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DE102011006116A1 - Verwendung von Brennern mit Strahlrohr in Reaktoren zur Umsetzung von Chlorsilanen - Google Patents

Verwendung von Brennern mit Strahlrohr in Reaktoren zur Umsetzung von Chlorsilanen Download PDF

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DE102011006116A1
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Christof Zipper
Guido Stochniol
Ingo Pauli
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Evonik Operations GmbH
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Evonik Degussa GmbH
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer bestimmten Brennerbauart zur Beheizung von Reaktoren zur Umsetzung von Chlorsilanen, wobei der Brenner ein Strahlrohr aufweist und das Strahlrohr die Flamme und das Flammrohr gasdicht umgibt, wodurch sowohl die Verbrennungsluft als auch die gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffe als auch die Rauchgase nicht in den Raum des Reaktionsofens gelangen können. Der Vorteil ist die völlige Trennung des Rauchgases vom eigentlichen Innenraum des Reaktionsofens, was kritische Wechselwirkungen zwischen Rauchgasfeuchte und Chlorsilanen im Falle eines Bruchs der die Chlorsilane beherbergenden Anordnung unmöglich macht. Dies wiederum macht die Verwendung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen zur Beheizung eines solchen Reaktionsofens möglich. Ein übermäßiger lokaler Einträg von Wärme durch direkten Flammenkontakt wird verhindert, der Wärmeeintrag ist vergleichmäßigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Brennern mit Strahlrohr zur Beheizung eines Reaktors zur Umsetzung von Chlorsilanen.
  • Der Stand der Technik kennt beheizte chemische Reaktoren, z. B. Rohrreaktoren, die elektrisch oder über Brenner mittels flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe beheizt werden. Die Brenner wirken dabei direkt in den Raum des Reaktors, in dem die Einrichtungen zur Beherbergung der chemischen Stoffe der Reaktion, z. B. Rohranordnungen, untergebracht sind. Durch die Beheizung werden die erforderlichen hohen Reaktionstemperaturen erreicht und/oder Wärmeverluste wegen der Endothermie der Prozesse aufgebracht.
  • Die in solchen chemischen Reaktoren umgesetzten Stoffe werden üblicherweise in Anordnungen aus Metall oder anderen Werkstoffen geführt. Bei hochkorrosiven Stoffen können auch keramische Werkstoffe zur Anwendung kommen. Beim Versagen der die chemischen Stoffe beherbergenden Anordnungen aus Metall oder anderen Werkstoffen gelangen diese Stoffe in Kontakt mit den Flammengasen, was zu unerwünschten, teils exothermen Reaktionen führen kann.
  • Somit besteht ein Bedarf an einem Konzept für eine Beheizung eines Reaktionsofens, bei dem ein Wärmeeintrag bei gleichzeitiger Medientrennung gegeben ist. Diese Aufgabe wird durch eine Kombination aus Brenner, Flammrohr und Strahlrohr gelöst, bei der die Flammengase keinerlei Kontakt zum Inneren der Brennkammer haben.
  • Gegenstand der Erfindung ist demnach die Verwendung eines Brenners zur Beheizung eines Reaktors zur Umsetzung von Chlorsilanen, wobei der Brenner ein Strahlrohr aufweist, und das Strahlrohr die Flamme und das Flammrohr gasdicht umgibt, wodurch die Verbrennungsluft, der gasförmige und/oder flüssige Brennstoff, und Rauchgase nicht in den Raum des Reaktionsofens gelangen können.
  • Im Rahmen der Erfindung wird die beschriebene Anordnung des Brenners mit „Brenner mit Strahlrohr” bezeichnet.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung von Brennern mit Strahlrohr hat vor allem den Vorteil, die betriebssichere Umsetzung von Chlorsilanen zu ermöglichen, da in Reaktionsöfen bei der Reaktion mit Chlorsilanen, zum Beispiel bei der Hydrierung von Chlorsilanen, der Kontakt von Rauchgasen mit dem Reaktionsgas unbedingt vermieden werden muß, falls das Reaktionsmedium durch einen Defekt der beherbergenden Anordnung in den Ofenraum austritt. Bei einem Kontakt der Feuchte des Rauchgases mit Chlorsilanen würden sonst unerwünschte, heftig exotherme Reaktionen auftreten.
  • Ein weiterer Vorteil von Brennern mit Strahlrohr ist die damit mögliche wirtschaftliche Beheizung eines Reaktionsofen zur Umsetzung von Chlorsilanen mit einem im Vergleich zu Elektrizität billigen Energieträger, ohne den geschilderten Nachteil in Kauf zu nehmen.
  • Ebenfalls ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung ist, dass die Reaktionswärme weitestgehend in Form von Wärmestrahlung in den Reaktionsofen und damit in die Reaktionsmedien eingebracht wird. Dadurch unterbleibt eine lokale Überhitzung von Einbauten des Reaktionsofens durch die Vermeidung eines direkten Kontaktes mit der Brennerflamme. Die Beheizung erfolgt außerdem sehr gleichmäßig.
  • Die Anordnung der erfindungsgemäß verwendeten Brenner mit Strahlrohr im Inneren des Reaktionsofens ist dabei beliebig und kann einfach oder mehrfach, von oben hängend, von unten über Kopf stehend oder von den Seiten der Brennkammer her erfolgen.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung ist besonders vorteilhaft bei Reaktionen mit Chlorsilanen, besonders bei der Hydrierung von Siliciumtetrachlorid mit Wasserstoff zu Trichlorsilan und Chlorwasserstoff. Die Reaktionstemperaturen können dabei Werte bis zu 1100°C und Überdrücke bis zu 50 bar erreichen, wobei die Reaktion ohne oder mit Katalysator betrieben werden kann.
  • Die 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß verwendeten Brenners mit Strahlrohr in schematischer Darstellung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anordnung zur Fortführung der chemischen Reaktanden
    2
    Flammrohr
    3
    Strahlrohr
    4
    Reaktionsofen
    5
    Isolierung
    6
    Brenner
    7
    Verbrennungsluft
    8
    Brennstoff
    9
    Rauchgas
    Q
    Wärmestrom

Claims (1)

  1. Verwendung eines Brenners zur Beheizung eines Reaktors zur Umsetzung von Chlorsilanen, wobei der Brenner ein Strahlrohr aufweist und das Strahlrohr die Flamme und das Flammrohr gasdicht umgibt, wodurch die Verbrennungsluft, der gasförmige und/oder flüssige Brennstoff, und Rauchgase nicht in den Raum des Reaktionsofens gelangen können.
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