WO2008052951A2 - Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations - Google Patents

Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations Download PDF

Info

Publication number
WO2008052951A2
WO2008052951A2 PCT/EP2007/061574 EP2007061574W WO2008052951A2 WO 2008052951 A2 WO2008052951 A2 WO 2008052951A2 EP 2007061574 W EP2007061574 W EP 2007061574W WO 2008052951 A2 WO2008052951 A2 WO 2008052951A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silicon
reaction
sand
solid compounds
compound
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/061574
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2008052951A3 (en
Inventor
Florian Krass
Original Assignee
Sincono Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP06022578A external-priority patent/EP1857168A3/en
Application filed by Sincono Ag filed Critical Sincono Ag
Priority to CA002667687A priority Critical patent/CA2667687A1/en
Priority to EP07821934A priority patent/EP2094816A2/en
Priority to US12/447,652 priority patent/US20100202953A1/en
Priority to EP08708466A priority patent/EP2215192A2/en
Priority to PCT/EP2008/051151 priority patent/WO2009053112A2/en
Publication of WO2008052951A2 publication Critical patent/WO2008052951A2/en
Publication of WO2008052951A3 publication Critical patent/WO2008052951A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/36Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/068Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
    • C01B21/0682Preparation by direct nitridation of silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/04Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • Sand, shale and other silica solid compounds as starting materials for providing silicon solid compounds and related methods of operating power plants
  • Sand is a naturally occurring, unconsolidated sedimentary rock and occurs in greater or lesser concentrations everywhere on the earth's surface. Much of the sand is quartz (silicon dioxide, SiO 2 ).
  • the object of the present invention is to identify such possible raw materials and to describe their technical representation.
  • the chemical considerations used in the process are characterized in that the SiO 2 present in the sands and slates and other mixtures participates in a reaction (in a power plant process), wherein the SiO 2 is chemically modified in reaction into one or more silicon compounds.
  • the crystalline silicon (e.g., as a powder at a suitable temperature) after ignition can be reacted directly with pure (cold) nitrogen (e.g., nitrogen from the ambient air) or with nitrogen radicals to form silicon nitride.
  • This reaction is highly exothermic.
  • the heat accumulating therefrom may be as e.g. in section 2) are used.
  • a nitrogen recovery process known from steel refining with propane gas (propane nitration) may be used.
  • a first example relates to the application of the invention in a power plant operation to "burn" sand there with nitrogen to use heat for power generation in this new form of energy production.
  • This new type of power plant approach reduces or eliminates the CO 2 produced to date Output.
  • a starting material used in a first embodiment for example, sand (which may be offset, for example, with mineral oil as the primary energy supplier), or slate.
  • a reaction chamber for example in the form of an afterburner or a combustion chamber.
  • a reducing agent is injected or introduced and the chamber together with the silicon dioxide compound is brought to high temperatures (preferably it is about temperatures higher than 1000 0 C, preferably about 1350 0 C).
  • oxygen is split off from the silicon dioxide and there is highly reactive silicon.
  • a gaseous reactant for example nitrogen or carbon dioxide
  • a silicon compound can be produced from the silicon.
  • the conversion to a silicon compound is typically exothermic to highly exothermic, meaning that heat is released. This heat can, as in other known power plant processes, be used for energy production or conversion into electrical or mechanical energy.
  • CO 2 is blown into this chamber as a gaseous reactant.
  • This CO 2 can be, for example, the CO 2 - exhaust gas, which is obtained in the energy production from fossil fuels in large quantities and so far escapes into the atmosphere in many cases.
  • the chamber (ambient) air is supplied. Instead of the ambient air, or in addition to the ambient air, steam or hypercritical H 2 O at over 407 ° C can be supplied to the process.
  • the silicon in the combustion chamber reacts with the CO 2 to silicon carbide (SiC). This reaction is slightly exothermic.
  • the used mineral oil of the sands can take over the role of the primary energy supplier and is then decomposed in the inventive process itself pyrolytic at temperatures above 1000 degrees Celsius largely in hydrogen (H 2 ) and a graphite-like mass.
  • H 2 hydrogen
  • the hydrogen is removed during the course of the reactions of the hydrocarbon chain of the mineral oil.
  • hydrogen can be diverted to natural gas piping systems or stored in hydrogen tanks.
  • the invention in connection with a pyrolysis of the company Pyromex AG, Switzerland, applied.
  • the present invention can also be used as a supplement or alternative to the so-called oxyfuel process.
  • an energy cascade heat recovery can be carried out according to the following approach.
  • heat is generated with the addition of aluminum, preferably of liquid aluminum, and with the addition of nitrogen (N 2 ) (analogous to the known Wacker accident).
  • nitrogen is preferably the pure nitrogen atmosphere from the ambient air achieved by (known from the propane nitration) combustion of the oxygen content of the air with propane gas.
  • Bauxite contains about 60 percent alumina (Al 2 O 3 ), about 30 percent iron oxide (Fe 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and Water. That is, the bauxite is typically always contaminated with the iron oxide (Fe 2 O 3 ) and the silicon oxide (SiO 2 ). Bauxite can therefore be used as fuel or fuel in a power plant according to the invention, or bauxite can be added in a further step to sand or shale.
  • Al 2 O 3 can not be chemically reduced due to the extremely high lattice energy.
  • the production of aluminum is possible, but by the fused salt electrolysis (cryolite-alumina method) of aluminum oxide Al 2 O 3.
  • the Al 2 O 3 is obtained, for example, by the Bayer process.
  • the alumina is melted with cryolite (salt: Na 3 [AIF 6 ]) and electrolyzed.
  • the alumina is dissolved in a melt of cryolite. In the procedure lies thus the working temperature is only with 940 to 980 0 C.
  • cryolite-clay process It is considered to be a major drawback of the cryolite-clay process that it is very energy-consuming because of the high binding energy of the aluminum.
  • a problem for the environment is the partial formation and emission of fluorine.
  • the bauxite can be added to the process in order to achieve cooling of the process. With the bauxite you can get the excess heat energy in the system under control. This is analogous to the process where iron scrap is fed to a molten iron in a blast furnace for cooling, when the molten iron is too hot.
  • cryolite can be used if the procedure threatens to get out of control (see Wacker accident), so as to reduce the temperature in the system in the sense of emergency cooling.
  • silicon carbide SiC
  • silicon nitride Si ⁇ 3N 4
  • SiC silicon carbide
  • SiN 4 silicon nitride
  • Quartz sand can be exothermically converted into silicon and aluminum oxide with liquid aluminum according to the textbook Holleman- Wiberg:
  • Silicon reacts with carbon slightly exothermic to silicon carbide.
  • silicon carbide can be obtained endothermically directly from sand and carbon at around 2000 ° C.
  • a thermite reaction (redox reaction) is used in which aluminum is used as a reducing agent to reduce iron (III) oxide to iron.
  • the reaction products are alumina and elemental iron.
  • the reaction is very exothermic and there is a great deal of heat.
  • the firing process is a highly exothermic reaction and it produces up to 2500 0 C.
  • the aluminum and the iron (III) oxide is therefore liquid due to the temperatures reached.
  • thermite reaction By means of such a thermite reaction, the reduction of the silicon dioxide to silicon can be initiated or maintained (aluminothermic reduction of silicon dioxide).
  • the silica also becomes liquid. Since burning thermite does not require external oxygen, the reaction can not be stifled and continue to burn in any environment. That Nitrogen can be added at the same time without stopping the reaction and thus producing silicon nitride.
  • thermite reaction may be initiated by, for example, introducing aluminum and the ferric oxide.
  • the ceramic materials silicon nitride Si 3 N 4 and silicon carbide SiC can be obtained from an oil sand containing around 30% by weight of crude oil via a multi-stage process.
  • an oil sand containing around 30% by weight of crude oil via a multi-stage process.
  • C 10 H 22 which actually stands for decane, used.
  • Sand a substance which is exactly described with the Formed SiO 2 stands with the contained oil in a weight ratio of 70% to 30%.
  • the oil sand is thus described by the formula SiO 2 + C 10 H 22 in a rough approximation, wherein SiO 2 has a molecular weight of 60 g / mol and decane has a molecular weight of 142 g / mol. If one takes up 100 g of oil sand, then there are 70 g of SiO 2 and 30 g of "decane" or petroleum. If the amounts of SiO 2 and "decane" contained in it are calculated, SiO 2 is obtained :
  • silicon nitride Si 3 N 4 from oil sand is as follows: First, the oil sand is heated together with Dichlonnethao CH 1 Oj in a klahstofflreicn atmosphere at 1000 0 C. In this case, silicon changes the bond and forms silizimimetrachiodd according to equation (I);
  • the obtained SiuziumchSorid is hydrogenated at room temperature with Lithiumaiuminiumhyc ⁇ rid hydrogenated J. 1 J. according to equation (II),
  • SiCl 4 Since the amount of silicon tetrachloride SiCl 4 is the same due to the same stoichiometric factor, 1 kg of oil sand results in an amount of SiCl 4 of:
  • equation (III) is still the initial amount of silica of 11.67 mol instructive, and the amount of substance of S 3 N 4 compared to that of SiH 4 is one third, applies here:
  • the amount of substance of N 2 is 4/3 compared to that of SiH 4 : from this is calculated for nitrogen a mass of:
  • V 348.4 liters NH 3 .
  • V 261.3 liters CH 4 ,
  • thermodynamic quantities If a ton scale is used, the g lbs can be calculated by kg. kg by ton and liters by m J ! without ⁇ fa ⁇ s the irish value changes ir ⁇ cndwus.
  • equation (I) the following thermodynamic quantities apply:
  • Equation (I) is thus an endothermic reaction at room temperature, since
  • thermodinamic quantities apply:
  • Equation (II) is thus an exothermic reaction since
  • Equation (III) is thus an exothermic reaction
  • reaction is both endothermal at room temperature as well as endergonic oi
  • the reaction can therefore take place at 1300 Kelvin.
  • thermodynamic quantities For equation (VI), the following thermodynamic quantities apply:
  • Equation (IV) is thus an endothermic reaction at room temperature, since
  • silicon carbide Sic In order to obtain silicon carbide Sic, it starts again from silicon tetrachloride SiCl 4 , which is obtained from equation (I) and converts it with methane at 1300 K:
  • thermodynamic quantities apply to equation (I) or (II): reduced:
  • Equation (i) is thus a clearly exothermic reaction at room temperature, since
  • thermodynamic quantities For equation (III), the following thermodynamic quantities apply:
  • Equation (II) is thus an exothermic reaction at 25 ° 3) combustion of silicon with nitrogen:
  • thermodynamic quantities For equation (IV), the following thermodynamic quantities apply:
  • Equation (III) is thus a 25 ° C exothermic reaction there
  • thermodynamic quantities For equation (V), the following thermodynamic quantities apply:
  • Equation (IVj is thus a very strongly endothermic reaction at room temperature, since 5 ⁇ Energy balances for the cycle for m * s at 25 ° C (298 K):
  • HM thus remains an exothermic heat exchanger at room temperature in the course of room temperature
  • silicon carbide and silicon nitride may also be combined as follows.
  • This elemental silicon which is produced in a reduction process (eg by adding aluminum to silicon dioxide) used.
  • a portion of the silicon may be used to bind carbon dioxide resulting, for example, from heating the silica solids.
  • This bonding process produces silicon carbide and CO 2 silicon carbide in a slightly exothermic process.
  • the rest of the silicon can be reacted with nitrogen gas as a reactant to silicon nitride. This process is highly exothermic.
  • Part of the heat energy generated in these exothermic processes can be used to prepare the reductant.
  • the energy can be used to make aluminum (with heat and / or power) from alumina.
  • the processes are preferably spatially separated.
  • inventive processes are characterized by the fact that they are in can advantageously be used to combine the different substances that are formed so that ALON (a lighter and more transparent material) can be produced.
  • the powdery materials are mixed and heated to produce ALON.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Process for providing silicon compounds from silicon dioxide compound, preferably from sand, having the following steps: a) introducing the silicon dioxide compound into a combustion zone, b) heating the combustion zone together with the silicon dioxide compound, c) conversion of silicon dioxide from the silicon dioxide compound into silicon (Si2), wherein a reducing agent is fed in order to remove the oxygen from the silicon dioxide, d) injecting a gaseous reaction partner in order to produce the silicon compound from the silicon (Si2).

