-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Organohalosilanen durch die
direkte Umsetzung eines organischen Halids und Silizium. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf ein Verfahren, in welchem die Leistung des Reaktionssystems durch Zugabe eines inerten
Feststoffes zur Kontaktmasse von Silizium und geeigneten katalytischen Zusätzen gesteigert wird. Der von der
Verwendung der vorliegenden Erfindung herrührende Vorteil besteht in einer erhöhten Kontrolle der
Temperatur in der Reaktionszone eines Fließbettreaktors, in welchem Organohalosilane durch die direkte
Umsetzung von Halosilanen oder Organohalosilanen und Silizium hergestellt werden. Dieser Vorteil von
erhöhter Kontrolle ergibt in der Folge eine bessere Steuerung der die Produktverteilung des Rohproduktes,
um die gewünschten Produkte zu erhalten, und eine bessere Ausnutzung des eingesetzten Siliziums. Diese
vorgenannten Vorteile ergeben insgesamt eine verbesserte Ausnutzung der Ausgangsmaterialien und eine
wirtschaftlichere Herstellung der gewünschten Halosilan- oder Organohalosilan-Zwischenprodukte.
-
Organohalosilane sind gut bekannte reaktive chemische Zwischenprodukte und werden in der
Silikonindustrie sehr viel verwendet.
-
Organohalosilane werden hauptsächlich durch die direkte Umsetzung von Silizium mit den entsprechenden
organischen Haliden hergestellt. Der Ausdruck "direkte Umsetzung" bezieht sich nachfolgend in
vorliegender Anmeldung auf die Umsetzung von Silizium mit einem organischen Halid.
-
Die direkte Umsetzung zur Bildung von Organohalosilanen wurde zuerst von Rochow und seinen
Mitarbeitern offenbart, was in der Mitte der 40er Jahre begann.
-
Die Reaktion eines organischen Halids mit Silizium ist äußerst exotherm. Während der Ausarbeitung der
direkten Umsetzung wurde viel Mühe darauf verwendet, die entstehende Reaktionswärme und die
möglichen nachteiligen Auswirkungen auf die Leistung des Reaktors und die Ausnutzung des Ausgangsmaterials
zu beherrschen. Bearbeiter haben erkannt, daß die Steuerung der Temperatur für die direkte Umsetzung zu
Organohalosilanen von entscheidender Bedeutung ist, um den Gehalt an erwünschten
Diorganodihalosilanen auf ein Höchstmaß zu steigern, den Ausstoß sowohl von niedriger siedenden als auch von höher
siedenden unbrauchbaren Silanen zu vermindern und die Oberflächenverschmutzung der reaktiven
Siliziumfeststoffe durch Ablagerung von Kohle zu verringern.
-
Bei der modernen Herstellung von Siliconen stellen Diorganodisilane, insbesondere Dimethyldichlorsilan,
den Hauptanteil der Silan-Zwischenprodukte dar, welche zur Herstellung der in den meisten
Siliconprodukten verwendeten Siloxan-Zwischenprodukte verarbeitet werden.
-
Wenn man bedenkt, daß weltweit jährlich Hunderte von Millionen Pfund Silane hergestellt werden, um die
industrielle Herstellung von Siliconen und Halbleitersilizium in Gang zu halten ist erkennbar, daß auch
kleine Zunahmen der Selektivität bei der Rohprodukteverteilung und bei der wirtschaftlichen Ausnutzung
des Ausgangsmaterials eine bedeutende Auswirkung auf diese Hersteller haben. Wenn man beispielsweise
annimmt, daß ein Hersteller 10 Millionen Pfund Dimethyldichlorsilan produziert, hätte eine Verminderung
des erforderlichen Silizium-Ausgangsmaterials um 2 bis 4 Gew.-% eine bedeutende wirtschaftliche
Auswirkung und wäre für den Hersteller durchaus attraktiv.
-
In US-A-2.380.999, erteilt am 27. November 1945, offenbaren Sprung und Gilliam die Verwendung eines
Inertgases, wie Stickstoff, der mit einem Alkylhalid gemischt wird, um die Temperatur der direkten
Umsetzung des Alkylhalides mit Silizium besser zu kontrollieren. Die Verwendung eines Inertgases hat im
Vergleich zu vorliegender Erfindung, in welcher ein inerter Feststoff verwendet wird den Nachteil von
Schwierigkeiten beim Kondensieren und Rückgewinnen der flüchtigen Reaktionsprodukte und des nicht
umgesetzten organischen Halides in Gegenwart des Inertgases.
-
In US-A-2,389.931. erteilt am 27. November 1945. offenbaren Reed et al. ein Reaktorsystem, in welchem
eine Mischung von Silizium und Metallkatalysator in einem heftig bewegten Fließbett mit einer
Kohlenwasserstoffverbindung in Berührung gebracht wird. In dem von Reed et al. offenbarten Reaktorsystem
werden Organosiliziumverbindungen durch Umsetzung einer Kohlenwasserstoffverbindung mit einer
pulverförmigen Mischung von Silizium und Metallkatalysator hergestellt. Das Pulver wird durch die
Kohlenwasserstoffverbindung in eine heiße Reaktionszone befördert, in welcher sich die gasförmigen Reaktanten
(und die anschließend gebildeten Produkte) und die pulverförmigen Reaktanten in einem heftig bewegten
Fließbett befinden. Die im Wirbelbett befindliche Reaktionsmasse erleichtert das Abführen der durch die
exotherme Reaktion gebildeten Wärme und die nachfolgende Steuerung der Temperatur in der
Reaktionszone. In dem offenbarten Reaktionsschema von Reed et al. werden das nicht umgesetzte Silizium
und der Metallkatalysator durch die gasförmigen Reaktanten und Reaktionsprodukte physikalisch aus der
Reaktionszone abgeführt. Die festen Stoffe werden von den Gasen abgetrennt, gekühlt und in den Reaktor
zurückgeführt. Die Temperatur der Reaktionszone dieses geschlossenen Schleifenreaktors wird durch die
Temperatur der zurückgeführten und der frischen Feststoffe gesteuert, die der Reaktionszone zugeführt
werden. In den meisten heute industriell verwendeten Fließbettreaktorsystemen sind die Reaktoren, wie
unten beschrieben wird, so konstruiert, daß die Feststoffe in aufgewirbeltem Zustand im Reaktor bleiben,
und die Kühlung wird durch äußere Vorrichtungen, wie einem den Reaktor umgebenden Kühlmantel oder
durch eine innere Wärmeübertragungsspirale, bewirkt. Der Wirbelzustand der festen Reaktionsfeststoffe
und gasförmige Reaktanten sind immer noch die Schlüssel zu wirksamer Wärmeübertragung. Reed et al.
