KR100839939B1 - 메틸클로로실란의 제조방법 - Google Patents
메틸클로로실란의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100839939B1 KR100839939B1 KR1020010088078A KR20010088078A KR100839939B1 KR 100839939 B1 KR100839939 B1 KR 100839939B1 KR 1020010088078 A KR1020010088078 A KR 1020010088078A KR 20010088078 A KR20010088078 A KR 20010088078A KR 100839939 B1 KR100839939 B1 KR 100839939B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- methylchlorosilane
- methane chloride
- boiling point
- fluidized bed
- bed reactor
- Prior art date
Links
- YGZSVWMBUCGDCV-UHFFFAOYSA-N chloro(methyl)silane Chemical compound C[SiH2]Cl YGZSVWMBUCGDCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- FBBDOOHMGLLEGJ-UHFFFAOYSA-N methane;hydrochloride Chemical compound C.Cl FBBDOOHMGLLEGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 13
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 2
- -1 partial condenser Chemical compound 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N methyltrichlorosilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)Cl JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000005055 methyl trichlorosilane Substances 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 5
- 150000001350 alkyl halides Chemical class 0.000 description 5
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 5
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- KTQYJQFGNYHXMB-UHFFFAOYSA-N dichloro(methyl)silicon Chemical compound C[Si](Cl)Cl KTQYJQFGNYHXMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 4
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 description 4
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 3
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 3
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GZUXJHMPEANEGY-UHFFFAOYSA-N bromomethane Chemical compound BrC GZUXJHMPEANEGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YGHUUVGIRWMJGE-UHFFFAOYSA-N chlorodimethylsilane Chemical compound C[SiH](C)Cl YGHUUVGIRWMJGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NEHMKBQYUWJMIP-UHFFFAOYSA-N chloromethane Chemical compound ClC NEHMKBQYUWJMIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical compound Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- HJELPJZFDFLHEY-UHFFFAOYSA-N silicide(1-) Chemical compound [Si-] HJELPJZFDFLHEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- RDHPKYGYEGBMSE-UHFFFAOYSA-N bromoethane Chemical compound CCBr RDHPKYGYEGBMSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- NEHMKBQYUWJMIP-NJFSPNSNSA-N chloro(114C)methane Chemical compound [14CH3]Cl NEHMKBQYUWJMIP-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- JDAVPOHISXMMSP-UHFFFAOYSA-N chloro(trimethyl)silane;tetrachlorosilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl.Cl[Si](Cl)(Cl)Cl JDAVPOHISXMMSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRYZWHHZPQKTII-UHFFFAOYSA-N chloroethane Chemical compound CCCl HRYZWHHZPQKTII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- UWGIJJRGSGDBFJ-UHFFFAOYSA-N dichloromethylsilane Chemical compound [SiH3]C(Cl)Cl UWGIJJRGSGDBFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229960003750 ethyl chloride Drugs 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229940102396 methyl bromide Drugs 0.000 description 1
- 229940050176 methyl chloride Drugs 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
- C07F7/12—Organo silicon halides
- C07F7/16—Preparation thereof from silicon and halogenated hydrocarbons direct synthesis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
본 발명은 메틸클로로실란의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규소 및 촉매, 조촉매로 이루어진 접촉혼합물에 염화메탄을 반응시켜 메틸클로로실란을 제조하는 데 있어서, 별도의 고효율의 염화메탄 분리 증류탑을 사용하지 않고 부분응축기를 사용하여 메틸클로로실란 저비점물을 소량 함유하고 있는 미 반응된 염화메탄을 회수하여 유동층 반응기 내로 재투입하여 사용하는데 특징이 있는 메틸클로로실란의 제조방법에 관한 것이다.
