CN104311590A - 一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置；将氯苯和三氯氢硅同时进行气化；气化后的三氯氢硅与氯苯进行反应，以氯化铝或者镍催化剂，反应温度为200-400℃,反应压力控制在0.1-0.7MPa；反应后得到的产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，脱去氯化氢、苯、四氯化硅、二氯氢硅的轻组分杂质；除去轻组分杂质后的粗产品再进入苯基三氯硅烷脱轻塔，实现氯苯与苯基三氯硅烷分离，重组分为苯基三氯硅烷产品。单程转化率达到80％，提纯后的苯基三氯硅烷纯度达到99.8％。

Description

一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置，用氯化铝、氯化硼、氟化硼等催化热缩合法由三氯氢硅合成苯基三氯氢硅的单程转化率达到了80％,并且反应温度在250-400℃这一较温和的条件反应，同时过量的氯苯实现了回收再利用，进一步提高了产品收率，相对于传统的直接反应法合成苯基三氯硅烷，节约了大量能源。

背景技术

在加快培育和发展的战略性新兴产业中，有机硅不仅是七大战略性新兴产业之一，新材料的重要组成部分，而且是其它六大战略性新兴产业不可或缺的配套材料，可以说有机硅在发展战略性新兴产业中具有举足轻重的作用。

有机硅材料除在建筑、汽车、纺织、电子电器等传统应用领域继续保持稳步增长，“十一五”期间，有机硅在新能源、安全环保、医疗卫生及高端制造等方面不断开发出新的用途，扩大了有机硅的应用领域。特别是在太阳能电池、LED、个人护理用品、轨道交通以及替代石油基产品等方面，有机硅的应用得到快速发展。

业内人士认为，在有机硅产业链中，从最重要的基础原料金属硅到有机硅终端产品，可实现数倍甚至数十倍的增值，而当有机硅产品应用到其它领域时，还可产生更大的增值效应。随着石油资源的日渐枯竭和全球能源的日益紧张，有机硅材料作为石油基产品(各种合成油和合成橡胶)的替代品，优势十分明显，发展空间十分巨大。替代石油基产品将成为未来有机硅材料的最大增长点。

有机硅产业链由原料、单体、中间体、深加工产品四个环节组成，生产有机硅的基础原料主要有金属硅、甲醇、氯化氢及其他配合剂。最重要的有机硅单体是甲基单体、苯基单体和乙烯基单体。苯基三氯硅烷是最重要的苯基单体之一。

相对于甲基有机硅材料，苯基有机硅材料具有力学强度高、电绝缘性能好、耐热性能优良、难燃等优点。苯基的存在有助于改善有机聚硅氧烷的性能，使有机硅产品在航空航天、国防军工等领域的应用更加广泛。目前我国苯基氯硅烷单体的产能低于1×10⁴吨/年，不能满足国内需求。苯基氯硅烷包括苯基三氯硅烷和甲基苯基二氯硅烷等，作为一种用途广泛的有机硅单体，其用量仅次于甲基氯硅烷。

目前合成苯基三氯硅烷的方法主要用直接法，，而直接法具有生产工艺复杂，应用流化床连续生产苯基氯硅烷的工艺流程，先将氯苯与四氯化碳按比例混合备用，再将硅粉、铜粉及助催化剂按比例加入触体干燥器，通氮气干燥，再将Si-Cu触体通入流化床中进行反应，得到苯基三氯硅烷，之后对产品进行分馏提纯。存在原料利用率低，耗能大等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求一种适合生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置，利用氯化铝催化剂热缩合法由三氯氢硅生成苯基三氯硅烷，用两个苯基氯硅烷脱轻塔实现苯基三氯硅烷的提纯和过量氯苯的回收利用，为实现上述目的，本发明提出生产及分离苯基三氯硅烷的方法在反应装置；具体技术方案如下：

一种生产及分离苯基三氯硅烷的操方法，步骤如下：

1).将氯苯和三氯氢硅同时进行气化；

2).气化后的三氯氢硅与氯苯进行反应，以氯化铝或者镍催化剂(催化剂含量是三氯氢硅摩尔含量的0.1％-15％)，反应温度为200-400℃，反应压力控制在0.1-0.7MPa；

3).反应后得到的产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，脱去氯化氢、苯、四氯化硅、二氯氢硅的轻组分杂质；

4).除去轻组分杂质后的粗产品再进入苯基三氯硅烷脱轻塔，实现氯苯与苯基三氯硅烷分离，重组分为苯基三氯硅烷产品。

所述的步骤1)中，优选氯苯与三氯氢硅的物质量之比为1.5～4.0：1；优选气化温度为150-250℃。

所述的步骤2)中脱轻塔优选操作压力为常压，优选塔顶温度在30-80℃。

所述的步骤3)中脱轻塔优选为常压操作，塔顶温度优选控制在100-150℃。

本发明的生产及分离苯基三氯硅烷装置，包括气化室、反应器和苯基三氯硅烷脱轻塔；其特征是苯基三氯硅烷脱轻塔为两个塔串联，每个塔上面设置有冷凝器，塔下面设置有再沸器，第一个苯基三氯硅烷脱轻塔连接有轻组分收集罐；第二个苯基三氯硅烷脱轻塔内设置有催化剂，塔底设置有苯基三氯硅烷产品灌。

