制造甲基氯硅烷的方法技术

本发明专利技术涉及通过氯甲烷与接触组合物的反应直接合成甲基氯硅烷的方法，该接触组合物含有硅、铜催化剂以及总含量为１０至４００ｐｐｍ的钠和钾。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用含有钠和/或钾的接触组合物直接合成甲基氯硅烷的方法。
技术介绍
于合适催化剂及催化剂组合存在的情况下，通过硅与氯甲烷在根据Müller-Rochow的直接合成中是已知的。例如“硅的经催化的直接反应(Catalyzed Direct Reactions of Silicon)；K.M.Lewis，D.G.Rethwisch；Elsevier 1993”所述。在直接合成甲基氯硅烷中，在不同催化剂及任选的促进剂存在的情况下，金属硅与氯甲烷反应，其中目标产品是二甲基二氯硅烷。由硅、催化剂及促进剂组成的混合物称作接触组合物。目前全世界每年生产超过1,500,000吨的二甲基二氯硅烷，即制造方法有小辐改进，例如提高二甲基二氯硅烷的选择性，提高二甲基二氯硅烷的比空间/时间生产率，或提高原料的比生产率，所以具有重大的经济效果。DE3 841 417 A1描述了“用惰性气体雾化的硅”，其钠含量为0至0.5％且钾含量为0至0.5％。这些数据非常不准确，特别是在“化学工业用硅(Silicon for the Chemical Industry)，Geiranger-Norway；1992年6月16至18日；第11至13页；硅中的杂质分布，A.Schei，H.Rong，A.G.Forwald”及“Harry Morten Rong；用于直接制造甲基氯硅烷的硅(Siliconfor the Direct Process to Methylchlorosilanes)；博士论文；1992，挪威”的教导下。在“硅中的杂质分布”，A.Schei，H.Rong，A.G.Forwald中，表1及附图说明图1清楚地表明，在经提纯的冶金硅的制造过程中，这些冶金硅例如用于直接合成中，钠及钾杂质主要经废气/灰尘从该生产过程分离，硅中仅存在非常少的剩余量。硅中的钠明显小于5ppm。如“Harry Morten Rong；用于直接制造甲基氯硅烷的硅(Silicon forthe Direct Process to Methylchlorosilanes)；博士论文；1992，挪威”第55至56页所述，通常在制造硅的过程中用废气带走碱金属。如EP 470 020 A1中所述，在接触组合物中存在0.05至2重量％的Li、Na、K、Rb或Cs。如US 4,661,613 A所述，在直接合成中使用0.05至4重量％的Cs，其中最多90重量％的Cs可被Li、Na、K、Rb代替。因此理论上Na、K的含量为0至3.6％。在具体实施例中，使用铯。WO 2004/063206描述了由少量焦炭形成的接触组合物，其中添加0.01至2重量％的铯、钾或铷。具体而言，添加铯。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供根据Müller-Rochow的直接合成甲基氯硅烷的方法，该方法改进了二甲基二氯硅烷的制造方法。本专利技术涉及通过氯甲烷与接触组合物的反应直接合成甲基氯硅烷的方法，该接触组合物含有硅、铜催化剂以及总含量为10至400ppm的钠和钾。发现该接触组合物中钠与钾的总含量为10至400ppm，这对二甲基二氯硅烷比形成速率，即、每单位质量所用的硅及单位时间内形成的Me2SiCl2的量具有积极影响。该接触组合物中钠与钾的总含量优选为最低20ppm。该接触组合物中钠与钾的总含量优选为最高250ppm，尤其是最高100ppm。该接触组合物中钠或钾的含量优选为最低10ppm且最高300ppm，优选为最高100ppm，尤其是最高50ppm。尤其是钾含量高于钠，其中在钠和钾存在的情况下，钠含量优选至少为10ppm。该接触组合物中钠与钾的含量优选通过合适的措施进行针对性地调节。