KR20120023768A

KR20120023768A - 에너지 사용을 절감한 실란 증류

Info

Publication number: KR20120023768A
Application number: KR1020117029411A
Authority: KR
Inventors: 페터 뉘른베르크; 버깃 프뢰벨; 미카엘 할만; 크리스티안 칼텐마르크너; 베네딕트 포스트베르크
Original assignee: 와커 헤미 아게
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2012-03-13
Also published as: WO2010130609A1; EP2429673A1; JP2012526743A; DE102009003163A1; CN102427864A; US20120048719A1

Abstract

본 발명은 증류 장치 내에 알킬클로로실란 및 하이드로겐클로로실란으로부터 선택되는 실란을 함유하는 실란 혼합물의 열적 분리 방법으로서, 증류 장치를 가열하기 위한 열의 적어도 일부가 또 다른 증류 장치의 증기로부터 전달되고 불순물 함량이 200 ppm 이하인 실란 생성물이 얻어지는 열적 분리 방법에 관한 것이다.

Description

에너지 사용을 절감한 실란 증류{SILANE DISTILLATION WITH REDUCED ENERGY USE}

본 발명은 증류 장치를 가열하기 위한 열을 추가의 증류 장치로부터 나온 증기로부터 전달하고 순수한 실란 생성물이 얻어지는 실란 혼합물의 증류 방법에 관한 것이다.

클로로실란 및 메틸클로로실란 증류 분야에 있어서, 고 순도 요건과 관련 재료의 생성물 성질, 특히 수분의 존재 하의 부식 양상, 때로는 액체의 높은 가연성, 양성자성 용매에 대한 반응성 및 금속 산화물로 인하여 이제까지 고전적인 증류 개념이 사용되어 왔다. 여기서 가열 증기 또는 다른 열 전달 매체의 형태로 도입되는 에너지는 공기 또는 물 응축기를 통해 주변으로 방출된다. 순수한 물질의 비점은 서로 유사하다.

이들 곤란한 문제 및 컬럼과 분리 단계의 상호 영향으로 인하여 에너지 회수 개념은 사용되지 않았다.

DE 10 2008 000 490A는 컬럼의 농축부가 탈거부보다 더 높은 압력에서 작동하고 농축부로부터 나온 열을 탈거부로 이송하며, 농축부에서 저비점 분획을 분리하고 탈거부에서 고비점 분획을 분리하는 실란 증류 방법을 개시한다. 여기서 증류물은 열 전달 작동 매체로서 사용되지만, 이 공정은 부분 부하 양상 측면에서 문제가 된다. 고순도 실란 제품이 얻어지지 않는다.

에너지 회수 공정은, 예를 들어 문헌[Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden Teil 2 - Thermisches Trennen; VEB Deutscher Verlag fuer Grundstoffindustrie, Leipzig, 1986, pp. 185-190, 특히 p. 185]에 개시되어 있다. 여기에는 한 컬럼으로부터의 오버헤드 생성물 증기를 또 다른 컬럼의 하부에서 가열 매체로서 이용할 수 있다고 언급되어 있다.

실란 증류의 곤란한 문제점은, 특히 고 순도 요건에 있다; 예를 들어, 메틸 트리클로로실란 및 에틸디클로로실란의 함량이 매우 낮은 디메틸디클로로실란이 요구되지만, 증류하고자 하는 실란 혼합물 중의 이들 성분들의 함량이 광범위하게 변한다.

이들 경계 조건은 통합 증류 시스템의 매우 안정한 작동 파라미터 설정과 다양한 실란 혼합물 조성에 작동 파라미터의 가변적 적용을 필요로 한다.

산업적 작동시, 재과정에서 순수한 증류의 열 회수를 위한 통상의 증발기 및 응축기에 의해 "일반 부하"가 이루어진다. 이들은 증류 공정을 안정화시켜 에너지 효과적인 방식으로 공급원료 조성을 변동시키면서 고 순도 요건을 구비하여 순수한 증류를 실시할 수 있다.

본 발명은 증류 장치 내에 알킬클로로실란 및 하이드로겐클로로실란으로부터 선택되는 실란을 함유하는 실란 혼합물의 열적 분리 방법으로서, 증류 장치를 가열하기 위한 열의 적어도 일부가 추가의 증류 장치로부터 나온 증기로부터 전달되고 불순물 함량이 200 ppm 이하인 실란 생성물이 얻어지는 방법을 제공한다.

