CN116328685A - 一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统与工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统与工艺方法，系统包括硅粉反应釜、催化剂反应釜、硅粉浆料加料罐、分离釜、离心装置。在催化剂反应釜中制备催化剂，在硅粉浆料加料罐中制备硅粉浆料，在硅粉反应釜中加入催化剂、硅粉浆料和醇，反应制备四甲氧基硅烷。本发明的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的工艺方法能够同时进行催化剂的制备和四烷氧基硅烷的制备，同时实现对硅渣、四烷氧基硅烷及醇的分离，工艺流程简单，能够实现连续化生产。

Description

一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统与工艺方法

技术领域

本发明涉及四烷氧基硅烷制备技术领域，尤其涉及一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统与工艺方法。

背景技术

四烷氧基硅烷已广泛应用于各种工业领域，从二氧化硅颗粒及其无机材料及其有机聚合物复合材料的制备到粘合剂、硬质涂层剂等。

四烷氧基硅烷可通过四氯硅烷与醇的脱氯化氢烷氧基化反应或通过金属硅与醇在碱催化剂存在下的直接反应获得。生产四乙氧基硅烷的前一种方法现已商业化，但会产生酸性的HCl作为副产品。此外，HCl与醇反应生成水和氯代烷副产物。因此，HCl应尽快在惰性条件下用碱中和，然后以盐的形式除去。额外的过程(例如中和和过滤)需要成本昂贵的工艺及设备。因此，低成本、大规模制备四烷氧基硅烷的方法备受关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统与工艺方法，使得催化四烷氧基硅烷的催化剂的生产与四烷氧基硅烷的生产同时进行，降低工艺成本，实现连续化生产。

本申请一方面实施例提出一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，包括硅粉反应釜、催化剂反应釜、硅粉浆料加料罐、分离釜、离心装置，所述硅粉反应釜设有硅粉浆料入口、催化剂入口、醇入口、第一氮气管道、气体出口和排料口，硅粉浆料加料罐的硅粉浆料出口连接硅粉反应釜的硅粉浆料入口，催化剂反应釜的催化剂出口连接于硅粉反应釜的催化剂入口，硅粉反应釜的气体出口连接分离釜的进气口，硅粉反应釜的排料口连接离心装置；分离釜的第一出口连接冷凝器，冷凝器用于分离醇和氢气，分离釜的底部设有四烷氧基硅烷出口，分离釜内设有醇加热盘管，醇加热盘管的入口通过管路连接醇加料泵，醇加热盘管的出口通过管路连接硅粉反应釜的醇入口。

在一些实施例中，还包括催化剂冷凝器，所述催化剂冷凝器通过蒸汽管路和回流管路连接于催化剂反应釜，形成气体循环管路，催化剂冷凝器内设有用于对蒸馏物降温的冷水盘管，催化剂冷凝器还连接有用于对催化剂冷凝器内部减压蒸馏的真空装置。

在一些实施例中，所述催化剂反应釜设有第二氮气管道、第一加料管、第二加料管、蒸汽出口、回流口、催化剂出口，第一加料管用于加入碱金属、碱金属醇盐、碱金属氢氧化物的醇溶液、碱金属碳酸盐的醇溶液中的任一种，第二加料管用于加入醇醚化合物或液态二乙二醇低聚物，蒸汽出口通过蒸汽管路连接催化剂冷凝器，催化剂冷凝器通过回流管路连接回流口，催化剂出口通过管路连接硅粉反应釜的催化剂入口。

在一些实施例中，所述硅粉浆料加料罐设有四烷氧基硅烷加入口、硅粉加入口和硅粉浆料出口，硅粉加入口通过螺旋加料器连接有硅粉罐，硅粉浆料出口通过管路连接硅粉反应釜的硅粉浆料入口。

在一些实施例中，所述冷凝器设有入口、醇出口和氢气出口，分离釜的第一出口通过管路连接冷凝器的入口，醇出口通过管路连接醇加料泵的入口，氢气出口连接放空管。

在一些实施例中，所述离心装置通过回收管路连接硅粉反应釜。

在一些实施例中，所述硅粉反应釜、催化剂反应釜、硅粉浆料加料罐内均设有搅拌装置。

在一些实施例中，所述硅粉反应釜的气体出口与分离釜之间的连接管路上连接有用于过滤滤渣或泡沫的过滤器。

在一些实施例中，所述硅粉浆料加料罐上连接有用于平衡硅粉浆料加料罐和硅粉反应釜压力的旁通管，旁通管的一端连接于硅粉浆料加料罐上，另一端连接于硅粉浆料加料罐的硅粉浆料出口与硅粉反应釜的硅粉浆料入口之间的管路上。

