DE2933342C2 - Verfahren zur Regenerierung erschöpfter Si-Cu-Katalysatoren aus der Synthese von Alkylhalogensilanen - Google Patents
Verfahren zur Regenerierung erschöpfter Si-Cu-Katalysatoren aus der Synthese von AlkylhalogensilanenInfo
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Description
4 h ausreichend
Die Prüfupg des aufgearbeiteten Katalysators auf seine selektive Umsetzbarkeit zu Dimethyldichlorsilan
erfoigt, indem entweder 20 g Katalysator ohne Katalysatorzusatz oder unter Hinzufügung von 1,6 g eines
kupferhaltigen, marktüblichen Standardkatalysators und 0,02 g Zink (als Promotor) in einem Laborfestbettreaktor
mit 760 Nml/h CH3CI bei 2 ata und 360—2800C zur Reaktion gebracht werden. Um die Induktionsperiode zu
verkürzen, läßt man die Reaktion bei 3600C anspringen und senkt danach die Temperatur während der ersten
beiden Stunden um je 100C, anschließend stündlich um je 15° C bis die 280°C-Marke erreicht ist.
Der Laborfestbettreaktor ist ein mit Vibrator und Erhitzer versehenes zylindrisches Glasrohr von 17 mm
innerem Durchmesser und 350 mm Länge, in das von unten Methylchlorid über den aufgeschichteten Si/Cu-Katalysator
geleitet wird. Zur Abscheidung der erzeugten Silane dient ein mit einem Kühler versehenes Sammelgefäß,
das mit dem Reaktor gekoppelt ist. Das erhaltene Produkt wird gewogen und gaschromatographisch
analysiert.
Dotierung von frischem Katalysator und Promotor steigern in Beispiel 1 und 2 (Katalysator A) nach Regenerierung
sowohl Selektivität als auch Rohsilanausbeute des Rückstandes bei Umsetzung desselben mit CH3CI.
Der aufgearbeitete Katalysator B liefert bei erneuter Reaktion mit CH3CI unter Weglassen der Katalysator-
und Promotordotierung eine erhöhte Dimethyldichlorsilanausbeute sowie einen wesentlich größeren Prozentsatz
Dimethyldicfc'orsilan im erzeugten Rohprodukt (Beispiel 3 und 4).
•Vo-Angaben bleuten jeweils Gew.-%.
20 Beispiel 1
Als Reak'ionsgefäß wird ein mit NiCrNi-Thermoelement und Lochboden (60 Öffnungen, 0 1 mm) versehenes,
zylindrisches V2A-Rohr von 38 mm innerem Durchmesser und 670 mm Höhe benutzt. Der Lochboden liegt
auf einer Quarzwolleschicht auf, um ein eventuelles Durchtreten von Feststoff fcii Stillstand zu verhindern.
50 mm oberhalb des Siebbodens befindet sich in der Reaktormitte die Lötstelle eines Thermoelementes. Das
Thermoelement ist an einen Schreiber angeschlossen. Als Gase werden N2 bzw. O2 aus Bomben eingesetzt Die
Dotierung der vorher über PjCVBimsstein getrockneten Gase erfolgt mit Hilfe von Rotamessern. Der Gaseintritt
in das Reaktionsgefäß liegt unterhalb des Anströmbodens.
Ein Überhitzer (Rohrschlange in Metallbad) heizt das Gas auf die Betriebstemperatur von 300° C auf, ehe es in
den Reaktor eintritt. Als FlU;ßbettk-izung fungiert ein elektrischer Röhrenofen. Der Kopf des V2A-Rohres ist
über ein Rohrstück mit sinem Zyklon verbunden, der den ausgetragenen Feststoff abscheidet
Zur Röstung werden 120 g erschöpfter Katalysator A einer Korngröße zwischen 10 und 500 μπι (Analyse:
79,2% Si; 10% Cu; 1,8% C) eingesetzt
Die Regenerierung erfolgt, indem bei 3000C 4 h 320 Nl/h eines Gasgemisches aus 95 Vol.-% N2 und 5 Vol.-%
O2 dosiert werden (rechnerische Fluidgeschwindigkeit im leeren Rohr bei 3000C, 1 ata - 16,6 cm/s). Hierbei
werden 16,7% des Katalysators aus dem Fließbett ausgetragen und im Zyklon abgeschieden: die Analyse des im
Bett verbleibenden Rückstandes ergibt 8.9% Cu und 0,6% C.
