydrocarbon radical having 1-10 carbon atoms,
a is the values 0, 1, 2, 3 or 4 and
b are the values 0, 1, 2, or 3.

Besonders bevorzugte Kohlenwasserstoffreste R1 sind die Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere der Methyl- und Ethylrest und der Phenylrest.Particularly preferred hydrocarbon radicals R 1 are the alkyl radicals having 1 to 6 carbon atoms, in particular the methyl and ethyl radical and the phenyl radical.

Weitere zu trennende Flüssigkeiten (F), die kein flüssiges Chlorsilan sind, können beliebige anorganische oder organische Flüssigkeiten sein.Other liquids to be separated (F), which are not liquid chlorosilane, can be any anorgani or organic liquids.

Vorzugsweise sind mindestens 90 Gew.-%, insbesondere mindestens 95 Gew.-% der zu trennenden Flüssigkeiten (F) Chlorsilane.Preferably are at least 90 wt .-%, in particular at least 95 wt .-% of liquids to be separated (F) chlorosilanes.

Vorzugsweise liegen die Siedepunkte der zu trennenden Flüssigkeiten (F) mindestens 4°, bevorzugt mindestens 7° Kelvin, insbesondere mindestens 10° Kelvin auseinander. In den Gemischen aus Flüssigkeiten (F) können auch Flüssigkeiten (F) vorhanden sein, deren Siedepunkte weniger als 5° Kelvin auseinanderliegen, wenn diese Flüssigkeiten (F) nicht aufgetrennt werden.Preferably are the boiling points of the liquids to be separated (F) at least 4 °, preferably at least 7 ° Kelvin, in particular at least 10 ° Kelvin apart. In the Mixtures of liquids (F) can also be liquids (F) whose boiling points are less than 5 ° Kelvin apart, if these liquids (F) are not separated become.

Geeignete ionische Flüssigkeiten werden beispielsweise durch Wasserscheid und Keim in der Angewandten Chemie 2000, 112, 3926–3945 oder in EP 1372807 B1 definiert und werden beispielsweise durch Fa. Cognis im industriellen Maßstab angeboten. Ionische Flüssigkeiten haben keinen Dampfdruck, sieden in reiner Form nicht, haben häufig niedrige Schmelzpunkte, sind gut löslich und haben eine niedrige Viskosität. Sie weisen einen nichtmolekularen, ionischen Charakter auf. Als ionische Flüssigkeiten werden Verbindungen bezeichnet, die mindestens eine positive und mindestens eine negative Ladung aufweisen, insgesamt jedoch ladungsneutral sind.Suitable ionic liquids are, for example, by Wasserscheid and Keim in Angewandte Chemie 2000, 112, 3926-3945 or in EP 1372807 B1 are defined and offered for example by Cognis on an industrial scale. Ionic liquids have no vapor pressure, do not boil in a pure form, often have low melting points, are readily soluble and have a low viscosity. They have a non-molecular, ionic character. Ionic liquids are compounds which have at least one positive and at least one negative charge, but are overall charge-neutral.

Sie können chemisch inert oder auch katalytisch wirken. Vorzugsweise wird die Auswahl geeigneter ionischer Flüssigkeit experimentell geprüft. Auf diese Weise kann geklärt werden, wie gut deren destillationsverbessernde Wirkung ist und ob sie chemisch inert sind. Bei chemisch nicht inerten ionischen Flüssigkeiten müssen Reaktionen beim Destillieren in den Gesamtprozess passen, wie es in Reaktivdestillationen der Fall ist. Ebenso wird die Menge der einzusetzenden ionischen Flüssigkeit vorzugsweise experimentell ermittelt. Dies spielt einerseits eine Rolle für die Verbesserung der beabsichtigten Trennung und andererseits für den technischen Aufwand der Aufarbeitung des Destillationssumpfes.she can be chemically inert or catalytically active. Preferably For example, the selection of suitable ionic liquid becomes experimental checked. In this way it can be clarified how good their distilling-improving effect is and whether they are chemical are inert. For chemically inert ionic liquids need Reactions in distilling fit into the overall process, as is in reactive distillation is the case. Likewise, the amount of to be used ionic liquid preferably experimentally determined. On the one hand, this plays a role in the improvement the intended separation and on the other hand for the technical Effort of the workup of the distillation bottoms.