메틸클로로실란, 염화메탄, 부분응축기, 메틸클로로실란 저비점물
Description
도 1은 종래의 메틸클로로실란의 합성 및 증류과정을 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 메틸클로로실란의 합성 및 증류과정을 나타낸 그림이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 규소 및 촉매 2: 염화메탄 3: 반응생성물
4: 염화메탄 분리 증류탑에서 회수된 고순도의 염화메탄
4':메틸클로로실란 저비점물 함유 염화메탄 5: 냉각수
6: 2차 회수된 염화메탄 7: 염화메탄이 분리된 메틸클로로실란 혼합물
8: 고비점물이 분리된 메틸클로로실란 혼합물 9: 고비점물
10: 메틸클로로실란 혼합물 11: 디메틸디클로로실란(M2)
12: 저비점물 13: 메틸트리클로로실란(M1)
14: 공비 혼합물(트리메틸클로실란,사염화규소) 15: 저저비점물
16: 저고비점물 17: 사염화규소 18: 트리메틸클로로실란
21: 유동층 반응기 22: 선풍 분리기(Cyclone)
23: 염화메탄 회수 증류탑 24: 고비물 분리 증류탑
25: 디메틸디클로로실란 분리 증류탑
26: 메틸트리클로로실란 분리 증류탑
27: 저비점물, 공비 혼합물 분리 증류탑
28: 저비점물 분리 증류탑
29: 트리메틸클로로실란(M3), 공비 혼합물 분리 증류탑
30: 염화메탄 부분 응축기 31: 저효율 염화메탄 증류탑
본 발명은 메틸클로로실란의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규소 및 촉매, 조촉매로 이루어진 접촉혼합물에 염화메탄을 반응시켜 메틸클로로실란을 제조하는 데 있어서, 별도의 고효율의 염화메탄 분리 증류탑을 사용하지 않고 부분응축기를 사용하여 메틸클로로실란 저비점물을 소량 함유하고 있는 미 반응된 염화메탄을 회수하여 유동층 반응기 내로 재투입하여 사용하는데 특징이 있는 메틸클로로실란의 제조방법에 관한 것이다.
메틸클로로실란을 제조하는 방법은 직접 합성법(Direct Synthesis) 또는 라카오 합성법(Rochow Synthesis)으로 미국 특허 제 2,380,995에 처음 소개된 이래 수많은 기술적 발전을 거듭해 왔다. 직접 합성법은 통상적으로 알킬할라이드와 규소 분말을 구리 촉매 존재하에서 반응시켜 알킬할로실란을 얻는다.
여기에서 얻어지는 알킬할로실란은 다음 화학식 1로 표현된다.
상기 화학식 1에서; R은 탄소수 1 ~ 4개를 갖는 알킬 그룹으로 더욱 상세하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 그룹이고, X는 할로겐 원소로 바람직하게는는 Cl, Br, F이며, n은 0 ~ 4 의 정수이다
알킬할로실란을 제조하기 위한 반응기로는 고정층상 반응기(Fixed Bed Reactor), 교반형 반응기(Stirred Bed Reactor), 유동층 반응기(Fluidized Bed Reactor)등을 사용할 수 있다. 산업적인 공정에서는 높은 수율과 선택성, 에너지의 효율적인 이용측면에서 유동층 반응기가 가장 적절하다. 유동층 반응기는 접촉 혼합물(Contact Mass)의 양호한 유동화와 반응시 입자 등이 반응기 밖으로 유출되는 것을 방지하기 위해 반응기 길이(L)와 폭(D)의 비(L/D)가 매우 중요하며, 통상 L/D가 7 ~ 15인 것이 적당하다.
본 반응에 사용되는 알킬할라이드를 더욱 상세하게 설명하면 메틸클로라이드, 에틸클로라이드, 메틸브로마이드, 에틸브로마이드 등이다. 바람직하게는 메틸클로라이드이다.