本申请另一方面实施例提出一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的工艺方法，利用上述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，包括如下步骤：

S1，在催化剂反应釜中制备催化剂：首先排出催化剂反应釜和冷凝器中的空气，通过第一加料管加入碱金属、碱金属醇盐、碱金属氢氧化物的醇溶液、碱金属碳酸盐的醇溶液中的任一种，升温至60～150℃，在搅拌升温回流的情况下通过第二加料管逐渐加入醇醚化合物或液态二乙二醇低聚物，回流反应0.5～10h，生成低沸点醇和催化剂，低沸点醇沿着蒸汽管路流入至催化剂冷凝器中，低沸点醇经过催化剂冷凝器降温之后经过回流管路回流到催化剂反应釜中，制备的催化剂通入硅粉发应釜；

步骤S2，在硅粉浆料加料罐中制备硅粉浆料：首先将四烷氧基硅烷作为溶剂加入到硅粉浆料加料罐中，将硅粉经硅粉罐加入到硅粉浆料加料罐，搅拌混合均匀后得到硅粉浆料，通入到硅粉反应釜中；

步骤S3，在硅粉反应釜中制备四烷氧基硅烷：通过第一氮气管道将硅粉反应釜中的空气排空，在硅粉反应釜中加入步骤S1制备的催化剂和步骤S2制备的硅粉浆料，搅拌均匀，升温至100℃～200℃，通过醇入口加入经过加热的醇进行反应，生成醇、氢气和四烷氧基硅烷，醇、氢气和四烷氧基硅烷通入分离釜内降温分离出最终产物四烷氧基硅烷，而醇和氢气进入冷凝器发生分离，氢气经排空管放空或收集，冷凝后的醇与新通入的醇混合后经醇加料泵输送至硅粉反应釜中继续反应，其中，醇加料泵输送的醇先通入分离釜中被加热，然后再通入硅粉发应釜中参与反应。

其中，硅粉反应釜中的加热温度根据反应产物的不同设置不同的温度，产物为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。制备四甲氧基硅烷的温度在100℃～140℃之间，为使得四甲氧基硅烷被及时蒸出，反应温度在125～135℃之间最合适。制备四乙氧基硅烷的反应温度在160～175℃之间，便于及时蒸出四乙氧基硅烷。

本发明的有益效果为：本发明的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的工艺方法能够同时进行催化剂的制备和四烷氧基硅烷的制备，同时实现对硅渣、四烷氧基硅烷及醇的分离，工艺流程简单，能够实现连续化生产。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，

其中：

图1为本申请硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统的结构示意图；

附图标记：

1-排放管；2-真空装置；3-催化剂冷凝器；4-蒸汽管路；5-回流管路；6-油水分离管路；7-催化剂反应釜；8-第二氮气管道；9-第一加料管；10-第二加料管；11-硅粉罐；12-螺旋加料器；13-四烷氧基硅烷加入口；14-旁通管；15-硅粉浆料加料罐；16-安全阀；17-过滤器；18-硅粉反应釜；19-第一氮气管道；20-回收管路；21-离心装置；22-醇加热盘管；23-分离釜；24-四烷氧基硅烷出口；25-冷凝器；26-流量计；27-放空管；28-醇加料泵；29-辅助管路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统与工艺方法。

如图1所示，本申请一方面实施例提出一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，包括硅粉反应釜18、催化剂反应釜7、硅粉浆料加料罐15、分离釜23、离心装置21、冷凝器25、硅粉罐11、催化剂冷凝器3。

硅粉反应釜18用于硅粉浆料加料罐15制备的硅粉浆料和催化剂反应釜7制备的催化剂进行反应，来制备四烷氧基硅烷。催化剂反应釜7用于合成制备四烷氧基硅烷的催化剂。硅粉浆料加料罐15用于生成硅粉浆料。分离釜23用于分离四烷氧基硅烷和醇。离心装置21用于将反应后产生的硅渣进行离心。冷凝器25用于冷凝并分离醇和氢气。硅粉罐11用于向硅粉浆料加料罐15内添加硅粉。催化剂冷凝器3用于将催化剂反应釜7中的液体进行回流和进行油水分离。