definieren die Ausdrucke pulverförmiges Silizium oder Siliziumpulver so, daß sie reines Silizium oder
eine pulverförmige Mischung oder eine Legierung von Silizium und einem Katalysator oder einem festen
Verdünnungsmittel einschließen. Das feste Verdünnungsmittel wird explizit oder in einem Beispiel nicht
weiter erwähnt. Es muß daher stillschweigend angenommen werden, daß mit oder ohne das feste
Verdünnungsmittel kein Unterschied im Verhalten des Reaktionssystems vorhanden ist. Etwas anderes
anzunehmen, wäre reine Spekulation. Daher bringt die durch Reed et al. stillschweigend einbezogene Verwendung
eines festen Verdünnungsmittels im Gegensatz zu den vorteilhaften Ergebnissen der inerten Feststoffe, wie
sie gemäß vorliegender Erfindung gelehrt werden, keinen Vorteil, wie unten beschrieben werden wird.
-
In US-A-3.133.109, erteilt am 12. Mai 1964, offenbart Dotson, in US-A-4.281.149, erteilt am 28. Juli 1981,
offenbart Shade, und in US-A-4.307.242, erteilt am 22. Dezember 1981, offenbaren Shall und Ritzer
Verfahren zum Behandeln der aus Silizium und Katalysator bestehenden Reaktionsmasse, um die mit
organischer Oberflächenverschmutzung (fouling) der festen Oberfläche des reaktionsfähigen Siliziums oder mit
der Anreicherung von Verunreinigungen verbundenen Probleme zu verringern, um die schädlichen
Auswirkungen auf die Reaktion zu vermindern und die Lebensdauer der Reaktionsmasse zu verlängern und die
Ausnutzung des Siliziums auf ein Höchstmaß zu steigern. Alle drei bekannten Verfahren leiden unter der
Notwendigkeit, die Feststoffe während der Reaktion zu entfernen, die Feststoffe unabhängig zu behandeln
und sie in die Reaktionszone zurückzuführen.
-
In JP-A-766,967, am 26. April 1975 publizierte japanische Patentanmeldung Nr. 27,263/74, offenbaren
Ikeda et al. ein Verfahren zum Aufwirbeln einer festen Katalysatorinischung, welche für die Umsetzung von
Propylen mit Ammoniak zu Acrylnitril verwendet wird. In dem von Ikeda et al. offenbarten Verfahren wird
ein inertes pulverförmiges Material einem festen Katalysator zugesetzt. Das inerte pulverförmige Material
besteht aus Glasperlen und der feste Katalysator ist ein Phosphor. Molybdän und Wismut enthaltender
Katalysator auf Siliziumdioxid als Träger. Die Offenbarung von Ikeda et al. zeigt weder die vorliegende
Erfindung noch legt sie sie nahe. Eine andere Schlußfolgerung wäre reine Spekulation.
-
In US-A4.044.109, erteilt am 23. August 1977, offenbaren Kotzsch et al. eine Verbesserung bei der
direkten Umsetzung von Chlorwasserstoff und Silizium zu Chlorsilanen, bei welcher den Silizium-
Feststoffen in einem Fließbettreaktor eine Eisenverbindung zugesetzt wird. Die Beschreibung lehrt, daß die
Gegenwart der Eisenverbindung den Temperaturgradienten im Fließbett der Feststoffe herabsetzt und die
Einstellung des Verhältnisses von Trichlorsilan und Siliziumtetrachlorid im Rohprodukt der Reaktion
erleichtert. In dem von Kotzsch et al. vorgelegten Beispielen wird Eisen(II)chlorid, FeCl&sub2;, als
Eisenverbindung verwendet. Bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß die
Gegenwart von FeCl&sub2; in der Silizium und Metallkatalysator enthaltenden Reaktionsmasse bei der direkten
Umsetzung zu Organohalosilanen eine ausgesprochen schädliche Auswirkung auf die Produkteverteilung
des gebildeten rohen Organohalosilanproduktes hat. Die nachteilige Auswirkung von FeCl&sub2; auf die direkte
Umsetzung zu Organohalosilanen wird unten in einem Beispiel veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung
offenbart die Verwendung eines inerten Feststoffes, welcher die Leistung (Effizienz) der direkten
Umsetzung entweder zu Halosilanen oder Organohalosilanen in einem Fließbettreaktor verbessert, während
die Offenbarung von Kotzsch et al. nicht auf die direkte Umsetzung zu Organohalosilanen angewendet
werden kann.
-
In US-A-4.225.531, erteilt am 30. September 1980, offenbaren Jones et al. eine Erfindung, in welcher die
Zugabe von die Ausbildung der Wirbelschicht fördernden Mitteln, wie Kohleteilchen, die Qualität der
Wirbelschicht eines Fischer-Tropsch-Katalysators verbessert. Jones et al. beanspruchen allgemein ein
Verfahren, in welchem feste Teilchen eines "ausgewählten Katalysatormaterials" in einer Wirbelschicht gehalten
und dazu verwendet werden, eine "ausgewählte chemische Reaktion" zu katalysieren, wobei das Verfahren
zur Verbesserung der Qualität des Fließbettes das Beimischen der und das Aufwirbeln mit den erwähnten
festen Teilchen eines festen, die Ausbildung der Fließbettes fördernden Mittels umfaßt, welches in bezug
auf diese Reaktion im wesentlichen inert ist und welches die Aktivität des Katalysators nicht herabsetzt.
Jones et al. liefern nur Beispiele dieser Erfindung, die auf die Verwendung eines
Fischer-Tropsch-Katalysators angewendet sind. Die Anmelder behaupten, daß die Offenbarung von Jones et al. nicht auf andere
Katalysatoren und andere chemische Reaktionssysteme übertragbar ist. Die Offenbarung von Jones et al, ist
eine Einladung zu weiterem Experimentieren, um deren Erfindung anzuwenden. Die erfolgreiche
Anwendung dieser Erfindung auf die direkte Umsetzung eines Halogen enthaltenden Materials mit Silizium
wäre eine Angelegenheit von reiner Spekulation. Nach der Offenbarung von Jones et al, ist Kohle ein
geeigneter Aktivator für Eisenkatalysatoren in einer Fischer-Tropsch-Synthesereaktion. Jones et al. lehren
jedoch, daß Silicagel, Sand und Tonerde bei Fischer-Tropsch Synthesereaktionen nicht inert sind. Die
Lehre von Jones et al. führt daher von der Verwendung von Sand als inerten Feststoff weg.
