CN110845734A - 一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统及方法，特点是包括水解塔、一级相分离器、二级相分离器、第一盐酸净化塔、减压罐、第二盐酸净化塔、第一萃取塔、第二萃取塔、汽提塔和线环分离塔，水解塔的侧部设置有多段进料口，水解塔的上端油相出口与一级相分离器的进料口连接，一级相分离器的油相出口与二级相分离器的进料口连接，水解塔的顶部气相出口、一级相分离器的气相出口和二级相分离器的气相出口分别连接第一冷凝器，第一冷凝器的顶部气相出口与第一盐酸净化塔的下端进料口连接，第一盐酸净化塔的上端设置有新鲜盐酸溶液进口，第一盐酸净化塔的底部油相出口，优点是反应转化效率高且产品纯度高。

Description

一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统及方法。

背景技术

在有机硅生产过程中，将二甲基二氯硅烷在反应器内经过一系列水解反应，得到有机硅氧烷是有机硅生产流程中的重要环节。该环节工艺水平的优劣直接关系到有机硅产品品质高低和生产原料中的氯的回收效率高低，优秀的水解方案可有效降低有机硅产品的生产成本。

传统工艺二甲基二氯硅烷经过加压水解反应后，得到的产物主要有聚硅氧烷(水解物)和浓盐酸，水解进料方式为液相二甲基二氯硅烷与盐酸混合后得到水解物硅氧烷，水解物携带少量浓盐酸从水解塔上部流出，经过相分离器分离后得到纯度较高的水解物。相分后得到的水相部分循环至水解反应器重复利用，部分进入后续HCl水洗和吸收工段。高纯度水解物经过中间罐由泵输送至盐酸解析塔，压力降至常压，进一步脱除HCl的水解物被输送至酸洗工段继续脱盐酸。水解反应、相分和盐酸解析塔均会产生气相HCl，气相HCl经过统一收集后一部分去向HCl洗涤塔得到的高纯气相HCl返回至氯甲烷合成工段；一部分去向HCl吸收塔得到利用价值较低的液相盐酸溶液。但是在HCl解析过程中，会有部分轻质油相被带出，跟随HCl气体来到HCl水洗塔和HCl吸收塔，久而久之，会造成相应设备和管道堵塞现象，进而增大停车检修频率，造成硅氧烷收率降低，并且缩短了开车周期。此外，HCl气体中含有硅氧烷还会影响氯甲烷合成过程。因此改进水解反应系统工艺流程、降低水解酸中硅氧烷含量等问题亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反应转化效率高且产品纯度高的有机氯硅烷水解和盐酸精制系统及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统，包括水解塔、一级相分离器、二级相分离器、第一盐酸净化塔、减压罐、第二盐酸净化塔、第一萃取塔、第二萃取塔、汽提塔和线环分离塔，所述的水解塔的侧部设置有多段进料口，所述的水解塔的上端油相出口与所述的一级相分离器的进料口连接，所述的一级相分离器的油相出口与所述的二级相分离器的进料口连接，所述的水解塔的顶部气相出口、所述的一级相分离器的气相出口和所述的二级相分离器的气相出口分别连接第一冷凝器，所述的第一冷凝器的顶部气相出口与所述的第一盐酸净化塔的下端进料口连接，所述的第一盐酸净化塔的上端设置有新鲜盐酸溶液进口，所述的第一盐酸净化塔的底部油相出口、所述的一级相分离器的水相出口和所述的二级相分离器的水相出口分别连接第一循环泵，所述的第一循环泵通过换热器与所述的水解塔的底部进料口连接，所述的第一盐酸净化塔的底部油相出口通过第二循环泵与所述的第一盐酸净化塔的新鲜盐酸溶液进口连接；所述的第一盐酸净化塔的顶部气相出口通过盐酸除油器与外部的去氯甲烷合成装置连接，所述的二级相分离器的油相出口与所述的减压罐的侧部进料口，所述的减压罐的顶部气相出口与所述的第二盐酸净化塔的进料口连接，所述的第二盐酸净化塔的顶部气相出口 通过盐酸压缩机与外部的去氯甲烷合成装置连接；所述的减压罐的底部油相出口与所述的第一萃取塔的下部进料口连接，所述的第一萃取塔的上部出料口与所述的第二萃取塔的下部进料口连接，所述的第二萃取塔的上部出料口与所述的汽提塔的下部进料口连接，所述的汽提塔的下部出料口与所述的线环分离塔连接。

