用于制備甲基氯硅烷的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制備甲基氯硅烷的方法。具體來說，本發(fā)明涉及一種用于甲基氯硅烷的直接合成的方法，通過使氯甲烷與包括硅、銅催化劑、和按重量計(jì)至少120ppm的錳的催化劑組合物反應(yīng)。
【專利說明】用于制備甲基氯硅烷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使用錳促進(jìn)劑(助催化劑，promoter)的甲基氯硅烷的直接合成的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在根據(jù)MUller Rochow工藝的甲基氯硅烷的直接合成中，在存在各種催化劑和可選的促進(jìn)劑的情況下金屬硅與氯甲烷起反應(yīng)，其中目標(biāo)產(chǎn)物是二甲基二氯硅烷。硅、催化劑和可選的促進(jìn)劑的混合物稱為催化劑組合物。
[0003]目前，全世界每年生產(chǎn)2000000公噸的二甲基二氯硅烷，這意味著在生產(chǎn)過程中較小的改善(例如，提高二甲基二氯硅烷選擇性)也能由此產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)影響。
[0004]冶金硅用于制備甲基氯硅烷。后者具有大約95-99%的純度。剩余部分由從石英原材料和烴源或者從生產(chǎn)過程(如，從洛劑(slag constituent))進(jìn)入娃的外來元素共同組成。這些外來元素可以以不同的形式(無論作為包含物、與硅作為金屬間相、或者隨機(jī)地分布摻入硅中)存在。已知這些元素對MUller-Rochow工藝產(chǎn)生促進(jìn)、中性、或者作為毒物的不同影響。根據(jù)存在的類型，相同元素也可能具有不同的影響。因此，在反應(yīng)過程與特定的元素的濃度之間建立明確的聯(lián)系很復(fù)雜。這些影響通常僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而不是通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠绊憴C(jī)制獲知。
[0005]已知對甲基氯硅烷的合成有促進(jìn)效果的兀素為Zn、Sn、P、Sb、Al、Sr、Ag、Au、B、Se、Te、堿金屬和堿土金屬、V、Cd、In。
[0006]例如，在DE102004046181A1中描述通過Sr、在US6407276A中描述通過Au或Ag、在US6339167A中描述通過Al、在DE4412837A中描述通過V并且在EP671402A中描述通過
Sb提高二甲基二氯硅烷選擇性。
[0007]迄今為止，還沒有文獻(xiàn)描述錳對甲基氯硅烷的合成的促進(jìn)效果。在三氯硅烷的合成中，已經(jīng)描述了錳對三氯硅烷的選擇性和反應(yīng)活性的負(fù)面效果。例如，W02006/031120A1描述了通過Si與HCl氣體反應(yīng)制備三氯硅烷的方法，其中供應(yīng)至反應(yīng)器的Si包括小于10ppm 的 Mn。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種通過將氯甲烷與包括硅、銅催化劑、和按重量計(jì)至少120ppm的錳的催化劑組合物反應(yīng)的甲基氯硅烷的直接合成的方法。
[0009]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器中的催化劑組合物中增加的錳濃度對主要產(chǎn)物二甲基二氯硅烷的選擇性有積極影響。與迄今所使用的較低濃度相比，在按重量計(jì)至少120ppm的錳的濃度下獲得高大約2%的二甲基二氯硅烷選擇性。
[0010]催化劑組合物中增加的Mn濃度可以源于原材料，尤其是石英，可以融入硅或者可以以Mn化合物的形式(例如，作為諸如MnCl2、MnS的錳鹽、或者作為錳硅合金)添加到催化劑組合物。增加的Mn濃度無須存在于硅中，而是由于富集效應(yīng)還可以存在于反應(yīng)器(尤其是流化床反應(yīng)器)中。優(yōu)選催化劑組合物中Mn濃度為按重量計(jì)200-5000ppm，特別優(yōu)選按重量計(jì)300-600ppm的Mn。
[0011]優(yōu)選用于該方法中的硅包括按重量計(jì)最多5%、特別優(yōu)選按重量計(jì)最多2%、尤其是按重量計(jì)最多I %的其他元素作為雜質(zhì)。優(yōu)選占按重量計(jì)至少0.01%的雜質(zhì)為選自Fe、N1、Al、Ca、Cu、Zn、Sn、C、V、T1、Cr、B、P、O 的元素。
[0012]優(yōu)選硅粒徑為至少0.5微米、特別優(yōu)選至少5微米、尤其是至少10微米，并且優(yōu)選最多650微米、特別優(yōu)選最多580微米、尤其是最多500微米。
[0013]硅的平均粒徑分布為d50值并且優(yōu)選為至少180微米、特別優(yōu)選至少200微米、尤其是至少230微米，并且優(yōu)選最多350微米、特別優(yōu)選最多300微米、尤其是最多270微米。