-
In US-A4,554,370, erteilt am 19. November 1985, offenbaren Ward et al. die Verwendung von pyrogener
Kieselsäure als Zusatz bei der direkten Umsetzung zu Alkylhalosilanen. Die pyrogene Kieselsäure wird
jedoch als kleinerer Bestandteil von ungefähr 0,001 bis 0,2 Gew.-% der aus Kupfer und Silizium
bestehenden Kontaktmasse zugesetzt. Außerdem besteht der Zweck der pyrogenen Kieselsäure darin, die durch die
Verwendung von Kupfer(I)chlorid verursachte Zusammenballung von Feststoffen in der Kontaktmasse zu
vermindern. Wie unten gezeigt wird, verwendet die vorliegende Erfindung zwischen 5 und 40 Gew.-%
eines inerten Feststoffes in der Kontaktmasse.
-
Die gegenwärtige industrielle Herstellung von Organohalosilanen durch die direkte Umsetzung wird
hauptsächlich in Fließbettreaktoren durchgeführt. Wie oben bei der Besprechung des Patents von Reed et al.
bemerkt wurde, soll der Fließbettreaktor das innige Vermischen von pulverförmigen Siliziumfeststoffen und
der reaktionsfähigen Halogen enthaltenden Verbindung und die nachfolgende Steuerung der Temperatur in
der Reaktionszone erleichtern. Obwohl die Durchführung in einem Fließbett vor der vorliegenden Erfindung
bei der direkten Umsetzung die Temperatur in der Reaktionszone ermäßigt, bestehen da noch Mängel. Zu
diesen Mängeln gehört die Tatsache, daß die Teilchengrößenverteilung und die Natur der Feststoffe im
Fließbett sich mit Fortschreiten der Umsetzung ändern und die Qualität oder die Einheitlichkeit der
Wirbelschicht nicht stabil ist. Dieses Fehlen der Stabilität der Wirbelschicht kann zu heißen Punkten und
unerwünschten Temperaturgradienten innerhalb der Reaktionszone führen. Die unerwünschten
Temperaturgradienten behindern eine effektive Wärmeübertragung und ergeben in der Reaktionszone
Temperaturen, die höher sind als es wünschenswert wäre, um die gewünschte Produkteverteilung im rohen
Reaktionsgemisch und die nachfolgende Gesamtausnutzung des Ausgangsmaterials auf ein Höchstmaß zu
steigern.
-
Ein zweiter Mangel der gegenwärtigen, zur Durchführung der direkten Umsetzung verwendeten
Fließbettreaktoren ist wegen der halbkontinuierlichen Natur der Umsetzung der Verlust an verwendbarem Silizium.
Der Reaktor wird mit einer Einsatzcharge von Silizium, Kupfer und anderen katalytischen Zusätzen
beladen. Silizium und Chlorwasserstoff oder ein organisches Halid werden dem Reaktor kontinuierlich
zugeführt, während die gewünschte Produkteverteilung im Rohprodukt des Reaktors und die gewünschte
Produktionsgeschwindigkeit aufrechterhalten werden. Wenn entweder die gewünschte Produkteverteilung
oder die gewünschte Produktionsgeschwindigkeit nicht mehr eingehalten wird, wird der Betrieb des
Reaktors beendet und die im Reaktor verbleibenden Feststoffe werden verworfen. Während des Ablaufes
der Reaktion wird Silizium kontinuierlich zu flüchtigen Produkten umgesetzt und verläßt als solche die
Reaktionszone. Frisches Silizium wird kontinuierlich zugesetzt, um das mit dem flüchtigen Produkt
abgeführte Silizium zu ersetzen. Kupfer und die katalytischen Zusätze verlassen die Reaktionszone nicht, noch
tun dies die metallischen Verunreinigungen, welche mit dem frischen Silizium eingebracht werden. Als
Folge davon verursacht diese Anreicherung von metallischen Verunreinigungen und im Falle der
Umsetzung zu Organohalosilanen die Anreicherung von Rückständen infolge Zersetzung der reaktionsfähigen
organischen Halide eine schädliche Auswirkung auf die Produkteverteilung und die Ausnutzung des
Ausgangsmaterials. Zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Lebensdauer eines Fließbettes muß das System
Unterbrochen werden und das verbrauchte Fließbett muß verworfen werden. Dieses Verwerfen des
verbrauchten Fließbettes kann so viel wie 10 Gew.-% oder mehr des gesamten, dem Fließbettreaktor
zugeführten Siliziums ausmachen.
-
Es wurde überraschend gefunden, daß die vorgenannten Mängel der gegenwärtigen Fließbettreaktoren, die
für die direkte Umsetzung von Silizium und einem organischen Halid verwendet werden, durch
Verwendung eines inerten Feststoffes, wie Sand, zusammen mit Silizium und geeigneten Katalysatoren und
Zusätzen in der festen Kontaktmasse auf ein Minimum reduziert werden. Wie oben ausgeführt, ist der Grad
von oder die Qualität der Aufwirbelung der festen und gasförmigen Reaktanten der Schlüssel zu einer
effektiven Wärmeübertragung und Temperatursteuerung in einem Fließbettreaktor. Es wurde überraschend
gefunden, das bei Zugabe von so wenig wie 5 Gew.-% eines inerten Feststoffes, wie Sand, zu einem
Fließbett von Silizium und festen Katalysatoren die Steuerung der Temperatur durch das gesamte Fließbett
von Feststoffen hindurch in einen sehr zufriedenstellenden Bereich von ± 5ºC der gewünschten
Reaktionstemperatur erlaubt.
