本发明专利技术涉及一种甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的方法，属于有机催化领域。在气固相固定床反应器中进行甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的反应，使用铝粉为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂，按照下述步骤进行：首先将铝粉和活性炭的混合物添入固定床反应器内，开通氮气置换装置内空气；停通氮气后，反应物经220℃汽化，流经固定床反应器，在230～320℃的温度下进行反应；产物经温度维持在120℃左右的三氯化铝收集器进行气固分离后经冰水浴及液氮冷阱冷凝后连续收集1小时样品。本发明专利技术的方法工艺简便，反应易于控制且可进行连续化反应，易于进行工业化扩大应用，原料转化率和产物收率较高，催化剂活性良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种“直接法”生产二甲基二氯硅烷过程中的副产物甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的方法，特指采用氯甲烷为甲基供体，铝粉、锌粉、锡粉、镁粉等金属为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂，在固定床反应器中，将甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的新方法。
技术介绍
有机硅材料是一类以Si-O键为主链，在Si原子上再引入有机基团作为侧链的半有机、半无机结构的高分子化合物，因此兼具有机物和无机物的优点，在航空航天、军事技术、电子电气工业、纺织造纸、建筑工业、化学工业、金属和油漆工业、医药医疗等领域中都得到了广泛的应用。甲基氯硅烷(甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四甲基硅烷等)是有机硅生产中的重要单体，其中二甲基二氯硅烷有着中流砥柱的地位。生产二甲基二氯硅烷的方法中，最为著名的是1941年美国人Rochow专利技术的直接合成甲基氯硅烷的方法。经过半个多世纪的发展，该法已经成为国内外普遍采用的甲基氯硅烷生产方法。使用该法制备二甲基二氯硅烷(简称二甲或M2)的同时，还产生了大量的甲基三氯硅烷(简称一甲或Ml)、 三甲基氯硅烷(简称三甲或M3)、甲基二氯硅烷(简称一甲含氢或ΜΗ)、低沸点混合物(简称低沸物)和高沸点混合物(简称高沸物)等副产物。其中甲基三氯硅烷的含量高达粗产物的 5 15%。由此，各大生产厂家积存的大量一甲的出路将成为不可小视的问题。在国内，一甲多用来制备硅烷交联剂、甲基硅树脂和防水剂等低档产品，但市场需求有限，且经济价值不高，不能有效解决一甲出路问题。而且由于一甲中的Si-Cl键极易与空气中的水蒸气发生水解反应，放出具有腐蚀性的氯化氢等气体，对人体及周围建筑物等带来腐蚀性，带来安全隐患和环境的污染。因此，一条更加经济有效的一甲资源再利用的路径，将会对有机硅行业的可持续发展起到十分显著地推动作用。一甲资源再利用还可以通过与四甲、三甲进行歧化反应转化为二甲，分为高压歧化和低压歧化。高压歧化法需要在较高压力、较高温度下反应，对设备要求严苛，安全性能低。低压歧化法虽不需要很高的压力，但使用的催化剂不稳定，寿命低，反应不易控制，收率不理想。有机金属法在众多一甲转化法中脱颖而出，主要由于该法可以进行连续化反应，易于进行工业化放大生产。该法以一甲和氯甲烷做反应物，采用固定床反应器，使用铝粉、锌粉和锡粉等作为氯接收剂和催化剂，同时添加活性炭或硅藻土做吸附剂，可得到较好一甲转化率及二甲收率。但如何进一步提高一甲的单程转化率是目前努力的重点。
技术实现思路
为改进现有一甲转化技术的各方面弊端，本专利技术采用氯甲烷为甲基供体，铝粉、镁粉、锌粉、锡粉等金属为氯接收剂和催化剂，同时添加活性炭做吸附剂，将甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷。本专利技术采用的技术方案是单独使用铝粉为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂时，进行甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的反应。—种甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的方法，在气固相固定床反应器中进行进行甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的反应，使用铝粉为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂，按照下述步骤进行首先将铝粉和活性炭的混合物添入固定床反应器内，开通氮气置换装置内空气；停通氮气后，反应物经220°C汽化，流经固定床反应器，其中活性炭用量以质量计为铝粉用量的5 20%，其中所述甲基三氯硅烷流量为0. lml/min,氯甲烷流量为16ml/min，氮气流量为20ml/min ；在230 320°C的温度下进行反应；产物经温度维持在120 °C左右的三氯化铝收集器进行气固分离后经冰水浴及液氮冷阱冷凝后连续收集1小时样品。上述技术方案中，优选活性炭的用量以质量计为铝粉用量的20%。