In der folgenden Tabelle wird die Aktivität des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgearbeiteten
Produktes mit der des nichtbehandelten Katalysators verglichen, wobei die Prüfung beider Katalysatoren im
oben erwähnten Laborfestbettreaktor unter Katalysator- und Promotorzusatz bei gleichen Bedingungen stattfand:
45 Erschöpfter Katalysator A (+ frischer Katalysator + Promotor)
I | Temperatur, 0C | Stunden nach Anspringen der Reaktion | 2 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | 5 | b | 7 | V |
$ | Rohsilanausbeute g Silan/h | 1 | 340 | 325 | 310 | 295 | 280 | 280 | ||||
$ | (CH3J2SiCI2 im Rohsilan,Gew.-% | 350 | 0,43 | 0,86 | 0.88 | 0.65 | 0.38 | 0,19 | 3,7 | |||
CH3SiCIj im Rohsilan, Gew.-% | 0,30 | 13,6 | 14,6 | 16,7 | 18,1 | 19,4 | 20,7 | |||||
.ν.'ϊ | (CH3)2SiCl;-Ausbeute | 12,8 | 78,1 | 76,0 | 75,8 | 75,2 | 74,4 | 73,5 | ||||
!■i-< | g(CH3)2SiCl2/h | 80.2 | ||||||||||
0,06 | 0,13 | 0,15 | 0,12 | 0,07 | 0,04 | 0,6 | ||||||
;'■: | 0,04 | Regenerierter Katalysator A (-I-frischer Katalysator + Promotor) | ||||||||||
Stunden nach Anspringen der Reaktion | ||||||||||||
1 | 5 | 6 | 7 | Σ | ||||||||
Temperatur, °C
Rohsilanausbeutc g Silan/h (CH,)2SiCl2im Rohsilan,Gew.-% CH)SiCIiim Rohsilan,Gew.-u/o (CHi)2SiCi2-Ausbeuteg(CH,)2SiCI;/h
Rohsilanausbeutc g Silan/h (CH,)2SiCl2im Rohsilan,Gew.-% CH)SiCIiim Rohsilan,Gew.-u/o (CHi)2SiCi2-Ausbeuteg(CH,)2SiCI;/h
350 | 340 | 325 | 310 | 295 | 280 | 280 | 8.4 |
0,28 | 0,88 | 1,53 | 1.50 | 1,49 | 1.37 | 1.32 | |
44,1 | 46,2 | 47,7 | 52,7 | 58.3 | 63,0 | 68,8 | |
46,2 | 44,6 | 43,3 | 38.6 | 33,2 | 27.9 | 23,3 | 4,7 |
0,12 | 0,41 | 0.73 | 0,74 | 0,87 | 0,86 | 0,91 | |
120 g des im Beispiel 1 verwendeten Rückstandes werden in die dort beschriebene Apparatur eingesetzt und
unter sonst gleichen Bedingungen bei 3000C 4 h mit 320 Nl/h Luft fluidisiert. Der Austrag aus dem Fließbett
beträgt 23,8%; die im Bett befindliche, aufgearbeitete Masse enthält 73% Cu und 0,4% C.