-
Ein weitere unerwartete Feststellung war die Möglichkeit, aus den im Reaktor verbleibenden Feststoffen
eine Höchstmenge von Silizium von so viel wie 20 Gew.-% der gegenwärtig verworfenen Menge oder mehr
herauszureagieren, bevor die Feststoffe verworfen werden. Wie oben ausgeführt, belief sich das mit den
Feststoffen verworfene Silizium vor der vorliegenden Erfindung auf eine so große Menge wie 10 Gew.-%
oder mehr des gesamten, während der Durchführung der Umsetzung zugeführen Siliziums. Vor der
vorliegenden Erfindung war die Möglichkeit, das im Reaktor verbleibende Silizium herauszureagieren durch die
Temperatursteuerung ernsthaft behindert. Wenn man mit einem Fließbett von Feststoffen begann, wurde im
Falle der direkten Umsetzung zur Herstellung von Organohalosilanen die Steuerung der Temperatur sehr
schwierig, wenn das organische Halid zugesetzt wurde und das Fließbett begann, sich zu erschöpfen, in
einigen Fällen so sehr, daß Temperaturen beobachtet wurden, welche um so viel wie 100ºC von der
Temperatur abwichen, die zur Einhaltung der gewünschten Produkteverteilung im Rohprodukt erwünscht
war. Eine Produkteverteilung mit einem hohen Gehalt an unerwünschten Silanen, die durch diese
ungleichmäßigen Temperaturen verursacht wurde, war ein abschreckender Faktor, das in den Feststoffen
des Reaktors zurückgelassene Silizium herauszureagieren. So kam es zu einem so hohen Verlust wie 10
Gew.-% oder mehr der Gesamtmenge an Silizium. Die Zugabe von Sand oder einem vergleichbaren inerten
Feststoff zu den am Anfang im Reaktor befindlichen Feststoffen oder zusätzlich während des
abschließenden Herausreagierens des Siliziums aus dem Fließbett des Reaktors führt zu einer wirksamen
Temperatursteuerung, um eine maximale Umsetzung von Silizium aus dem Fließbett des Reaktors zu
ermöglichen, bevor dieses verworfen wird.
-
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die direkte Umsetzung von Organohalosilanen zu beherrschen,
um die Ausbeuten an Diorganodihalosilanen, insbesondere Dimethyldichlorsilan, auf einen Höchstwert zu
steigern.
-
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, den Verbrauch von Silizium als Reaktant in der
direkten Umsetzung auf ein Minimum zu beschränken.
-
Die vorliegende Erfindung wird für Fachleute aus der beigefügten Zeichnung besser verständlich. Fig. 1 ist
eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Fließbettreaktorsystems, in welchem die direkte
Umsetzung erleichtert wird. Fig. 1 wird zu Zwecken der Anschaulichkeit vorgelegt und ist nicht als
Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen, wie sie durch die Patentansprüche genau
beschrieben wird.
-
Fig. 1 ist eine Darstellung eines Reaktorsystems zum direkten Umsetzen eines Halogenwasserstoffes oder
eines organischen Halides und Silizium. Beginnend mit dem Reaktorrumpf 1, der im Querschnitt dargestellt
ist, ist der Reaktorrumpf ein zylindrisches Gefäß, das von einer ringförmigen Ummantelung 2 umgeben und
mit einer internen Wärmeübertragungsspirale 3 ausgestattet ist. Der Reaktorrumpf 1, die Ummantelung 2
und die interne Wärmeübertragungsspirale 3 können von für solche Reaktoren üblicher Bauweise sein,
welche in der Technik wohl bekannt ist. Die ringförmige Ummantelung 2 und die interne
Wärmeübertragungsspirale 3 sind mit Einrichtungen 4 zum Zirkulieren eines flüssigen
Wärmeübertragungsmediums und zum Heizen oder Kühlen des Wärmeübertragungsmediums verbunden. Das flüssiger
Wärmeübertragungsmedium wird durch die Ummantelung 2 und die Wärmeübertragungsspirale 3 zirkuliert,
um das Reaktorsystem und seinen Inhalt am Anfang auf die gewünschte Reaktionstemperatur zu erwärmen
und um dann während des Ablaufes der Reaktion die Reaktionswärme der direkten Umsetzung abzuführen
und die gewünschte Temperatur in der Reaktionszone aufrechtzuerhalten. Das flüssige
Wärmeübertragungsmedium und die Einrichtungen zum Zirkulieren und Heizen oder Kühlen dieses
Wärmeübertragungsmediums sind alle beliebigen von mehreren in der Technik wohlbekannten Systemen. Die anfängliche
Beschickung mit Silizium, Kupfer und anderen katalytischen Zusätzen und ein inerter Feststoff werden dem
Reaktorrumpf 1 aus einem Zugabetrichter 5 zugeführt. Das als Reaktant dienende Silizium und andere im
Laufe des Versuches zuzusetzende Feststoffe werden ebenfalls mit dem Zugabetrichter 5 zugeführt. Ein
Inertgas zum Einbringen der anfänglichen Beschickung mit Feststoffen in den Reaktor oder ein dem
Reaktor zugeführtes und zum Einbringen von frischem Silizium verwendetes organisches Halid werden
durch Vorrichtung 6 zum Zuführen eines Gases zugeführt. Das aus Feststoffen bestehende Fließbett 7,
welches während des Ablaufes der Reaktion aufrechterhalten wird, ist eine Mischung von Silizium, Kupfer
anderen katalytischen Zusätzen und einem inerten Feststoff. Während des Betreibens werden die als
Reaktionsprodukt gebildeten gasförmigen Silane, nicht umgesetztes organisches Halid und einige
mitgeschleppte feine Feststoffe durch eine Vorrichtung 8 geleitet, um fein verteilte Feststoffe zu entfernen.
Die Vorrichtung zum Entfernen der feinen Feststoffe kann eine solche bekannte Vorrichtung wie ein Filter,
ein Zyklonabscheider für Gas und Feststoff oder dergleichen sein. Die gasförmigen Silane als Endprodukt
und das nicht umgesetzte organische Halid werden zu einer Vorrichtung 9 geleitet, um das nicht umgesetzte
organische Halid vom Endprodukt Silan zu trennen. Diese Vorrichtung zum Abtrennen des nicht
umgesetzten organischen Halides vom Endprodukt Silan kann eine übliche Vorrichtung, wie eine
Destillation oder dergleichen sein. Das nicht umgesetzte Halid kann in den Reaktor zurückgeführt werden.
Eine Vorrichtung 10 ist vorgesehen, um das Entfernen und das Verwerfen der verbrauchten Feststoffe aus
dem Reaktor am Ende eines Ansatzes zu erleichtern. Diese Vorrichtung zum Entfernen und Verwerfen der
Feststoffe kann eine übliche Vorrichtung, wie unter Druck stehendes Gas in Verbindung mit einem
Gasabsperrventil oder dergleichen sein. Die Temperatur des Fließbettes der festen Reaktanten wird durch
Vorrichtungen 11 zum Messen der Temperatur überwacht. Diese Vorrichtungen 11 zum Messen der
Temperatur können übliche Vorrichtungen, wie Thermoelemente oder dergleichen, sein. Diese
Vorrichtungen zum Messen der Temperatur sind entlang der Länge des Reaktors verteilt.