Description

Sand, Schiefer und andere Siliziumdioxidfeststoffverbindungen als Ausgangssubstanzen zum Bereitstellen von Siliziumfeststoffverbindungen und entsprechende Verfahren zum Betreiben von Kraftwerken Sand, shale and other silica solid compounds as starting materials for providing silicon solid compounds and related methods of operating power plants
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Europäischen Anmeldung EP 06 022 578.6 mit Titel „Ölhaltige Sande und Schiefer und ihre Gemische als Ausgangssubstanzen zum Binden oder Zerlegen von Kohlenstoffdioxid und Nox, sowie zur Darstellung von kristallinem Silizium und Wasserstoffgas sowie zur Herstellung von Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und Silanen", die am 29.10.2006 eingereicht wurde.This application claims the priority of European application EP 06 022 578.6 entitled "Oily sands and shale and their mixtures as starting materials for binding or decomposing carbon dioxide and NOx, and for the preparation of crystalline silicon and hydrogen gas and for the production of silicon nitride, silicon carbide and silanes filed on 29.10.2006.
Es wird zur Zeit in verschiedenste Richtungen geforscht und entwickelt, um einen Weg zu finden, um anthropogene CO2-Emissionen zu reduzieren. Besonders im Zusammenhang mit der Energieerzeugung, die häufig durch das Verbrennen fossiler Energieträger, wie Kohle oder Gas, erfolgt, aber auch bei anderen Verbrennungsprozessen, zum Beispiel bei der Müllverbrennung, besteht ein grosser Bedarf zur CO2 Reduktion. Es werden pro Jahr hunderte von Millionen Tonnen CO2 durch solche Prozesse in die Atmosphäre abgegeben. Die zur Erzeugung von Wärme benötigten Verbrennungsstoffe erzeugen typischerweise CO2. Bisher ist niemand auf die Idee gekommen Sand (SiO2), Schiefer und andere Siliziumdioxidhaltige Stoffe (z.B. ölhaltigen Sand, ölhaltigen Schiefer (SiO2 + [CO3 ]2), in Bauxit oder teerhaltigen Sanden oder Schiefern, und anderen Gemischen vorhandenen Sand) zu nutzen, um in Kraftwerks- oder kraftwerkähnlichen Prozessen (Wärme-)Energie zu gewinnen. Besonders vorteilhaft wäre dieser Ansatz, wenn mann den CO2 Ausstoss reduzieren oder eliminieren könnte. Weiterhin wäre es ideal, wenn man in solchen Prozessen und Kraftwerken Produkte bereit stellen könnte, die wiederum als „Rohstoffe" für nachgeschaltete Prozesse oder Anlagen dienen könnten.It is currently being researched and developed in a variety of directions to find a way to reduce anthropogenic CO 2 emissions. Particularly in the context of energy production, which is often due to the burning of fossil fuels, such as coal or gas, but also in other combustion processes, for example in waste incineration, there is a great need for CO 2 reduction. Hundreds of millions of tons of CO 2 are released into the atmosphere through such processes every year. The combustion materials needed to generate heat typically produce CO 2 . So far no one has come up with the idea sand (SiO 2 ), shale and other silica-containing substances (eg oily sand, oily slate (SiO 2 + [CO 3 ] 2 ), in bauxite or tar-containing sands or slates, and other mixtures existing sand) to use (heat) energy in power plant or power plant-like processes. This approach would be particularly advantageous if you could reduce or eliminate CO 2 emissions. Furthermore, it would be ideal if products could be provided in such processes and power plants, which in turn could serve as "raw materials" for downstream processes or plants.
Die Vorräte an Sanden und Schiefern und insbesondere an ölhaltigen Sanden (SiO2) und Schiefern (SiO2 + [CO3 ]2) sind enorm.The stocks of sands and slates, and especially of oily sands (SiO 2 ) and slates (SiO 2 + [CO 3 ] 2 ) are enormous.
Sand ist ein natürlich vorkommendes, unverfestigtes Sedimentgestein und kommt in mehr oder weniger großer Konzentration überall auf der Erdoberfläche vor. Ein Großteil der Sandvorkommen besteht aus Quarz (Siliziumdioxid; SiO2).Sand is a naturally occurring, unconsolidated sedimentary rock and occurs in greater or lesser concentrations everywhere on the earth's surface. Much of the sand is quartz (silicon dioxide, SiO 2 ).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche möglichen Rohstoffe zu benennen und ihre technische Darstellung zu beschreiben. Die beim Verfahren zum Einsatz kommenden chemischen Überlegungen sind dadurch gekennzeichnet, dass das in den Sanden und Schiefern und anderen Gemischen vorhandene SiO2 an einer Reaktion (in einem Kraftwerksprozess) teilnimmt, wobei das SiO2 reaktionstechnisch chemisch verändert wird in eine oder mehrere Siliziumverbindungen.The object of the present invention is to identify such possible raw materials and to describe their technical representation. The chemical considerations used in the process are characterized in that the SiO 2 present in the sands and slates and other mixtures participates in a reaction (in a power plant process), wherein the SiO 2 is chemically modified in reaction into one or more silicon compounds.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich durch folgende Merkmale/ Aspekte aus:Further embodiments of the invention are characterized by the following features / aspects:
1) Aus Sand oder anderen SiO2Gemischen, lässt sich durch Verbrennen oder Reaktion zusammen mit flüssigem Aluminium oder heissem Aluminium-Staub Silizium (Si) bereitstellen. Stark vereinfacht dargestellt läuft folgende Reaktion ab: 5"/O2 + Al—→ Si + Al2O11 1) From sand or other SiO 2 mixtures, can be provided by burning or reaction together with liquid aluminum or hot aluminum dust silicon (Si). Simplified, the following reaction takes place: 5 "/ O 2 + Al- → Si + Al 2 O 11
2) Die in einem Ofen bei der thermischen Reaktion des Hauptprozesses frei werdende Wärme z.B. mittels stark komprimiertem Wasserdampf die Turbine eines Dynamos antreiben.2) The heat released in an oven during the thermal reaction of the main process, e.g. using highly compressed water vapor to drive the turbine of a dynamo.
3) Die wichtigsten in der Technik zum Einsatz kommenden Keramiken Siliziumnitrid (Si3N4: mit seiner diamantähnlichen Härte) und Siliziumcarbid (SiC: mit seiner bemerkenswerten Wärmeleitfähigkeit) lassen sich als Rohstoffe kostengünstig und einfach erzeugen.3) The most important ceramics used in technology Silicon nitride (Si 3 N 4 : with its diamond-like hardness) and silicon carbide (SiC: with its remarkable thermal conductivity) can be inexpensively and easily produced as raw materials.
4) Bei Bedarf lässt sich das kristalline Silizium (z.B. als Pulver bei geeigneter Temperatur) nach Zündung direkt mit reinem (kaltem) Stickstoff (z.B. Stickstoff aus der Umgebungsluft) oder mit Stickstoffradikalen zu Siliziumnitrid umsetzen. Diese Reaktion ist stark exotherm. Die hierbei anfallende Wärme kann, wie z.B. in Ziffer 2) beschrieben, zum Einsatz kommen. Es kann zum Beispiel ein Verfahren zur Stickstoffgewinnung zum Einsatz kommen, das aus der Stahlveredelung mit Propangas bekannt ist (Propannitrierung).4) If necessary, the crystalline silicon (e.g., as a powder at a suitable temperature) after ignition can be reacted directly with pure (cold) nitrogen (e.g., nitrogen from the ambient air) or with nitrogen radicals to form silicon nitride. This reaction is highly exothermic. The heat accumulating therefrom may be as e.g. in section 2) are used. For example, a nitrogen recovery process known from steel refining with propane gas (propane nitration) may be used.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details and advantages of the invention will be described below with reference to exemplary embodiments.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispiel beschrieben. Ein erstes Beispiel bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung in einem Kraftwerksbetrieb, um dort Sand mit Stickstoff zu „verbrennen" den bei dieser neuen Form der Energiegewinnung (Ab-)Wärme zur Energieerzeugung einzusetzen. Dieser neuartige Kraftwerksansatz reduziert oder eliminiert den bisher anfallenden CO2-Ausstoss .The invention will now be described by way of example. A first example relates to the application of the invention in a power plant operation to "burn" sand there with nitrogen to use heat for power generation in this new form of energy production.This new type of power plant approach reduces or eliminates the CO 2 produced to date Output.
Gemäss Erfindung geht es um eine Reihe von gezielt ablaufenden chemischen Reaktionen, bei denen aus den Ausgangsstoffen (auch Edukte oder Reaktanten genannt) neue chemische Verbindungen (Produkte genannt) entstehen. Die erfindungsgemässen Reaktionen des eingangs als Hauptprozesses bezeichneten Verfahrens sind so ausgelegt, dass eine stickstoffbasierte „Verbrennung" von SiO2 statt findet.According to the invention, a series of deliberate chemical reactions is involved in which new chemical compounds (called products) are formed from the starting materials (also called reactants or reactants). The Reactions of the invention described at the beginning as the main process are designed such that a nitrogen-based "combustion" of SiO 2 takes place.