其中，硅粉反应釜18的罐体主体内设有用于搅拌的搅拌桨和用于测量罐体内部温度的温度计。罐体外部设有用于蒸汽或油浴加热的夹套。罐体外部还连接有超压保护的安全阀16。硅粉反应釜18设有硅粉浆料入口、催化剂入口、醇入口、第一氮气管道19、气体出口和排料口。硅粉反应釜18的硅粉浆料入口通过管路连接硅粉浆料加料罐15的硅粉浆料出口。硅粉反应釜18的催化剂入口通过管路连接催化剂反应釜7的催化剂出口。醇入口设于罐体底部，用于醇进料。第一氮气管道19连接于罐体底部，用于输送氮气以及硅粉反应釜18和与之相连的设备中的空气排空或吹扫。硅粉反应釜18的气体出口通过管路连接分离釜23的进气口，用于排出氢气、醇及产物四烷氧基硅烷。硅粉反应釜18的排料口设于罐体底部，通过管路连接离心装置21。硅粉浆料入口、催化剂入口和气体出口均设于罐体上方。

在一些具体的实施例中，硅粉反应釜18的气体出口与分离釜23之间的连接管路上连接有用于过滤滤渣或泡沫的过滤器17。

催化剂反应釜7的外壁有加热夹套，催化剂反应釜7内设有用于搅拌的搅拌器以及用于内部温度测量的温度计。催化剂反应釜7设有第二氮气管道8、第一加料管9、第二加料管10、蒸汽出口、回流口、催化剂出口。第二氮气管道8设于罐体底部，用于氮气保护和吹扫管路。第一加料管9用于向催化剂反应釜7内加入碱金属、碱金属醇盐、碱金属氢氧化物的醇溶液、碱金属碳酸盐的醇溶液中的任一种。第二加料管10用于加入醇醚化合物或液态二乙二醇低聚物。催化剂反应釜7的蒸汽出口通过蒸汽管路4连接催化剂冷凝器3，催化剂冷凝器3通过回流管路5连接回流口，形成循环管路，回流管路5将回流液返回催化剂反应釜7中。催化剂出口通过管路连接硅粉反应釜18的催化剂入口。第一加料管9、第二加料管10、蒸汽出口、回流口均设于催化剂反应釜7的上方，第二氮气管道8和催化剂出口均设于催化剂反应釜7的下方。

催化剂冷凝器3能够将催化剂反应釜7中的液体进行回流和进行油水分离，经过回流管路5回流到催化剂反应釜7中，油水分离后的产物流入催化剂反应釜7中或油水分离管路6中，其中油为正己烷，环己烷，甲苯，二甲苯等与水存在共沸点且冷却后能分离的共沸物。催化剂冷凝器3内设有冷水盘管，通过冷水盘管对蒸馏物进行降温，催化剂冷凝器3通过管道与真空装置2连接，可以用于减压蒸馏除去溶剂和潮湿的空气，并通过排放管1进行排放。油水分离管路6还用于回收反应完成后的低沸点醇。

硅粉浆料加料罐15通过管路与硅粉反应釜18相连接，硅粉浆料加料罐15内设有用于搅拌硅粉浆料的搅拌器。硅粉浆料加料罐15设有四烷氧基硅烷加入口13、硅粉加入口和硅粉浆料出口，四烷氧基硅烷加入口13、硅粉加入口均设于硅粉浆料加料罐15的上方，硅粉浆料出口设于硅粉浆料加料罐15的下方。四烷氧基硅烷加入口13用于加入作为溶剂的四烷氧基硅烷。硅粉加入口通过螺旋加料器12连接有硅粉罐11，硅粉罐11顶部设有可开合的盖子，盖子打开后可向硅粉罐11内加入硅粉。硅粉浆料出口通过管路连接硅粉反应釜18的硅粉浆料入口。

在一些具体的实施例中，硅粉浆料加料罐15上连接有用于平衡硅粉浆料加料罐15和硅粉反应釜18压力的旁通管14，旁通管14的一端连接于硅粉浆料加料罐15上，另一端连接于硅粉浆料加料罐15的硅粉浆料出口与硅粉反应釜18的硅粉浆料入口之间的管路上。