-
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, um Organohalosilane unter Bedingungen
herzustellen, welche in vorliegender Beschreibung genau beschrieben werden. Was beschrieben wird, ist
daher ein Verfahren zum Herstellen von Organohalosilanen durch Bewirken einer Umsetzung zwischen
einem organischen Halid und pulverförmigem Silizium in Gegenwart einer wirksamen Menge
kupferhaltigem Materials und anderer katalytischer Zusätze in einem Fließbettreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß
das pulverförmige Silizium, das kupferhaltige Material und die anderen katalytischen Zusätze mit einem
inerten, pulverförmigen Feststoff gemischt werden, wobei der inerte Feststoff mindestens 5 Gew.-% der
kombinierten Feststoffe ausmacht und der inerte Feststoff eine für einen Fließbettreaktor geeignete
Teilchengrößenverteilung aufweist.
-
Bei Verwendung eines organischen Halides sind die entsprechenden Produkte Organohalosilane, wie
Diorganodisilane, Organotrihalosilane, Triorganohalosilane und dergleichen. Das organische Halid kann ein
Alkyhalid sein, wie Methylchlorid, Ethylchlorid und dergleichen. Das organische Halid kann auch ein
Arylhalid sein, wie Chlorbenzol und dergleichen.
-
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet "Kupfer enthaltendes Material" elementares Kupfer in
seinen zahlreichen Formen und Kupferverbindungen.
-
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet "inerter Feststoff" einen pulverförmigen Feststoff,
welcher bei den zu verwendenden erfindungsgemäßen Konzentrationen in den festen Kontaktmassen die
gewünschte Produkteverteilung bei der Reaktion von Silizium mit einem organischen Halid nicht verändert.
-
Die Mengenverhältnisse und die Art der Bestandteile der Kontaktmasse aus Silizium, Kupfer enthaltendem
Material und anderen katalytischen Zusätzen kann irgendeine von denjenigen sein, die in Publikationen
offenbart sind, die sich auf die direkte Umsetzung beziehen. Beispielsweise ist die grundlegende
Offenbarung der direkten Umsetzung zur Herstellung von Organohalosilanen diejenige von Rochow in US-A-
2,380,995, erteilt am 7. August 1945, worin Rochow die Verwendung von Silizium in Kombination mit
metallischen Katalysatoren, wie Kupfer, Nickel, Zinn, Antimon, Mangan, Silber, Titan und dergleichen,
offenbart. Als ein weiteres Beispiel offenbaren Rochow und Gilliam in US-A-2.383,818, erteilt am 28.
August 1945, die Verwendung von Oxiden von Kupfer in der Kontaktmasse mit Silizium. In einem weiteren
Beispiel offenbart Gilliam in US-A-2.464.033, erteilt am 8. März 1949, eine feste Reaktionsmasse, welche
Silizium, Kupfer oder Kupferhalogenide oder Kupferoxide, und Zink oder Zinkhalogenide enthält. Als
abschließendes Beispiel offenbaren Ward et al. in US-A- 4,500,724, erteilt am 19. Februar 1985, die
Verwendung einer festen Reaktionsmasse, welche eine Kombination von Silizium in Kombination mit Kupfer
oder einer Kupferverbindung. Zinn oder einer Zinnverbindung und Zink oder einer Zinnverbindung ist.
Daher kann "eine wirksame Menge an Kupfer enthaltendem Material und andere katalytische Zusätze"
irgendeines der im Stand der Technik bekannten Materialien bedeuten, wie sie oben beispielhaft genannt
wurden.
-
Das Fließbettreaktorsystem zur Förderung der Reaktion zwischen dem organischen Halid und Silizium kann
ein im Stand der Technik bekanntes System sein, wie es oben in Fig. 1 beschrieben ist.
-
Die Teilchengrößenverteilung der Feststoffe der Reaktions- oder Kontaktmasse und der inerten Feststoffe
der vorliegenden Erfindung sollte eine Teilchengrößenverteilung sein, die im Stand der Technik als für
einen Fließbettreaktor geeignet bekannt ist. Beispielsweise offenbart Dotson in US-A-3, 133,109, erteilt am
12. Mai 1964, daß bei der direkten Umsetzung von Methylchlorid mit Silizium die Teilchen in einem
Fließbett zur Erreichung bester Resultate eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 20 bis 200 Mikron
haben sollten. Als weiteres Beispiel offenbaren Ward et al. in US-A-4,500.724. erteilt am 19. Februar 1985,
daß das in einem Fließbeit vorhandene Silizium eine Teilchengröße von unter 700 Mikron haben kann,
wobei die durchschnittliche Teilchengröße größer als 20 Mikron und kleiner als 300 Mikron ist mit einem
mittleren Durchmesser von vorzugsweise 100 bis 150 Mikron. Es wurde gefunden, daß inerte Feststoffe mit
Teilchengrößenverteilungen, die ungefähr im Bereich von 20 bis 400 Mikron liegen, zu den vorteilhaften
Ergebnisse der vorliegenden Erfindung führen.
-
Der inerte Feststoff ist im Bereich von 5 bis 40 Gew.-% des Gesamtgewichtes der Feststoffe im
Fließbettreaktor wirksam. Von den Erfindern der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß die untere Grenze
von 5 Gew.-% inerten Feststoffen im Gesamtgewicht der Feststoffe im Fließbettreaktor die untere Grenze
darstellt, bei der die inerten Feststoffe die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung
hervorbringen. Die obere Grenze von 40 Gew.-% ist auf der Grundlage von Beobachtungen festgesetzt wonach die
Gegenwart der inerten Feststoffe in Mengen von mehr als 50 Gew.-% eine nachteilige Auswirkung auf die
Produktverteilung des Rohproduktes aus dem Fließbettreaktor haben kann.
-
Der inerte Feststoff muß tatsächlich inert sein und darf die chemischen Reaktionen der direkten Umsetzung
nicht verändern, wie dies Kupfer enthaltende Materialien und andere katalytische Zusätze, wie
Eisenverbindungen, tun. Der inerte Feststoff kann natürlich vorkommendes Siliziumdioxid, wie Sand oder gemahlener
Quarz sowie Oxide von Metallen, wie Titan, und dergleichen sein.
-
Die bevorzugte Art und Weise der Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von
Methylchlorid als organisches Halid und die Organohalosilane sind Methylchlorsilane.
-
Das Fließbettreaktorsystem kann wie oben in Fig. 1 beschrieben gestaltet sein.
-
Der inerte Feststoff kann Sand sein. Der Sand liegt in den kombinierten Feststoffen im Fließbettreaktor im
Bereich von 10 bis 20 Gew.-%.