Als Ausgangstoff eingesetzt wird in einem ersten Ausführungsbeispiel zum Beispiel Sand (der z.B. mit Mineralöl als Primärenergielieferant versetzt sein kann), oder Schiefer. Diese Ausgangsstoffe werden einer Reaktionskammer, zum Beispiel in Form eines Nachbrenners oder einer Brennkammer, zugeführt. In diese Kammer wird ein Reduktionsmittel eingeblasen oder eingebracht und die Kammer samt der Siliziumdioxidverbindung wird auf hohe Temperaturen gebracht (vorzugsweise geht es um Temperaturen, die höher sind als 10000C, vorzugsweise ca. 13500C). Dadurch wird Sauerstoff vom Siliziumdioxid abgespalten und es liegt hoch reaktives Silizium vor. Durch Einblasen oder Einbringen eines gasförmigen Reaktionspartners (z.B. Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid) kann aus dem Silizium eine Siliziumverbindung hergestellt werden. Die Umwandlung zu einer Siliziumverbindung ist typischerweise exotherm bis stark exotherm, was bedeutet, dass Wärme frei wird. Diese Wärme kann, wie auch in anderen bekannten Kraftwerksprozessen, zur Energieerzeugung oder zur Umwandlung in elektrische oder mechanische Energie eingesetzt werden.As a starting material used in a first embodiment, for example, sand (which may be offset, for example, with mineral oil as the primary energy supplier), or slate. These starting materials are fed to a reaction chamber, for example in the form of an afterburner or a combustion chamber. In this chamber, a reducing agent is injected or introduced and the chamber together with the silicon dioxide compound is brought to high temperatures (preferably it is about temperatures higher than 1000 0 C, preferably about 1350 0 C). As a result, oxygen is split off from the silicon dioxide and there is highly reactive silicon. By blowing in or introducing a gaseous reactant (for example nitrogen or carbon dioxide), a silicon compound can be produced from the silicon. The conversion to a silicon compound is typically exothermic to highly exothermic, meaning that heat is released. This heat can, as in other known power plant processes, be used for energy production or conversion into electrical or mechanical energy.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird CO2 als gasförmiger Reaktionspartner in diese Kammer eingeblasen. Dieses CO2 kann z.B. das CO2- Abgas sein, das bei der Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen in grossen Mengen anfällt und bisher in vielen Fällen in die Atmosphäre entweicht. Zusätzlich wird der Kammer (Umgebung-)Luft zugeführt. Anstatt der Umgebungsluft, oder zusätzlich zur Umgebungsluft kann dem Verfahren Dampf oder hyperkritisches H2O bei über 407° C zugeführt werden. Das Silizium in der Brennkammer reagiert mit dem CO2 zu Siliziumcarbid (SiC). Diese Reaktion ist leicht exotherm.In a preferred embodiment, CO 2 is blown into this chamber as a gaseous reactant. This CO 2 can be, for example, the CO 2 - exhaust gas, which is obtained in the energy production from fossil fuels in large quantities and so far escapes into the atmosphere in many cases. In addition, the chamber (ambient) air is supplied. Instead of the ambient air, or in addition to the ambient air, steam or hypercritical H 2 O at over 407 ° C can be supplied to the process. The silicon in the combustion chamber reacts with the CO 2 to silicon carbide (SiC). This reaction is slightly exothermic.
Weiterhin oder alternativ ist das Einblasen von Stickstoff an anderer Stelle im Verfahren, respektive der Brennkammer vorzusehen.Furthermore or alternatively, the injection of nitrogen at another point in the process, or the combustion chamber provided.
Ausserdem kommt eine Art Katalysator als Reduktionsmittel oder Reduktionspartner zum Einsatz. Besonders geeignet ist Aluminium (flüssig oder pulverförmig). Unter geeigneten Umgebungsbedingungen findet in der Kammer eine Reduktion statt, die wie folgt stark vereinfacht dargestellt werden kann:In addition, a kind of catalyst as a reducing agent or Reduction partner used. Particularly suitable is aluminum (liquid or powdery). Under suitable environmental conditions, a reduction takes place in the chamber, which can be represented greatly simplified as follows:
SiO2 red > SiSiO 2 red > Si
Dass heisst, es wird der im Sand oder Schiefer vorhandene Quarzanteil umgewandelt in kristallines Silizium.This means that the quartz content present in the sand or shale is converted into crystalline silicon.
Das zum Einsatz kommende Mineralöl der Sande kann die Rolle des Primärenergielieferantens übernehmen und wird dann im erfindungsgemässen Verfahren selber pyrolytisch bei Temperaturen über 1000 Grad Celsius weitgehend in Wasserstoff (H2) und eine graphitähnliche Masse zerlegt. Es wird also bei den ablaufenden Reaktionen der Kohlenwasserstoffkette des Mineralöls der Wasserstoff entzogen. Der Wasserstoff kann zum Beispiel in Rohrleitungssysteme der Erdgasindustrie abgeleitet oder in Wasserstofftanks gespeichert werden.The used mineral oil of the sands can take over the role of the primary energy supplier and is then decomposed in the inventive process itself pyrolytic at temperatures above 1000 degrees Celsius largely in hydrogen (H 2 ) and a graphite-like mass. Thus, the hydrogen is removed during the course of the reactions of the hydrocarbon chain of the mineral oil. For example, hydrogen can be diverted to natural gas piping systems or stored in hydrogen tanks.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem Pyrolyseverfahren der Firma Pyromex AG, Schweiz, angewendet. Die vorliegende Erfindung kann aber auch als Ergänzung oder Alternative zu dem sogenannten Oxyfuel-Verfahren eingesetzt werden. So kann zum Beispiel mittels der vorliegenden Erfindung eine Energie-Kaskaden-Wärmegewinnung nach folgendem Ansatz durchgeführt werden. In Abwandlung des Oxyfuel- Verfahrens wird unter Zugabe von Aluminium, vorzugsweise von flüssigem Aluminium, und unter Zusatz von Stickstoff (N2) Hitze erzeugt (analog zum bekannten Wackerunfall). Im Bedarfsfall der Stickstoffkopplung an Silizium wird vorzugsweise die reine Stickstoffatmosphäre aus der Umgebungsluft durch (aus der Propannitrierung bekannt) Verbrennung des Sauerstoffanteils der Luft mit Propangas erreicht.In a further embodiment, the invention in connection with a pyrolysis of the company Pyromex AG, Switzerland, applied. However, the present invention can also be used as a supplement or alternative to the so-called oxyfuel process. Thus, for example, by means of the present invention, an energy cascade heat recovery can be carried out according to the following approach. In a modification of the oxyfuel process, heat is generated with the addition of aluminum, preferably of liquid aluminum, and with the addition of nitrogen (N 2 ) (analogous to the known Wacker accident). If necessary, the nitrogen coupling to silicon is preferably the pure nitrogen atmosphere from the ambient air achieved by (known from the propane nitration) combustion of the oxygen content of the air with propane gas.
Gemäss Erfindung kommt vorzugsweise Aluminium (AI) als Reduktionsmittel oder Reduktionspartner zum Einsatz. Eine wirtschaftliche Gewinnung von Aluminium ist zur Zeit nur aus Bauxit möglich. Bauxit enthält ca. 60 Prozent Aluminiumoxid (AI2O3), ca. 30 Prozent Eisenoxid (Fe2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Wasser. D.h., das Bauxit ist typischerweise stets mit dem Eisenoxid (Fe2O3) und dem Siliziumoxid (SiO2) verunreinigt. Bauxit kann also als Brennstoff oder Brennmaterial in einem erfindungsgemässen Kraftwerk eingesetzt werden, oder es kann Bauxit in einem weiteren Schritt zu Sand oder Schiefer zugegeben werden.According to the invention, preference is given to using aluminum (Al) as reducing agent or reducing partner. Economic extraction of aluminum is currently possible only from bauxite. Bauxite contains about 60 percent alumina (Al 2 O 3 ), about 30 percent iron oxide (Fe 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and Water. That is, the bauxite is typically always contaminated with the iron oxide (Fe 2 O 3 ) and the silicon oxide (SiO 2 ). Bauxite can therefore be used as fuel or fuel in a power plant according to the invention, or bauxite can be added in a further step to sand or shale.
AI2O3 lässt sich wegen der extrem hohen Gitterenergie nicht auf chemischem Wege reduzieren. Technisch gelingt die Herstellung von Aluminium aber durch die Schmelzflusselektrolyse (Kryolith-Tonerde-Verfahren) von Aluminiumoxid AI2O3. Das AI2O3 wird zum Beispiel durch das Bayer-Verfahren gewonnen. Beim Kryolith-Tonerde-Verfahren wird das Aluminiumoxid mit Kryolith (Salz: Na3[AIF6]) geschmolzen und elektrolysiert. Um nicht bei hohen Schmelztemperatur des Aluminiumoxids von 20000C arbeiten zu müssen, wird das Aluminiumoxid in einer Schmelze von Kryolith gelöst. Im Verfahren liegt damit die Arbeitstemperatur liegt nur bei 940 bis 9800C.Al 2 O 3 can not be chemically reduced due to the extremely high lattice energy. Technically, the production of aluminum is possible, but by the fused salt electrolysis (cryolite-alumina method) of aluminum oxide Al 2 O 3. The Al 2 O 3 is obtained, for example, by the Bayer process. In the cryolite-alumina process, the alumina is melted with cryolite (salt: Na 3 [AIF 6 ]) and electrolyzed. In order not to work at high melting temperature of the alumina of 2000 0 C, the alumina is dissolved in a melt of cryolite. In the procedure lies thus the working temperature is only with 940 to 980 0 C.
Bei der Schmelzflusselektrolyse entsteht an der Kathode flüssiges Aluminium und an der Anode Sauerstoff. Als Anoden kommen Kohleblöcke (Graphit) zum Einsatz. Dieses Anoden brennen durch den entstehenden Sauerstoff ab und müssen dauern erneuert werden.In fused-salt electrolysis, liquid aluminum is produced at the cathode and oxygen at the anode. Carbon blacks (graphite) are used as anodes. These anodes burn off due to the oxygen produced and must be renewed continuously.