Die Prüfung des Katalysators im Laborfestbettreaktor unter den für Beispiel 1 geltenden Bedingungen ergibt
folgendes Bild (Tabellen):
Stunden nach Anspringen der Reaktion | 2 | 3 | 4 | I | 5 | 6 | 7 | Σ | |
I | 340 | 325 | 310 | 295 | 280 | 280 | |||
Temperatur, ° C | 350 | 056 | 1.08 | 1.19 | 0,92 | 0,97 | 0,81 | 6.1 | |
Rohsiianausbeute g Silan/h | 0,20 | 48,2 | 47,2 | 49,8 | 51,7 | 593 | 64,7 | ||
(CH3J2SiCl2 im Rohsilan, Gew.-% | 353 | 46,1 | 45,8 | 42,1 | 39,7 | 323 | 27,1 | ||
CH3SiCl3Im Rohsilan, Gew.-% | 60,4 | ΠΔΑ | 0,5! | 039 | 0,48 | 0,58 | 0,52 | 32 | |
(CH J)2SiCIr Ausbeute g (CH3J2SiQjZh | 0,07 |
120 g eines erschöpften Rückstandes B. dessen Korngröße zwischen 10 und 500 μίτι liegt (Analyse: 73,6% Si,
3,8% Cu; 4,2% C). werden in der in Beispiel 1 aufgeführten Apparatur bei 300° C 4 h mit 152 NIZh N2 + 8 NlZh O2
geröstet Hierbei werden 5,8% des Rückstandes aus dem Bett in den Zyklon ausgetragen; der im Fließbett
befindliche Katalysator enthält nach Regenerierung 3.2% Cu und 2,4% C.
Die nachfolgende Tabelle gibt über die Reaktion des regenerierten Katalysators mit CHjCI im Vergleich zum
unbehandelten Katalysator Auskunft.
12 3 4 5 6 7 y
40 Rohsüanausbeute, g Silan/h 1,83;
(CH3J2SiCl2 im Rohsilan,Gew.-% 39,4
(CH3)2SiCI2-Ausbeute g (CHj)2SiCI2Zh 0,72
+5 Regenerierter Katalysator B
340 | 325 | 310 | 295 | 280 | 280 | 9,9 |
1,97 | >,73 | 1,68 | 1,25 | 0,88 | 0,60 | |
48,8 | 53,7 | 56,0 | 55,6 | 57,2 | 56,9 | |
30,6 | 23,2 | 17.2 | 14,7 | 13,0 | 11.0 | 5,1 |
0,96 | 0.93 | 0,94 | 0,70 | 0,50 | 034 | |
Stunden nach Anspringen der Reaktion
12 3 4 5
12 3 4 5
(CH3)2SiCl2 im Rohsilan,Gew.-% 58,4
(CHj^SiClrAusbeute g(CHj)2SiCI2/h 1.27
340 | 325 | 310 | 295 | 280 | 280 |
2,05 | 1,66 | 1.19 | 0,85 | 0,39 | 0,27 |
68.6 | 7?,3 | 743 | 76,3 | 76,9 | 77,3 |
17,2 | 13,9 | 12,0 | 10,5 | 10,4 | 10,6 |
1.41 | 1,20 | 0,88 | 0,65 | 0,30 | 0,21 |
Beispiel | 4 |
120 g des in Beispiel 3 eingesetzten Rückstandes B werden wie dort geröstet, dieses Mal jedoch 4 h bei 300° C
mit 160 NlZh Luft. Hierbei werden 7,5% des Rückstandes ausgetragen. Eine Analyse des im Bett nach Regenerierung
zurückbleibenden Katalysators ergibt 3% Cu und 2,1% C.