-
Damit Fachleute die vorliegende Erfindung besser verstehen und einschätzen können, werden die folgenden
Beispiele vorgelegt. Diese Beispiele werden vorgelegt damit sie die vorliegende Erfindung
veranschaulichen und sind nicht als Beschränkung der in den Patentansprüchen genau beschriebenen Erfindung zu
verstehen.
Beispiel 1: (Nicht erfindungsgemäß)
-
In einem kleinen Laborreaktor wurden Ansätze durchgeführt, um die
Auswirkung der Zugabe von FeCl&sub2; zu der aus Silizium und Metallkatalysator bestehenden Reaktionsmasse
auf die direkte Umsetzung von Silizium und Methylchlorid zu vergleichen. In diesem Versuch wurde
handelsübliches FeCl&sub2;-Pulver gesiebt und die Fraktion mit einem Durchmesser von weniger als 106 Mikron
wurde verwendet, um der oben von Kotzsch et al. verwendeten Teilchengröße von FeCl&sub2; nahezukommen.
-
Der verwendete Laborreaktor war ein Vibrationsbettreaktor, also ein Reaktor, welcher dem von Maas et al.
in US-A-4.218,387, erteilt am 19. August 1980, beschriebenen Reaktor ähnlich ist und der Fachleuten zur
Herstellung von Methylchlorsilanen aus Silizium und Methylchlorid bekannt ist. Im allgemeinen wird die
Umsetzung durch Hindurchleiten von Methylchlorid in Dampfform durch eine pulverförmige Mischung von
Silizium und katalytischen Metallen und Zusätzen durchgeführt. Die Kombination der Vibration des Bettes
und die Wirkung des Gases bringt die pulverförmige Mischung in heftige Bewegung und simuliert die Gas
und Feststoff in Berührung bringende Wirkung in einem Fließbettreaktor. Vor und während der Umsetzung
von Methylchlorid und Silizium wird der Reaktor und sein Inhalt in einem erhitzten Sandbad bei einer
erhöhten Temperatur gehalten.
-
Die feste Beschickung für den Reaktor wurde durch Vereinigen von pulverförmigem Silizium. Kupfer
enthaltendem Material und anderen katalytischen Zusätzen, und in den Versuchsansätzen FeCl&sub2; in einer
Flasche und anschließendes Schütteln zum Vermischen der Feststoffe hergestellt. Die Feststoffe wurden dann
in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde vor und nach der Umsetzung gewogen, um das der Feststoffe,
die während der Umsetzung verbraucht wurden, zu bestimmen. Die Reaktoren und Feststoffe wurden in das
erhitzte Sandbad eingetaucht. Die Gasströme in den Reaktor wurden in Gang gebracht. Die Gasströme und
die Vibration des Reaktors förderten die Aufwirbelung der Feststoffe.
-
Die Produkte der Reaktion und jegliches nicht umgesetzte Methylchlorid wurden kondensiert und in
Kühlfallen gesammelt, die in einem mit Trockeneis gekühlten Bad von Isopropanol eingetaucht waren. Die
Kühlfallen wurden vor und nach der Umsetzung gewogen, um das Gewicht des Reaktorausflusses an
Produkt und nicht umgesetztem Methylchlorid, der im Laufe des Versuches gesammelt wurde zu bestimmen.
Von dem gekühlten, aus dem Reaktor abströmenden Produkt wurden Proben entnommen und unter
Verwendung von gaschromatographischen Methoden analysiert.
-
Unter Verwendung einer Standardmischung von Silizium und katalytischen Zusätzen wurden zwei Ansätze
durchgeführt. Der erste Ansatz wurde ohne Zugabe von FeCl&sub2; durchgeführt. Es wurde ein zweiter Ansatz
durchgeführt, in welchem der aus Silizium und Metallkatalysator bestehenden Reaktionsmasse FeCl&sub2;
zugesetzt wurde, so daß die Reaktionsmasse ungefähr 10 Gew.-% Eisen enthielt. Die beiden Umsetzungen
wurden mit dem Vibrationsbettreaktor durchgeführt, der in ein Sandbad eingetaucht war, welches bei einer
Temperatur von 316ºC gehalten wurde. Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung der Auswirkung der Zugabe
von auf die direkte Umsetzung von Silizium mit Methylchlorid. Die beiden Meßergebnisse, welche für den
Vergleich verwendet wurden, sind: (a) der Prozentsatz von verworfenem Silizium, in Tabelle 1 "Si
verworfen" bezeichnet, wobei der Prozentsatz an verworfenem Silizium definiert ist als
-
Gewicht des im Reaktor zurückgelassenen Siliziums/Gewicht des zugeführten Siliziums·100
-
und (b) der Prozentsatz an verwendbarem Methylchlorsilanen im Rohprodukt, der ein Maß für die
Selektivität der Reaktion in bezug auf das gewünschte Produkt ist und in Tabelle 1 als "% verwendbar" bezeichnet
wird. Die Probe ohne FeCl&sub2; ist als Probe A bezeichnet und die Probe mit FeCl ist als Probe B bezeichnet.
Tabelle 1
Probe Si verworfen % verwendbar
-
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß die Gegenwart von Eisen (als FeCl&sub2;) bei Konzentrationen von 10 Gew.-%
oder mehr in der Kontaktmasse der direkten Umsetzung von Silizium und Methylchlorid nachteilige
Auswirkungen auf den Gehalt an verwendbarem Methylchlorsilanen im rohen Reaktionsprodukt hat.
Beispiel 2:
-
Es wurde ein dritter Ansatz im Laborreaktor durchgeführt, um die Auswirkung der Zugabe von
Sand auf direkte Umsetzung von Methylchlorid mit Silizium zu vergleichen. Dieser Laboransatz wurde
unter Verwendung der Ausrüstung und der Arbeitsweise von Beispiel 1 durchgeführt. Der verwendete Sand
wurde von Ottawa Industrial Sand als Ottawa #295 bezogen, der auch als Sil-Co-sil bekannt ist. Der Sand
hatte eine mittlere Teilchengröße von 21 Mikron. Dieser dritte Versuch im Laborreaktor wurde mit Sand
durchgeführt welcher der aus Silizium und Metallkatalysator bestehenden Reaktionsmasse zugesetzt wurde,
so daß die Reaktionsmasse ungefähr 10 Gew.-% Sand enthielt. Wie in Beispiel 1 sind die Meßergebnisse,
welche für den Vergleich verwendet wurden: (a) der Prozentsatz von verworfenem Silizium, in Tabelle 2
"Si verworfen" bezeichnet und (b) der Prozentsatz an verwendbarem Methylchlorsilanen im Rohprodukt,
der ein Maß für die Selektivität der Reaktion in bezug auf das gewünschte Produkt ist und in Tabelle 2 als
"% verwendbar" bezeichnet wird. Die Definition dieser Ausdrucke ist in Beispiel 1 erläutert. Die Probe
ohne Sand ist Probe A von Beispiel 1. Die Probe, in welcher Sand verwendet wurde, wird als Probe C
bezeichnet.
