热解碳水化合物的方法技术

本发明专利技术涉及通过加入无定型碳，工业热解碳水化合物或碳水化合物混合物的方法，涉及能够由此得到的热解产物及其用途，尤其是作为还原剂在高温下由二氧化硅和碳制备硅的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及热解碳水化合物的工业方法，尤其是糖(sugar)，涉及由此可以得到的热解产物及其用途，优选由二氧化硅和碳在高温下生产硅的用途，所述硅更优选太阳能硅。已知碳水化合物，例如单糖、寡聚糖和多糖，可以在气相色谱中被热解。US 5，882，726公开了一种制备碳-碳组合物的方法，其中进行低熔点糖的热解。GB 733376公开了一种纯化糖溶液的方法，以及用于在300-400° C下热解的方法。同样已知的是，糖可以在高温下热解，以得到电子传导性物质(W02005/051840)。在工业规模的碳水化合物的热解中，可能存在由焦糖化和泡沫形成所导致的问题，这些可以明显地破坏所述热解工艺的管理和运转。DE 102008042498提出了一种通过在热解前添加二氧化硅至碳水化合物中来解决问题的方法，所述二氧化硅起消泡剂的作用， 并可用于减少焦糖化。该方法的缺点在于得到的热解产物会被二氧化硅污染，所以，根据热解产物的用途，其需要再次被纯化。还知道的是，在纯硅的制备中，具有小比例杂质的糖和其它物质可用作还原剂(US4,294, 811, WO 2007/106860)或粘结剂(US 4,247,528)。本专利技术的目的是提供一种改进的，尤其是热解糖的方法， 其中泡沫的形成减少或理想地得以避免，并且，该方法仅有减小程度上的现有技术方法的缺点，如果还有缺点的话。本专利技术方法的具体目的是提供一种在硅生产中的木屑的等同物，其满足太阳能硅生产中的纯度和稳定性要求，但还能实现木屑的功能，即防止电荷的粘附 (conglutination)。其它未明白陈述的专利技术目的由以下本专利技术的说明书、实施例和权利要求的全部描述可显而易见。所述目的根据说明书、实施例和权利要求中的细节而得以实现。因此，申请人惊奇地发现，添加无定型碳至待热解的碳水化合物中可减少或完全抑制泡沫形成的结果。就此，得到的热解产物基本上完全由碳组成，因此其具有非常低的灰分含量。相比于采用二氧化硅作为消泡剂而制备的热解产物而言，这是一个巨大的优点。本专利技术的热解产物可以由此被用来制备高纯度产品。根据本专利技术的方法现在可以用来以简单且经济可行的方式运转碳水化合物热解的工业方法，没有麻烦的泡沫形成，也没有麻烦的最终产品中的二氧化硅杂质。此外还发现，在根据本专利技术的方法的实施中，可以减少或抑制焦糖化。在一个具体的实施方案中，在冶金加工的原位热解中，根据本专利技术的方法额外地具有形成的气体导致熔体隆起(bulking)的优点，即,可以防止粘附。根据本专利技术的方法允许所述热解可以在非常低的温度下进行。这样，因为这是特别节省能源的(低温模式)，所以在根据本专利技术的方法中，其有利于将热解温度温度从 1600° C-1700° C降低至低于800° C。这样，在第一实施方案中，根据本专利技术的方法优选在温度为250° C-800。C下、更优选在300-800° C、甚至更优选在350-700° C、尤其优选在400-600° C下进行。该方法极为节省能量，并且额外地具有以下优点减少焦糖化，和方便气体反应产物的处理。但是，原则上也可以在第二优选的实施方案中如下进行反应在800-1700° C下、 更优选在900-1600° C、甚至更优选在1000-1500° C、尤其是在1000-1400° C下进行所述反应。总的来说，这样会得到含石墨的热解产物，这对于精细(particular)涂敷具有有利的性能。如果含石墨的热解产物为优选，则应寻求1300-1500° C的热解温度。根据本专利技术的方法有利地在保护性气体和/或在减压(真空)下进行。