Bei den ionischen Flüssigkeiten handelt es sich bevorzugt um niedrig schmelzende Salze organischer Stickstoff- und Phosphorverbindungen, vor allem Ammonium-, Phosphonium-, Pyridinium- und Imidazoliumsalze. Ihre bevorzugten Schmelzpunkte liegen für das vorliegende Verfahren bei 1 bar bei höchstens 150°C, bevorzugt höchstens 100°C, besonders bevorzugt höchstens 50°C, insbesondere höchstens 20°C. Andererseits sind sie während der Umsetzungen bis 200 oder im Einzelfall bis 400°C temperaturstabil.at the ionic liquids are preferably low-melting salts of organic nitrogen and phosphorus compounds, especially ammonium, phosphonium, pyridinium and imidazolium salts. Their preferred melting points are for the present Process at 1 bar at most 150 ° C, preferably at most 100 ° C, more preferably at most 50 ° C, especially at most 20 ° C. on the other hand they are up to 200 during implementation or in individual cases temperature stable up to 400 ° C.

Typische Beispiele für die organischen Kationen in den ionischen Flüssigkeiten sind nachstehend aufgeführt, nämlich Imidazoliumionen, Pyridiniumionen, Ammoniumionen und Phosphoniumionen der Formeln

Figure 00050001
Typical examples of the organic cations in the ionic liquids are listed below, namely imidazolium ions, pyridinium ions, ammonium ions and phosphonium ions of the formulas
Figure 00050001

Die Reste R und R' können gleiche oder verschiedene, gegebenenfalls die Heteroatome enthaltende Kohlenwasserstoffreste sein, wie verzweigte, unverzweigte oder cyclische Alkylreste, Aromaten, und Mehrfachbindungssysteme. Vorzugsweise weisen die Reste R und R' die Bedeutungen der Kohlenwasserstoffreste R1 und R2 auf.The radicals R and R 'may be identical or different, optionally containing the heteroatoms hydrocarbon radicals, such as branched, unbranched or cyclic alkyl radicals, aromatics, and multiple bond systems. The radicals R and R 'preferably have the meanings of the hydrocarbon radicals R 1 and R 2 .

Es sind an den organischen Kationen auch andere Substitutionsmuster möglich, z. B. eine 1,2,3-Substitution am Imidazolring.It are other substitution patterns on the organic cations possible, for. B. a 1,2,3-substitution on the imidazole ring.

Die ionischen Flüssigkeiten werden bevorzugt als Halogenide, Metall- oder Übergangsmetallhalogenide eingesetzt. Zur Darstellung der Metall- oder Übergangsmetallhalogenide werden z. B. MXe mit M = Ga, Fe, Cu, Zn, In, Ti, Cd, Hg, B, Sn, Pb, Bi und X = Halogen verwendet. Es können aber auch andere Zusammensetzungen verwendet werden. Sie enthalten z. B. folgende Anionen: Cl–, Br–, AlCl4 –, Al2Cl7 –, Al3Cl10 –, AlEtCl3 –, Al2Et2Cl5 –, BCl4 –, BF4 –, BEt3Hex–, CuCl2 –, Cu2Cl3 –, Cu3Cl4 –, SnCl3 –, Sn2Cl5 –, PF6 –, SbF6 –, NO3 –, HSO4 –, CH3SO4 –, CF3SO3 –, (CF3SO2)2N–.The ionic liquids are preferably used as halides, metal or transition metal halides. For the preparation of the metal or transition metal halides z. B. MX e with M = Ga, Fe, Cu, Zn, In, Ti, Cd, Hg, B, Sn, Pb, Bi and X = halogen used. However, other compositions may be used. They contain z. For example, the following anions: Cl - , Br - , AlCl 4 - , Al 2 Cl 7 - , Al 3 Cl 10 - , AlEtCl 3 - , Al 2 Et 2 Cl 5 - , BCl 4 - , BF 4 - , BEt 3 Hex -, CuCl 2 -, Cu 2 Cl 3 -, Cu 3 Cl 4 -, SnCl 3 -, Sn 2 Cl 5 -, PF 6 -, SbF 6 -, NO 3 -, HSO 4 -, CH 3 SO 4 -, CF 3 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - .

Besonders bevorzugte ionische Flüssigkeiten sind Imidazoliumchloride und Pyridiniumchloride und deren Chloroaluminate. Spezielle Beispiele sind:
1-Ethyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (EMIMCL)
1-Ethyl-3-methyl-imidazoliumchlorid-Aluminiumchlorid (EMIMCL/AlCl3)
1-Butyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (BMIMCL)
1-Butyl-3-methyl-imidazoliumchlorid-Aluminiumchlorid (BMIMCL/AlCl3.)
1-Ethyl-3-methyl-2-propyl-imidazoliumchlorid
3-Methyl-N-butyl-pyridiniumchlorid (3-MBPYCL)
3-Methyl-N-butyl-pyridiniumchlorid-Aluminiumchlorid (3-MBPYCL/AlCl3)
1-Butyl-pyridiumchlorid-Aluminiumchlorid (BPYCL/AlCl3)
Tetra-n-butylphosphoniumchlorid-Aluminiumchlorid (TBPCL/AlCl3).Particularly preferred ionic liquids are imidazolium chlorides and pyridinium chlorides and their chloroaluminates. Special examples are:
1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride (EMIMCL)
1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride-aluminum chloride (EMIMCL / AlCl 3 )
1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride (BMIMCL)
1-Butyl-3-methyl-imidazolium chloride-aluminum chloride (BMIMCL / AlCl 3. )
1-ethyl-3-methyl-2-propyl-imidazolium chloride
3-methyl-N-butylpyridinium chloride (3-MBPYCL)
3-Methyl-N-butyl-pyridinium chloride-aluminum chloride (3-MBPYCL / AlCl 3 )
1-butyl-pyridium chloride-aluminum chloride (BPYCL / AlCl 3 )
Tetra-n-butylphosphonium chloride-aluminum chloride (TBPCL / AlCl 3 ).

Es können reine ionische Flüssigkeiten oder eine Mischung ionischer Flüssigkeiten eingesetzt werden.It can be pure ionic liquids or a Mixture of ionic liquids are used.

Auf 100 Gewichtsteile zu trennender Flüssigkeiten (F) werden vorzugsweise mindestens 1, besonders bevorzugt mindestens 10, insbesondere mindestens 20 Gewichtsteile an ionischen Flüssigkeiten eingesetzt. Auf 100 Gewichtsteile zu trennender Flüssigkeiten (F) werden vorzugsweise höchstens 200, besonders bevorzugt höchstens 100, insbesondere höchstens 50 Gewichtsteile an ionischen Flüssigkeiten eingesetzt.On 100 parts by weight of liquids to be separated (F) preferably at least 1, more preferably at least 10, in particular at least 20 parts by weight of ionic liquids used. For 100 parts by weight of liquids to be separated (F) are preferably at most 200, more preferably at most 100, in particular at most 50 parts by weight used on ionic liquids.

Die thermische Trennung von Flüssigkeiten (F) wird vorzugsweise unter Luft und Feuchtigkeitsausschluss unter Inertgas durchgeführt.The Thermal separation of liquids (F) is preferred performed under air and moisture exclusion under inert gas.