Es wird als ein wesentlicher Nachteil des Kryolith-Tonerde-Verfahrens angesehen, dass er wegen der hohen Bindungsenergie des Aluminiums sehr energieaufwändig ist. Problematisch für die Umwelt ist die teilweise stattfindende Bildung und Emission von Fluor.It is considered to be a major drawback of the cryolite-clay process that it is very energy-consuming because of the high binding energy of the aluminum. A problem for the environment is the partial formation and emission of fluorine.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann das Bauxit dem Verfahren zugefügt werden, um eine Kühlung des Prozesses zu erreichen. Durch das Bauxit kann man die überschüssige Wärmeenergie im System in den Griff bekommen. Dies geschieht analog zu dem Verfahren, wo einer Eisenschmelze in einem Hochofen Eisenschrott zur Kühlung zugeführt wird, wenn die Eisenschmelze zu heiß wird.In the method according to the invention, the bauxite can be added to the process in order to achieve cooling of the process. With the bauxite you can get the excess heat energy in the system under control. This is analogous to the process where iron scrap is fed to a molten iron in a blast furnace for cooling, when the molten iron is too hot.
Hilfsweise kann Kryolith eingesetzt werden, falls das Verfahren ausser Kontrollen zu geraten droht (siehe Wacker Unfall), um so im Sinne einer Notkühlung die Temperatur im System zu reduzieren. Ebenso wie Siliziumcarbid (SiC) ist Siliziumnitrid (SΪ3N4) ein verschleißfester Werkstoff der bei hochbeanspruchten Teilen im Maschinenbau, Turbinenbau, chemischen Apparaturen, Motorenbau eingesetzt werden kann oder wird.Alternatively, cryolite can be used if the procedure threatens to get out of control (see Wacker accident), so as to reduce the temperature in the system in the sense of emergency cooling. Just like silicon carbide (SiC), silicon nitride (SΪ3N 4 ) is a wear-resistant material that can or will be used on highly stressed parts in mechanical engineering, turbine construction, chemical apparatus, engine construction.
Weitere Details zu den beschriebenen chemischen Abläufen und Energieprozessen sind den folgenden Seiten zu entnehmen.Further details on the described chemical processes and energy processes can be found on the following pages.
Quarzsand lässt sich mit flüssigem Aluminium gemäss dem Lehrbuch Holleman- Wiberg exotherm zu Silizium und Aluminiumoxid umsetzen :Quartz sand can be exothermically converted into silicon and aluminum oxide with liquid aluminum according to the textbook Holleman- Wiberg:
(ex
Figure imgf000008_0002
(ex
Figure imgf000008_0002
Silizium verbrennt mit Stickstoff zu Siliziumnitrid bei 13500C. Die Reaktion ist wiederum exotherm
Figure imgf000008_0001
Silicon burns with nitrogen to silicon nitride at 1350 0 C. The reaction is again exothermic
Figure imgf000008_0001
(exotherm)(Exothermic)
Silizium reagiert mit Kohlenstoff leicht exotherm zu Siliziumcarbid.
Figure imgf000008_0003
Silicon reacts with carbon slightly exothermic to silicon carbide.
Figure imgf000008_0003
(exotherm)(Exothermic)
Andererseits lässt sich Siliziumcarbid direkt aus Sand und Kohlenstoff bei rund 20000C endotherm gewinnen :
Figure imgf000008_0004
On the other hand, silicon carbide can be obtained endothermically directly from sand and carbon at around 2000 ° C.
Figure imgf000008_0004
(endotherm)(Endothermic)
Um aus dem Nebenprodukt Bauxit resp. Aluminiumoxid AI2O3 wieder Aluminium zurückzugewinnen, elektrolysiert man flüssiges AI2O3 (Schmelzpunkt 20450C) ohne Kryolithzugabe zu Aluminium und Sauerstoff. Die Reaktion ist stark endotherm und wird zur Kühlung der exothermen Reaktionen herangezogen. 2 AI2O3 (I) -» 4 Al (I) + 3 O2 (g) Δ H = +1676,8 kJ/MolTo from the by-product bauxite resp. Alumina Al 2 O 3 again recover aluminum, electrolyzed liquid Al 2 O 3 (melting point 2045 0 C) without Kryolithzugabe to aluminum and oxygen. The reaction is highly endothermic and is used to cool the exothermic reactions. 2 Al 2 O 3 (I) -> 4 Al (I) + 3 O 2 (g) Δ H = +1676.8 kJ / mol
(endotherm)(Endothermic)
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Thermitreaktion (Redoxreaktion) eingesetzt, bei der Aluminium als Reduktionsmittel benutzt wird, um Eisen(III)-oxid zu Eisen zu reduzieren.According to a further embodiment of the invention, a thermite reaction (redox reaction) is used in which aluminum is used as a reducing agent to reduce iron (III) oxide to iron.
Fe2O3 + 2 Al — > 2 Fe + Al2O3 Fe 2 O 3 + 2 Al -> 2 Fe + Al 2 O 3
Die Reaktionsprodukte sind Aluminiumoxid und elementares Eisen. Die Reaktion läuft sehr stark exotherm ab und es entsteht eine grosse Hitze. Der Brennvorgang ist eine stark exotherme Reaktion und es entstehen bis zu 25000C. Das Aluminium und das Eisen(III)-oxid wird somit aufgrund der erreichten Temperaturen flüssig.The reaction products are alumina and elemental iron. The reaction is very exothermic and there is a great deal of heat. The firing process is a highly exothermic reaction and it produces up to 2500 0 C. The aluminum and the iron (III) oxide is therefore liquid due to the temperatures reached.
Mittels einer solchen Thermitreaktion kann die Reduktion des Siliziumdioxids zu Silizium eingeleitet oder unterhalten werden (aluminothermische Reduktion von Siliziumdioxid). Auch das Siliziumdioxid wird flüssig. Da brennendes Thermit keinen externen Sauerstoff benötigt, kann die Reaktion nicht erstickt werden und in jeder Umgebung weiter brennen. D.h. es kann gleichzeitig Stickstoff zugeführt werden ohne die Reaktion zu unterbinden und um so Siliziumnitrid zu erzeugen.By means of such a thermite reaction, the reduction of the silicon dioxide to silicon can be initiated or maintained (aluminothermic reduction of silicon dioxide). The silica also becomes liquid. Since burning thermite does not require external oxygen, the reaction can not be stifled and continue to burn in any environment. That Nitrogen can be added at the same time without stopping the reaction and thus producing silicon nitride.
Um die Umsetzung von Siliziumdioxid zu Silizium und die Umsetzung („Verbrennung") zu Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid zu unterstützen, kann von Zeit zu Zeit die Thermitreaktion angeschoben werden, indem z.B. Aluminium und das Eisen(III)-oxid eingebracht wird.To aid in the conversion of silica to silicon and the conversion ("combustion") to silicon carbide or silicon nitride, from time to time the thermite reaction may be initiated by, for example, introducing aluminum and the ferric oxide.
Im Folgenden wird beispielhaft die Herstellung von Siliziumcarbid und Siliziumnitrid aus ölhaltigem Sand beschrieben. Dabei handelt es sich aber um eine spezifische Ausführungsform der Erfindung. Herstellung von Siliziumcarbid und Siliziumnitrid aus OelsandThe production of silicon carbide and silicon nitride from oily sand is described below by way of example. However, this is a specific embodiment of the invention. Production of silicon carbide and silicon nitride from oil sand
1 . Einleitung und „Formel" für Oelsand1 . Introduction and "formula " for Oelsand
Aus einem Oelsand mit rund 30 Gewichtsprozent Erdöl können über einen mehrstufigen Prozess die keramischen Werkstoffe Siliziumnitrid Si3N4 und Siliziumcarbid SiC erhalten werden. Um mit dem chemisch sehr komplexen Gemisch verschiedenster Kohlenwasserstoff- verbindungen, welche als Erdöl bekannt ist, stöchiometrisch sinnvoll umgehen zu können, wird stell vertretend für das Erdöl die Formel C10H22, welche eigentlich für Decan steht, verwendet. Sand ein Stoff, der exakt mit der Formet SiO2 beschrieben wird, steht mit dem darin enthaltenen Erdöl in einem Gewichtsverhältnis von 70% zu 30%. Der Oelsand wird also mit der Formel SiO2 + C10H22 in einer groben Näherung beschrieben, wobei SiO2 ein Molekulargewicht von 60 g/Mol und Decan ein Molekulargewicht von 142 g/Mol mitbringt. Nimmt man 100 g Oelsand, so liegen 70 g SiO2 und 30 g „Decan" oder Erdöl vor. Rechnet man die darin enthaltenen Stoffmengen von SiO2 und „Decan" aus, so erhält man für SiO2:
Figure imgf000010_0001
The ceramic materials silicon nitride Si 3 N 4 and silicon carbide SiC can be obtained from an oil sand containing around 30% by weight of crude oil via a multi-stage process. In order to be able to deal with the chemically very complex mixture of various hydrocarbon compounds, which is known as petroleum, stoichiometrically sensible, is representative of the petroleum formula C 10 H 22 , which actually stands for decane, used. Sand a substance which is exactly described with the Formed SiO 2 stands with the contained oil in a weight ratio of 70% to 30%. The oil sand is thus described by the formula SiO 2 + C 10 H 22 in a rough approximation, wherein SiO 2 has a molecular weight of 60 g / mol and decane has a molecular weight of 142 g / mol. If one takes up 100 g of oil sand, then there are 70 g of SiO 2 and 30 g of "decane" or petroleum. If the amounts of SiO 2 and "decane" contained in it are calculated, SiO 2 is obtained :
Figure imgf000010_0001
Und für Erdöl :
Figure imgf000010_0002
And for petroleum:
Figure imgf000010_0002
Worden beide Molzahlen mit 5 multipliziert, so erhält man für SiO2 5.833 Mol und für C10 H22 Number of moles multiplied both by 5, one obtains 5.833 mol of SiO 2 and for C 10 H 22
1.056 Mol, was rund 6 Mol SiO2 auf ein mol C10H22 ausmacht. Für Oelsand kann deshalb in guter Näherung die Formel 6 SiO2 + „I" C10H22 verwendet werden.1,056 mol, which makes up about 6 moles of SiO 2 per mole of C 10 H 22 . For oil sand, therefore, the formula 6 SiO 2 + "I" C 10 H 22 can be used to a good approximation.
2. Syntheseweg2. Synthesis path
Die Darstellung von Siliziumnitrid Si3N4 aus Oelsand gestaltet sich wie folgt: Zuerst wird der Oelsand zusammen mit Dichlonnethao CH1Oj in einer sauefstofflreicn Atmosphäre auf 1000 0C erhitzt. Dabei wechselt Silizium den ßindung^partner und bildet Siliziiimletrachiodd gemäss der Gleichung (I);
Figure imgf000010_0003
The representation of silicon nitride Si 3 N 4 from oil sand is as follows: First, the oil sand is heated together with Dichlonnethao CH 1 Oj in a säuhstofflreicn atmosphere at 1000 0 C. In this case, silicon changes the bond and forms silizimimetrachiodd according to equation (I);