所述水解塔的多段进料口处设置有汽化器；所述的第一冷凝器的底部液相出口与所述的二级相分离器的进料口连接；所述的第一萃取塔的底部物料出口与所述的第一循环泵连接，所述的第二萃取塔的底部物料出口与所述的第一萃取塔的上部循环物料进口连接；所述的汽提塔的顶部气相出口通过第二冷凝器与所述的第一循环泵连接。

所述的水解塔内部设置有若干层塔板，相邻的所述的塔板之间设置有加热盘管。通过多层塔板的设置实现分段进料的效果，每层之间通过加热盘管加热原料。

一种有机氯硅烷水解和盐酸精制方法，包括以下步骤：

（1）将0~0.5MPaG的带压液相二甲基二氯硅烷经过汽化器汽化后或者将液相二甲基二氯硅烷通过换热器加热后，分段送入水解塔内进行水解反应，将水解塔内反应温度控制为20~60℃、压力控制为0~0.5MPaG，将反应得到的气相送入第一冷凝器，将反应得到的油相送入一级相分离器；

（2）将一级相分离器压力控制为与水解塔同等压力下进行油水气三相分离，将分离得到的水相送回水解塔循环利用，将分离得到的气相送入第一冷凝器，将分离得到的油相送入二级相分离器；

（3）将二级相分离器压力控制为在与水解塔同等压力下进行油水气三相分离，将分离得到的水相送回水解塔循环利用，将分离得到的油相送入减压罐，将分离得到的气相送入第一冷凝器，经第一冷凝器冷凝后得到的气相送入第一盐酸净化塔，将经第一冷凝器冷凝后得到的油相送回二级相分离器循环利用；

（4）将减压罐内压力控制为微正压，将分离得到的气相送入第二盐酸净化塔，将分离得到的液相送入第一萃取塔；

（5）将新鲜稀盐酸间歇送入第一盐酸净化塔，将第一盐酸净化塔内温度控制为-10~0℃，压力控制为0~0.5MPaG，将分离得到的体积分数达99.5%的HCl气体经盐酸除油器后送入外部的去氯甲烷合成装置，将分离得到的油相部分送回水解塔循环利用，另一部分与新鲜稀盐酸混合返回第一盐酸净化塔循环利用；

（6）将第二盐酸净化塔的温度控制为20-60℃，将分离得到的体积分数达99.5%的HCl气体经盐酸压缩机加压后送入外部的去氯甲烷合成装置；

（7）将第一萃取塔的温度控制为70-95℃，脱除盐酸，将分离得到的上层液体送入第二萃取塔，将分离得到的下层液体送回水解塔循环利用；

（8）将纯水送入第二萃取塔上部，将第二萃取塔的温度控制为70-95℃，脱除盐酸，将分离得到的上层液体送入汽提塔，将分离得到的下层液体送回第一萃取塔循环利用；

（9）将汽提塔的温度控制为70-150℃，压力控制为-0.1MPaG到0.1MPaG，将分离得到的气相经第二冷凝器送回水解塔循环利用，将分离得到的Cl-≤3ppm的聚硅氧烷油相送入线环分离塔进行线体和环体的分离。

所述的水解塔中二甲基二氯硅烷采用气相多段进料，各段二甲基二氯硅烷进料量为40-90%，40-5%和20-5%。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统及方法，带压（0~0.5MPaG）液相二甲基二氯硅烷经过汽化器汽化后分散通入带压水解塔内进行水解反应，反应生成硅氧烷油相和HCl气体。若不采用汽化器加热，液相二甲基二氯硅烷亦可通过换热器加热后进入水解塔，两种进料方式可根据实际需要进行切换。水解产生的油相携带部分盐酸经水解塔上部溢流口进入一级、二级相分离器，在与水解塔同等压力下进行油水分离。在水解反应和油水分离过程中，会产生0~0.5MPaG 的HCl气体，HCl气体经过统一收集后先经过冷凝器冷却，再进入HCl净化塔1脱除HCl气体携带的油相，操作同样带压。脱油后的HCl气体经过除油器再次除油后被输送至氯甲烷合成装置。冷凝器冷却下来的油相返回至二级相分离器重新进行油水分离。HCl净化塔上部液相进料为间歇进料的新鲜稀盐酸，脱除气相中的硅氧烷后，一部分从塔底流出，与一级、二级相分离器底部流出的油相经过混合加热后循环回水解塔参与水解反应；一部分返回HCl净化塔塔顶循环利用。油相自二级相分离器顶部流出，进入减压罐压力降为常压或微正压，同时析出HCl气体。减压罐析出的HCl气体经过HCl净化塔2除油、干燥后通过压缩机加压，与HCl除油器后的洁净HCl气体混合，一并输送至氯甲烷合成装置。减压罐内析出HCl气体的油相经过常压二级萃取进一步脱除盐酸。萃取塔顶部进料为纯水，用纯水的优点是可以将盐酸脱除更彻底。水相携带盐酸和少量油相从萃取塔塔底流出，循环至水解塔参与水解反应；萃取塔塔顶油相脱酸后进入汽提塔进一步除酸。汽提塔同样在真空下操作，可避免由于温度过高引起产品聚合。盐酸蒸汽从塔顶出塔，经过冷凝器冷凝后同样循环进入水解塔参与水解反应。经过汽提的油相从塔底出料，被输送至线环分离塔分离出线体和环体，线环分离操作同样在真空条件下进行。优点如下：