分离釜23设有第一出口、四烷氧基硅烷出口24、入口。分离釜23的入口和第一出口位于分离釜23的上方，四烷氧基硅烷出口24设于分离釜23的底部，四烷氧基硅烷出口24连接卸料管道。分离釜23内部设有醇加热盘管22，醇加热盘管22的入口通过管路连接醇加料泵28，醇加热盘管22的出口通过管路连接硅粉反应釜18的醇入口。分离釜23的第一出口通过管路连接冷凝器25，冷凝器25用于冷凝并分离醇和氢气。

醇经醇加料泵28输送至硅粉反应釜18，重新用于硅粉的反应，氢气经过流量计26计量后从放空管27排空。

冷凝器25设有入口、醇出口和氢气出口，分离釜23的第一出口通过管路连接冷凝器25的入口，醇出口通过管路连接醇加料泵28的入口，氢气出口连接放空管27，放空管27上设有流量计26。冷凝器25内设有冷凝水管，用于将醇冷凝为液体，进行回收利用。

离心装置21与硅粉反应釜18通过管道连接，离心装置21通过回收管路20连接硅粉反应釜18，离心后得到的上清液可通过回收管路20返回硅粉反应釜18，剩余的硅渣通过离心装置21的排渣管道排出。

在一些具体的实施例中，使用的硅粉的粒径不大于100微米，硅含量大于97％。向硅粉反应釜18中加入的醇的含水量小于0.1％。醇加料泵28的出口连接一条辅助管路29，用于直接连通硅粉反应釜18，辅助管路29与从分离釜23的醇加热盘管22的出口连接的管路汇总，可调节向硅粉反应釜18中加入的醇的温度，并根据硅粉反应釜18的内部温度调节醇的加入量。在辅助管路29上连接一个控制开关，来控制辅助管路29的通断。

在一些具体的实施例中，硅粉反应釜18的加热介质可采用油浴或蒸汽加热，内部进行的反应可以是硅粉与甲醇反应制备正硅酸甲酯，或者硅粉与乙醇反应制备正硅酸乙酯的反应，催化硅粉反应的催化剂可以是碱金属锂、钠、钾的碱金属醇盐或碱金属醇醚盐。

在一些具体的实施例中，催化剂反应釜7的加热介质可采用油浴或蒸汽加热，加热温度在60-150℃之间，可用于锂、钠、钾等碱金属与醇醚反应制备催化剂，也可以用于碱金属盐或碱金属醇盐与醇醚类化合物或短链二醇聚合物的反应。

本申请另一方面实施例提出一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的工艺方法，利用上述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，包括如下步骤：

S1，在催化剂反应釜7中制备催化剂：首先通过第二氮气管道8排出催化剂反应釜7和冷凝器25中的空气，通过第一加料管9加入碱金属、碱金属醇盐、碱金属氢氧化物的醇溶液、碱金属碳酸盐的醇溶液中的任一种，升温至60～150℃，在搅拌升温回流的情况下通过第二加料管10逐渐加入醇醚化合物或液态二乙二醇低聚物，回流反应0.5～10h，生成低沸点醇和催化剂，蒸发的低沸点醇沿着蒸汽管路4流入至催化剂冷凝器3中，低沸点醇经过催化剂冷凝器3的冷水盘管降温之后经过回流管路5回流到催化剂反应釜7中，反应完成后需脱除低沸点醇，打开真空装置2(真空泵)进行减压蒸馏，低沸点醇经过油水分离管路6进行回收，制备的催化剂经过管路通入硅粉发应釜，催化剂用于催化硅粉与醇的反应。

步骤S2，在硅粉浆料加料罐15中制备硅粉浆料：首先将四烷氧基硅烷作为溶剂加入到硅粉浆料加料罐15中，将硅粉罐11顶部的盖子打开，加入硅粉，硅粉经螺旋加料器12加入到硅粉浆料加料罐15，搅拌混合均匀后得到硅粉浆料，通入到硅粉反应釜18中；

步骤S3，在硅粉反应釜18中制备四烷氧基硅烷：通过第一氮气管道19将硅粉反应釜18以及相关连设备中的空气排空，在硅粉反应釜18中加入步骤S1制备的催化剂和步骤S2制备的硅粉浆料，搅拌均匀，升温至100℃～200℃，通过醇入口加入经过加热的醇或蒸汽醇进行反应。搅拌器对硅粉反应釜18内部进行搅拌，防止热量聚集和釜壁结块。反应生成醇、氢气和四烷氧基硅烷，反应进行时产生大量的蒸汽，醇、氢气及四烷氧基硅烷被蒸汽带出，经过滤器17过滤后经过管路通入分离釜23内降温分离出最终产物四烷氧基硅烷，而醇和氢气经过管路进入冷凝器25，在冷凝水管的冷却下发生分离，氢气经流量计26记录后从排空管放空或收集，冷凝后的醇与新通入的醇混合后经醇加料泵28输送至硅粉反应釜18中继续反应。其中，醇加料泵28输送的醇进一步通入分离釜23中被加热，然后再通入硅粉发应釜中参与反应，防止醇温度低而降低反应速率。