알킬할라이드는 반응기내로 투입하기 전 50 ∼ 350 ℃로 가열하여 기체상으로 전환 후 반응기내로 투입한다. 알킬할라이드는 단독으로 투입하거나 불활성 기체를 혼합하여 투입할 수 있다. 사용되는 불활성 기체의 종류는 헬륨, 알곤, 질소등이고 경제적인 측면을 고려하면 가장 유리한 것은 질소이다. 알킬할라이드의 투입량은 알킬할로실란을 생성하기 위한 이론적인 양과 같거나 많은 양을 투입하고 기체 속도는 접촉 혼합물이 유동화되기 시작하는 최소 유동화 속도나 이 속도 이상으로 투입한다. 통상적으로 기체의 투입 속도는 최소 유동화 속도의 2 ∼ 5배 범위 내에서 이루어진다.
메틸클로로실란, 특히 디메틸디클로로실란의 제조를 위한 공업적 방법은 또한 다음 참고문헌에 나타나 있는 공지의 방법이다[Walter Noll, Chemistry and Technology of Silicones, P 26-41, Academic Press Inc., (1968)].
로쵸우(Rochow) 합성방법에 따르면, 메틸클로로실란은 다음 반응식 1로 구리 촉매의 존재 하에 고체 실리콘과 염화메탄을 직접 반응하여 합성한다.
상기 반응식 1에서; x + y + z = 4 이다.
그러나, 실제 반응과정에서는 주 화합물인 디메틸디클로로실란(M2) 뿐만 아니라 메틸트리클로로실란(M1), 트리메틸클로로실란(M3), 디클로로메틸실란(MH), 모노클로로디메틸실란(M2H), 트리클로로실란(TCS), 테트라클로로실란(STC) 등이 함께 생성되어지며, 이외에도 분자량이 크고 비점이 높은 디실란류의 화합물도 생성된다.
직접 합성법에 의해 얻어진 생성물 중에서 특히 디메틸디클로로실란이 가장 산업적으로 유용한 물질이며, 이것은 가수분해 및 중합 반응을 거쳐 실리콘 제조용 기초 제품인 오일 및 고무를 얻을 수 있다.
또한, 이것들은 미국 특허 제 2,258,218호 내지 제 2,258,222호에 언급된 바와 같이 디메틸디클로로실란을 이용하여 폴리올가노실록산 수지를 제조하거나, 미국 특허 제 2,469,888호 및 제 2,469,830호에 나타난 바와 같이 오일의 제조에 사용하거나, 미국 특허 제 2,448,756호에 개시된 바와 같이 폴리오가노실록산 탄성 중합체의 제조에 사용한다.
또한, 기타 부생되는 모노머들, 특히 트리클로로실란(TCS), 테트라클로로실란(STC), 디메틸모노클로로실란(M2H), 트리메틸클로로실란(M3), 모노메틸디클로로실란(MH)등의 저비점(Low Boiling Point) 모노머는 전체 실리콘 산업에 있어 소량이지만 적절히 사용되고 있는 중요한 모노머들이며, 최근 들어서는 이들의 활용이 점차 중요시되고 있다.
직접 합성법으로 얻어지는 생성물 중에는 상기에 기재된 바와 같이 메틸클로로실란(MCS) 혼합물 이외에도 미 반응된 염화메탄이 과량 포함되어 있으며, 종래의 방법에 의하면 불순물이 함유되지 않은 미 반응된 염화메탄을 회수하여 합성반응에 재사용하였으므로 고순도로 정제하기 위해 이론단수 50 ~ 60 단의 고효율 증류 설비 및 공정이 필요하였으므로, 과대한 설비투자비 및 이를 가동 시키기 위한 막대한 에너지가 필요로하여 원가상승의 주원인이 되어 산업적 경쟁력이 낮아지는 단점이 있었다.
또한 무엇보다도 산업적으로 가장 중요한 디메틸디클로로실란(M2)을 고순도 로 수득하는데 있어서 가장 큰 장애 요소는 상기 부산물 중에서 생성량이 가장 많은 메틸트리클로로실란(M1)의 분리과정에 있다는 점은 아주 잘 알려진 사실이다. 이들의 비점차는 불과 4 ∼ 5 ℃에 불과하므로 이들을 분리하기 위해서는 이론단수 100 ∼ 200단 정도의 증류탑이 필요하다는 점은 당해 기술분야의 전문가이면 누구나 주지하고 있는 사실이다.