이 방법에 있어서, 지금까지 열 전달 매체를 통하여 주변으로 방출되었던 증기 스트림의 에너지량이 이용된다. 이 방법은 통상의 증류와 비교하여 에너지의 최대 85%가 절감된다. 고 순도 알킬클로로실란 및 하이드로겐클로로실란의 증류에도 불구하고 에너지 절감이 놀랍게도 성공하였다.

증기를 응축시키고 증류 장치를 가열하기 위해 응축열을 사용하는 것이 바람직하다.

증류 장치는 하나 이상의 컬럼으로 이루어지는 것이 바람직하다. 추가의 증류 장치는 바람직하게는 하나 이상의 컬럼으로 이루어지는 것이 바람직하다.

추가의 증류 장치로부터 유래한 증기의 20 중량% 이상, 특히 50 중량% 이상이 증류 장치를 가열하기 위한 열을 공급하는 것이 바람직하다.

증류 장치를 가열하기 위한 열의 10% 이상, 특히 20% 이상이 추가의 증류 장치로부터 유래한 증기로부터 전달되는 것이 바람직하다.

열이 추가의 증류 장치로부터 유래한 증기로부터 열 전달 매체로 전달되고 이 열 전달 매체가 증류 장치를 가열하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 응축에 의해 추가의 증류 장치의 증기로부터 열 교환기로 열이 전달된다. 추가의 증류 장치로부터의 증기의 열을 순환 공정에서 열원으로서 사용하는 것이 바람직하다. 추가의 증기 장치로부터의 증기의 열은 열 펌프에 의해 전달되는 것이 바람직하다. 증류 장치의 하부를 가열하기 위해 추가의 증류 장치로부터의 증기를 이용하는 것이 바람직하다.

증류 장치는 바람직하게는 컬럼이다.

바람직한 구체예에서, 컬럼의 상부에서 얻은 증기는 압축되고 이에 의해 가열된다. 열 교환기에서, 이후 열이 열 전달 매체로 전달되고 이 열 전달 매체가 컬럼 하부를 가열하기 위해 사용된다. 이 경우에는 증류 장치와 추가의 증류 장치가 동일하다.

도 1: 추가의 바람직한 구체예를 예시한다.

추가의 바람직한 구체예는 도 1에 의해 예시된다: 컬럼(K1)에서 실란 혼합물(A1)이 증류된다. 상부에서 나오는 증기(B1)는 열 교환기(W1)에서 응축시키며 열 전달 매체로 열을 전달한다. 열 전달 매체는 컬럼(K2)의 하부를 가열한다. 열 전달 매체는 추가의 열 교환기(W2)에서 추가로 가열될 수 있다. 실란 혼합물(A2)을 컬럼(K2)으로 공급하고 증류시킨다. 컬럼(K2)의 상부로부터 나온 증기(B2)를 열 교환기(W3)에서 응축시켜 열 교환기로 열을 전달한다. 기저 생성물(C2)은 컬럼(K2)의 하부에서 배출된다.

생성된 실란 생성물은 증류 장치의 하부에서 200 ppm 이하의 불순물 함량으로 얻어진다. 알킬클로로실란 및 하이드로겐클로로실란으로부터 선택된 실란을 함유하는 실란 혼합물을 또한 추가의 증류 장치에서 분리하는 것이 바람직하다. 불순물 함량이 200 ppm 이하인 실란 생성물을 또한 추가의 증류 장치에서 생성하는 것이 바람직하다.

분리하고자 하는 알킬클로로실란 및/또는 하이드로겐클로로실란은 하기 화학식 (1)에 상응하는 것이 바람직하다:

R¹ _aH_bSiCl_4-a-b (1)

상기 식에서,

R¹은 탄소 원자가 1?10개인 탄화수소 라디칼이고,

a는 0, 1, 2, 3 또는 4이며,

b는 0, 1, 2 또는 3이다.

특히 바람직한 탄화수소 라디칼 R¹은 탄소 원자가 1?6개인 알킬 라디칼, 특히 메틸 및 에틸 라디칼이다.

생성되는 실란 생성물은 바람직하게는 100 ppm 이하, 특히 바람직하게는 50 ppm 이하, 특별히 20 ppm 이하의 불순물을 함유한다.

불순물 중 각 화합물의 비율은 바람직하게는 100 ppm 이하, 특히 바람직하게는 60 ppm 이하, 특히 15 ppm 이하이다.