可以在第二个苯基三氯硅烷脱轻塔轻组分通过管路连接返回到气化室中。实现氯苯的回收利用。

上述步骤中，可以先先将纯度≥99％的氯苯和三氯氢硅收集于储罐；用氮气排除气化室和反应器的空气，使装置中空气全部被氮气置换。

本发明一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置具有以下优点：

[1]本发明与现有技术相比，其制备方法工艺过程简单，反应易控，反应温度在200-400℃，反应压力为中低压，反应条件温和。

[2]利用氯化铝或者镍催化合成苯基三氯硅烷，将反应温度降低了200多度，单程转化率提高到80％，节约了大量能源，同时节省了大量的投资成本。

[3]反应后得到的产物分离简单，只用两个苯基氯硅烷常压脱轻塔就实现了苯基氯硅烷的提纯，及过量氯苯的循环回收，进一步提高了原料的转化率，同时苯基三氯硅烷的纯度达到99.8％。

[4]该方法所用的原料主要为氯苯、三氯氢硅，原料便宜易得，而得到的苯基三氯硅烷单体，用途广泛，能有效的提高有机硅材料的强度和耐热性等。

[5]该工艺流程简单，降低了成本，节约了能源，另外，设备简单，操作容易，也节约了投资成本。

附图说明

图1本发明一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法和装置流程图。

其中：气化室(1)、反应器(2)、氯化铝或者镍催化剂(3)、苯基三氯硅烷第一脱轻塔(4)、苯基三氯硅烷第一脱轻塔冷凝器(5)、苯基三氯硅烷第一脱轻塔再沸器(11)、轻组分收集罐(6)、苯基三氯硅烷第二脱轻塔(7)、苯基三氯硅烷第二脱轻塔冷凝器(8)、苯基三氯硅烷第二脱轻塔再沸器(9)、苯基三氯硅烷产品灌(10)

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对发明作进一步说明。

生产及分离苯基三氯硅烷的操作方法，步骤如下：

1).先将纯度≥99％的氯苯和三氯氢硅收集于储罐。

2).先用氮气排除气化室和反应器的空气，使装置中空气全部被氮气置换。

3).将氯苯和三氯氢硅同时通入气化室中，氯苯与三氯氢硅的物质量之比控制在1.5-4.0之间。

4).气化室温度控制在150-250℃之间，保证三氯氢硅与氯苯全部气化。

5).气化后的三氯氢硅与氯苯进入反应器，反应器中填装氯化铝或者镍催化剂，反应温度控制在200-400℃,反应器的压力控制在0.1-0.7MPa。

6).反应后得到的产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，该塔操作压力为常压，塔顶温度控制在30-80℃,氯化氢、苯、四氯化硅、二氯氢硅等杂质为轻组分，经过脱轻塔后，杂质能脱去。

7).除去轻组分杂质后的粗产品再进入一个苯基三氯硅烷脱轻塔，该塔为常压操作，塔顶温度控制在100-150℃,该塔实现氯苯与苯基三氯硅烷分离，轻组分氯苯再循环至气化室，实现氯苯的回收利用，重组分为苯基三氯硅烷产品

本发明的生产及分离苯基三氯硅烷的装置，主体结构包括气化室(1)、反应器(2)、氯化铝或者镍催化剂(3)、苯基三氯硅烷第一脱轻塔(4)、苯基三氯硅烷第一脱轻塔冷凝器(5)、苯基三氯硅烷第一脱轻塔再沸器(11)、轻组分收集罐(6)、苯基三氯硅烷第二脱轻塔(7)、苯基三氯硅烷第二脱轻塔冷凝器(8)、苯基三氯硅烷第二脱轻塔再沸器(9)、苯基三氯硅烷产品灌(10)；气化室-1与反应器-2串联，反应器-2与苯基三氯硅烷第一脱轻塔串联，苯基三氯硅烷第一脱轻塔与苯基三氯硅烷第二脱轻塔串联，他们之间通过管路连接，反应器-2中装填氯化铝或者镍催化剂，苯基三氯硅烷第一脱轻塔通过管路连接苯基三氯硅烷第一脱轻塔冷凝器和再沸器以及轻组分收集罐-6，苯基三氯硅烷第二脱轻塔通过管路连接苯基三氯硅烷第二脱轻塔冷凝器和再沸器以及苯基三氯硅烷产品灌-10，轻组分通过管路连接返回到气化室中。苯和三氯氢硅通入气化室-1中进行气化，气化后进入反应器-2中进行反应，反应后产物进入脱轻塔-4进行分离，除掉氯化氢以及三氯氢硅等低沸点组分，剩下的苯和苯基三氯硅烷进入苯基三氯硅烷脱轻塔-7进行分离，轻组分的氯苯循环至原料罐进行重复利用，重组分是产物苯基三氯硅烷。

