способ совместного получения трихлорсилана и хлоруглеводородов

Формула изобретения

Способ одновременного получения трихлорсилана и хлоруглеводородов путем проведения реакции тетрахлорсилана с углеводородами при соотношении 1:1-4, углеводороды выбирают из ряда, включающего n-алканы, толуол, циклогексан, и реакцию проводят при температурах 180-220°С в присутствии медьсодержащих катализаторов, взятых в количестве 1-5 мас.%, выбранных из ряда: комплексы меди (I) или (II) с N,N-диметилформамидом, нанесенные на поверхность силохрома с удельной поверхностью 120 м²/г и объемом пор 150-200 Å, а также тетрахлоркупраты тетрагексил- или тетрагептиламмония.

Описание изобретения к патенту

Предлагается усовершенствованный способ получения трихлорсилана и хлоруглеводородов, первый из которых используется при производстве поликристаллического кремния высокой чистоты, используемого в микроэлектронике и солнечной энергетике, а последние - в качестве растворителей, полупродуктов, компонентов топливных батарей.

Известен способ получения трихлорсилана путем гидрирования четыреххлористого кремния с использованием реактора кипящего слоя, которые требуют неоправданно высоких (500-700°С) температур, давления до 40 атм и дорогостоящего уникального оборудования. Использование высоких температур, давления и уникального оборудования в этих условиях приводит к тому, что в общей стоимости поликристаллического кремния около 70% составляют расходы на переработку побочного четыреххлористого кремния в трихлорсилан, при этом расходы на энергетику составляют в этих 70% существенно более половины (German Patent WO 2002049754 2002.06.27, Patent Japanese JP 57118017 A2 date 1982.07.22).

Ранее было показано (Патент РФ №2187489, 2002), что процесс с участием аналога четыреххлористого кремния - четыреххлористого углерода и углеводородов (алканов, толуола, циклогексана) в присутствии медьсодержащих гомогенных и гетерогенных катализаторов протекает в мягких условиях (130-180°С). Удалось достичь высокой конверсии четыреххлористого углерода в хлороформ (до 70-80%) при временах реакции, не превышающих 5-8 ч. При этом была достигнута высокая селективность по хлороформу (>99%) и вторичным хлоралканам (>95%).

Целью изобретения является снижение энергоемкости производства трихлорсилана и уменьшение отходов производства.

Исключительной особенностью предложенного способа является то, что предлагается одновременно получать трихлорсилан и хлоруглеводороды путем реакции тетрахлорсилана с углеводородами в присутствии медьсодержащих катализаторов в количестве 1-5 мас.% при температурах 180-220°С. В качестве медьсодержащих катализаторов могут выступать комплексы меди (I) или (II) с N,N-диметилформамидом, нанесенные на поверхность силохрома с удельной поверхностью 120 м²/г и объемом пор 150-200 Å, тетрахлорокупраты тетрагексил-, тетрагептиламмония. Процесс ведут при соотношениях углеводород-тетрахлорсилан 1-4:1. В качестве углеводородов используют n-алканы, толуол, циклогексан.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример 1.

Для опыта используют смесь, содержащую тетрахлорсилан и нонан в мольном соотношении 1:4 в количестве 10 г. В качестве катализатора добавляют 0,2 г комплекса хлорида меди (II) с диметилформамидом (ДМФА), нанесенного на силохром (площадь поверхности 120 м²/г, объем пор 150-200 Å, массовая доля меди 1,8%). Смесь помещают в стеклянную ампулу, освобождают от растворенного кислорода путем трехкратного повторения цикла замораживания до 77 К, вакуумирование до 10 ^-3 торр с помощью форвакуумного насоса, размораживание. Затем ампулу с реакционной смесью отпаивают, помещают в термостат, снабженный шейкером, и выдерживают при постоянном перемешивании в течение 6 ч при 180°С. Затем ампулу охлаждают, вскрывают и содержимое анализируют методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ).

Пример 2.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 1, но используют хлорид меди (I).

Пример 3.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 1, но при 200°С.

Пример 4.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 1, но при 220°С.

Пример 5.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но при содержании катализатора 0,5 г.

Пример 6.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но в качестве катализатора используют тетрахлорокупрат тетрагексиламмония в количестве 2 мольных %.

Пример 7.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но в качестве катализатора используют тетрахлорокупрат тетрагептиламмония в количестве 2 мольных %.

Пример 8.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но в качестве катализатора используют тетрахлорокупрат тетрагептиламмония в количестве 5 мольных %.

Пример 9.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но при соотношении реагентов 1:1.

Пример 10.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но при использовании толуола.

Пример 11.

Опыт проводят аналогично представленному опыту 3, но при использовании циклогексана.

Результаты опытов суммированы в табл.1.

Таблица 1

Пример	Выход трихлорсилана, мольн.%	Выход хлоруглеводорода, мольн.%
1	5,1	5,0
2	4,7	4,0
3	12,2	10,8
4	19,3	16,8
5	21,6	25,1
6	5,9	6,2
7	5,7	5,4
8	6,0	5,5
9	15,1	16,0
10	5,0	2,0
11	5,5	4,4

Таким образом, предложенный способ позволяет получать безотходным методом ценный полупродукт производства поликристаллического кремния - трихлорсилан, а также другие коммерческие продукты - хлоруглеводороды. По сравнению с предложенными ранее способами получения трихлорсилана новый способ характеризуется упрощением технологии и соответственно лучшими экономическими показателями.