Figure imgf000010_0003
In einem /weiten Schritt wird das erhaltene SiUziumchSorid hei Raumtemperatur mit Lithiumaiuminiumhycϊrid hydriert j 1 J. gemäss Gleichung (II),
Figure imgf000010_0004
In a wide step, the obtained SiuziumchSorid is hydrogenated at room temperature with Lithiumaiuminiumhycϊrid hydrogenated J. 1 J. according to equation (II),
Figure imgf000010_0004
Schlicsslkh wird das erhaltene MonostLm StH f in reinem Stickstoff verbrannt, Gleichung (UI):Finally, the resulting MonostLm StH f is burnt in pure nitrogen, equation (UI):
Figure imgf000010_0005
Um Siliziumcarbid SiC zu erhalten, könnte man anstelle der energetisch sehr aufwendigen Hochtemperaturreaktion (Gleichung IV), welche bei 2000°C stattfindet, auch einen energetisch günstigeren Reaktionsweg finden.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000010_0005
In order to obtain silicon carbide SiC, one could find instead of the energetically very expensive high temperature reaction (equation IV), which takes place at 2000 ° C, also a more energetically favorable reaction path.
Figure imgf000011_0001
Dabei geht man erneut von Siliziumtetrachlorid SiCI4 aus, welches aus Gleichung (I) erhalten wird, und setzt es mit Graphit oder Methan um:
Figure imgf000011_0002
It starts again from silicon tetrachloride SiCI 4 , which is obtained from equation (I), and converts it with graphite or methane:
Figure imgf000011_0002
Oder:
Figure imgf000011_0003
Or:
Figure imgf000011_0003
3. Stöchiometrische Berechnungen3. Stoichiometric calculations
Wenn von 1 kg Oelsand ausgegangen wird, so sind darin 700 g Siliziumdioxid und 300 g „Decan" enthalten. Umgerechnet in die Stoffmengen ergibt sich für Siliziumdioxid n = 1 1.67 Mol und für „Decan" n * 2.1 1 Mol. Gemäss der Gleichung (I) gelten für die Verbindungen folgende relative Molekulargewichte:If 1 kg of oil sand is assumed, this contains 700 g of silicon dioxide and 300 g of "decane." Converted into the molar amounts, for silicon dioxide n = 1, 1.16 mol and for "decane" n * 2.1, 1 mol is obtained. I) the following relative molecular weights apply to the compounds:
Figure imgf000011_0004
Figure imgf000011_0004
Da die Stoffmenge für Siliziumtetrachlorid SiCI4 wegen dem gleichen stöchiometrischen Faktor dieselbe ist, resultiert aus 1 kg Oelsand eine Menge an S1CI4 von:
Figure imgf000011_0005
Since the amount of silicon tetrachloride SiCl 4 is the same due to the same stoichiometric factor, 1 kg of oil sand results in an amount of SiCl 4 of:
Figure imgf000011_0005
Wegen der doppelten Stoffmenge von CO gegenüber SiO2 resultiert eine Masse an CO von:
Figure imgf000011_0006
Because of the double amount of CO compared to SiO 2 , a mass of CO results from:
Figure imgf000011_0006
Wegen 10-facher Stαfftnenge an Methan Cl U gegenüber "Dtx'atT ergibt sieh eine Masse umDue to a 10-fold increase in methane Cl U compared to " Dtx'atT, a mass is converted
THt von:
Figure imgf000011_0007
Wegen der halben ϊstofϊmenge von Hj gegenüber Sif K resultiert eine Masse an H2 von:
Figure imgf000011_0008
Da bei C iidehung Ui) alle stftchmmerri sehen Pakloron gleich eins &»κl, gilt weilen
TH t from:
Figure imgf000011_0007
Because of the half ϊstofϊmenge of Hj compared to Sif K results in a mass of H2 from:
Figure imgf000011_0008
Since in case of U ii), all sttchmmerri pakloron equals one k, it holds
Figure imgf000011_0009
Damit ist:
Figure imgf000011_0009
This is:
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
Da bei Gleichung (III) immer noch die anfängliche Stoffmenge des Siliziumdioxids von 11.67 Mol anweisend ist, und die Stoffmenge von S3N4 gegenüber derjenigen von SiH4 einen Drittel beträgt, gilt hier:Since equation (III) is still the initial amount of silica of 11.67 mol instructive, and the amount of substance of S 3 N 4 compared to that of SiH 4 is one third, applies here:
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0002
Die Stoffmenge von N2 beträgt 4/3 gegenüber derjenigen von SiH4: daraus berechnet sich für Stickstoff eine Masse von:
Figure imgf000012_0003
The amount of substance of N 2 is 4/3 compared to that of SiH 4 : from this is calculated for nitrogen a mass of:
Figure imgf000012_0003
Auf das Volumen umgerechnet entsprechen diese 435.5 g N2 bei einem Molvolumen von 22.4 Litern: V = 348.4 Liter N2.Converted to the volume, these correspond to 435.5 g N 2 with a molar volume of 22.4 liters: V = 348.4 liters N 2 .
Auch bei NH3 beträgt die Stoftmenge 4/3 gegenüber derjenigen von SiH4:
Figure imgf000012_0004
Auf das Volumen umgerechnet entsprechen diese 264.4gNH3 bei einem Molvolumen von
Even with NH 3 , the amount of substance is 4/3 compared to that of SiH 4 :
Figure imgf000012_0004
Converted to the volume, these correspond to 264.4gNH 3 at a molar volume of
22,4 Litern wiederum: V = 348.4 Liter NH3.22.4 liters in turn: V = 348.4 liters NH 3 .
Für Gleichung (V) gilt schliesslich nochmals die anfängliche Stoffmenge von 1 1 ,67 Mol fürFor equation (V), finally, the initial amount of substance of 1 1, 67 mol for
Siliziumtetrachlorid:Silicon tetrachloride:
Figure imgf000012_0005
Figure imgf000012_0005
Damit ist: m(SiC) =
Figure imgf000012_0007
Thus: m (SiC) =
Figure imgf000012_0007
CHi) =
Figure imgf000012_0008
CHi) =
Figure imgf000012_0008
Auf das Volumen sprechen diese 186.7gCH4 bei einem Molvolumen vonOn the volume speak these 186.7gCH 4 at a molar volume of
22,4 Litern: V = 261.3 Liter CH4,
Figure imgf000012_0006
22.4 liters: V = 261.3 liters CH 4 ,
Figure imgf000012_0006
Wenn im Tonnen massstab gerechnet wird, können die l'lπheifen g durch kg. kg durch Tonne t und Liter durch mJ ersetz! werden, ohne ιfaκs sich an den /jhlerwerten seihst ir^cndwus ändert. Für Gleichung ( I) gelten folgende thermodynamische Grössen:
Figure imgf000013_0001
If a ton scale is used, the g lbs can be calculated by kg. kg by ton and liters by m J ! without ιfaκs the irish value changes ir ^ cndwus. For equation (I) the following thermodynamic quantities apply:
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0014
Figure imgf000013_0014
Für berechnet sich der Wert wie folgt:
Figure imgf000013_0002
For, the value is calculated as follows:
Figure imgf000013_0002
Gleichung (I) ist somit eine bei Raumtemperatur endotherm verlaufende Reaktion, da
Figure imgf000013_0003
Equation (I) is thus an endothermic reaction at room temperature, since
Figure imgf000013_0003
Für ΔS wirf folgender Wert erhalten:
Figure imgf000013_0004
For ΔS, the following value is obtained:
Figure imgf000013_0004
Die Entropie wird vergrössert, damit wird Gleichung (I) zumindest von der Triebkraft der Entropie her begünstigt, vermutlich nach der Produktseite hin reagieren. Um diese Frage abschliessend zu beantworten, muss die freie Enhalpieänderung ΔG noch berechnet werden, wobei die Formel
Figure imgf000013_0005
verwendet wird, FtIr die Temperatur T werden die standardisierten 291 Kelvin eingesetzt. Somit beträgt
Figure imgf000013_0006
The entropy is increased so that equation (I) is favored at least by the driving force of entropy, presumably reacting towards the product side. To answer this question conclusively, the free enthalpy change ΔG has to be calculated, where the formula
Figure imgf000013_0005
For temperature T, the standardized 291 Kelvin are used. Thus, amounts
Figure imgf000013_0006
Bei Raumtemperatur ist die freie EnthaJ^ieitiidenin positiv, was besagt, class dieAt room temperature the free enthalpy is positive, which indicates that
Reaktion (I) bei dieser Temperatur cntlergonisch, re
Figure imgf000013_0007
nicht freiwillig abläuft. Die Triebkraft der Entropie genügt also letztlich nicht, die Reaktion auf die Produktseite hin zu verschieben, da der endotherme Beitrag der Wärmetönung dem zu stark entgegenwirkt.
Reaction (I) at this temperature, cntlergonically, re
Figure imgf000013_0007
not voluntary. Ultimately, the driving force of entropy does not suffice to shift the reaction towards the product side, since the endothermic contribution of the heat of reaction counteracts this too much.
Wie wirkt si eratursteigerung au
Figure imgf000013_0012
und u u wir
Figure imgf000013_0013
Figure imgf000013_0008
How does the increase in prices affect you?
Figure imgf000013_0012
and uu us
Figure imgf000013_0013
Figure imgf000013_0008
1300K) und
Figure imgf000013_0009
über die Aenderung der Wärmekapazität ei isobaren
1300K) and
Figure imgf000013_0009
about the change in heat capacity is isobaric
Bedingungen berechnet
Figure imgf000013_0010
Conditions calculated
Figure imgf000013_0010
Figure imgf000013_0011
Für Gleichung (II) gelten folgende thermodinamische Grössen:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000013_0011
For equation (II) the following thermodinamic quantities apply:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0012
Figure imgf000014_0005
Figure imgf000014_0012
Figure imgf000014_0005
Gleichung (II) ist somit eine exotherme Reaktion, da
Figure imgf000014_0006
Equation (II) is thus an exothermic reaction since
Figure imgf000014_0006
Für kann der Wert der Entropieänderung nicht ermittelt werden, da die Entropieangabe für LiAlH4 nicht gefunden wunde [ 2]. 1 Hingegen ist diese Reaktion im Lehrbuch der Anor- ganischen Chemie von Hollemann-Wiberg [1 ] als eine bei Raumtemperatur spontan, resp. exergonisch verlaufende beschrieben, was den Hinweis dafür liefert, dass sein muss.
Figure imgf000014_0011
For the value of the entropy change can not be determined because the Entropieangabe for LiAlH 4 not found wound [2]. 1 By contrast, this reaction in the Lehrbuch der Anorgische Chemie by Hollemann-Wiberg [1] is spontaneous, resp. described exergonic running, which provides the indication that must be.
Figure imgf000014_0011
