一种有机硅单体合成方法及其生产装置制造方法及图纸

本发明专利技术为解决现有技术的直接法生产有机硅单体的工艺中，为充分利用硅粉原料而带来的生产周期短，设备检修难度大，存储罐数目多等问题，提出了一种新的有机硅单体合成方法以及相应的装置。该方法包括：将硅粉与催化剂组成的第一活性粉体加入主反应系统的反应器中，通入卤化烃气体生成卤化硅烷粗产物，该粗产物经过气固分离装置分离出第一细粉，所述第一细粉不再回到主反应系统中进行回用，而是通过管线直接进入副反应系统进行利用。

A synthesis method of organosilicon monomer and its production device

In order to solve the problems of short production cycle, difficult maintenance of equipment and large number of storage tanks in the process of producing organosilicon monomer by direct method of prior technology, a new method of synthesizing organosilicon monomer and corresponding device are proposed. The method includes: adding the first active powder composed of silica powder and catalyst into the reactor of the main reaction system, passing halogenated hydrocarbon gas into the reactor to produce the crude product of silane halide. The crude product is separated from the first fine powder by gas-solid separation device. The first fine powder is no longer reused in the main reaction system, but is directly used in the side reaction system through pipeline.

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅单体合成方法及其生产装置
本专利技术属于化学工程和工艺
，尤其是涉及有机硅单体合成的方法。
技术介绍
目前工业化的有机硅单体生产技术都是采用直接法工艺，例如甲基氯硅烷的生产直接使用硅粉和氯甲烷反应制备。以甲基氯硅烷为例，在实际生产过程中，希望硅粉的利用率和二氯二甲基硅烷(M2)选择性越高越好。典型的生产过程是周期操作，一般有四个阶段(见附图1)，启动反应阶段：新鲜硅粉和催化剂混合后经加料罐1加入流化床反应器2，在氯甲烷气体流化下，逐渐升高温度，形成反应触体引发反应。合成反应启动后，逐渐提高流化气速并连续补加新鲜硅粉和催化剂，进入到平稳反应阶段，在260～350℃的温度下反应生成氯硅烷粗单体，粗单体和未反应的氯甲烷气体(俗称合成气)夹带部分细粉从流化床反应器2中出来后，进入一级旋风分离器4，分离下来的细粉进入一级旋风(简称“一旋”)受料斗3。大部分情况，一旋后的细粉通过排料斗9直接返回流化床反应器2；个别情况，根据需要，一旋分离下来的细粉也可以部分甩出进入细粉罐8或废粉罐7中(通常使用细粉罐)。经过一级旋风分离的合成气进入二级旋风分离器5，经二级旋风(简称“二旋”)后合成气进入后系统进行处理，分离下来的固体细粉经过二旋受料斗6排至细粉罐8或废粉罐7中。当粗单体中二氯二甲基硅烷的选择性降低到一定程度时，或者细粉罐8或废粉罐7空间不足时，为提高原料利用率将进入榨干反应阶段，即停止新鲜硅粉和催化剂的补加，将细粉罐8和废粉罐7中全部或大部分的细粉补回流化床反应器2中。由于细粉粒径比新鲜硅粉粒径细，并且细粉中催化剂含量高于正常操作时床内触体的催化剂浓度，使其活性很高，随着细粉的补入，需要降低氯甲烷气速，减少反应器内细粉的带出，同时缓慢降低反应温度至250～320℃范围内，以控制反应产率。待M2选择性太低，或流化床温度控制太低，导致高沸物冷凝在换热管束上结垢，反应器换热能力大幅降低时，停止氯甲烷进料，切换为氮气，并开始降温停车，最后将反应器中未反应的废触体排至废粉罐7，并转运出装置作为废物进行处理，进入停车维修阶段。该工艺在实际运行中存在一些问题和不足。一方面，细粉罐或废粉罐的容量有限，其容量在实际生产过程中反而成为限制性条件，常常会出现流化床反应器性能还很好时，细粉罐或废粉罐已装满而不得不进入榨干程序，将细粉罐或废粉罐的细粉推回流化反应器榨干，反应完成后需要停车清洗，导致非正常停车和清洗时间增加。虽然通过单纯扩大细粉罐或废粉罐的容量能延长生产时间，但扩大容量后存储下来的细粉在榨干阶段很难被完全消耗，使细粉罐或废粉罐的容量和流化床容量很难匹配。另一方面，从反应器中甩出的细粉在罐中贮存时，温度会逐渐降低，导致部分反应产物尤其是高沸物冷凝，这将影响细粉活性位的催化效果使选择性降低，在榨干阶段细粉补回反应器后导致M2选择性迅速降低。