实施例1：

本实施例在反应装置中进行，将纯度大于99％的三氯氢硅和氯苯通入气化室气化，三氯氢硅与氯苯的物质量之比为2.5，气化室温度控制在200℃，之后进入装有氯化铝或者镍催化剂的反应器中反应，反应器温度控制在250℃，压力控制在0.6MPa，反应后产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度在60°左右，塔内压力为常压，粗产品再进入一个苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度控制在120°左右，塔内温度为常压，取苯基三氯硅烷产品进行检测，产品纯度达到99.8％，产品收率达到85％。

实施例2：

本实施例在反应装置中进行，将纯度大于99％的三氯氢硅和氯苯通入气化室气化，三氯氢硅与氯苯的物质量之比为1.5，气化室温度控制在200℃，之后进入装有氯化铝或者镍催化剂的反应器中反应，反应器温度控制在200℃，压力控制在0.6MPa，反应后产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度在60°左右，塔内压力为常压，粗产品再进入一个苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度控制在120°左右，塔内温度为常压，取苯基三氯硅烷产品进行检测，产品纯度达到99.6％，产品收率达到80％。

实施例3：

本实施例在反应装置中进行，将纯度大于99％的三氯氢硅和氯苯通入气化室气化，三氯氢硅与氯苯的物质量之比为4，气化室温度控制在400℃，之后进入装有氯化铝或者镍催化剂的反应器中反应，反应器温度控制在200℃，压力控制在0.6MPa，反应后产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度在60°左右，塔内压力为常压，粗产品再进入一个苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度控制在120°左右，塔内温度为常压，取苯基三氯硅烷产品进行检测，产品纯度达到99.7％，产品收率达到90％。

实施例4：

本实施例在反应装置中进行，将纯度大于99％的三氯氢硅和氯苯通入气化室气化，三氯氢硅与氯苯的物质量之比为2.5，气化室温度控制在150℃，之后进入装有氯化铝或者镍催化剂的反应器中反应，反应器温度控制在400℃，压力控制在0.7MPa，反应后产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度在30°左右，塔内压力为常压，粗产品再进入一个苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度控制在100°左右，塔内温度为常压，取苯基三氯硅烷产品进行检测，产品纯度达到98.8％，产品收率达到82％。

实施例5：

本实施例在反应装置中进行，将纯度大于99％的三氯氢硅和氯苯通入气化室气化，三氯氢硅与氯苯的物质量之比为4，气化室温度控制在250℃，之后进入装有氯化铝或者镍催化剂的反应器中反应，反应器温度控制在200℃，压力控制在0.1MPa，反应后产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度在80°左右，塔内压力为常压，粗产品再进入一个苯基三氯硅烷脱轻塔，塔顶温度控制在150°左右，塔内温度为常压，取苯基三氯硅烷产品进行检测，产品纯度达到98.4％，产品收率达到90％。

Claims (6)

1.一种生产及分离苯基三氯硅烷的方法，其特征是步骤如下：

1).将氯苯和三氯氢硅同时进行气化；

2).气化后的三氯氢硅与氯苯进行反应，以氯化铝或者镍催化剂(催化剂含量是三氯氢硅摩尔含量的0.1％-15％)，反应温度为200-400℃,反应压力控制在0.1-0.7MPa；

3).反应后得到的产物进入苯基三氯硅烷脱轻塔，脱去氯化氢、苯、四氯化硅、二氯氢硅的轻组分杂质；

4).除去轻组分杂质后的粗产品再进入苯基三氯硅烷脱轻塔，实现氯苯与苯基三氯硅烷分离，重组分为苯基三氯硅烷产品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤1)中，氯苯与三氯氢硅的物质量之比为1.5～4.0：1；气化温度为150-250℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤2)中脱轻塔操作压力为常压，塔顶温度在30-80℃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤3)中塔为常压操作，塔顶温度控制在100-150℃。

5.实现权利要求1的生产及分离苯基三氯硅烷装置，包括气化室、反应器和苯基三氯硅烷脱轻塔；其特征是苯基三氯硅烷脱轻塔为两个塔串联，每个塔上面设置有冷凝器，塔下面设置有再沸器，第一个苯基三氯硅烷脱轻塔连接有轻组分收集罐；第二个苯基三氯硅烷脱轻塔内设置有催化剂，塔底设置有苯基三氯硅烷产品灌。

6.如权利要求2所述飞装置，其特征是第二个苯基三氯硅烷脱轻塔轻组分通过管路连接返回到气化室中。