一种三甲基氯硅烷制备的系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种三甲基氯硅烷制备的系统，包括依次相连的：进料单元、预热单元、反应单元和脱轻单元；进料单元，包括氯化氢净化装置和四甲基硅烷混合物储罐；预热单元：预热单元包括预热器；原料四甲基硅烷混合物和氯化氢气体经过预热单元预热后进入反应单元；反应单元：包括固定床反应器，经预热的原料在反应单元发生反应，得到产物；脱轻单元：包括脱轻塔，反应产物进入脱轻塔，进行精馏、分离得到含目标产物三甲基氯硅烷的脱除轻组分的混合物。本发明专利技术在不消耗其他有机硅单体的基础上，利用甲基氯硅烷水解产生的氯化氢气体将TMS综合利用，转化为三甲基氯硅烷，产品中三甲基氯硅烷含量达到93％以上。到93％以上。到93％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种三甲基氯硅烷制备的系统与方法


[0001]本专利技术属于甲基氯硅烷制备
，涉及到有机硅领域中制备三甲基氯硅烷的新工艺及方法。

技术介绍

[0002]甲基氯硅烷是生产有机硅材料的重要单体，在有机硅工业中的用量占全部有机硅单体的90％以上。在目前，大工业生产中甲基氯硅烷采用“直接法”合成工艺，即是通过氯甲烷和金属硅在加热和铜催化剂作用下直接反应制备。由于“直接法”获得的反应产物繁多，需要通过精馏分离，获取得到我们所需的二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、一甲基三氯硅、低沸点馏分(以下简称“四甲基硅烷混合物”)和高沸点馏分，其中三甲基氯硅烷约占总产物的1％～3％，其可用于生产有机硅聚合物和有机硅合成反应中的中间体，还可用做高分子化合物封头剂、干燥剂、脱水机、高温胶粘剂及树脂的原料，是一种用途非常广泛的有机硅单体。
[0003]另外，四甲基硅烷混合物约占总产物的0.5％～1.5％，其中四甲基硅烷(以下简称“TMS”)含量约为30％～50％，高纯TMS(含量≥99％wt)可用作核磁共振参比试剂、发泡剂和燃料助剂。但TMS与低沸点馏分中其他组分沸点非常接近，用精馏法提纯需要非常高的理论塔板数和操作压力，能耗高、需要的安全措施众多，非常不利于工业化生产。为此，大多数公司普遍的做法是将四甲基硅烷混合物、一甲基三氯硅烷和三甲基氯硅烷或高沸物或共沸物通过歧化方式转化为二甲基二氯硅烷。比如CN113831362A中通过反应精馏的方式将四甲基硅烷混合物、一甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷等歧化反应获取二甲基二氯硅烷，二甲基二氯硅烷在成品中含量约为80％～90％，但这种工艺会消耗重要的有机硅单体，如一甲基三氯硅烷和三甲基氯硅烷。
[0004]本专利技术提出一种四甲基硅烷混合物制备三甲基氯硅烷的新工艺及方法，本专利技术的目的是在不消耗其他有机硅单体的基础上，利用甲基氯硅烷水解产生的氯化氢气体经过净化后将TMS综合利用，转化为我们所需的三甲基氯硅烷，产品中三甲基氯硅烷含量达到93％以上。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种三甲基氯硅烷制备的系统，包括依次相连的：进料单元、预热单元、反应单元和脱轻单元。
[0006]1.进料单元，包括氯化氢净化装置和四甲基硅烷混合物储罐。
[0007]原料氯化氢气体来自于净化装置1，四甲基硅烷混合物储来自于TMS储罐2；
[0008]具体来说，净化装置的氯化氢气体是甲基氯硅烷与水发生水解后生产的氯化氢，该氯化氢经过除水除油后送至该净化装置，该净化装置再将该氯化氢气体进行进一步除水除油处理。
[0009]所述四甲基硅烷混合物是指“直接法”合成有机硅单体过程中产生的低沸点馏分
或四甲基硅烷混合物。
[0010]一般来说，四甲基硅烷混合物(即低沸点馏分)是沸点低于40℃的混合物，主要成分是(CH3)4Si、CH3HSiCl2、(CH3)2SiHCl及少量的四氯化硅等化合物。
[0011]四甲基硅烷混合物约占总产物的0.5％～1.5％，其中四甲基硅烷(以下简称“TMS”)含量约为30％～50％，但TMS与低沸点馏分中其他组分沸点非常接近，其提纯所需的精馏能耗和成本非常高。
[0012]本专利技术利用甲基氯硅烷水解产生的氯化氢气体将TMS综合利用，转化为目标产物三甲基氯硅烷，产品中三甲基氯硅烷含量可达80％以上(甚至93％以上)，可以减少其他有机硅单体的损失，并提高低沸点馏分的利用率。
[0013]优选地，原料氯化氢和四甲基硅烷混合物，在进物料前都需经过高纯氮气置换至少3次。
[0014]2.预热单元：原料四甲基硅烷混合物和氯化氢气体以一定的比例和流量经过预热单元预热后进入反应单元。
[0015]本专利技术控制四甲基硅烷混合物(以四甲基硅烷计)和氯化氢气体配比，具体来说，氯化氢的质量与四甲基硅烷的质量之比为0.2～1.25，优选0.4～1.0。
[0016]所述预热单元包括预热器；预热器温度为30
‑
50℃。