再一方面，细粉中催化剂和杂质浓度远高于正常反应时床内触体，其反应活性又非常高，回补反应器后需通过降温来控制反应活性，加剧了榨干阶段换热器的结垢速度，导致每个周期需要打开流化床反应器用水对床芯进行清洗，使设备周期性维护的工作时间延长至约5天左右，严重影响了装置的产能提升；且清洗过程需打开反应器，劳动强度大，危险性增高，产生的三废影响操作人员的健康和污染环境，同时会产生高额的维修费。此外，榨干过程中反应选择性明显下降，未知杂质含量明显升高，影响产品品质。现有技术中通常采用降低操作温度以降低细粉活性，来避免产生更多的副产物，该方法必然导致反应器中结垢速度加快，仍然无法减少设备清洗的次数。专利CN101456877B通过增加中间储罐的方式，将两个生产周期的细粉以及第一周期床内的触体，在第二个周期末，通过与新鲜硅粉混合进行集中处理，使设备清洗频次由每周期一次降低到每两周期一次，延长了生产时间，提升了M2选择性。但其仍需两个周期后对流化床系统进行停车清洗，也没有解决细粉因长期贮存带来的单体冷凝的技术问题。此外，该专利方法还存在以下问题：1、由于需要存储两个生产周期产生的废粉和旋风细粉，就需要设置2～4个存储罐，导致设备占地大，投资大。2、反应两个周期后(49天后)，多个储罐保存的废粉及收集的旋风细粉回到原反应器中，继续反应4天，这一周期中由于废粉或细粉长期放置后温度降低或发生聚集，需要对反应器的反应温度和压力进行大幅度调整，反应M2的选择性也显著下降(最低到75％)。这将导致榨干阶段时间延长，产品组成出现长时间波动，甚至波及下游的单体分离提纯体系。换言之，该专利方法成本高，产生了新的技术问题，技术效果不理想。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的工艺中，为充分利用硅粉原料而带来的生产周期短，设备检修难度大，存储罐数目多等问题，提出了一种新的有机硅单体合成方法以及相应的装置。本专利技术第一个方面提供一种有机硅单体合成方法。一种有机硅单体RnSiX4-n的合成方法，其中R为烷基、芳基、芳烷基、烯基、炔基、环烷基或环烯基，n为1、2或3，X为Cl、Br或I；该方法包括：将新鲜硅粉与催化剂组成的第一活性粉体加入主反应系统的主反应器中，通入卤化烃气体反应生成粗产物，该粗产物经过气固分离装置，分离有机硅单体产物和回收未反应的硅粉和催化剂组成的细粉，其特征在于：主反应器第二级及以后的气固分离装置分离出细粉作为第一细粉，不再回到主反应器进行回用，而是通过管线进入副反应系统，第一细粉单独或者按比例与新鲜硅粉混合作为第二活性粉体，进入副反应系统的副反应器中，与卤化烃气体反应生成粗产物。副反应器生成的粗产物经过其气固分离装置，分离有机硅单体产物和细粉，其中从副反应器第二级及以后的气固分离装置中分离出的细粉作为第二细粉，第二细粉存储在细粉罐或废粉罐中。所述主反应系统的产能为副反应系统产能的1.5～10倍，例如2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍等，优选为2～6倍。优选，第一细粉在离开主反应系统到进入副反应系统的过程中，不做任何处理或仅做保温处理，例如，不进行细粉表面打磨或粒径筛分处理。优选，第二活性粉体中，第一细粉与新鲜硅粉的比例为0.01:1～5:1，优选为0.1:1～4:1，更优选为0.2:1～2:1。优选，第一细粉在进入副反应系统之前，在暂存装置中缓冲存储一段时间，例如0.5～6天，优选1～3天。在缓冲存储期间，保持第一细粉的温度以防止附着在第一细粉上的有机硅单体发生冷凝，例如保持第一细粉的温度不低于100℃，比如控制在180～220℃之间。可采用本领域中已知的各种保温措施，包括但不限于：在暂存装置外增加保温层，和/或向暂存装置中通入热惰性气体等。可作为暂存装置的设备可以是细粉罐或废粉罐，所述细粉罐或废粉罐可以是主反应系统和/或副反应系统的，也可以是主反应系统和副反应系统共用的。在本专利技术的一种实施方式中，第一细粉暂存在主反应系统的细粉罐或废粉罐中，通入小流量的150℃～320℃的热氮气，对细粉罐或废粉罐进行松动流化，确保第一细粉温度不降低。所述保温措施并非必要措施，根据暂存时间决定，如果暂存时间短则无需保温措施。优选，在适当条件下，将存储于细粉罐或废粉罐中的第二细粉返回副反应系统的副反应器中进行榨干。在本专利技术的一种实施方式中，所述适当条件是，副反应装置的D选择性降低到70％～86％，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机硅单体RnSiX4‑n的合成方法，其中R为烷基、芳基、芳烷基、烯基、炔基、环烷基或环烯基，n为1、2或3，X为Cl、Br或I；该方法包括：将新鲜硅粉与催化剂组成的第一活性粉体加入主反应系统的主反应器中，通入卤化烃气体反应生成粗产物，该粗产物经过气固分离装置，分离有机硅单体产物和细粉，其特征在于：主反应器第二级及以后的气固分离装置分离出第一细粉，通过管线进入副反应系统，第一细粉单独或者按比例与新鲜硅粉混合作为第二活性粉体，进入副反应系统的副反应器中，与卤化烃气体反应生成粗产物，所述主反应系统的产能为副反应系统产能的1.5～10倍，优选为2～6倍；优选，第一细粉在离开主反应系统到进入副反应系统的过程中，不做任何处理或仅做保温处理；优选，第二活性粉体中，第一细粉与新鲜硅粉的比例为0.01:1～5:1，优选为0.1:1～4:1，更优选为0.2:1～2:1。