在一些具体的实施例中，步骤S1中的进行的反应可以是碱金属与醇醚类化合物进行反应，碱金属包括金属锂、金属钠、金属钾中的一种或两种混合物。也可以是碱金属氢氧化物或碳酸盐化合物的甲醇或乙醇溶液与醇醚类化合物进行反应制备催化剂，碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或多种混合物，碳酸盐化合物为碳酸钾碳酸钠、碳酸锂中的一种或两种混合物。也可以是碱金属醇钠化合物与醇醚类化合物进行反应制备催化剂，碱金属醇钠化合物为甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾等的一种或多种混合物。

在一些具体的实施例中，步骤S1中涉及的醇醚类化合物可以是乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、三乙二醇甲醚等的一种或两种混合物，也可以是二乙二醇、三乙二醇、PEG200、PEG400中的一种或多种混合物。

步骤S1中如果采用碱金属制备催化剂会产生氢气，如果内部温度过高，则需要降低搅拌速度，通入氮气进行降温或夹套通入冷凝水进行降温等措施。如果采用碱金属氢氧化物的甲醇或乙醇溶液，则需要再加入甲苯、二甲苯、环己烷等与水存在共沸点且冷却后能分离的共沸物进行除水，以减少催化剂中的水含量，最后通过减压蒸馏进一步提高催化剂的浓度。

步骤S2制备硅粉浆料采用补加硅粉进行反应的方法使得四烷氧基硅烷的制备反应能够连续进行。其中，通过四烷氧基硅烷加入口13加入的四烷氧基硅烷与制备的产物相同，为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷中的一种。旁通管14用于平衡硅粉加料罐和硅粉发应釜之间的压力，使硅粉加料罐内为负压。采用螺旋加料器12加入固体硅粉，能够对硅粉加料罐起到较好的密封作用的同时能够有效的加入固体硅粉。

步骤S3中，硅粉反应釜18中的加热温度根据反应产物的不同设置不同的温度，产物为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。其中，制备四甲氧基硅烷的温度在100℃～140℃之间，为使得四甲氧基硅烷被及时蒸出，反应温度在125～135℃之间最合适。制备四乙氧基硅烷的反应温度在160～175℃之间，便于及时蒸出四乙氧基硅烷。用于反应的醇是经过60℃以上的甲醇液体或甲醇蒸汽，乙醇液体或乙醇蒸汽。

步骤S3中在四烷氧基硅烷的制备过程中可以通过控制醇的加入或停止来控制反应的进行和停止，通过调节醇的加入量控制一个较小的醇的蒸出量，获得一个较快的反应速率同时减少能耗。通过及时补加硅粉浆料，使反应连续进行，实现四烷氧基硅烷制备的连续化。

步骤S3中，催化剂在连续反应一段时间之后会由于底物硅渣中大量的杂质使得反应速率降低，此时需要将底物进行出料分离，通过管道进入离心装置21，将底物硅渣进行离心，分离液体催化剂和固体硅渣。其中液体催化剂可通过回收管路20进入硅粉反应釜18循环利用，用于制备四烷氧基硅烷。当催化剂失活后可经离心分离硅渣后直接排出反应体系。

步骤S3中从气体出口排出来的混合物是经过过滤器17过滤后的干净气体，经过分离釜23中醇加热盘管22中的醇的降温后分离出四烷氧基硅烷，作为产物的四烷氧基硅烷经过底部的四烷氧基硅烷出口24排出，进一步进行精馏提纯或作为气凝胶制备原料。温度在100℃以下的醇和氢气的混合气体经过第一出口的管道进入冷凝器25，在冷凝水管的冷却下，甲醇变为液态进行回收，氢气从上部经过流量计26计量后排空。