여러 가지 혼합물을 분리하기 위한 증류탑을 구성하고 있는 기본요소는 증류탑 본체, 재비기(Reboiler) 및 응축기(Condenser)가 있고 이들 각각은 순환펌프를 지니고 있다.
또한, 증류탑은 통상적으로 트레이(Tray)형이나 충진(Packing)탑을 이용한다. 경제적인 측면을 고려하면 트레이형을 사용하는 것이 바람직하고 분리 효율면을 고려하면 충진탑이 유리하다. 그러나, 이들 증류탑을 가동시키기 위해서는 막대한 고온의 에너지가 필요하다.
따라서, 최소한의 설비투자로 최대의 경제적 효과를 얻음과 동시에 최소한의 에너지를 사용하여 최대의 분리효과를 얻기 위한 연구가 진행중이다.
이에, 본 발명자들은 최소의 설비 및 에너지를 사용하여 최대의 분리 효과를 얻기 위한 연구를 수행한 결과, 부분응축기를 사용하여 메틸클로로실란 저비점물을 함유하고 있는 미 반응된 염화메탄을 회수하여 유동층 반응기 내로 재투입하여 사용하는 메틸클로로실란의 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 부분응축기를 통해 분리된 미 반응된 염화메탄을 회수, 재사용하는 메틸클로로실란의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 규소 및 촉매, 조촉매로 이루어진 접촉혼합물에 염화메탄을 반응시켜 메틸클로로실란을 제조하는 방법에 있어서, 부분응축기를 사용하여 메틸클로로실란 저비점물을 함유하고 있는 미 반응된 염화메탄을 회수하여 유동층 반응기 내로 재투입하여 사용하는 메틸클로로실란의 제조방법에 그 특징이 있다.
이하 직접법에 의한 메틸클로로실란의 합성방법 및 생성된 메틸클로로실란의 분리방법에 대한 종래의 방법 및 본 발명에 의한 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선 종래의 방법을 도 1을 통하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
유동층 반응기(21)에 금속규소(1)와 구리촉매(1)를 투입한 후 순도 99%이상의 염화메탄(2) 및 질소(2)를 반응기 하부로부터 투입하여 반응을 개시한다. 이 때 사용되는 염화메탄은 순도 99% 이상으로 실록산류와 같은 고비점물의 생성 원인이 되는 수분 및 에테르의 함량이 엄격히 통제되어야 한다.
유동층 반응기(21)의 상부로부터 생성되어 나오는 기체상의 반응 생성물은 과량의 미반응 염화메탄, 메틸클로로실란 혼합물 및 금속규소 또는 촉매 등의 미세입자가 혼합되어 있으며, 이 반응생성물은 우선 선풍분리기(Cyclone)(22)를 통과하면서 미세입자가 분리, 폐기된다.
미세입자가 분리된 기상의 반응생성물(3)은 도면에 표시되어 있지 않은 열교환장치에서 -35 ℃ 정도의 냉매로 냉각하여 액화시킨 후 증류공정으로 이송한다. 증류공정에서는 우선 염화메탄 회수 증류탑(23)을 거치면서 염화메탄이 회수된다. 이때 회수된 염화메탄은 유동층 반응기(21)로 재투입(4)되어 메틸클로로실란 합성에 재사용하기 위해 메틸클로로실란 저비점물 등의 불순물이 함유되지 않도록 순도가 99.99% 정도의 고순도로 분리된다. 따라서, 염화메탄 회수 증류탑(23)은 이론 단수가 50 ~ 60단 정도의 고효율의 증류탑이며, 운전조건도 하부온도 150 ∼ 180 ℃, 압력 6 ∼ 10 kg/cm2로서 유지되야 하므로 설치비 및 운전비용이 과다하게 발생하여 생산원가를 높이는 문제점이 있다.