Regenerierter Katalysator B
Stunden nach Anspringen der Reaktion 12 3 4 5
Temperatur, 0C
Rohsilanausbeute g Silan/h (CH ,)iSiCl2 im Rohsilan, Gew.-% CHiSiCIiim Rohsilan,Gew.-%
Rohsilanausbeute g Silan/h (CH ,)iSiCl2 im Rohsilan, Gew.-% CHiSiCIiim Rohsilan,Gew.-%
350 | 340 | 325 | 310 | 295 | 280 | 280 |
1,69 | 2.02 | 1,67 | 1.21 | 0.75 | 0,44 | 0.22 |
58,9 | 67.9 | 73.1 | 76.0 | 77,4 | 77,6 | 79.8 |
25,2 | 17,7 | 13,5 | 11.4 | 10,3 | 10,0 | 10.2 |
1,00 | 1,37 | 1.22 | 0.92 | 0,58 | 0.34 |
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Regenerierung erschöpfter Si—Cu-Katalysatoren aus der Synthese von Alkylhalogensilanen nach Rochow, dadurch gekennzeichnet, daß diese bei 200 bis 4000C mit einem zwischen 0,1 und 21 % Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch abgeröstet werden.ίο Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung erschöpfter Si—Cu-Katalysatoren aus der Rochow-Synthese.Die Synthese von Alkylhalogensilanen, die sogenannte Rochow-Synthese, wird in Gegenwart kupferhaltiger Katalysatoren durch Oberleiten von Alkylhalogenid Ober elementares Silicium durchgeführt Großtechnisch besonders interessant ist die Darstellung von Methylchlorsilanen. Hierbei reagieren Methylchlorid und Silicium in einem kontinuierlich betriebenen Fließbettreaktor miteinander. Bei der Synthesetemperatur, die in der Regel zwischen 250 und 350°C liegt, wird jedoch das eingesetzte Methylchiorid merkbar zersetzt, wobei sie', neben Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff auch elementarer Kohlenstoff bildet. Dieser scheidet sich auf dem Si-Korn ab und erschwert dadurch sowohl den Zutritt des Methylchlorids zum Feststoff wie auch die Desorption von bereits gebildeten Methylchlorsilanen. Weiterhin begünstigt die C-Abscheidung eine Anreicherung auch von anderen Verunreinigungen, wie z. B. von Metaüchloriden. infolge dessen sinkt nach einer entsprechenden Reaktionsdauer der Anteil des erwünschten Hauptproduktes, Dimethyldichlorsilan, im Rohsilan, während die Menge der Nebenprodukte aufgrund von Nebenreaktionen zunimmtNach einer gewissen Betriebsdauer wird daher die Reaktion abgebrochen und der kohlenstoffhaltige Rückstand aus dem Fließbettreaktor abgelassen und verworfen. Diese Verfahrensweise ist unökonomisch, da mit dem Rückstand (je nach Standzeit der Si/Cu-Mischung) nichtumgesetztes Silicium verlorengeht.Es war daher die Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu Finden, die verbrauchten Katalysatoren wieder zu regenerieren.Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Regenerierung erschöpfter Si—Cu-Katalysatoren aus der Synthese von Alkylhalogensilanen nach Rochow, das dadurch gekennzeichnet ist, daß diese bei 200 bis 4000C mit einem zwischen 0,1 und 21 % Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch abgeröstet werden.Überraschenderweise stellte sich heraus, daß bei erfindungsgemftßer Durchführung des Verfahrens die aufgearbeiteten Rückstände, eventuell nach vorheriger Zugabe von frischem Kupferkatalysator und einem Promotor (z. B. Zn, ZnO. Cd, CdCb. Al) so mit Methylchlorid umzusetzen sind, daß in erhöhtem Maße das gewünschte Dimethyldichlorsilan gebildet wird.Dieses Ergebnis war nicht zu erwarten, da laut Literatur eine Dotierung von Sauerstoff bei der Chlorsilansynthere die Selektivität der Umsetzung verringern bzw. nicht beeinflussen soll (Dissertation de Cooker, DeIf11976, S. 74-79; Dissertation van Dalen, DeIf11971, S. 123-127; N. P. Lobusevich et al, Russ. J. Appl. Chem. 37 (1963) 1150).Die Steigerung der Dimethyldichlcrsilanselektivität kann mit einem Rückgang der Rohsilanausbeute gekop-AO pelt sein. Trotzdem bedeutet auch dann die Aufarbeitung der Rückstände einen ökonomischen Vorteil, da eingrößerer Dimethyldichlorsilangehalt des Rohsilans Destillationskapazität und -kosten spart. Dieser Umstand ist von Belang, da in der Regel der Marktpreis des erwünschten Hauptproduktes Dimethyldichlorsilan gegenüber dem des unerwünschten (Haupt-)Nebenproduktes Methyltrichlorsilan wesentlich höher liegt.Ob es günstiger ist den aufgearbeiteten Katalysator mit oder ohne Dotierung von frischem Katalysator bzw. Promotor-Metallen bzw. Metalloxiden umzusetzen, hängt von der Zusammensetzung des Katalysators ab und muß von Fall zu Fall entschieden werden.Die Oxidation des Katalysators wird am einfachsten mit Stickstoff/Luft-Gemischen oder mit Luft durchgeführt; der Sauerstoffgehalt des oxidierend wirkenden Gases muß zwischen 0,1 und 21%, Vorzugs*. iise zwischen 2 und 21% liegen.