1、第一HCl净化塔采用新鲜盐酸洗涤HCl气体（31%常压饱和盐酸），使杂质脱除更加充分。新鲜盐酸中不含有硅氧烷杂质，在塔内洗涤盐酸气体过程中，可以使更多的硅氧烷杂质被盐酸带走从塔底流出；

2、采用新鲜盐酸洗涤HCl气体，有效降低HCl气体中水解物含量（水解物由500ppm以上降至100ppm以下）。由于HCl净化塔采用新鲜不含有水解物的盐酸洗涤HCl气体，塔顶HCl气体中杂质含量大幅降低，减轻了相关设备堵塞问题，有效延长了设备周期，间接增加了企业经济效益；

3、不产生废酸。从第一HCl净化塔塔底流出的带有杂质的盐酸循环回流至水解塔，达到重复利用的目的，有效避免了传统工艺中产生废盐酸的缺点；

4、减压罐释放的HCl气体经过第二HCl净化塔净化干燥后，直接被加压输送至氯甲烷合成工段，可避免后续工段增加HCl吸收塔和碱洗塔，虽然增加一个干燥塔，但是从整体考虑依然是大幅降低了投资和运行成本，减少了三废的排放量；

5、可以生成杂质含量更低的HCl气体，进而提高氯甲烷合成工段的产品纯度；

6、有效提高产品质量。水解产生的油相经过减压析出HCl、二级萃取脱酸和汽提脱酸等操作后Cl-含量大幅降低，约为3PPM以下（常规方法水解物中Cl-含量约为6ppm以上）；

7、本发明二甲基二氯硅烷水解工艺水解塔反应温度为50-90℃，压力范围是常压-0.5MPag，水解塔内部设有特殊结构的塔板和螺旋热管，二甲基二氯硅烷气相进料，水解塔内物料受热更加均匀，可有效提高反应效率，缩短了反应时间，延长了设备周期；

8、二甲基二氯硅烷进料状态可进行切换。当气相进料不满足要求时，可以切换为液相进料方式，与从后续设备返回的盐酸混合经加热器加热后从水解塔塔底进料；

9、二甲基二氯硅烷采用气相多段进料，使反应更加均匀充分。在相同的进料总量情况下，气相多段进料可以提高反应器内二甲基二氯硅烷与盐酸的摩尔比，达到提高反应转化率的效果，各段二甲基二氯硅烷进料量为40-90%，40-5%，20-5%。

综上所述，本发明有机硅水解反应的反应器及HCl精制系统，经一系列工艺过程，最终获得高纯度水解物和HCl气体的方法和系统。

附图说明

图1为本发明有机氯硅烷水解和盐酸精制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例一

一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统，如图1所示，包括水解塔1、一级相分离器2、二级相分离器3、第一盐酸净化塔4、减压罐5、第二盐酸净化塔6、第一萃取塔7、第二萃取塔8、汽提塔99和线环分离塔10，水解塔1的侧部设置有多段进料口，水解塔1的上端油相出口与一级相分离器2的进料口连接，一级相分离器2的油相出口与二级相分离器3的进料口连接，水解塔1的顶部气相出口、一级相分离器2的气相出口和二级相分离器3的气相出口分别连接第一冷凝器11，第一冷凝器11的顶部气相出口与第一盐酸净化塔4的下端进料口连接，第一盐酸净化塔4的上端设置有新鲜盐酸溶液进口，第一盐酸净化塔4的底部油相出口、一级相分离器2的水相出口和二级相分离器3的水相出口分别连接第一循环泵12，第一循环泵12通过换热器13与水解塔1的底部进料口连接，第一盐酸净化塔4的底部油相出口通过第二循环泵14与第一盐酸净化塔4的新鲜盐酸溶液进口连接；第一盐酸净化塔4的顶部气相出口通过盐酸除油器15与外部的去氯甲烷合成装置连接，二级相分离器3的油相出口与减压罐5的侧部进料口，减压罐5的顶部气相出口与第二盐酸净化塔6的进料口连接，第二盐酸净化塔6的顶部气相出口 通过盐酸压缩机16与外部的去氯甲烷合成装置连接；减压罐5的底部油相出口与第一萃取塔7的下部进料口连接，第一萃取塔7的上部出料口与第二萃取塔8的下部进料口连接，第二萃取塔8的上部出料口与汽提塔9的下部进料口连接，汽提塔9的下部出料口与线环分离塔10连接。