上述技术方案中也可以使用铝粉与镁粉、锌粉或锡粉之一的任意物质混和作为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂，进行甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的反应；其中活性炭用量以质量计为铝粉用量的20%，镁粉、锌粉或锡粉用量分别为铝粉用量以质量计的3%、3%、0. 2%。上述方法中一甲的转化率和二甲的收率均随着反应温度的升高而升高，但温度过高可能导致催化剂烧结，优选反应温度为320°c。本专利技术由甲基三氯硅烷经金属催化剂转化为二甲基二氯硅烷的方法工艺简便，反应易于控制且可进行连续化反应，易于进行工业化扩大应用，原料转化率和产物收率较高， 催化剂活性良好。上述方法中各主要组分组成质量含量为甲基氯硅烷99%，氯甲烷99%，铝粉 99. 5%(0. 38 0. 83mmX0. 7 1. 5mm 的针状)，镁粉 99% (30 300 μ mX20 150 μ mX 20 μ m的片状)，锌粉98%(粒径1 13. 5 μ m的球状)，锡粉99%(粒径3. 5 50 μ m 的球状)，活性炭(粒径0. 5 1. 2mm的颗粒)，氮气(高纯氮，99. 999%)。附图说明图1 本专利技术反应流程简图2 添加5 %活性炭与铝粉作用下甲基三氯硅烷转化反应结果； 图3.添加10 %活性炭与铝粉作用下甲基三氯硅烷转化反应结果； 图4.添加20 %活性炭与铝粉作用下甲基三氯硅烷转化反应结果； 图5 添加20 %活性炭与铝粉、镁粉作用下甲基三氯硅烷转化反应结果； 图6 添加20 %活性炭与铝粉、锌粉作用下甲基三氯硅烷转化反应结果； 图7 添加20 %活性炭与铝粉、锡粉作用下甲基三氯硅烷转化反应结果； 图8:甲基三氯硅烷转化反应机理示意注图2 7中，·甲基三氯硅烷转化率□二甲基二氯硅烷收率 三甲基氯硅烷收〇四甲基硅烷收率。具体实施方式实施例1 催化剂的制备用托盘天平称量IOOg经烘箱干燥除湿后的活性炭，再向其中加入一定质量比的铝粉， 搅拌使铝粉均勻分散在活性炭中，加入到直径为16 mm长度为510 mm的固定床反应器中。 如无特别说明，下述方法中所说的用量比均为质量比。甲基氯化铝法甲基三氯硅烷气固相转化反应将与活性炭混合均勻的金属催化剂铝粉加入到固定床反应器中，安装好反应装置(如图1)，通入氮气置换装置内部的空气，10分钟后停止通氮气。将一甲和氯甲烷经220°C汽化后的蒸汽通入固定床反应器，控制反应器温度分别为230°C、260°C、290°C、320°C进行甲基三氯硅烷气固相转化反应。反应连续进行，产物经三氯化铝收集器(温度维持120°C左右) 进行气固相分离后经冰浴及液氮冷阱冷凝后连续收集1小时后，取样品立即用气相色谱分析其组成。实验结束后停止通一甲和氯甲烷，氮气保护下降温。气相色谱的条件为检测柱0V-1701毛细柱；进样器温度180 °C;检测器温度180 °C ；检测器类型FID ； H2压力0. 1 MPa ；载气高纯氮；柱前压0. 25 MPa ；温度程升初始温度36 V，11分钟后开始升温，30 °C/min升温至180 °C，保留2 min ；进样量1 μ L ；甲苯为内标物；分析产物中一甲的转化率，二甲、三甲、四甲的收率。一甲的转化率，二甲、三甲、四甲的收率的计算公式如下 Xn = [Mlin-Mlout]/[MlJYii= [Miout]/[MlJ其中，Ml代表一甲，Mi代表二甲、三甲、四甲(i=2，3，4)。重复上述实验步骤，但改变活性炭的比例为5%、10%,20%,实验结果分别如图2、图 3、图4所示本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的方法，其特征在于在气固相固定床反应器中进行甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的反应，使用铝粉为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂，按照下述步骤进行：首先将铝粉和活性炭的混合物添入固定床反应器内，开通氮气置换装置内空气；停通氮气后，反应物经２２０℃汽化，流经固定床反应器，其中活性炭用量以质量计为铝粉用量的５～２０％，其中所述甲基三氯硅烷流量为０．１ｍｌ／ｍｉｎ， 氯甲烷流量为１６ｍｌ／ｍｉｎ， 氮气流量为２０ｍｌ／ｍｉｎ；在２３０～３２０℃的温度下进行反应；产物经温度维持在１２０ ℃左右的三氯化铝收集器进行气固分离后经冰水浴及液氮冷阱冷凝后连续收集１小时样品。
【技术特征摘要】
1.一种甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的方法，其特征在于在气固相固定床反应器中进行甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷的反应，使用铝粉为氯接收剂和催化剂，并添加活性炭作为吸附剂，按照下述步骤进行首先将铝粉和活性炭的混合物添入固定床反应器内，开通氮气置换装置内空气；停通氮气后，反应物经220°c汽化，流经固定床反应器， 其中活性炭用量以质量计为铝粉用量的5 20%，其中所述甲基三氯硅烷流量为0. Iml/ min,氯甲烷流量为16ml/min，氮气流量为20ml/min ；在230 320°C的温度下进行反应； 产物经温度维持在...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷恒波，柳艳君，姜逸倩，沈玉堂，王爱丽，朱德洪，戴晓勇，刘金明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32
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