[0017]通过预热器可以将原料氯化氢气体和甲基氯硅烷混合物预热混合后进入反应单元，提高反应效率，同时利用预热器将反应单元产物进行热交换，经过再冷器进入中间缓冲储罐，可以充分利用反应原料与产物的热量，大大降低能耗，适合产业化推广。
[0018]进一步地，发现将原料分别控制适宜的预热温度，可以进一步提高产品中三甲基氯硅烷的纯度和比例。
[0019]优选地，预热单元包括多级预热器，即预热器I与预热器II。
[0020]预热器I控制原料氯化氢预热温度，所述预热器I温度范围为40
‑
50℃。
[0021]预热器II控制原料四甲基硅烷混合物的预热温度，预热器II温度范围为32
‑
45℃。
[0022]更优选地，预热器I的温度高于预热器II的温度。比如，预热器I的温度比预热器II温度高5
‑
10℃。
[0023]四甲基硅烷混合物是来源于“直接法”合成有机硅单体过程中产生的四甲基硅烷混合物，是含有TMS的多组分混合物，当预热后，与更高温度预热的HCl接触过程中，由于小分子氯化氢温度更高，分子运动速度更快，能够快速与四甲基硅烷混合物的TMS接触或分散于TMS周围，减少氯化氢与混合物中其他组分的接触并发生副反应的几率，提高原料氯化氢的反应效率，提高化学反应的选择性。
[0024]3.反应单元：包括固定床反应器，经预热的原料在反应单元发生如下反应，得到产物。
[0025](CH3)4Si+HCl
→
(CH3)3SiCl+CH4[0026]1)所述固定床反应器选自连续式固定床反应器或间歇式固定床反应器。
[0027]固定床反应器选自立管式固定床反应器、釜式反应器或精馏塔式反应器，优选立管式固定床反应器。
[0028]具体来说，固定床反应器可以是基于连续工艺的DN50立管式或釜式固定床反应器，也可以是间歇工艺条件下的釜式反应器或将催化剂集成于塔板或填料上的精馏塔式反
应器，优选立管式固定床反应器。
[0029]优选地，所述反应器为多管式固定床反应器。
[0030]固定床反应器上段、中段和下段分别填充惰性瓷球、催化剂和惰性瓷球。各层惰性瓷球装填量高度为催化剂装填高度的1.2
‑
1.8倍左右，催化剂装填量由停留时间和四甲基硅烷混合物进料泵决定。
[0031]2)催化剂
[0032]本专利技术使用到的催化剂为路易斯酸型固体或粉末催化剂，催化剂为球形或圆柱形或条形或粉末状，催化剂包括且不限于γ
‑
Al2O3、AlCl3、分子筛、沸石或γ
‑
Al2O3负载活性组分AlCl3。
[0033]更优选地，催化剂为γ
‑
Al2O3负载AlCl3+MgCl2，Mg作为催化剂助剂，其中Al:Mg的摩尔比为1：(0.05
‑
0.5)，Mg作为助剂，与Al形成双功能金属活性中心，激发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三甲基氯硅烷制备的系统，其特征在于，包括依次相连的：进料单元、预热单元、反应单元和脱轻单元；1)进料单元，包括氯化氢净化装置和四甲基硅烷混合物储罐，原料氯化氢气体来自于净化装置，净化装置的氯化氢来自于甲基氯硅烷水解产生的氯化氢，四甲基硅烷混合物来自于四甲基硅烷混合物储罐；2)预热单元：预热单元包括预热器；预热器温度为30
‑
45℃，原料四甲基硅烷混合物和氯化氢气体以一定的比例和流量经过预热单元预热后进入反应单元；3)反应单元：包括固定床反应器，经预热的原料在反应单元发生反应，得到产物；4)脱轻单元：包括脱轻塔，反应产物进入脱轻塔，进行精馏、分离得到含目标产物三甲基氯硅烷的脱除轻组分的混合物。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，预热单元包括多级预热器，即预热器I与预热器II，分别预热原料氯化氢和四甲基硅烷混合物；预热器I控制原料氯化氢预热温度，所述预热器I温度范围为40
‑
50℃；预热器II控制原料四甲基硅烷混合物的预热温度，预热器II温度范围为32
‑
45℃；优选地，预热器I的温度高于预热器II的温度。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，预热器I的温度比预热器II温度高5
‑
8℃。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，固定床反应器为多管式固定床反应器或管式反应器，所述固定床反应器上段、中段和下段分别填充惰性瓷球、催化剂和惰性瓷球；所述反应单元还包括再冷器和中间缓冲罐，固定床反应器得到的反应产物经预热单元的预热器与原料换热后，经过再冷器进入中间缓冲储罐；进一步地，反应产物通过中间缓冲罐进入脱轻单元。5.一种三甲基氯硅烷制备的方法：包括如下步骤：(1)进料：原料1氯化氢气体来自于净化装置，净化装置氯化氢来自于甲基氯硅烷水解装置，原料2四甲基硅烷混合物来自于“直接法”合成有机硅单体过程中产生的四甲基硅烷混合物；(2)预热混合：四甲基硅烷混合物和氯化氢气体以一定的比例和流量经过预热器预热后进入固定床反应器；所述预热器温度为30
‑
45℃；(3)反应：经预热的四甲基硅烷混合物和氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷江子，孙树泉，廖立，冷从金，王海栋，
申请(专利权)人：江西蓝星星火有机硅有限公司，
类型：发明
国别省市：