Es können zwei und mehr Flüssigkeiten (F) getrennt werden. Die thermische Trennung von Flüssigkeiten (F) ist vorzugsweise eine Destillation, insbesondere eine mehrstufige Rektifikation. Die Rektifikation des zu trennenden Silangemisches, findet vorzugsweise in einer mehrstufigen Rektifikationskolonne nach den üblichen Regeln der Technik statt. Vorzugsweise wird der Feed in die Kolonne gegeben, am Sumpf aufgekocht und am Kopf kondensiert. Ein Teil des Kondensates wird in die Kolonne zurückgegeben, um eine Trennung zu ermöglichen, der andere Teil als Destillat abgenommen. Am Sumpf werden die Hochsieder abgenommen.It can separate two and more liquids (F) become. The thermal separation of liquids (F) is preferably a distillation, in particular a multistage rectification. The rectification of the silane mixture to be separated preferably takes place in a multistage rectification column according to the usual Rules of technology instead. Preferably, the feed is in the column given, boiled at the bottom and condensed on the head. Part of the Condensate is returned to the column to a Separation to allow the other part as a distillate decreased. At the swamp the high boilers are taken off.

Die ionische Flüssigkeit wird vozugsweise zusätzlich in die Kolonne z. B. gemeinsam mit dem Feed eingespeist. Da die ionischen Flüssigkeiten keinen Dampfdruck haben, also nicht sieden, befinden Sie sich ausschließlich unterhalb der Einspeisstelle. Ionische Flüssigkeiten sind nicht im Destillat zu erwarten.The ionic liquid is vozugsweise additional in the column z. B. fed together with the feed. Because the ionic liquids have no vapor pressure, so not boiling, you are exclusively below the Feed point. Ionic liquids are not in the distillate expected.

Die Zusammensetzung am Sumpf ist so zu wählen, dass der hoch siedende Silananteil eine ausreichende Energieeinspeisung bei möglichst niedrigen Temperaturen ermöglicht, der Anteil ionischer Flüssigkeiten also gering gehalten wird. Um die Hochsieder von der ionischen Flüssigkeit abtrennen zu können, kann der Sumpf nach dem Stand der Technik aufgetrennt werden. Dazu kann das Prinzip der Dünnschichtverdampfung oder der einstufigen Destillation genutzt werden. Auch Membrantrennverfahren, Kristallisation, Strippung oder Extraktion sind denkbar. Die nicht siedende ionische Flüssigkeit kann in reiner Form oder im Gemisch mit geringen Anteilen an Hochsiedern in die Kolonne oder den Kolonnensumpf zurückgeführt werden. Die ionische Flüssigkeit kann im Kreislauf gefahren werden. Dabei ist die thermische Belastbarkeit der ionischen Flüssigkeit durch Auswahl geeigneter Prozessparameter zu beachten. Weiterhin ist möglich, die hochsieden Anteile, beispielsweise im Sumpf, mit katalytisch aktiver ionischen Flüssigkeit zu leichter siedenden Gemischen umzusetzen und in der Kolonne abzudestillieren.The Composition at the swamp is to be chosen so that the high boiling silane content sufficient energy supply if possible low temperatures allows the proportion of ionic So liquids is kept low. To the high boilers to be able to separate from the ionic liquid, For example, the sump can be separated according to the prior art. To can be the principle of thin-film evaporation or single-stage Distillation be used. Membrane separation, crystallization, Stripping or extraction are conceivable. The non-boiling ionic Liquid can be in pure form or mixed with low Shares in high boilers returned to the column or the column bottom become. The ionic liquid can be circulated become. The thermal load capacity of the ionic liquid is through Selection of suitable process parameters. It is also possible the hochsieden shares, for example in the swamp, with catalytic active ionic liquid to lower boiling mixtures implement and distill in the column.

Weiterhin kann das Verfahren als mehrstufige Rektifikation in einer Trennwandkolonne durchgeführt werden. Das Verfahren kann auch in einer Reaktivkolonne durchgeführt werden.Farther The process can be used as a multistage rectification in a dividing wall column be performed. The process can also be carried out in a reactive column be performed.

Das Verfahren zur thermischen Trennung von Gemischen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.The Process for the thermal separation of mixtures can be continuous or discontinuously.

Der Vorteil aller dieser Verfahrensweisen besteht darin, dass sich der Trennaufwand in der Kolonne erheblich reduziert, wie oben beschrieben wurde.Of the Advantage of all these procedures is that the Separation effort in the column considerably reduced, as described above has been.