그리고, 염화메탄이 회수된 액상의 반응 생성물은 고비점물 분리 증류탑(24)에서 비점이 70 ∼ 200 ℃의 디실란류와 같은 고비점물(9)이 분리되고, 디메틸디클로로실란(M2) 분리 증류탑(25)에서 디메틸디클로로실란(11)을 분리한다.
디메틸티클로로실란 분리 증류탑(25)에서 분리된 메틸클로로실란 저비점물, , 트리메틸클로로실란-사염화규소 공비혼합물, 메틸트리클로로실란(M1)은 메틸트리클로로실란 분리 증류탑(26)에서 메틸트리클로로실란(13)을 분리되고, 저비점물-공비혼합물 분리 증류탑(27)에서 메틸클로로실란 저비점물(12)과 공비혼합물(14)로 분리된다.
또한, 분리된 저비점물은 저비점물 분리 증류탑(28)에서 저비점물(15)과 저고비점물(16)로 분리되며, 공비혼합물은 공비혼합물 분리 증류탑(29)에서 사염화규 소(17)와 트리메틸클로로실란(19)로 분리된다.
상기와 같은 종래의 메틸클로로실란의 제조방법은 반응 생성물중의 염화메탄을 회수하여 재사용함에 있어 불순물의 영향에 의해 최종 생성물의 수율 저하 및 최종 생성물의 메틸트리클로로실란/디메틸디클로로실란의 비율(T/D) 증가를 우려하여 고효율의 증류탑(23)을 사용하여 메틸클로로실란 저비점물등과 같은 불순물을 함유하지 않는 고순도로 염화메탄을 회수하는 문제가 있었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명을 도 2를 통하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 부분응축기를 사용하여 메틸클로로실란 저비점물을 함유하고 있는 미 반응된 염화메탄을 회수하여 유동층 반응기 내로 재투입하여 사용하는데 특징이 있는 메틸클로로실란의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 메틸클로로실란 제조방법은 건조된 금속규소(1) 및 촉매 그리고 조촉매로 이루어진 접촉 혼합물(1)을 유동층 반응기내로 투입한 후 반응기 하부로부터 기상의 염화메탄 및 질소(2)와 부분응축기(30)에서 회수된 메틸클로로실란 저비점물을 소량 함유한 염화메탄(4')을 유동층 반응기(21)내로 투입한다. 이때 메틸클로로실란 저비점물 함유한 염화메탄(4')을 기체상으로 변화 시키기 위한 기화기는 동일한 기화기를 사용하여 동시에 기화시키거나, 각각 별도의 독립된 기화기를 사용하여 기화시킬 수 있다.
기상의 염화메탄, 질소(2) 그리고 메틸클로로실란 저비점물을 함유한 회수 염화메탄의 혼합물(4')은 최소 유동화 속도의 2 ∼ 5배의 속도로 반응기 내로 투입한다.
유동층 반응기(21)내의 고체의 양을 일정하게 유지하기 위하여 반응기 곳곳에 차압계를 설치한 후 유동층 반응기(21) 내부의 상하부분 압력차의 변화를 관찰하여 반응으로 인한 고체의 소모량을 계산하고 별도로 설치된 추가투입 장치로부터 소모된 고체의 양에 해당하는 접촉혼합물을 반응기내로 연속적으로 투입하여 반응기내의 고체의 양을 일정하게 유지시킨다.
반응압력은 0 ∼ 5 kg/cm2 이내이며 이보다 압력이 높을 경우 반응부산물이 많이 생기는 단점이 있다. 반응 온도는 250 ∼ 350 ℃ 범위에서 수행하며 이보다 반응 온도가 낮으면 반응이 원활히 이루어지지 않음으로써 수율이 저하되며, 이보다 높은 온도에서는 염화메탄의 열분해로 인한 탄소화합물 및 고비점물이 많이 발생한다.