现有技术中通过直接法制备四烷氧基硅烷时，主要产品是三烷氧基硅烷，只能得到少量的四烷氧基硅烷，且需要复杂的硅粉催化剂前处理和很高的反应温度。或者是产生的产物复杂，需要复杂的精馏和分离装置进行产物的分离和纯化。而本发明只需要经过简单的分离就可制备用于氧化硅气凝胶的四烷氧基硅烷，产品进一步分离纯化工艺简单。

以下通过具体的实施例对本申请做进一步阐述。

实施例1

一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的工艺方法，按照以下三个步骤进行，以200L的反应釜制备四甲氧基硅烷的方法为例，步骤一：在催化剂反应釜7中制备催化剂。步骤二：在硅粉浆料加料罐15中制备硅粉浆料。步骤三：在硅粉反应釜18中进行硅粉和甲醇的反应制备四甲氧基硅烷。

下面结合图1对实施例1的步骤进行进一步说明。

本发明工艺流程图如附图1所示，包括以下步骤：

步骤S1，使用氮气对催化剂反应釜7和冷凝器25进行吹扫，排空内部空气，向催化剂反应釜7中加入30％甲醇钠溶液70kg，加热搅拌至回流状态，在1小时内缓慢加入30kg二乙二醇甲醚和20kg乙二醇甲醚的混合物，在100℃下加热回流反应4h，在120℃下减压蒸馏出甲醇，没有明显的溶液蒸出时继续减压蒸馏20分钟，降温至70℃，得到浅棕色的催化剂，将催化剂加入到硅粉反应釜18中。

步骤S2，将大包装袋的硅粉加入到硅粉罐11中，向硅粉浆料加料罐15中加入四甲氧基硅烷，进行搅拌，使用螺旋加料器12加入硅粉，其中硅粉和四甲氧基硅烷按照质量比1:2的比例进行混合，得到硅粉浆料。

步骤S3，在未加入催化剂和硅粉浆料前，使用热的氮气对硅粉反应釜18、分离釜23、冷凝器25以及相互连接的管线进行吹扫，排出反应系统内部的空气和湿气。打开硅粉反应釜18的搅拌装置，从催化剂反应釜7中向硅粉反应釜18加入制备的催化剂，再从硅粉浆料加料罐15中向硅粉反应釜18加入与催化剂等质量的硅粉浆料。升温，70-90℃开始有气体产生，为氮气膨胀差生的气体和部分氢气，继续升温至130℃，开始缓慢加入60℃的甲醇，甲醇在分离釜23中被蒸出的四甲氧基硅烷加热，反应正式开始，并伴随有热量释放，通过调节甲醇的加入量维持反应温度在130℃。

步骤S3中，反应在进行时产生的四甲氧基硅烷、甲醇、氢气从硅粉反应釜18顶部经过过滤器17过滤掉硅粉杂质后进入分离釜23中，经原料甲醇降温后，四甲氧基硅烷被冷凝成为液态，在分离釜23底部收集，并输送到储罐或精馏装置。70-100℃的甲醇和氢气混合气体离开分离釜23，进入到冷凝器25中，未反应的甲醇被冷凝成为液体，温度小于50℃，重新被输送回硅粉反应釜18制备四甲氧基硅烷，氢气经过流量计26计量后经排空管道排放。

步骤S3中的反应持续进行，当气流量较小时，补加硅粉浆料，继续与甲醇在硅粉反应釜18中反应制备四甲氧基硅烷，当第四批补加硅粉反应完成后，将底部浆料经管道排入到离心装置21中，离心装置21离心分离硅粉和催化剂混合物，其中液体催化剂混合物重新进入硅粉反应釜18中，继续催化硅粉和甲醇的反应，硅粉底物作为硅渣被收集，存储。

当步骤S3中的催化剂继续反应多个批次的硅粉浆料后若出现效率降低的情况，可将催化剂与硅粉分离后不再继续用于催化反应，将硅渣和催化剂混合物分离后分别排出收集。

步骤S3中每批次加入硅粉浆料在70-80kg，每批次反应时间在5-7h，每小时四甲氧基硅烷的产量在20kg-30kg之间，氢气流量在16m³/h-20m³/h之间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，包括硅粉反应釜、催化剂反应釜、硅粉浆料加料罐、分离釜、离心装置，所述硅粉反应釜设有硅粉浆料入口、催化剂入口、醇入口、第一氮气管道、气体出口和排料口，

硅粉浆料加料罐的硅粉浆料出口连接硅粉反应釜的硅粉浆料入口，催化剂反应釜的催化剂出口连接于硅粉反应釜的催化剂入口，硅粉反应釜的气体出口连接分离釜的进气口，硅粉反应釜的排料口连接离心装置；