Für Oleiehung (IU) gelten folgende thcπnodytiamische Grössen:
Figure imgf000014_0002
For oleoation (IU), the following thcπnodytiamic quantities apply:
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0013
Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0013
Figure imgf000014_0003
Gleichung (III) ist somit eine exotherm« Reaktion» da
Figure imgf000014_0004
Equation (III) is thus an exothermic reaction
Figure imgf000014_0004
Für wird folgender Wert erhalten:
Figure imgf000014_0007
das heisst, die Reaktion fuhrt 2U einer Entropieaboali nie.
Figure imgf000014_0008
For, the following value is obtained:
Figure imgf000014_0007
that is, the reaction never leads an entropieaboali.
Figure imgf000014_0008
Figure imgf000014_0009
Figure imgf000014_0009
Bei Raumtemperatur ist die freie Enthalpie
Figure imgf000014_0010
somit negativ, was besagt, dass die Reaktion ( III) bei dieser Temperatur exergonisch, d. h. vollkommen spontan, resp, ganz freiwillig ohne äusseren Zwang abläuft. Bloss wegen der für die Aufbrechung des N2-Moleküls benötigten Aktlvierungsenergie muss dennoch eine Zündtemperatur von etwa 900 K gewählt werden, um die Reaktion in Gang setzen, Anschliessend unterhält sich die Reaktion von alleine. Für Gleichung (V) gelten folgende thermodynamische grössen:
Figure imgf000015_0001
At room temperature, the free enthalpy
Figure imgf000014_0010
thus negative, which means that the reaction (III) at this temperature is exergonic, ie completely spontaneous, resp., entirely voluntary without external compulsion. However, because of the activation energy needed to break up the N 2 molecule, an ignition temperature of about 900 K must still be selected to initiate the reaction, and then the reaction will continue on its own. For equation (V) the following thermodynamic quantities apply:
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0010
Figure imgf000015_0002
g (V) ist somit eine bei Raumtemperatur endotherm verlaufende Reaktion, da
Figure imgf000015_0003
findet statt
Figure imgf000015_0010
Figure imgf000015_0002
g (V) is thus an endothermic reaction at room temperature, since
Figure imgf000015_0003
takes place
Mit
Figure imgf000015_0004
With
Figure imgf000015_0004
= -= -
Die Reaktion ist bei Raumtemperatur sowohl endother
Figure imgf000015_0009
als auch endergonisch oi
The reaction is both endothermal at room temperature
Figure imgf000015_0009
as well as endergonic oi
Figure imgf000015_0005
Figure imgf000015_0005
Die Reaktion kann also bei 1300 Kelvin stattfinden.The reaction can therefore take place at 1300 Kelvin.
Für Gleichung (VI) gelten folgende thermodynamische Grössen:
Figure imgf000015_0006
For equation (VI), the following thermodynamic quantities apply:
Figure imgf000015_0006
Figure imgf000015_0011
Figure imgf000015_0007
Figure imgf000015_0011
Figure imgf000015_0007
Gleichung (IV) ist somit eine bei Raumtemperatur endotherm verlaufende Reaktion, daEquation (IV) is thus an endothermic reaction at room temperature, since
Figure imgf000015_0008
Figure imgf000016_0004
Sie kann somit bei Raumtemperatur nicht ablaufen. Wie siehi es bei einer Temperatur von 1300 Kelvin aus?
Figure imgf000015_0008
Figure imgf000016_0004
It can therefore not run off at room temperature. What does it look like at a temperature of 1300 Kelvin?
Figure imgf000016_0005
AG(1300K) +378,5 kJ/Mol, die Reaktion bleibt auch bei 1300 K unverändert endergonisch.
Figure imgf000016_0005
AG (1300K) +378.5 kJ / mol, the reaction remains unchanged at 1300 K endergonic.
Diese letzte Reaktion veranschauliche auf demonstrative Weise, dass sich nicht jedes Gleichgewicht mit einer lemperatursteigerung auf die andere Seile verschieben lässt, gelegentlich bleibt alles beim Alten und der vorgeschlagene Reaktϊonsweg muss verworfen werden. So jedenfalls geschieht dies bei dieser reaktion.This last reaction demonstrates in a demonstrative way that not every equilibrium can be shifted to the other ropes with a temperature increase, occasionally everything remains the same and the proposed reaction path must be discarded. At least this happens in this reaction.
5. Zusammenfassung5. Summary
Der unter Kapitel 2 beschriebene Syntheseweg kann mit den vorgeschlagenen Reaktionsgleichungen durchgeführt werden, wenn die entsprechenden themodynamisch günstigen Temperaturen eingehalten werden, wobei Reaktion (Vl) die Ausnahme darstellt, weil sie bei keiner der berechneten Temperaturen stattfinden kann. Damit zeichnet sich ein klarer Syntheseweg für die Darstellung von Siliziumnitrid Si3N4 und Siliziumcarbid SiC ab, der nachfolgend unter Ergänzung der nötigen Betriebstemperaturen nochmals beschrieben wird. Zuerst wird der Oelsand zusammen mit Dichlormethan CH2Cl2 in einer sauerstoffreien Atmosphäre auf 1300 Kelvin (1000 °C) erhitzt. Dabei wechselt Silizium den Bindungspartner und bildet Siliziumtetrachlorid gemäss der Gleichung (I):The synthetic route described in Chapter 2 can be carried out with the proposed reaction equations if the corresponding thermodynamically favorable temperatures are observed, reaction (VI) being the exception because it can not take place at any of the calculated temperatures. This distinguishes a clear synthetic route for the preparation of silicon nitride Si 3 N 4 and silicon carbide SiC, which will be described again below, supplementing the necessary operating temperatures. First, the oil sand is heated to 1300 Kelvin (1000 ° C) together with dichloromethane CH 2 Cl 2 in an oxygen-free atmosphere. In this case, silicon changes the binding partner and forms silicon tetrachloride according to equation (I):
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
In einem /weiten Schrift wird das erhaltene SÜiziuinchlcirid bei Raumtemperatur mit ΪJthiumalutniniumh>drid hydriert [I], gemä&s Gleichung (II),In a broad text, the resulting succinic chloride is hydrogenated at room temperature with alJthiumalutniniumh> drid [I], according to equation (II),
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
Schlϊesslich w ird das erhaltene Munosilan SiJ i4 in reinem Stickstoff verbrannt» öleichung (Hi U wobei die /tiiyiemperatur \^egen der JUΓ Λufbrcchung des Stick&totTmpleköls benörigten Aktivicrungsencrgie schäl/ungjjweise 60Λ K über der Raumtemperatur liegenSchlϊesslich w ill the resulting Munosilan SiJ i 4 combusted in pure nitrogen "öleichung (Hi U wherein the / tiiyiemperatur \ ^ ay of JUΓ Λufbrcchung of Stick & totTmpleköls benörigten Aktivicrungsencrgie peeling / ungjjweise 60Λ K higher than the room temperature
ItttISS'ItttISS '
Figure imgf000016_0003
Um Siliziumcarbid Sic zu erhalten, geht man erneut von Siliziumtetrachlorid SiCl4 aus, welches aus Gleichung (I) erhalten wird und setzt es mit Methan bei 1300 K um:
Figure imgf000016_0003
In order to obtain silicon carbide Sic, it starts again from silicon tetrachloride SiCl 4 , which is obtained from equation (I) and converts it with methane at 1300 K:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
Anstelle des bei Gleichung Cl) erhaltenen Mönosiktis können geniäss [1] über PoIy meri- sationsreaktiorien von SiClj auch höhere Si.ylchloriJc und durch die nachfolgende Hydrierung mil LiAlH* auch höhere Silane erhalten werden, wie die nachfolgenden Reaktionsgleichungen aufzeigen:Instead of the monosiktis obtained in equation Cl), it is also possible to obtain higher silyl chlorides by polymerization reactions of SiClj and also higher silanes by the subsequent hydrogenation with LiAlH *, as shown by the following reaction equations:
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0002
Höhere Silane (ab Si7H16) bringen den Vorteil mit sich, dass sie nicht mehr selbstentzündlich sind und sich viel kontrollierter verbrennen lassen als SiH4. Demzufolge ist auch eine Verbrennung mit reinem Stickstoff dann bevorzugt, wenn höhere Silane zu dieser Reaktion gelangen.Higher silanes (from Si 7 H 16 ) have the advantage that they are no longer self-igniting and can be burned much more controlled than SiH 4 . Accordingly, combustion with pure nitrogen is preferred when higher silanes arrive at this reaction.
Im Folgenden wird beispielhaft die Herstellung von Siliziumcarbid und Siliziumnitrid aus ölhaltigem Sand anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei handelt es sich aber um eine spezifische Ausführungsform der Erfindung. 1 ) Verbrennung von Oelsand:The production of silicon carbide and silicon nitride from oily sand is described below by way of example with reference to a further exemplary embodiment. However, this is a specific embodiment of the invention. 1) combustion of oil sand:
Um Oelsand näherungsweise stöchiometrisch zu erfassen, wird mit der chemisch überschaubaren Formel
Figure imgf000018_0006
gearbeitet
To capture oil sand approximately stoichiometrically, with the chemically manageable formula
Figure imgf000018_0006
worked
Für Gleichung ( I) oder ( II) gelten folgende thermodynamische Grössen:
Figure imgf000018_0002
gekürzt:
Figure imgf000018_0001
The following thermodynamic quantities apply to equation (I) or (II):
Figure imgf000018_0002
reduced:
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0009
Figure imgf000018_0009
Für ΔH berechnet sich der Wert wie folgt:
Figure imgf000018_0003
For ΔH the value is calculated as follows:
Figure imgf000018_0003
Gleichung (i) ist somit eine bei Raumtemperatur deutlich exotherm verlaufende Reaktion, da
Figure imgf000018_0004
Equation (i) is thus a clearly exothermic reaction at room temperature, since
Figure imgf000018_0004
2) Reduktion von Siliziumdioxid mit Aluminium:2) Reduction of silica with aluminum:
Für Gleichung (III) gelten folgende thermodynamische Grössen:
Figure imgf000018_0007
For equation (III), the following thermodynamic quantities apply:
Figure imgf000018_0007