钠与钾可作为金属、合金或化合物添加至该接触组合物中，或更优选与原料，如硅和催化剂，一同引入该接触组合物中。在后一种情况中，与原料中的钠和钾的含量无关，该接触组合物中钠与钾的浓度经甲基氯硅烷合成的工作参数加以控制。在此情况下，工作参数例如是添加的新鲜原料与系统排放的诸如旋风分离器灰尘或过滤器灰尘的含硅固体的比例，如“硅的经催化的直接反应(Catalyzed Direct Reactions of Silicon)；K.M.Lewis，D.G.Rethwisch；Elsevier 1993”第18页图3所述。该方法可以分批式或连续式实施，而工业生产仅采用连续式的具体实施方案。连续式是指，反应的硅以及任选由反应灰尘带出的催化剂及促进剂，优选作为预先混合的接触组合物连续地按计量添加。优选在流化床反应器中实施连续的直接合成，其中氯甲烷同时用作流态介质及反应物。预先将所需的硅研磨成粉末，并与铜催化剂及促进剂混合成为接触组合物。所用硅的粒径优选为最高700μm，特别优选为最高500μm。所用硅的纯度通常大于98％。连续直接合成的生产周期以诱导阶段开始。随着诱导阶段的开始，将氯甲烷引入加热的接触组合物中。随后的起始阶段中形成粗制硅烷。该反应首先以低选择性及反应性开始。随后达到稳定的生产阶段。连续按计量加入硅及任选的催化剂和促进剂/辅催化剂。若不再将氯甲烷引入该接触组合物中，则该生产周期结束。在反应器连续工作过程中，在生产周期中于基本稳定的生产阶段之后，目标产品二甲基二氯硅烷的生产速率下降。因此在一定时间之后必须结束生产周期。生产周期通常仅持续几天至几星期。在生产周期结束之后，将该反应器清空，重新用硅、铜催化剂及促进剂/辅催化剂填充，并再次施加反应条件。在直接合成中从反应器去除未反应的氯甲烷、气态甲基氯硅烷及任选夹带的颗粒。这些夹带的颗粒由反应的硅颗粒、细小的硅颗粒、催化剂及促进剂/辅催化剂组成。若有必要，可经过一个或更多个旋风分离器将夹带的颗粒从气体流中分离，其中可使大的来自接触组合物的夹带颗粒再次返回反应器中。随后可将硅烷与残留的灰尘及未反应的氯甲烷分离，并实施蒸馏作用。经提纯的未反应的氯甲烷可再次送入反应器中。该方法优选在流化床反应器中，优选在250至360℃，尤其是280至330℃的温度范围内实施。因为要求的消耗最低，所以该方法通常在环境大气压，即约0.1MPa至0.5MPa的压力下实施，但也可采用更高的压力。在该方法中还可使用惰性气体，如氮或氩。优选不使用惰性气体。在一个优选的具体实施方案中，选择气体流的量，使反应器中流化床由接触组合物和气体形成。将未反应的氯甲烷及任选的惰性气体及气态甲基氯硅烷从反应器去除。在室温下通过将各种成分加以简单混合而制备接触组合物。在引入反应器之前可对接触组合物进行处理，但在优选的具体实施方案中不进行处理。在根据本专利技术的方法中，铜的形式优选选自金属铜、铜合金、铜的氧化物及铜的氯化物。铜的氧化物例如可为铜的氧化物混合物的形式的铜以及氧化铜(II)形式的铜。可使用CuCl或CuCl2的形式的铜氯化物，其中也可为相应的混合物。在一个优选的具体实施方案中，使用铜的氧化物和/或CuCl形式的铜。基于金属铜及硅，优选使用0.3至10重量％，更优选0.5至7重量％，特别优选0.8至5重量％的铜催化剂。在根据本专利技术的方法中，优选可使用选自以下组中的促进剂磷、铯、钡、锡及锑。该接触组合物中促进剂的含量优选为5至100ppm，更优选为10至80ppm，特别优选为15至60ppm。在根据本专利技术的方法的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过氯甲烷与接触组合物的反应直接合成甲基氯硅烷的方法，其中该接触组合物含有硅、铜催化剂以及总含量为１０至４００ｐｐｍ的钠和钾。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维尔弗里德卡尔超尔，约亨格罗斯，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]