[0014]用于催化劑的銅可以選自金屬銅、銅合金或者銅化合物。優(yōu)選銅化合物選自氧化銅和氯化銅、尤其是Cu0、Cu20和CuCl或者銅磷化合物(CuP合金)。例如，氧化銅可以是以氧化銅混合物形式和以銅(II)氧化物形式的銅。可以以CuCl的形式或以CuCl2的形式使用氯化銅，雖然相應(yīng)的混合物也是可以的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，將銅用成CuCl。
[0015]在所有情況下基于金屬銅，相對于100重量份的娃,優(yōu)選使用至少0.1重量份、特別優(yōu)選至少I重量份的銅催化劑并且優(yōu)選最多10重量份、尤其是最多8重量份的銅催化劑。
[0016]優(yōu)選催化劑組合物包括優(yōu)先選自氧化鋅和氯化鋅的鋅促進(jìn)劑。在所有情況下基于金屬鋅，相對于100重量份的硅，優(yōu)選使用至少0.01重量份的鋅促進(jìn)劑、特別優(yōu)選至少0.1重量份的鋅促進(jìn)劑并且優(yōu)選最多I重量份、尤其是最多0.5重量份的鋅促進(jìn)劑。
[0017]優(yōu)選催化劑組合物包括優(yōu)先選自氧化錫和氯化錫的錫促進(jìn)劑。在所有情況下基于金屬錫，相對于100重量份的硅，優(yōu)選使用至少0.001重量份的錫促進(jìn)劑、特別優(yōu)選至少
0.05重量份的錫促進(jìn)劑并且優(yōu)選最多0.2重量份、尤其最多0.1重量份的錫促進(jìn)劑。
[0018]優(yōu)選催化劑組合物包括鋅促進(jìn)劑和錫促進(jìn)劑以及尤其是還包括磷促進(jìn)劑的組合。
[0019]優(yōu)選銅催化劑和促進(jìn)劑的總和的按重量計(jì)至少50%、尤其是按重量計(jì)至少80%是銅、鋅和錫的氯化物。
[0020]除錳促進(jìn)劑和可選的鋅和/或錫促進(jìn)劑之外，還可以使用優(yōu)先選自元素磷、銫、鋇、鐵和銻以及它們的化合物的其它促進(jìn)劑。
[0021 ] 優(yōu)選P促進(jìn)劑選自CuP合金。
[0022]優(yōu)選在至少200°C、特別優(yōu)選至少250°C、尤其是至少300°C并且優(yōu)選在最高450°C、特別優(yōu)選最高400°C進(jìn)行反應(yīng)。
[0023]在所有情況下，優(yōu)選反應(yīng)壓力為至少I巴、尤其是至少1.5巴并且優(yōu)選最多5巴、尤其是最多3巴作為絕對壓力。
[0024]制備的甲基氯硅烷尤其是二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、和三甲基氯硅烷以及H-硅烷。
[0025] 該方法可以分批進(jìn)行或者優(yōu)選連續(xù)進(jìn)行。連續(xù)地意味著可選與反應(yīng)粉塵一起排出的反應(yīng)的硅和催化劑以及促進(jìn)劑優(yōu)選作為預(yù)混的催化劑組合物被不斷地再補(bǔ)足。優(yōu)選在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)的直接合成，其中優(yōu)選同時(shí)使用氯甲作為反應(yīng)物和流化介質(zhì)。

【具體實(shí)施方式】
[0026]在以下實(shí)施例中，除非各實(shí)施例中另有說明，否則所有量和百分比都是基于重量，所有壓力是0.1OMPa (絕對)，并且所有溫度是20°C。
[0027]實(shí)施例1
[0028]在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中研究具有不同Mn濃度的10個(gè)樣品。在生產(chǎn)過程中，將Mn摻入硅中。在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中使用氯甲烷通過由元素Cu、Zn、Sn、P組成的其它相同催化劑添加料來研究來自這10個(gè)樣品的催化劑組合物(體積流速=lOOmL/min)。
[0029]在所有情況下，在310°C用氯甲烷處理15g的催化劑組合物。通過在線GC進(jìn)行分析。如下計(jì)算主要產(chǎn)物二甲基二氯硅烷的選擇性:

【權(quán)利要求】
1.一種用于甲基氯硅烷的直接合成的方法，通過使氯甲烷與包括硅、銅催化劑、和按重量計(jì)至少120ppm的猛的催化劑組合物反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述催化劑組合物包括鋅促進(jìn)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述催化劑組合物包括錫促進(jìn)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，進(jìn)一步使用選自磷、銫、鋇、鐵和銻的基本元素和它們的化合物的促進(jìn)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，基于金屬銅，相對于100重量份的硅，使用0.1至10重量份的銅催化劑。
【文檔編號】B01J27/187GK104177400SQ201410222970
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】安妮·阿伯, 揚(yáng)·庫納特 申請人:瓦克化學(xué)股份公司