Figure imgf000018_0010
Figure imgf000018_0005
Gleichung ( II) ist somit eine bei 25° exotherme Reaktion da
Figure imgf000018_0008
3) Verbrennung von Silizium mit Stickstoff:
Figure imgf000018_0010
Figure imgf000018_0005
Equation (II) is thus an exothermic reaction at 25 °
Figure imgf000018_0008
3) combustion of silicon with nitrogen:
F ür Gleichung (IV ) gelten folgende thermodynamische Grössen:
Figure imgf000019_0001
For equation (IV), the following thermodynamic quantities apply:
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0008
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000019_0008
Figure imgf000019_0002
Gleichung ( III) ist somit eine 25 °C exotherme Reaktion da
Figure imgf000019_0006
Equation (III) is thus a 25 ° C exothermic reaction there
Figure imgf000019_0006
4) Reduktion von Aluminiumoxid (Bauxit) zu Aluminium:4) Reduction of alumina (bauxite) to aluminum:
Für Gleichung (V) gelten folgende thermodynamische Grössen:
Figure imgf000019_0003
For equation (V), the following thermodynamic quantities apply:
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0007
Figure imgf000019_0004
Figure imgf000019_0007
Figure imgf000019_0004
Gleichung (IVj ist somit eine bei Raumtemperatur sehr stark endotherm verlaufende Reaktion, da
Figure imgf000019_0005
5} Energiebilanzen für den Kreislau fρr»m*s bei 25°C (298 K):
Equation (IVj is thus a very strongly endothermic reaction at room temperature, since
Figure imgf000019_0005
5} Energy balances for the cycle for m * s at 25 ° C (298 K):
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
HM bleibt also Im Krd.slaufpruzess bei Raumtemperatur ein exothermer Wäππebcfcrag vonHM thus remains an exothermic heat exchanger at room temperature in the course of room temperature
5 '384 IcJ übrig.5'384 IcJ left.
Die Herstellung von Siliziumcarbid und Siliziumnitrid kann auch wie folgt miteinander kombiniert werden. Dabei wird elementares Silizium, das in einem Reduktionsprozess (z.B. durch Zugabe von Aluminium zu Siliziumdioxid) hergestellt wird, eingesetzt. Ein Teil des Siliziums kann verwendet werden, um Kohlenstoffdioxid, das zum Beispiel beim Erhitzen des Siliziumdioxidfeststoffs entsteht, zu binden. Bei diesem Bindungsprozess entsteht als dem Silizium und dem CO2 Siliziumcarbid in einem leicht exothermen Prozess. Der Rest des Siliziums kann zusammen mit Stickstoffgas als Reaktionspartner zu Siliziumnitrid umgesetzt werden. Dieser Prozess ist stark exotherm.The production of silicon carbide and silicon nitride may also be combined as follows. This elemental silicon, which is produced in a reduction process (eg by adding aluminum to silicon dioxide) used. A portion of the silicon may be used to bind carbon dioxide resulting, for example, from heating the silica solids. This bonding process produces silicon carbide and CO 2 silicon carbide in a slightly exothermic process. The rest of the silicon can be reacted with nitrogen gas as a reactant to silicon nitride. This process is highly exothermic.
Ein Teil der Wärmeenergie, die in diesem exothermen Prozessen entsteht, kann eingesetzt werden um das Reduktionsmittel aufzubereiten, bzw. bereit zustellen. So kann zum Beispiel die Energie eingesetzt werden, um aus Aluminiumoxid Aluminium herzustellen (mit Wärme und/oder Stromzufuhr). Die Prozesse sind vorzugsweise räumlich getrennt.Part of the heat energy generated in these exothermic processes can be used to prepare the reductant. For example, the energy can be used to make aluminum (with heat and / or power) from alumina. The processes are preferably spatially separated.
Die erfindungsgemässen Prozesse zeichnen sich dadurch aus, dass sie in vorteilhafter Weise eingesetzt werden können, um die verschiedenen Stoffe, die entstehen so zu kombinieren, dass ALON (ein leichter und transparenter Werkstoff) hergestellt werden kann. Dabei werden die pulverförmigen Materialen vermengt und erhitzt, um ALON zu erzeugen. The inventive processes are characterized by the fact that they are in can advantageously be used to combine the different substances that are formed so that ALON (a lighter and more transparent material) can be produced. The powdery materials are mixed and heated to produce ALON.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zum Bereitstellen von Siliziumfeststoffverbindungen aus Siliziumdioxidfeststoffverbindungen, vorzugsweise aus Sand, mit den folgenden Schritten : a) Einbringen der Siliziumdioxidfeststoffverbindung in eine Brennzone, b) Erhitzen der Brennzone samt der Siliziumdioxidfeststoffverbindung, c) Umwandlung von Siliziumdioxid aus der Siliziumdioxidfeststoffverbindung in Silizium (Si2), wobei ein Reduktionsmittel zugeführt wird, um den Sauerstoff vom Siliziumdioxid abzuspalten, d) Einblasen eines gasförmigen Reaktionspartners, um aus dem Silizium (Si2) die Siliziumfeststoffverbindung herzustellen, e) Einsetzen eines Teils der Wärmeenergie, die beim Herstellen der Siliziumfeststoffverbindung frei wird, um das Reduktionsmittel in einem Reduktionsprozess bereit zu stellen.A method of providing silicon solid compounds from silica solid compounds, preferably sand, comprising the steps of: a) introducing the silica solid compound into a firing zone, b) heating the firing zone together with the silica solid compound, c) converting silica from the silica solid compound into silicon (Si 2 d) injecting a gaseous reactant to produce the silicon solid compound from the silicon (Si 2 ); e) employing a portion of the heat energy released upon production of the silicon solid compound; to provide the reducing agent in a reduction process.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Siliziumverbindung um Siliziumnitrid (Si3N4) handelt und Stickstoff, vorzugsweise Stickstoffradikale, in Schritt d) als gasförmiger Reaktionspartner dienen.2. The method of claim 1, wherein the silicon compound is silicon nitride (Si 3 N 4 ) and nitrogen, preferably nitrogen radicals, in step d) serve as a gaseous reactant.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Siliziumverbindung um Siliziumcarbid handelt und gasförmiges CO2, in Schritt d) als gasförmiger Reaktionspartner dient.3. The method of claim 1, wherein the silicon compound is silicon carbide and gaseous CO 2 , in step d) serves as a gaseous reactant.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei in Schritt c) flüssiges oder pulverförmiges Aluminium als Reduktionsmittel zugeführt wird.4. The method of claim 1, 2 or 3, wherein in step c) liquid or powdered aluminum is supplied as a reducing agent.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei in einem vorherigen oder zeitgleiche ablaufenden Schritt das flüssige oder pulverförmige Aluminium aus Bauxit oder AI2O3 bereitgestellt wird.5. The method according to claim 4, wherein in a previous or simultaneous running step, the liquid or powdered aluminum from bauxite or Al 2 O 3 is provided.
6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei atomaren Sauerstoff eingesetzt wird, um den Stickstoff zu radikalisieren.6. The method of claim 2, wherein atomic oxygen is used to radicalize the nitrogen.
7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Reaktion zur Darstellung des Siliziumnitrids (Si3IM4) stark exotherm abläuft und die dabei entstehende Abwärme zur Erzeugung von Strom eingesetzt wird.7. The method of claim 2, wherein the reaction to form the silicon nitride (Si 3 IM 4 ) is highly exothermic and the resulting waste heat is used to generate electricity.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die dabei entstehende Abwärme in einer benachbarten Zone zum Schmelzen von AI2O3 (z.B. aus Bauxit) eingesetzt wird.8. The method of claim 7, wherein the resulting waste heat in an adjacent zone for melting of Al 2 O 3 (eg from bauxite) is used.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei verschiedene endotherme und exotherme Reaktionen thermisch gekoppelt sind.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein various endothermic and exothermic reactions are thermally coupled.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei einer oder mehrere der Schritte in einem Pyrolyseofen ausgeführt werden.10. The method according to any one of the preceding claims 1 to 9, wherein one or more of the steps are carried out in a pyrolysis furnace.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Pyrolyseofen mit einer hochtemperaturfesten Beschichtung versehen ist. 11. The method of claim 10, wherein the pyrolysis furnace is provided with a high temperature resistant coating.
PCT/EP2007/061574 2006-05-10 2007-10-26 Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations WO2008052951A2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002667687A CA2667687A1 (en) 2006-10-29 2007-10-26 Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations
EP07821934A EP2094816A2 (en) 2006-10-29 2007-10-26 Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations
US12/447,652 US20100202953A1 (en) 2006-05-10 2007-10-26 Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations
EP08708466A EP2215192A2 (en) 2007-10-26 2008-01-30 Method for providing energy using a mixture, and corresponding system
PCT/EP2008/051151 WO2009053112A2 (en) 2007-10-26 2008-01-30 Method for providing energy using a mixture, and corresponding system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06022578A EP1857168A3 (en) 2006-05-10 2006-10-29 Oil-bearing sands and shales, their mixtures as raw materials for fixing or dissociating carbon dioxide and NOx, and for producing cristalline silicium, hydrogen, silicon nitride, silicium carbide and silanes
EP06022578.6 2006-10-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008052951A2 true WO2008052951A2 (en) 2008-05-08
WO2008052951A3 WO2008052951A3 (en) 2010-10-21