바람직한 구체예에서, 각 경우에 바람직하게는 100 ppm 이하, 특히 바람직하게는 60 ppm 이하, 특히 15 ppm 이하의 메틸트리클로로실란 및 에틸디클로로실란을 함유하는 디메틸디클로로실란이 얻어진다.

디메틸디클로로실란 이외에, 메틸트리클로로실란, 트리메틸클로로실란 및 메틸하이드로겐디클로로실란으로부터 선택된 실란을 함유하는 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 ppm 값은 중량 기준이다.

하기 실시예에서, 달리 언급된 바 없다면, 모든 양과 백분율은 중량 기준이며, 모든 압력은 0.10 MPa(abs.)이고 모든 온도는 20℃이다. 부호는 도 1을 참조한다.

실시예에서, 90%의 디메틸디클로로실란, 7%의 메틸트리클로로실란, 2%의 트리메틸클로로실란 및 1%의 메틸하이드로겐디클로로실란으로 이루어진 실란 혼합물(A)을 7 t/h의 유량으로 컬럼(K2)에서 2개의 분획으로 분리한다. 오버헤드 생성물(B)은 18%의 디메틸디클로로실란, 58%의 메틸트리클로로실란, 16%의 트리메틸클로로실란 및 8%의 메틸하이드로겐디클로로실란으로 이루어진다. 기저 생성물(C)은 100%의 디메틸디클로로실란으로 이루어진다. 메틸트리클로로실란 불순물 함량이 80 ppm 미만, 20 ppm 미만, 특히 10?15 ppm인 디메틸디클로로실란을 필요에 따라 증류할 수 있다.

실시예 1(본 발명에 따르지 않는 실시예):

통상의 증류에 있어서, 2.3 MW의 열 에너지를 열 교환기(W2)에서 컬럼(K2)에 공급한다.

실시예 2:

컬럼(K1)을 구비한 통합 열 시스템에 있어서, 컬럼(K2)을 가열하기 위한 필요열 1.9 MW를, 열 교환기(W1)에서의 증기 응축에 의해 제공한다. 열 교환기(W2)에서, 추가의 열 0.4 MW가 전달된다. 에너지 절감률은 83%이다.

실시예 3:

컬럼(K2)을 구비한 통합 열 시스템에 있어서, 1.9 MW의 화력을 가지는 증기(B2)를 0.3 MW의 추가 에너지 사용으로 압축하고(압축 장치 및 열 교환기(W2)로의 라인은 도 1에 도시되어 있지 않음), 열 교환기(W2)를 통해 컬럼(K2)의 하부를 가열한다. 에너지 절감률은 87%이다.

실시예 4:

다른 컬럼(K3 및 K4)에서 나온 증기는 1.5 MW의 응축열을 열 펌프에 공급한다(컬럼(K3 및 K4)과 열 펌프는 도 1에 도시되지 않음). 이는 추가의 0.8 MW의 도입과 함께 열 교환기(W1)를 통해 컬럼(K2)의 하부를 가열한다. 에너지 절감률은 65%이다.

Claims

증류 장치에서의 알킬클로로실란 및 하이드로겐클로로실란으로부터 선택되는 실란을 함유하는 실란 혼합물의 열적 분리 방법으로서, 상기 증류 장치를 가열하기 위한 열의 적어도 일부가 추가의 증류 장치로부터 유래한 증기로부터 전달되고, 불순물 함량이 200 ppm 이하인 실란 생성물이 얻어지는 열적 분리 방법.
제1항에 있어서, 상기 추가의 증류 장치로부터 유래한 증기가 응축되는 열적 분리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 열 교환기에서 추가의 증류 장치로부터 유래한 증기로부터 열 전달 매체로 열이 전달되며, 상기 열 전달 매체는 증류 장치의 가열을 위해 사용되는 열적 분리 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 증류 장치가 컬럼인 열적 분리 방법.
제4항에 있어서, 컬럼 상부에서 얻은 증기가 압축되고 이에 의해 가열된 후, 열 교환기에서 열 전달 매체로 열이 전달되며, 이 열 전달 매체는 이 컬럼의 하부의 가열을 위해 사용되는 열적 분리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 생성된 실란 생성물은 200 ppm 이하의 불순물 함량으로 증류 장치의 하부에서 얻어지는 열적 분리 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각 경우에 60 ppm 이하의 메틸트리클로로실란 및 에틸디클로로실란을 함유하는 디메틸디클로로실란이 실란 생성물로서 얻어지는 열적 분리 방법.