这样，根据本专利技术的方法有利地在压力为I毫巴-I巴(环境压力)、尤其是在1-10毫巴下进行。适宜地，所用热解装置在开始热解前进行干燥，并通过用惰性气体吹扫来使其基本上不含氧气， 惰性气体例如氮气或氩气或氦气。在所述热解温度下，根据本专利技术的方法的热解时间通常介于I分钟和48小时之间,优选介于1/4小时和18小时之间,尤其是介于1/2小时和12小时之间，在此情形下，直到达到要求的热解温度的加热时间可以另外地在相同的数量级内， 尤其是介于1/4小时和8小时之间。本方法通常间歇进行，但是，其也可以连续进行。因为碳水化合物通常具有非常高的纯度，甚至无定型碳也可以以高纯度获取，所以，根据本专利技术的方法可以得到C-基的热解产物，其包含木炭，尤其是具有石墨内含物和任选其它碳形式内含物的，如焦炭。尤其可以得到杂质含量特别低的产物，所述杂质例如B、 P、As和Al的化合物。这样的本专利技术的热解产物可以有利地作为还原剂用于高温下由二氧化硅制备硅，尤其是制备冶金硅，甚至是太阳能硅。更具体而言，本专利技术的含石墨热解产物由于其传导性质而可用于电弧(light arc)反应器。但是，原则上，所述热解产物也可以用于其它需要纯碳的所有领域，例如用于金属碳化物(碳化硼、碳化硅等)的生产，或用于石墨模制品(moulding)的生产，该模制品优选电极，尤其是高纯度电极、碳刷、加热元件、换热体，或作为渗碳剂用于钢或金刚石的生产， 或作为还原剂用于硬金属(W、Mo、Cr、Ti、Ta、Co、V等)的生产、或用于锆的生产，或作为金属熔体的覆盖物(blanket)，或作为冶金工艺中木屑的替代物。本专利技术因此提供了一种通过添加无定型碳来工业热解碳水化合物或碳水化合物的混合物的方法。用于根据本专利技术的方法中的碳水化合物或碳水化合物混合物组分优选包括单糖， 即醛糖或酮糖，例如丙糖、四糖、戊糖、己糖、庚糖，尤其是葡萄糖和果糖，但也可以是基于所述单体的相应的低聚糖和多糖，例如乳糖、麦芽糖、蔗糖、棉籽糖-仅举例而言，或其衍生物-直至并且包括淀粉，包括直链淀粉和支链淀粉，糖原、聚糖(glycosan)和果聚糖-对多糖仅举例而言。如果需要特别纯的热解产物，则根据本专利技术的方法优选改进为对前述碳水化合物额外进行采用离子交换剂的处理来纯化，在此情形下，将所述碳水化合物溶解在适宜的溶剂中，有利为溶解在水中，更优选去离子水或软化水中，再通过填充有离子交换树脂的柱子进行纯化，所述树脂优选阴离子或阳离子树脂，对所得溶液进行浓缩，例如通过加热去除溶剂组分-尤其是在减压下-由此纯化的碳水化合物有利地以结晶形式得到，例如通过冷却溶液，然后借助于包括过滤或离心的方法移开结晶组分。本领域技术人员知道各种用于除去不同离子的离子交换剂。原则上可以串联足够数量的离子交换剂步骤，以实现要求纯度的糖溶液。但是，作为采用离子交换剂的备选方案，也可以采用本领域技术人员已知的其它方法来纯化碳水化合物反应物。这里的实例包括加入络合剂、电化学纯化方法、色谱法。在根据本专利技术的方法中，还可以使用至少两种前述碳水化合物的混合物来作为所述碳水化合物或碳水化合物组分。根据本专利技术的方法，尤其优选为可以以经济上可行的量获取的结晶的糖，一种可以以其本身已知的方法得到的糖，所述方法例如通过溶液结晶，或源自甘蔗或甜菜的汁，例如可商购的结晶糖，例如精炼的糖，优选这样的结晶糖，其具有因物质而特定的熔点/软化范围，且平均粒径为Ιμπι-lOcm，更优选ΙΟμπι-lcm，尤其是 100 μ m-o. 5cm。粒径的确定可以例如-但不局限地-通过筛分分析、TEM、SEM或光学显微。 但是，也可以使用溶解形式的碳水化合物，例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·卡尔，J·E·朗，H·劳勒德尔，B·弗林斯，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：