Eine Verwendung von anderen Inertgasen statt Stickstoff, wie z. B. CO2 oder Edelgase, ist möglich.Die Oxidationstemperatur beträgt 200—4000C; empfehlenswert ist eine Pöstung bei etwa 300—4000C. Die Regenerierung des Si/Cu-Katalysators erfolgt zweckmäßigerweise in der für die Rochow-Synthese verwendeten Apparatur, also 7. B. im Fließ- oder Rührbett. Hierbei wird nach Unterbrechen der Methylchloridzufuhr direkt das sauerstoffhaltige Gas dosiert. Nach dem Röstprozeß kann die Methylchlorsilansynthese fortgeführt werden.Es ist jedoch auch möglich, die Aufarbeitung in einem getrennten Reaktionsgefäß anderer Konstruktion vorzunehmen.Beim Fließbett sollte die auf Betriebsbedingungen bezogene Röstgasgescliwindigkeit über dem Lockerungspunkt des Katalysators liegen, um eine gute Wärmeabfuhr sicherzustellen. Zweckmäßig sind Gasgeschwindjgkeiten /wischen ca. dem Vierfachen bis Fünfzehnfachen der Lockerungsgeschwindigkeit (bezogen auf Betriebsbedingungen). Ein dabei eventuell auftretender Austrag von kleineren Katalysatorteilchen führt zwar zu einem Siliciumverlust, hat sonst jedoch keine negative Folgen für die spätere Umsetzung. Bei Bedarf kann der Austrag durch geeignete Vorrichtungen (z. B. Zyklon, Filter) abgeschieden und rückgeführt werden. Die Regenerierung erfolgt bei Normaldruck; die Anwendung höherer Drücke ist möglich.Rösttemperatur. Sauerstoffgehalt des Röstgases uid Verweilzeit des siliciumhaltigen Rückstandes in der Reaktionszone hängen voneinander ab. Bei hohen Temperaturen sollte diese Zeit kürzer, bei niedrigeren länger sein. Bei Erhöhung des Sauerstoffanteiles im Röstgas sollten kürzere Verweilzciten und/oder niedrigere Temperaturen gewählt werden. Bei 200—400°C und ca. 5—20% Oj im Gasgemisch sind Oxidationszeiten von ca. 'Λ bis
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DE2933342A DE2933342C2 (de) | 1979-08-17 | 1979-08-17 | Verfahren zur Regenerierung erschöpfter Si-Cu-Katalysatoren aus der Synthese von Alkylhalogensilanen |
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DE4302992A1 (de) * | 1993-02-03 | 1994-08-04 | Basf Ag | Verfahren zur Regenerierung von im Rahmen katalytischer Gasphasenoxidationen niederer organischer Verbindungen verbrauchten Multimetalloxid-Oxidationskatalysatoren |
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