Beispiele:Examples:

In den folgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Drücke 1013 mbar (abs.) und alle Temperaturen 20°C. Siedepunkte (Ts) sind auf 1013 mbar (abs.) bezogen.In the following examples are, unless stated otherwise, all quantities and percentages based on the weight, all pressures 1013 mbar (abs.) And all temperatures 20 ° C. boiling (Ts) are related to 1013 mbar (abs.).

Beispiel 1:Example 1:

Für die Trennung eines Gemisches aus CH3SiCl3 (Ts = 66,4°C) und SiCl4 (Ts = 56,8°C) wird eine Kolonne mit 80 Trennstufen genutzt. Der Feed besteht aus 50% M1 und 50% SiCl4 wird mittig in die Kolonne eingespeist und am Kopf der Kolonne bei einem Rücklaufverhältnis von 1:7 SiCl4 mit einer Reinheit von 99% und am Sumpf CH3SiCl3 mit einer Reinheit von 99% gewonnen. Der Prozess wird bei Umgebungsdruck durchgeführt, womit sich an Kopf und Sumpf nahezu die Siedetemperaturen der reinen Komponenten ergeben.For the separation of a mixture of CH 3 SiCl 3 (Ts = 66.4 ° C) and SiCl 4 (Ts = 56.8 ° C) a co lonne used with 80 levels. The feed consists of 50% M1 and 50% SiCl 4 is fed centrally into the column and at the top of the column at a reflux ratio of 1: 7 SiCl 4 with a purity of 99% and at the bottom CH 3 SiCl 3 with a purity of 99 % won. The process is carried out at ambient pressure, which results in the head and sump almost the boiling point of the pure components.

Ergänzt man das Gemisch aus CH3SiCl3 und SiCl4 mit der gleichen Menge an Aliquat®336, einem quaternären Ammoniumchlorid mit einem Methylrest und drei Resten, die ausgewählt werden aus Octyl- und Decylrest, der Fa. Cognis (ionische Flüssigkeit), kann das Rücklaufverhältniss auf 1:2 bei gleicher Trennleistung zurückgenommen werden. Damit wird nur noch 1/3 der sonst notwendigen Energie zur Rektifikation benötigt.Added the mixture of CH 3 SiCl 3 and SiCl 4 with the same amount of Aliquat ® 336, a quaternary ammonium chloride having a methyl group and three groups that are selected from octyl and decyl, Fa. Cognis (ionic liquid), can the return ratio be reduced to 1: 2 with the same separation performance. This only requires 1/3 of the otherwise necessary energy for rectification.

Beispiel 2:Example 2:

Zu trennen ist ein Gemisch aus 44% CH3SiCl3 (Ts = 66,4°C, 10% SiCl4 (Ts = 56,8°), 5% CH3SiHCl2 (Ts, n = 41,6°C) und 41% SiHCl3 (TCS). Minimiert werden soll in einer Kolonne mit 80 Trennstufen der M1-Anteil am Kopf die bei 1,5 bar betrieben wird.Separate is a mixture of 44% CH 3 SiCl 3 (Ts = 66.4 ° C, 10% SiCl 4 (Ts = 56.8 °), 5% CH 3 SiHCl 2 (Ts, n = 41.6 ° C ) and 41% SiHCl 3 (TCS). In a column with 80 separation stages, the M1 fraction at the head, which is operated at 1.5 bar, is to be minimized.

Dazu wird das Gemisch mittig in die Kolonnen gegeben. Das Kopfprodukt bestehend aus 77% SiHCl3, 8% CH3SiHCl2 und 15% SiCl4 bei wird bei 45°C mit M1-Anteilen unter 0,1% abgenommen. Dazu ist ein Rücklaufverhältnis von 1:6 notwendig. Die Sumpftemperatur stellt sich bei 85°C ein und enthält ca. 12% Leichtsieder (SiHCl3, CH3SiHCl2 und SiCl4).For this purpose, the mixture is placed in the middle of the columns. The top product consisting of 77% SiHCl 3 , 8% CH 3 SiHCl 2 and 15% SiCl 4 at is removed at 45 ° C with M1 contents below 0.1%. For this purpose, a reflux ratio of 1: 6 is necessary. The bottom temperature is set at 85 ° C and contains about 12% low boilers (SiHCl 3 , CH 3 SiHCl 2 and SiCl 4 ).