在此具体实施例中，水解塔1的多段进料口处设置有汽化器17；第一冷凝器11的底部液相出口与二级相分离器3的进料口连接；第一萃取塔7的底部物料出口与第一循环泵12连接，第二萃取塔8的底部物料出口与第一萃取塔7的上部循环物料进口连接；汽提塔9的顶部气相出口通过第二冷凝器18与第一循环泵12连接。水解塔1内部设置有若干层塔板19，相邻的塔板19之间设置有加热盘管20。

具体实施例二

一种有机氯硅烷水解和盐酸精制方法，包括以下步骤：

（1）将0-0.5MPaG的带压液相二甲基二氯硅烷经过汽化器17汽化后或者将液相二甲基二氯硅烷通过换热器13加热后，分段送入水解塔1内进行水解反应，将水解塔1内反应温度控制为20-60℃、压力控制为0-0.5MPaG，将反应得到气相送入第一冷凝器11，将反应得到油相送入一级相分离器2；水解塔1中二甲基二氯硅烷采用气相多段进料，各段二甲基二氯硅烷进料量为40-90%、40-5%和20-5%；

（2）将一级相分离器2压力控制为与水解塔1同等压力下进行油水气三相分离，将分离得到的水相送回水解塔1循环利用，将分离得到的气相送入第一冷凝器11，将分离得到的油相送入二级相分离器3；

（3）将二级相分离器3压力控制为在与水解塔1同等压力下进行油水气三相分离，将分离得到的水相送回水解塔1循环利用，将分离得到的油相送入减压罐5，将分离得到的气相送入第一冷凝器11，经第一冷凝器11冷凝后得到的气相送入第一盐酸净化塔4，将经第一冷凝器11冷凝后得到的油相送回二级相分离器3循环利用；

（4）将减压罐5内压力控制为微正压，将分离得到的气相送入第二盐酸净化塔6，将分离得到的液相送入第一萃取塔7；

（5）将新鲜稀盐酸间歇送入第一盐酸净化塔4，将第一盐酸净化塔4温度控制为0~0.5MPaG，将分离得到的体积分数达99.5%的HCl气体经盐酸除油器15后送入外部的去氯甲烷合成装置，将分离得到的油相部分送回水解塔1循环利用，另一部分与新鲜稀盐酸混合返回第一盐酸净化塔4循环利用；

（6）将第二盐酸净化塔6的温度控制为20-60℃，将分离得到的体积分数达99.5%的HCl气体经盐酸压缩机16加压后送入外部的去氯甲烷合成装置；

（7）将第一萃取塔7的温度控制为70-95℃，脱除盐酸，将分离得到的上层液体送入第二萃取塔8，将分离得到的下层液体送回水解塔1循环利用；

（8）将纯水送入第二萃取塔8上部，将第二萃取塔8的温度控制为70-95℃，脱除盐酸，将分离得到的上层液体送入汽提塔9，将分离得到的下层液体送回第一萃取塔7循环利用；

（9）将汽提塔9的温度控制为70-150℃，压力控制为-0.1MPaG到0.1MPaG，将分离得到的气相经第二冷凝器18送回水解塔1循环利用，将分离得到的Cl-≤3ppm的聚硅氧烷油相送入线环分离塔10进行线体和环体的分离。