分离釜的第一出口连接冷凝器，冷凝器用于分离醇和氢气，分离釜的底部设有四烷氧基硅烷出口，分离釜内设有醇加热盘管，醇加热盘管的入口通过管路连接醇加料泵，醇加热盘管的出口通过管路连接硅粉反应釜的醇入口。

2.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，还包括催化剂冷凝器，所述催化剂冷凝器通过蒸汽管路和回流管路连接于催化剂反应釜，形成气体循环管路，催化剂冷凝器内设有用于对蒸馏物降温的冷水盘管，催化剂冷凝器还连接有用于对催化剂冷凝器内部减压蒸馏的真空装置。

3.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述催化剂反应釜设有第二氮气管道、第一加料管、第二加料管、蒸汽出口、回流口和催化剂出口，第一加料管用于加入碱金属、碱金属醇盐、碱金属氢氧化物的醇溶液、碱金属碳酸盐的醇溶液中的任一种，第二加料管用于加入醇醚化合物或液态二乙二醇低聚物，蒸汽出口通过蒸汽管路连接催化剂冷凝器，催化剂冷凝器通过回流管路连接回流口，催化剂出口通过管路连接硅粉反应釜的催化剂入口。

4.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述硅粉浆料加料罐设有四烷氧基硅烷加入口、硅粉加入口和硅粉浆料出口，硅粉加入口通过螺旋加料器连接有硅粉罐，硅粉浆料出口通过管路连接硅粉反应釜的硅粉浆料入口。

5.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述冷凝器设有入口、醇出口和氢气出口，分离釜的第一出口通过管路连接冷凝器的入口，醇出口通过管路连接醇加料泵的入口，氢气出口连接放空管。

6.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述离心装置通过回收管路连接硅粉反应釜。

7.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述硅粉反应釜、催化剂反应釜、硅粉浆料加料罐内均设有搅拌装置。

8.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述硅粉反应釜的气体出口与分离釜之间的连接管路上连接有用于过滤滤渣或泡沫的过滤器。

9.根据权利要求1所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，其特征在于，所述硅粉浆料加料罐上连接有用于平衡硅粉浆料加料罐和硅粉反应釜压力的旁通管，旁通管的一端连接于硅粉浆料加料罐上，另一端连接于硅粉浆料加料罐的硅粉浆料出口与硅粉反应釜的硅粉浆料入口之间的管路上。

10.一种硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的工艺方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的硅粉直接法制备四烷氧基硅烷的系统，包括如下步骤：

S1，在催化剂反应釜中制备催化剂：首先排出催化剂反应釜和冷凝器中的空气，通过第一加料管加入碱金属、碱金属醇盐、碱金属氢氧化物的醇溶液、碱金属碳酸盐的醇溶液中的任一种，升温至60～150℃，在搅拌升温回流的情况下通过第二加料管逐渐加入醇醚化合物或液态二乙二醇低聚物，回流反应0.5～10h，生成低沸点醇和催化剂，低沸点醇沿着蒸汽管路流入至催化剂冷凝器中，低沸点醇经过催化剂冷凝器降温之后经过回流管路回流到催化剂反应釜中，制备的催化剂通入硅粉发应釜；

步骤S2，在硅粉浆料加料罐中制备硅粉浆料：首先将四烷氧基硅烷作为溶剂加入到硅粉浆料加料罐中，将硅粉经硅粉罐加入到硅粉浆料加料罐，搅拌混合均匀后得到硅粉浆料，通入到硅粉反应釜中；

步骤S3，在硅粉反应釜中制备四烷氧基硅烷：通过第一氮气管道将硅粉反应釜中的空气排空，在硅粉反应釜中加入步骤S1制备的催化剂和步骤S2制备的硅粉浆料，搅拌均匀，升温至100℃～200℃，通过醇入口加入经过加热的醇进行反应，生成醇、氢气和四烷氧基硅烷，醇、氢气和四烷氧基硅烷通入分离釜内降温分离出最终产物四烷氧基硅烷，而醇和氢气进入冷凝器发生分离，氢气经排空管放空或收集，冷凝后的醇与新通入的醇混合后经醇加料泵输送至硅粉反应釜中继续反应，其中，醇加料泵输送的醇先通入分离釜中被加热，然后再通入硅粉发应釜中参与反应。

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