Wird das Gemisch mit der gleichen Menge einer 50 Gew.-% igen Lösung von Aliquat®336 in Tetralin versetzt, erreicht man die gleiche Kopfzusammensetzung bereits bei einem Rücklaufverhältnis von 1:2. Die Sumpftemperatur steigt wegen dem Anteil an nicht siedenden ionischen Salzen auf 90°C, wobei das Silanverhältnis im Sumpf konstant bleibt.The mixture with the same amount of a 50 wt .-% solution of Aliquat ® 336 was added in tetralin, it already reaches the same head composition at a reflux ratio of 1: 2. The bottom temperature increases due to the proportion of non-boiling ionic salts to 90 ° C, the silane ratio in the sump remains constant.

Auch für Mehrkomponentengemische wird nur ca. 1/3 der Energie zum Rektifizieren benötigt, wenn zusätzlich ionische Flüssigkeiten genutzt werden.Also for multi-component mixtures only about 1/3 of the energy needed for rectification, if in addition ionic Liquids are used.

Beispiel 3:Example 3:

In einer Reaktionskolonne wird SiHCl3 zu SiH2Cl2, weiteren leichtsiedenden Chlorsilanen und schwersiedendem SiCl4 umgesetzt. Die Trennung des Gemisches der Hydrogenchlorsilane benötigt in Gegenwart von ionischen Flüssigkeit benötigt weniger Trennstufen und einen geringeren Rücklauf, um zum gewünschten Trennergebnis zu kommen.In a reaction column, SiHCl 3 is converted to SiH 2 Cl 2 , further low-boiling chlorosilanes and high-boiling SiCl 4 . The separation of the mixture of hydrogenchlorosilanes required in the presence of ionic liquid requires fewer separation stages and a lower reflux in order to achieve the desired separation result.

Zu diesem Zweck wird ein Gemisch von SiHCl3 und Aliquat®336 (80:20) im oberen Teil in die Kolonne gegeben. Bei Trennung in einer Kolonne mit 20 Stufen bei einem Betriebsdruck von 4 bara besteht das Kopfprodukt bei einer Kopftemperatur von 40°C aus 95% SiH2Cl2 und 5% SiHCl3. Im Sumpf wird ein Gemisch von SiCl4 und SiHCl3 bei einer Temperatur 90°C erhalten. Zu diesem Zweck wird ein Rücklaufverhältnis von 12 benötigt.For this purpose, a mixture of SiHCl 3 and Aliquat ® 336 (80:20) is placed in the upper part in the column. When separated in a column with 20 stages at an operating pressure of 4 bara, the top product at a head temperature of 40 ° C from 95% SiH 2 Cl 2 and 5% SiHCl 3 . In the bottom, a mixture of SiCl 4 and SiHCl 3 is obtained at a temperature of 90 ° C. For this purpose, a reflux ratio of 12 is needed.

Wird die identische Trennaufgabe ohne Einfluss des Aliquat®336 erfüllt ist bei einer erhöhten Stufenzahl von 25 und identischem Betriebsdruck ein Rücklaufverhältnis von 20 notwendig.If the identical separation task is fulfilled without the influence of the Aliquat ® 336, a return ratio of 20 is necessary for an increased number of stages of 25 and identical operating pressure.

Beispiel 4:Example 4:

In einer Reaktionskolonne wird SiHCl3 zu SiH2Cl2, weiteren leichtsiedenden Chlorsilanen und schwersiedendem SiCl4 umgesetzt. Die Trennung des Gemisches der Hydrogenchlorsilane in Gegenwart der ionischen Flüssigkeit resultiert bei identischer Stufenzahl und Rücklaufverhältnis in höheren Produktreinheiten.In a reaction column, SiHCl 3 is converted to SiH 2 Cl 2 , further low-boiling chlorosilanes and high-boiling SiCl 4 . The separation of the mixture of hydrogenchlorosilanes in the presence of the ionic liquid results in an identical number of stages and reflux ratio in higher product purities.