上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统，其特征在于：包括水解塔、一级相分离器、二级相分离器、第一盐酸净化塔、减压罐、第二盐酸净化塔、第一萃取塔、第二萃取塔、汽提塔和线环分离塔，所述的水解塔的侧部设置有多段进料口，所述的水解塔的上端油相出口与所述的一级相分离器的进料口连接，所述的一级相分离器的油相出口与所述的二级相分离器的进料口连接，所述的水解塔的顶部气相出口、所述的一级相分离器的气相出口和所述的二级相分离器的气相出口分别连接第一冷凝器，所述的第一冷凝器的顶部气相出口与所述的第一盐酸净化塔的下端进料口连接，所述的第一盐酸净化塔的上端设置有新鲜盐酸溶液进口，所述的第一盐酸净化塔的底部油相出口、所述的一级相分离器的水相出口和所述的二级相分离器的水相出口分别连接第一循环泵，所述的第一循环泵通过换热器与所述的水解塔的底部进料口连接，所述的第一盐酸净化塔的底部油相出口通过第二循环泵与所述的第一盐酸净化塔的新鲜盐酸溶液进口连接；所述的第一盐酸净化塔的顶部气相出口通过盐酸除油器与外部的去氯甲烷合成装置连接，所述的二级相分离器的油相出口与所述的减压罐的侧部进料口，所述的减压罐的顶部气相出口与所述的第二盐酸净化塔的进料口连接，所述的第二盐酸净化塔的顶部气相出口 通过盐酸压缩机与外部的去氯甲烷合成装置连接；所述的减压罐的底部油相出口与所述的第一萃取塔的下部进料口连接，所述的第一萃取塔的上部出料口与所述的第二萃取塔的下部进料口连接，所述的第二萃取塔的上部出料口与所述的汽提塔的下部进料口连接，所述的汽提塔的下部出料口与所述的线环分离塔连接。

2.根据权利要求1所述的一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统，其特征在于：所述水解塔的多段进料口处设置有汽化器；所述的第一冷凝器的底部液相出口与所述的二级相分离器的进料口连接；所述的第一萃取塔的底部物料出口与所述的第一循环泵连接，所述的第二萃取塔的底部物料出口与所述的第一萃取塔的上部循环物料进口连接；所述的汽提塔的顶部气相出口通过第二冷凝器与所述的第一循环泵连接。

3.根据权利要求1所述的一种有机氯硅烷水解和盐酸精制系统，其特征在于：所述的水解塔内部设置有若干层塔板，相邻的所述的塔板之间设置有加热盘管。

4.一种利用权利要求1所述的有机氯硅烷水解和盐酸精制系统进行有机氯硅烷水解和盐酸精制方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将0~0.5MPaG的带压液相二甲基二氯硅烷经过汽化器汽化后或者将液相二甲基二氯硅烷通过换热器加热后，分段送入水解塔内进行水解反应，将水解塔内反应温度控制为20~60℃、压力控制为0~0.5MPaG，将反应得到的气相送入第一冷凝器，将反应得到的油相送入一级相分离器；

（2）将一级相分离器压力控制为与水解塔同等压力下进行油水气三相分离，将分离得到的水相送回水解塔循环利用，将分离得到的气相送入第一冷凝器，将分离得到的油相送入二级相分离器；

（3）将二级相分离器压力控制为在与水解塔同等压力下进行油水气三相分离，将分离得到的水相送回水解塔循环利用，将分离得到的油相送入减压罐，将分离得到的气相送入第一冷凝器，经第一冷凝器冷凝后得到的气相送入第一盐酸净化塔，将经第一冷凝器冷凝后得到的油相送回二级相分离器循环利用；

（4）将减压罐内压力控制为微正压，将分离得到的气相送入第二盐酸净化塔，将分离得到的液相送入第一萃取塔；

（5）将新鲜稀盐酸间歇送入第一盐酸净化塔，将第一盐酸净化塔内温度控制为-10~0℃，压力控制为0~0.5MPaG，将分离得到的体积分数达99.5%的HCl气体经盐酸除油器后送入外部的去氯甲烷合成装置，将分离得到的油相部分送回水解塔循环利用，另一部分与新鲜稀盐酸混合返回第一盐酸净化塔循环利用；

（6）将第二盐酸净化塔的温度控制为20-60℃，将分离得到的体积分数达99.5%的HCl气体经盐酸压缩机加压后送入外部的去氯甲烷合成装置；

（7）将第一萃取塔的温度控制为70-95℃，脱除盐酸，将分离得到的上层液体送入第二萃取塔，将分离得到的下层液体送回水解塔循环利用；

（8）将纯水送入第二萃取塔上部，将第二萃取塔的温度控制为70-95℃，脱除盐酸，将分离得到的上层液体送入汽提塔，将分离得到的下层液体送回第一萃取塔循环利用；

（9）将汽提塔的温度控制为70-150℃，压力控制为-0.1MPaG到0.1MPaG，将分离得到的气相经第二冷凝器送回水解塔循环利用，将分离得到的Cl-≤3ppm的聚硅氧烷油相送入线环分离塔进行线体和环体的分离。

5.根据权利要求4所述的一种有机氯硅烷水解和盐酸精制方法，其特征在于：所述的水解塔中二甲基二氯硅烷采用气相多段进料，各段二甲基二氯硅烷进料量为40-90%、40-5%和20-5%。

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