【技术特征摘要】
1.一种有机硅单体RnSiX4-n的合成方法，其中R为烷基、芳基、芳烷基、烯基、炔基、环烷基或环烯基，n为1、2或3，X为Cl、Br或I；该方法包括：将新鲜硅粉与催化剂组成的第一活性粉体加入主反应系统的主反应器中，通入卤化烃气体反应生成粗产物，该粗产物经过气固分离装置，分离有机硅单体产物和细粉，其特征在于：主反应器第二级及以后的气固分离装置分离出第一细粉，通过管线进入副反应系统，第一细粉单独或者按比例与新鲜硅粉混合作为第二活性粉体，进入副反应系统的副反应器中，与卤化烃气体反应生成粗产物，所述主反应系统的产能为副反应系统产能的1.5～10倍，优选为2～6倍；优选，第一细粉在离开主反应系统到进入副反应系统的过程中，不做任何处理或仅做保温处理；优选，第二活性粉体中，第一细粉与新鲜硅粉的比例为0.01:1～5:1，优选为0.1:1～4:1，更优选为0.2:1～2:1。2.如权利要求1所述的合成方法，主反应系统中主反应装置的一个生产周期包括至少两个启动反应阶段和平稳反应阶段的重复，进行或不进行榨干反应阶段，停车维修阶段；副反应系统中副反应装置的一个生产周期包括启动反应阶段、平稳反应阶段、榨干反应阶段和停车维修阶段；优选，主反应装置的一个生产周期依次包括第一启动反应阶段、第一平稳反应阶段、第二启动反应阶段、第二平稳反应阶段、榨干反应阶段和停车维修阶段。3.如权利要求1或2所述的合成方法，第一细粉在进入副反应系统之前，在暂存装置中缓冲存储一段时间，在缓冲存储期间，保持第一细粉的温度以防止附着在第一细粉上的有机硅单体发生冷凝；优选，保持第一细粉的温度不低于100℃；优选，第一细粉暂存在主反应系统的细粉罐或废粉罐中，通入150℃～320℃的热氮气。4.如权利要求1-3任一项所述的合成方法，副反应器生成的粗产物经过器气固分离装置，分离有机硅单体产物和细粉，其中副反应器第二级及以后的气固分离装置分离出的第二细粉存储在细粉罐或废粉罐中；优选，在适当条件下，将存储于细粉罐或废粉罐中的第二细粉返回副反应系统的副反应器中进行榨干；其中，所述适当条件是，副反应装置的D选择性降低到70％～86％；或细粉罐或废粉罐中第二细粉储满时；或暂存装置中缓冲存储的第一细粉量超过了缓冲存储时间内允许的存储量，将第一细粉与第二细粉一同进...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪华方，刘永辉，张立军，
申请(专利权)人：蓝星北京技术中心有限公司，江西蓝星星火有机硅有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11