Tabelle 2
Probe Si verworfen % verwendbar
-
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe von Sand zur direkten Umsetzung von Methylchlorid mit
Silizium die Produkteverteilung des Reaktionsproduktes nicht nachteilig beeinflußt.
Beispiel 3:
-
Die direkte Umsetzung von Methylchlorid und Silizium zur Herstellung von Methylchlorsilanen
wurde in einem Pilot-Fließbettreaktor durchgeführt, der so ausgestaltet war, um das oben in Fig. 1 gezeigte
System zu simulieren. Die direkte Umsetzung wurde zuerst ohne Zugabe von Sand ausgeführt. Dann wurde
die direkte Umsetzung mit Zugabe von Sand durchgeführt.
-
Durch Beschicken des Reaktors mit einer Standardmischung von Silizium, Kupferkatalysator und
katalytischen Zusätzen wurden Standard-Ansätze durchgeführt. Als nächstes wurde einer Standardmischung von
Silizium, Kupferkatalysator und katalytischen Zusätzen, mit welcher der Fließbettreaktor beschickt war,
feiner Quarzsand zugesetzt. Der Sand wurde so zugesetzt, daß die Konzentration von Sand in Kombination
mit Silizium, Kupferkatalysator und anderen katalytischen Zusätzen im Bereich von 7 bis 14 Gew.-% der
gesamten Feststoffe im Fließbettreaktor lag. Der verwendete Sand wurde von Ottawa Industrial Sand
Company bezogen. Der verwendete Sand hatte eine mittlere Teilchengröße, welche im Bereich von 150 bis 450
Mikron lag.
-
Der Fließbettreaktor wurde in üblicher Weise betrieben, wonach das Methylchlorid dem Reaktor
kontinuierlich zugeführt wurde und die Produkte und nicht umgesetztes Methylchlorid kontinuierlich aus dem
Reaktor austreten. Es wurde frisches Silizium zugeführt, um den Gehalt an Silizium im Fließbettreaktor
aufrechtzuerhalten.
-
Unter Verwendung des Pilot-Fließbettreaktors wurden eine Reihe von 23 Ansätzen durchgeführt. Diese
Versuche wurden in bezug auf Ausnutzung von Silizium oder Prozentsatz des insgesamt zugeführen
Siliziums, welches verworfen wurde und in bezug auf Selektivität des Endproduktes im rohen Reaktionsprodukt
überwacht. Es wurden 17 Ansätze ohne Zusatz von Sand und 6 Ansätze mit Zusatz von Sand durchgeführt.
In diesen letzteren 6 Ansätzen variierte der Sandgehalt im Fließbettreaktor von 7 bis 14 Gew.-% der
gesamten Feststoffe im Pilot-Fließbettreaktor. Alle 23 Ansätze wurden überwacht auf: (1) den Anteil des
insgesamt zugeführten Siliziums, das am Ende der Durchführung aus dem Reaktor verworfen wurde, und (2) den
Prozentsatz von verwendbaren Methylchlorsilanen im rohen Endprodukt der direkten Umsetzung.
-
Der Anteil des insgesamt zugeführen Siliziums der verworfen wurde, ist auf das Gewicht des Siliziums
bezogen, das aus dem Reaktor verworfen wurde. Das Gewicht des Siliziums, das aus dem Reaktor
verworfen wurde, wurde ausgehend vom Gewicht des dem Reaktor ausgeschütteten Fließbettes und Abziehen des
Gewichtes von Kupfer und des Gewichtes von anderen, im Laufe der Durchführung zugesetzten
Katalysatoren berechnet. Der Anteil des verworfenen Siliziums ist definiert als
-
Gewicht des im Reaktor zurückgelassenen Siliziums/Gewicht des zugeführten Siliziums·100
-
Der Prozentsatz von verwendbaren Methylchlorsilanen wurde unter Verwendung von
gaschromatographischen Analysenmethoden bestimmt.
-
Die Verwendung von Sand im Fließbettreaktor während der direkten Umsetzung verminderte im Vergleich
zu den Standardansätzen, in denen kein Sand verwendet wurde, den Anteil von insgesamt zugeführten
Silizium, der verworfen wurde, um ungefähr 30%. Gleichzeitig blieb der Prozentsatz an verwendbaren
Methylchlorsilanen in den Ansätzen mit und ohne Sand, welcher der Standardmischung von Feststoffen im
Fließbettreaktor zu gesetzt wurde, bei ungefähr 83 Gew.-% des Rohproduktes.
-
Diese obigen Ergebnisse zeigen, daß der Zusatz von Sand zur Kontaktmasse von Silizium, Kupfer
enthaltenden Materialien und anderen katalytischen Zusätzen in einem Fließbettreaktor bei der Herstellung von
Methylchlorsilanen durch die direkte Umsetzung von Methylchlorid und Silizium die Ausnutzung von
Silizium verbessert. Außerdem ist der Gehalt an verwendbarem Methylchlorsilan des rohen Reaktionsproduktes
im wesentlichen gleich.
Beispiel 4:
-
Die direkte Umsetzung von Methylchlorid und Silizium zur Herstellung von Methylchlorsilanen
wurde in einem Fließbettreaktor in industriellem Maßstab durchgeführt, der dem in Fig. 1 oben gezeigten
System ähnlich war. Die direkte Umsetzung wurde zuerst ohne Zusatz von Sand durchgeführt und dann
wurde die direkte Umsetzung in Gegenwart von Sand durchgeführt.
-
Im ersten Fall wurde eine Standardmischung von Silizium, Kupferkatalysator und katalytischen Zusätzen in
den Fließbettreaktor gegeben. Im letzteren Fall wurde der Standardmischung von Silizium,
Kupferkatalysator und katalytischen Zusätzen feiner Quarzsand zugesetzt. Der verwendete Sand wurde von Ottawa
industrial Sand Company als Ottawa #295 bezogen, der auch als Sil-Co-sil bekannt ist. Der Sand hatte eine
mittlere Teilchengröße von 21 Mikron.
-
Der Fließbettreaktor wurde in üblicher Weise betrieben, wonach das Methylchlorid dem Reaktor
kontinuierlich zugeführt wurde und die Produkte und nicht umgesetztes Methylchlorid kontinuierlich aus dem
Reaktor austraten. Es wurde frisches Silizium zugeführt, um den Gehalt an Silizium im Fließbettreaktor
aufrechtzuerhalten.