유동층 반응기(21)로부터 생성되어 나오는 기체상의 반응 생성물은 과량의 미반응 염화메탄, 메틸클로로실란 혼합물 및 미세입자가 혼합되어 있으며, 이들 미세입자는 선풍분리기(Cyclone)(22)를 통하여 분리한 후 폐기한다.
미세입자가 분리된 기상의 반응생성물(3)은 부분응축기(30)으로 보내어 30 ∼ 40 ℃의 냉각수를 이용하여 메틸클로로실란을 부분 응축시킨다. 부분응축기 하부로부터 메틸클로로실란(10)이 응축되어 다음의 증류과정으로 이송한다. 부분응축기(30) 상부로부터 배출되는 미응축 기체는 메틸클로로실란 저비점물을 0.5 ~ 10 중량% 함유한 염화메탄(4') 이다.
유동층 반응기(21)로부터 생성되어 나오는 기체상의 반응생성물 중에 함유되어 있는 미반응 염화메탄 중 95% 이상은 이 부분응축과정에서 회수되며, 이들은 회수하여 메틸클로로실란 제조공정으로 이송하여 재이용한다.
부분응축기를 거쳐 증류과정으로 이송되어진 메틸클로로실란 혼합물(10)은 소량의 염화메탄이 함유되어 있고, 이를 분리하기 위한 증류탑은 하부온도가 140 ~ 180 ℃이고, 압력이 0 ~ 5 kg/cm2 의 조건으로 운전되는 이론단수 10 ∼ 20단 정도의 저효율 증류탑(31)이면 충분하다. 이곳 저효율 증류탑(31) 상부로 분리된 소량의 미 반응 염화메탄(6)은 회수하여 메틸클로로실란 합성공정으로 이송하여 재이용한다.
염화메탄이 분리된 이후의 증류과정은 종래의 통상적인 방법으로 수행한다.
이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
규소 100 중량부에 대해서 구리 7 중량부, 아연 0.5 중량부, 주석 0.3 중량부, 인 0.3 중량부를 건조된 반응기에 넣고 질소 기류하에 서서히 가열하여 330 ℃까지 온도를 상승시키면 질소 투입을 중지하고 다음 표 1의 조성을 갖는 저비점 메틸클로로실란을 함유하는 염화메탄을 투입하기 시작하였다. 반응기 내 의 촉매 조성물을 일정하게 유지하기 위해 같은 조성의 촉매 조성물을 매시간 간격으로 추가 투입하였다.
유동층 반응기내의 고체의 양을 일정하게 유지하기 위하여 반응기 곳곳에 차압계를 설치한 후 유동층 반응기 내부의 상하부분 압력차의 변화를 관찰하여 반응으로 인한 고체의 소모량을 계산하고 별도로 설치된 추가투입 장치로부터 소모된 고체의 량에 해당하는 접촉혼합물을 반응기내로 연속적으로 투입하였다.
유동층 반응기로부터 생성되어 나오는 기체상의 반응 생성물은 과량의 미반응 염화메탄, 메틸클로로실란 혼합물 및 미세입자가 혼합되어 있다.
이들 미세입자는 선풍분리기(Cyclone)를 통하여 분리한 후 폐기하였다.
미세입자가 분리된 기상의 반응생성물은 응축시스템으로 보내어 30 ℃의 냉각수를 이용하여 메틸클로로실란을 부분 응축시켰다. 부분응축기로 하부로 부터는 메틸클로로실란이 응축되어 다음의 증류과정으로 이송하였다. 부분응축기 상부로부터 배출되는 미응축 기체는 염화메탄 및 메틸클로로실란 저비점물로 이루어져 있으며 이것을 다시 메틸클로로실란 제조공정으로 이송하여 재투입하였다.
10 시간 실험 실시 후 반응을 종료하였다.
10 시간 동안에 생성된 혼합물에 있어 T/D와 기상 가스크로마토그래피 결과에 의한 전체 메틸클로로실란의 조성은 다음 표 1과 같다.
