[发明专利]碳水化合物的热解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热解碳水化合物特别是糖类的工业方法、由此可得到的热解产物及其在高温下由二氧化硅和碳制备太阳能级硅(solar silicon)中作为还原剂的用途。

背景技术

众所周知，碳水化合物，例如单糖、低聚糖和多糖可在气相色谱仪中热解。

US 5882726公开了一种制备碳-碳组合物的方法，其中进行了低熔点糖类的热解。

GB 733376公开了一种提纯糖类溶液并将其在300至400℃下热解的方法。

糖类可在高温下热解以得到电子-传导物质同样已为人们所知(WO2005/051840)。

在碳水化合物的工业级热解中，由于焦糖化和泡沫生成可能存在问题，这可能相当大地破坏反应体系和反应进程。

人们还已知的是糖类和其他物质可以用作制备纯硅过程中的含有一小部分杂质的还原剂(US 4294811，WO 2007/106860)或者粘结剂(US4247528)。

发明内容

本发明的一个目的是提供碳水化合物，特别是糖类的热解方法，其中避免了泡沫生成。

根据权利要求书中的信息的本发明实现了上述目的。

由此已令人惊讶地发现，加入硅的氧化物，优选SiO₂，特别是沉淀二氧化硅和/或气相二氧化硅，具有抑制泡沫形成的作用。因此，碳水化合物热解的工业方法现在可以以一种简单又经济可行并且没有棘手的泡沫生成的方式进行。此外，在根据本发明方法的生产过程中也没有观察到焦糖生成。

此外，在一个优选的实施方案中，由于特别地节省能源(低温方式)，本发明可有利地降低热解温度，例如从1600℃降至大约700℃。因此，根据本发明的方法有利地在高于400℃，更优选地在400至700℃，最优选地在400至600℃的温度下进行。本方法极其节省能源并且另外具有减少焦糖形成和使处理气体反应产物更简化的优势。同样优选地，反应可以在800至1600℃之间进行，更优选地，在900至1500℃之间，特别地，在1000至1400℃之间进行，以有利地获得含石墨的热解产物。如果优选获得含石墨的热解产物，应该追求1300至1500℃的热解温度。本方法有利地在保护气体和/或减压(真空)下进行。因此，根据本发明的方法有利地在1mbar至1bar(环境压力)，特别是1至10mbar的压力下进行。适当地，使用的热解装置在热解反应开始前被干燥并通入惰性气体例如氮气或Ar或He吹洗至几乎不含氧气。在所述热解温度下，根据本发明方法的热解时间一般为1分钟至48小时，优选为1/4小时至18小时，特别地为1/2小时至12小时，在这种情况下，直到达到所需要的热解温度的加热时间可另外地在相同数量级下，特别地在1/4小时至8小时。本方法通常分批进行；然而，也可以连续进行。

依照本发明得到的C-基热解产物包含碳，特别带有石墨成分和二氧化硅以及任选存在的其它形式的碳组分，例如焦炭，以及特别低含量的杂质，例如B，P，As和Al的化合物，本发明的热解产物因此可以有利地用作在高温下由二氧化硅制备太阳能级硅中的还原剂。更特别地，本发明的含石墨热解产物由于具有传导性可以用于光电弧灯反应器中。

因此本发明提供了一种在升高的温度下在添加有硅的氧化物下的碳水化合物或碳水化合物混合物的工业热解方法。

根据本发明的方法所使用的碳水化合物成分优选包括单糖，即醛糖或酮糖，例如丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖，特别是葡萄糖和果糖，也包含基于所述单体的相应低聚糖和多糖，例如乳糖、麦芽糖、蔗糖、棉子糖，在此仅列举几种，或者它们的衍生物，并包括淀粉，包括直链淀粉和支链淀粉、糖原、葡聚糖和果聚糖，在此仅列举几种多糖。