-
Unter Verwendung des Fließbettreaktors von industrieller Größe wurde eine Reihe von 8 Versuchen in
bezug auf die Ausnutzung von Silizium oder den Prozentsatz insgesamt zugesetzten Silizium, das verworfen
wurde und in bezug auf den Prozentsatz von verwertbaren Methylchlorsilanen im Rohprodukt überwacht.
Es wurden 2 Ansätze, bei denen kein Sand verwendet wurde und 6 Ansätze mit Zusatz von Sand
durchgeführt. Der Gehalt an Sand der Feststoffe im Fließbettreaktor variierte in diesen letzteren 6 Ansätzen von 16
bis 37 Gew.-%.
-
Die Bestimmung des Prozentsatzes von zugeführtem Silizium, das verworfen wurde und der verwendbaren
Methylchlorsilane im Rohprodukt sind oben in Beispiel 3 beschrieben. Die Verwendung von Sand bewirkte
im Vergleich zu dem Silizium, das in den Ansätzen verworfen wurde, in denen kein Sand verwendet wurde,
eine Verminderung von verworfenem Silizium von etwa 64 Gew.-%. Gleichzeitig wurde in beiden
Ansätzen, in welchen Sand zugesetzt und in welchen kein Sand zugesetzt wurde, der Prozentgehalt des
Rohproduktes an verwendbarem Methylchlorsilan bei einem Wert zwischen 87 und 90 Gew.-% beibehalten.
-
Diese obigen Versuche zeigen, daß bei Verwendung von Sand in einem Fließbettreaktor bei der Herstellung
von Methylchlorsilanen durch direkte Umsetzung von Methylchlorid mit Silizium die Ausnutzung von
Silizium verbessert wird, wenn dem Silizium, dem Kupfer enthaltenden Katalysator und den anderen
katalytischen Zusätzen im Fließbettreaktor Sand zugesetzt wird. Außerdem wird der Gehalt an verwendbarem
Methylchlorsilan des rohen Reaktionsproduktes aus Ansätzen, in welchen dem festen Reaktionsgemisch im
Fließbettreaktor Sand zugesetzt wurde, im Vergleich zu Ansätzen, in welchen kein Sand verwendet wurde,
beibehalten.
Beispiel 5:
-
Es wurde eine Reihe von Ansätzen zur Herstellung von Methylchlorsilanen durch Umsetzung
von Methylchlorid und Silizium in einem Reaktor von industrieller Größe durchgeführt, der einen um
ungefähr 50% größeren Durchmesser hatte als der in Beispiel 4 verwendete Reaktor. Es wurden die gleichen
Ausgangsmaterialien verwendet, es wurden jedoch Sande von zwei verschiedenen
Teilchengrößenverteilungen verwendet. Die zwei Sandmaterialien wurden beide von Ottawa Industrial Sand Company bezogen.
Das erste Sandmaterial war Ottawa #295, das auch als Sil-Co-sil bekannt ist. Der Sand hatte eine mittlere
Teilchengröße von 21 Mikron. Das zweite Sandmaterial war Ottawa #270, welcher ein Sand mit einer
mittleren Teilchengröße von 42 Mikron ist.
-
Es wurde eine Reihe von Ansätzen durchgeführt in welchen die direkte Umsetzung zur Herstellung von
Methylchlorsilanen in einem Fließbettreaktor mit und ohne Zusatz von Sand zum Fließbettreaktor
ausgewertet wurde. Es wurden 8 Ansätze durchgeführt, in welchen kein Sand verwendet wurde. Dann wurden 7
Ansätze durchgeführt in welchen Ottawa #295 oder Ottawa #270 zugesetzt wurde. In den 7 Ansätzen, in
welchen dem Fließbettreaktor Sand zugesetzt wurde, wurde der Sandgehalt der Feststoffe im
Fließbettreaktor bei ungefähr 7 bis 14 Gew.-% gehalten.
-
Die Bestimmung des Prozentsatzes von zugeführtem Silizium, das verworfen wurde und der verwendbaren
Methylchlorsilane im Rohprodukt sind oben in Beispiel 3 beschrieben. Die Verwendung von Sand bewirkte
im Vergleich zu dem Silizium, das in den Ansätzen verworfen wurde, in denen kein Sand verwendet wurde,
eine Verminderung von verworfenem Silizium von etwa 64 Gew.-%. Gleichzeitig wurde in beiden
Ansätzen, in welchen Sand zugesetzt und in welchen kein Sand zugesetzt wurde, der Prozentgehalt des
Rohproduktes an verwendbarem Methylchlorsilan bei einem Wert zwischen 87 und 90 Gew.-% beibehalten.
-
Die einzelnen Ansätze der Versuche mit Sand können im Vergleich zu den Standardausführungen, in
welchen kein Sand verwendet wurde, in bezug auf die Bedeutung der Teilchengröße und der Beladung mit
Sand auf die Herabsetzung auf Gew.-% verworfenes Silizium betrachtet werden. Tabelle 3 ist eine
Zusammenfassung dieser 7 Versuche. Diese 7 Versuche werden als Proben D bis J bezeichnet. In Tabelle 3 wird
die Teilchengröße in Mikron als "Mikron" bezeichnet, die Beladung mit Sand als Gew. -% des gesamten
Fließbettes von Feststoffen im Fließbettreaktor wird als "% Sand" bezeichnet, und die prozentuale
Verminderung von verworfenem Silizium wird im Vergleich zu den Ansätzen ohne Sand als "% Si Verminderung"
bezeichnet.
Tabelle 3
Probe Mikron % Sand % Si Verminderung
-
Diese obigen Ergebnisse zeigen wiederum die vorteilhafte Auswirkung auf die Ausnutzung von Silizium,
welche sich aus dem Zusatz von Sand zum Fließbettreaktor bei der direkten Umsetzung von Silizium und
Methylchlorid zur Herstellung von Methylchlorsilanen ergibt. Außerdem zeigen die obigen Ergebnisse, daß
die Zugabe von Sand zum Fließbettreaktor in Fließbettreaktoren von verschiedener Größe eine vorteilhafte
Wirkung hat. Abschließend ist festzustellen, daß innerhalb des untersuchten Teilchengrößenbereiches und
der untersuchten Beladungen mit Sand diese beiden Faktoren keine ersichtliche Auswirkung auf den
Prozentsatz von insgesamt zugeführtem Silizium hat, das verworfen wird.