실시예 2
응축기에서 회수되어 재투입되는 염화메탄에 함유된 저비점 메틸클로로실란 의 조성을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 반응결과는 다음 표 1과 같다.
실시예 3
응축기에서 회수되어 재투입되는 염화메탄에 함유된 저비점 메틸클로로실란의 조성을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 반응결과는 다음 표 1과 같다.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |||
| 저비점물 조성(중량%) | 생성물 | 저비점물 조성(중량%) | 생성물 | 저비점물 조성(중량%) | 생성물 | |
| TCS | 0.01 | 0.06 | 0.04 | 0.09 | 0.08 | 0.11 |
| M2H | 0.08 | 0.1 | 0.03 | 0.09 | 0.05 | 0.07 |
| MH | 0.9 | 1.5 | 1.3 | 1.7 | 0.5 | 1.2 |
| M3 | 2.2 | 2.6 | 2.8 | 2.4 | 1.4 | 2.1 |
| M1 | 4.5 | 5.4 | 3.7 | |||
| M2 | 90.2 | 93.8 | 91.4 | |||
| T/D | 0.049 | 0.057 | 0.04 | |||
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 메틸클로로실란 저비점물을 합성반응시 염화메탄과 동시에 사용하여도 최종 생성물의 메틸트리클로로실란/디메틸디클로로실란의 비율(T/D)은 상업적으로 유용한 범위인 0.03 ~ 0.07내로서 큰 변화가 없음을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 메틸클로로실란의 제조방법은 99.99% 이상의 고순도로 미반응 염화메탄을 회수하기 위해 고효율의 증류탑을 사용 하는 종래의 방법에 비해, 부분응축기 및 저효율의 증류탑을 이용하여 메틸클로로실란이 소량 함유된 미 반응된 염화메탄을 회수하여 재사용함으로써 최종 생성물의 수율 및 메틸트리클로로실란/디메틸디클로로실란의 비율(T/D)의 저하 없이 설비 및 운전비용을 감소시킴으써 원가 절감을 할 수 있어 매우 경제적이다
Claims (5)
- 삭제
- 규소 및 촉매, 조촉매로 이루어진 접촉혼합물에 염화메탄을 반응시켜 메틸클로로실란을 제조하는 방법에 있어서, 부분응축기(30)로부터 회수된 메틸클로로실란 저비점물을 0.5 ∼ 10 중량% 함유한 염화메탄(4')을 유동층 반응기(21)내에 재투입하는 것을 특징으로 하는 메틸클로로실란의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 부분응축기(30)로부터 회수되는 염화메탄은 유동층 반응기(21)로부터 생성되어 나오는 기체상의 반응생성물 중에 함유되어 있는 미반응 염화메탄 중 95% 이상인 것을 특징으로 하는 메틸클로로실란의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 부분응축기(30)는 냉매 온도가 30 ∼ 40 ℃의 조건에서 미반응 염화메탄을 분리하는 것을 특징으로 하는 메틸클로로실란의 제조방법.