Zu diesem Zweck wird ein Gemisch von SiHCl3 und Aliquat®336 (80:20) im oberen Teil in die Kolonne gegeben. Bei Trennung in einer Kolonne mit 20 Stufen bei einem Betriebsdruck von 4 bar und einem Rücklaufverhältnis von 10 besteht das Kopfprodukt aus 90% SiH2Cl2 und 10% SiHCl3. Wird die Trennaufgabe in der identischen Kolonne bei gleichem Rücklauf und Mengenströmen ohne ionische Flüssigkeit durchgeführt ergibt sich am Kopf eine unerwünscht hohe SiHCl3 Konzentration von 45% und 55% SiH2Cl2.For this purpose, a mixture of SiHCl 3 and Aliquat ® 336 (80:20) is placed in the upper part in the column. When separated in a column with 20 stages at an operating pressure of 4 bar and a reflux ratio of 10, the top product consists of 90% SiH 2 Cl 2 and 10% SiHCl 3 . If the separation task is carried out in the identical column at the same reflux and flow rates without ionic liquid results in the head an undesirably high SiHCl 3 concentration of 45% and 55% SiH 2 Cl 2 .

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Claims (8)

Verfahren zur thermischen Trennung von Gemischen aus Flüssigkeiten (F), die mindestens ein flüssiges Chlorsilan enthalten, bei dem zur Trennung ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden, wobei die zu trennenden Flüssigkeiten (F) keine azeotropen Gemischzusammensetzungen bilden.Process for the thermal separation of mixtures from liquids (F) containing at least one liquid chlorosilane contain, for the separation of ionic liquids be used, with the liquids to be separated (F) do not form azeotropic blend compositions. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als ionische Flüssigkeiten Halogenide, Metall- oder Übergangsmetallhalogenide organischer Stickstoff- und Phosphorverbindungen mit einem Schmelzpunkt bei 1 bar von höchstens 150°C eingesetzt werden.The method of claim 1, wherein as ionic liquids Halides, metal or transition metal halides more organic Nitrogen and phosphorus compounds with a melting point at 1 bar of not more than 150 ° C are used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zu trennenden Chlorsilane die allgemeine Formel (1) R1 aHbSiCl4-a-b (1),aufweisen, wobei R1 einen Kohlenwasserstoffrest mit 1-10 Kohlenstoffatomen, a die Werte 0, 1, 2, 3 oder 4 und b die Werte 0, 1, 2, oder 3 bedeuten.Process according to Claim 1 or 2, in which the chlorosilanes to be separated have the general formula (1) R 1 a H b SiCl 4-ab (1), where R 1 is a hydrocarbon radical having 1-10 carbon atoms, a is 0, 1, 2, 3 or 4 and b is 0, 1, 2, or 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem mindestens 90 Gew.-% der zu trennenden Flüssigkeiten (F) Chlorsilane sind.The method of claim 1 to 3, wherein at least 90% by weight of the liquids to be separated (F) chlorosilanes are. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, bei dem auf 100 Gewichtsteile zu trennender Flüssigkeiten (F) mindestens 10 Gewichtsteile an ionischen Flüssigkeiten eingesetzt werden.The method of claim 1 to 4, wherein 100 Parts by weight of liquids to be separated (F) at least 10 parts by weight of ionic liquids used become. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, bei dem die ionische Flüssigkeit in die Kolonne oder den Kolonnensumpf zurückgeführt wird.The method of claim 1 to 5, wherein the ionic Liquid returned to the column or the column bottom becomes. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, bei dem die ionische Flüssigkeit kann im Kreislauf gefahren wird.The method of claim 1 to 6, wherein the ionic Liquid can be circulated. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, bei dem die ionische Flüssigkeit katalytisch aktiv ist.The method of claim 1 to 7, wherein the ionic Liquid is catalytically active.
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