Family

ID=39344634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/061574 WO2008052951A2 (en) 2006-05-10 2007-10-26 Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2094816A2 (en)
WO (1) WO2008052951A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010124727A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Sincono Ag Device for increasing the efficiency of a combustion system and for the further processing of exhaust gases of the combustion system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1236234A (en) 1917-03-30 1917-08-07 Oscar R Troje Toy building-block.
US1535035A (en) 1923-04-30 1925-04-21 Philipp Richard Magnetic building toy
US2970388A (en) 1956-05-07 1961-02-07 Edward H Yonkers Education device
EP0051576A2 (en) 1980-11-05 1982-05-12 Joseph Varga Combination game composed of magnetic cubes
US5409236A (en) 1993-12-23 1995-04-25 Therrien; Joel M. Magnetic game or puzzle and method for making same
WO2003063993A1 (en) 2002-01-29 2003-08-07 Toya Co., Ltd. Building block toy set
US6622727B2 (en) 2002-02-05 2003-09-23 Eric S Perry Perry wedge pillow
EP1370334A1 (en) 2001-03-22 2003-12-17 Claudio Vicentelli Element for joining modules with magnetic anchorage for the construction of stable grid structures

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1273145A (en) * 1968-04-26 1972-05-03 Plessey Co Ltd An improved process for nitriding silicon
JPS5347245B2 (en) * 1975-01-30 1978-12-20
JPS58115016A (en) * 1981-12-26 1983-07-08 Onoda Cement Co Ltd Preparation of fine powdery silicon carbide
US4724131A (en) * 1984-06-07 1988-02-09 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing α-form silicon nitride
DE3612162A1 (en) * 1986-04-11 1987-10-15 Bayer Ag METHOD FOR PRODUCING SILICON NITRIDE
FR2678602A1 (en) * 1991-07-02 1993-01-08 Atochem PROCESS FOR THE PREPARATION OF SILICON NITRIDE BY SILICA CARBONITRURATION AND SILICON NITRIDE AS PARTICLES EXEMPT FROM WHISKEY.
US5921763A (en) * 1996-05-02 1999-07-13 Thermatrix, Inc. Methods for destroying colliery methane and system for practicing same
KR20020056133A (en) * 2000-12-29 2002-07-10 구자홍 High efficiency generation system
JP3804947B2 (en) * 2002-09-27 2006-08-02 電気化学工業株式会社 Method for producing high α-type silicon nitride fine powder

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1236234A (en) 1917-03-30 1917-08-07 Oscar R Troje Toy building-block.
US1535035A (en) 1923-04-30 1925-04-21 Philipp Richard Magnetic building toy
US2970388A (en) 1956-05-07 1961-02-07 Edward H Yonkers Education device
EP0051576A2 (en) 1980-11-05 1982-05-12 Joseph Varga Combination game composed of magnetic cubes
US5409236A (en) 1993-12-23 1995-04-25 Therrien; Joel M. Magnetic game or puzzle and method for making same
EP1370334A1 (en) 2001-03-22 2003-12-17 Claudio Vicentelli Element for joining modules with magnetic anchorage for the construction of stable grid structures
WO2003063993A1 (en) 2002-01-29 2003-08-07 Toya Co., Ltd. Building block toy set
US6622727B2 (en) 2002-02-05 2003-09-23 Eric S Perry Perry wedge pillow

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010124727A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Sincono Ag Device for increasing the efficiency of a combustion system and for the further processing of exhaust gases of the combustion system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008052951A3 (en) 2010-10-21
EP2094816A2 (en) 2009-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1857168A2 (en) Oil-bearing sands and shales, their mixtures as raw materials for fixing or dissociating carbon dioxide and NOx, and for producing cristalline silicium, hydrogen, silicon nitride, silicium carbide and silanes
EP1857640A2 (en) New cascaded power plant process and method for the provision of reversibly usable hydrogen carriers in such a power plant process
EP3525918B1 (en) Method for separating off and immobilizing carbon dioxide and/or carbon monoxide from an exhaust gas
US3909446A (en) Method of manufacturing high quality reducing gas by two stage reforming processes
JP7366095B2 (en) Modified slag produced during non-ferrous metal manufacturing
DE3115748A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF GAS CONTAINING CARBON AND / OR HYDROCARBON-BASED MATERIAL IN THE ESSENTIAL CARBON OXIDE GAS AND HYDROGEN GAS
EP2129745A2 (en) Novel cascaded power station process and method for producing reversibly usable hydrogen carriers in a corresponding power station process
UA77668C2 (en) Method for production of hydrogen-containing gas (variants) flow and method for the production of ammonia
US4533386A (en) Process for producing aluminum
JPS63218509A (en) Method of converting calcium compound to solid and gaseous compounds
EP3465041A1 (en) Group of installations for manufacturing mineral construction materials and a method for operating the group of installations
US2863726A (en) Process for the joint manufacture of portland cement and sulfur
EP2094816A2 (en) Sand, shale and other silicon dioxide solid compounds as starting substances for providing silicon solid compounds, and corresponding processes for operating power stations
EP2367752A1 (en) Silicon or elemental metals as energy carriers
EP1918248A2 (en) Provision of H2O2 from sulphuric acid which is produced from the sulphur residue during combustion of fossil fuels, and utilisation of H2O2 as an energy carrier
US20070264183A1 (en) Oil-bearing sands and shales and their mixtures as starting substances for binding or decomposing carbon dioxide and nox, and for preparing crystalline silicon and hydrogen gas, and for producing nitride, silicon carbide, and silanes
DE102011117599B3 (en) Process for the integration and use of environmentally harmful carbon dioxide
WO2002026625A2 (en) Novel concept for generating power via an inorganic nitrogen cycle, based on sand as the starting material and producing higher silanes
WO2017202657A1 (en) Group of installations for manufacturing mineral construction materials and a method for operating the group of installations
KR20100113902A (en) Aluminum dross and carbone use water ammonia and acctylene gas process method
DE102006029282A1 (en) Cyclic large-scale representation of crystalline silicon / photo-silicon or the fuel silane .., a circuit always used again, so that only a subset of electric power must be fed
DE102013203058A1 (en) Process for the production of rare earth metals
DE102017205996A1 (en) Production of cement clinker phases using silicides, intermetallic compounds or alloy as precursor
DE3586728T2 (en) METHOD FOR GASIFYING COAL AND / OR COC.
WO1997046639A1 (en) Gas generation process

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2667687

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007821934

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07821934

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12447652

Country of ref document: US