- 규소 및 촉매, 조촉매로 이루어진 접촉혼합물에 염화메탄을 반응시켜 메틸클로로실란을 제조하는 방법에 있어서, 유동층 반응기(21)로부터 생성되어 나오는 기체상의 반응생성물 중에 함유되어 있는 미반응 염화메탄이 부분응축기(30)에서 95% 이상 회수되며, 저효율 염화메탄 증류탑(31)에서 잔량이 회수되어 유동층반응기(21)내에 재투입되어 사용되는 것을 특징으로 하는 메틸클로로실란의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010088078A KR100839939B1 (ko) | 2001-12-29 | 2001-12-29 | 메틸클로로실란의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010088078A KR100839939B1 (ko) | 2001-12-29 | 2001-12-29 | 메틸클로로실란의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030057959A KR20030057959A (ko) | 2003-07-07 |
| KR100839939B1 true KR100839939B1 (ko) | 2008-06-20 |
Family
ID=32215715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020010088078A KR100839939B1 (ko) | 2001-12-29 | 2001-12-29 | 메틸클로로실란의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100839939B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112645976B (zh) * | 2020-12-23 | 2024-08-06 | 浙江天采云集科技股份有限公司 | 一种利用氯基CVD晶体薄膜生长制程尾气FTrPSA制备甲基氯硅烷类有机硅方法 |
| CN114588845B (zh) * | 2022-03-16 | 2024-07-23 | 陕西德信祥能源科技有限公司 | 一种苯基氯硅烷的合成系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4487950A (en) * | 1982-04-16 | 1984-12-11 | General Electric Company | Method for making methylchlorosilanes |
| JPH1059983A (ja) * | 1996-05-30 | 1998-03-03 | Wacker Chemie Gmbh | メチルクロロシランの直接合成法 |
| US6090966A (en) * | 1997-05-13 | 2000-07-18 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Preparation of contract mass for alkylhalosilane production and process for producing alkylhalosilanes |
| JP2000336092A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-12-05 | Wacker Chemie Gmbh | メチルクロロシランの直接合成法 |
-
2001
- 2001-12-29 KR KR1020010088078A patent/KR100839939B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4487950A (en) * | 1982-04-16 | 1984-12-11 | General Electric Company | Method for making methylchlorosilanes |
| JPH1059983A (ja) * | 1996-05-30 | 1998-03-03 | Wacker Chemie Gmbh | メチルクロロシランの直接合成法 |
| US6090966A (en) * | 1997-05-13 | 2000-07-18 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Preparation of contract mass for alkylhalosilane production and process for producing alkylhalosilanes |
| JP2000336092A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-12-05 | Wacker Chemie Gmbh | メチルクロロシランの直接合成法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ind.Eng.Chem.Res. 2002 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030057959A (ko) | 2003-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100781643B1 (ko) | 유기수소실란의 제조 방법 | |
| KR20080065971A (ko) | 모노실란의 제조 방법 | |
| KR20100063742A (ko) | 트리클로로실란 제조 방법 | |
| KR20140008372A (ko) | 수소-함유 클로로실란의 제조를 위한 통합 방법 | |
| JPH05255355A (ja) | ビスシリルアルカンの製造方法 | |
| EP0798302A1 (en) | Method for preparation of allylsilanes | |
| JPH10245388A (ja) | 直接法メチルクロルシラン合成より副生する高沸点成分からのモノシラン類の製造方法 | |
| KR101009459B1 (ko) | 고순도의 트리스트리메틸실릴보레이트 제조방법 | |
| KR100839939B1 (ko) | 메틸클로로실란의 제조방법 | |
| CN117069756A (zh) | 一种高纯度四甲基硅烷的制备工艺 | |
| US20040042949A1 (en) | Method for removing aluminum from chlorosilanes | |
| US20140124706A1 (en) | Process for preparing chlorosilanes by means of high-boiling chlorosilanes or chlorosilane-containing mixtures | |
| CA2237379A1 (en) | Method for preparation of alkenylsilanes | |
| EP1314735B1 (en) | Process for producing organosilanes | |
| JP2710382B2 (ja) | 高純度ジクロロシランの製造方法 | |
| KR20170091623A (ko) | 공정 배출가스 흐름 내에 함유된 클로로실란 혼합물로부터 헥사클로로디실란의 회수 방법 | |
| JP4831285B2 (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
| JP2006176357A (ja) | ヘキサクロロジシランの製造方法 | |
| CN219291372U (zh) | 一种电子级四甲基硅烷的制备装置 | |
| JPH10139786A (ja) | ビニルトリクロロシランの製法 | |
| US4405590A (en) | Dismutation/redistribution of halogenosilanes into silane | |
| JPS643807B2 (ko) | ||
| JP2003137892A (ja) | ３位で官能化されたオルガノシランの製造方法 | |
| US12060376B2 (en) | Process for reducing the content of boron compounds in halosilane-containing compositions | |
| JPH0472764B2 (ko) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110610 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140516 Year of fee payment: 9 |