CN216155771U - 一种乙烯基三氯硅烷生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种乙烯基三氯硅烷生产系统，包括文丘里混合器、反应釜和反应管，文丘里混合器与反应釜相连，用于将反应釜中的一部分溶剂和催化剂混合物输入产生的真空，将生产乙烯基三氯硅烷的原料吸入文丘里混合器中与进入其内的溶剂和催化剂混合，形成的气液两相混合物经文丘里混合器泄压过程中排入位于反应釜中并与文丘里混合器相接的反应管里，反应釜还用于提供反应条件，以使气液两相混合物中的生产原料在催化剂的作用下在反应管内发生反应，生成的反应产物在文丘里混合器的泄压作用下被闪蒸形成饱和蒸汽逸出反应管外，从而避免了反应产物与原料三氯氢硅发生的副反应，大大降低副产物的生成，同时反应管中的催化剂和溶剂回到反应釜中。

Description

一种乙烯基三氯硅烷生产系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种乙烯基三氯硅烷生产系统。

背景技术

乙烯基三氯硅烷为属于有机硅硅烷偶联剂的一种，其分子式为CH₂＝CHSiCl₃，由于其具有不饱和基团和活泼氯根，遇水激烈水解，形成相应的硅醇，适用作玻璃纤维表面处理剂和增强塑料层压品的处理剂，以提高制品的机械强度和耐热、防湿性能；还可作为其它乙烯基系有机硅偶联剂的原料；同时还适用于玻璃纤维的表面处理，可改善玻璃纤维与不饱和聚酯、环氧树脂、丙烯酸树脂等的粘接性、耐热性和耐水性。

目前生产主要工艺路线为乙炔和三氯氢硅在氯铂酸催化的作用下加成生成乙烯基三氯硅烷，按照反应流程分类主要为釜式反应和塔式反应，两种反应流程均采用氯铂酸及配体为催化剂，准备得到相应的目标产物。

目前的釜式反应主要是将乙炔气体和三氯氢硅气体从反应釜的原料添加口通过伸入管插反应釜，在具有催化剂的溶剂中进行反应，一般选择氯苯或二甲苯作为溶剂，在专利CN 211677751 U中提到使用搅拌方式加快反应效率及反应热移除效率，专利CN212092218 U中提到在反应釜中设置分布器，乙炔和三氯氢硅汽化气体进入到分布器，提高反应接触面积和反应原料均匀性。上述现有的乙烯基三氯硅烷反应釜主要存在以下缺陷：乙烯基三氯硅烷在乙烯基三氯硅烷生成温度和催化剂作用下，极易与原料中的三氯氢硅发生副反应，从而导致副产物高，催化剂单耗高等缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种减少副产物，提高收率的乙烯基三氯硅烷生产系统。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种乙烯基三氯硅烷生产系统，包括：文丘里混合器、反应釜和反应管，

所述反应釜用于将溶剂和催化剂混合，

所述文丘里混合器与反应釜相连，用于将反应釜中的一部分溶剂和催化剂混合物输入产生的真空，将生产乙烯基三氯硅烷的原料吸入所述文丘里混合器内与进入文丘里混合器内的溶剂和催化剂混合，以形成气液两相混合物，所述文丘里混合器还用于对所述气液两相混合物进行泄压，

所述反应管的上部与文丘里混合器相连，用于接收经泄压的气液两相混合物，

所述反应管的下部伸入反应釜中，所述反应釜还用于提供反应条件，以使所述气液两相混合物中的生产原料在催化剂的作用下在所述反应管内发生反应，生成的反应产物在文丘里混合器的泄压作用下被闪蒸形成饱和蒸汽逸出反应管外，同时反应管中的催化剂和溶剂回到反应釜中。

可选地，所述反应管的直径为80mm-150mm，其长度为2000mm-3000mm，所述气液两相混合物泄压后的流速为2m/s-3.5m/s。

可选地，还包括反应塔，所述反应塔与反应釜相连，反应釜中的一部分溶剂和催化剂混合物从顶部以喷淋方式进入反应塔中，

从反应釜中逸出的气相物进入反应塔中，与喷淋而下的溶剂和催化剂接触，以使所述气相物中未反应的生产原料在进入反应塔中的催化剂的作用下发生反应，生成反应产物，同时反应塔中的催化剂和溶剂排入反应釜中。

可选地，还包括冷凝器，所述冷凝器与反应塔相连，用于对从反应塔中逸出的气相物进行冷凝，以得到液态的乙烯基三氯硅烷粗品。

还包括原料混合器，用于将生产乙烯基三氯硅烷的原料三氯氢硅和乙炔气体混合。

可选地，还包括循环泵，

所述反应釜的底部设有出液管，所述出液管分别与反应塔和文丘里混合器相连，所述循环泵设于出液管上，用于将溶剂和催化剂在反应釜和文丘里混合器之间，以及在反应釜和反应塔之间循环。

可选地，还包括加热夹套和循环冷却器，

所述加热夹套设于反应釜的外壁上，用于对反应釜进行加热，

所述循环泵与反应釜的顶部相连，用于将溶剂和催化剂在反应釜底部和顶部之间循环，所述循环冷却器设于循环泵与反应釜顶部相连的管道上，用于冷却进入反应釜顶部的溶剂和催化剂，以使反应釜维持稳定的反应温度。

可选地，所述冷凝器与反应塔之间设有回流管，用于将部分冷凝所得的液态乙烯基三氯硅烷粗品送入反应塔中，以维持溶剂平衡。

可选地，所述反应管中设有不锈钢316L丝网填料。

可选地，所述反应塔中设有波纹陶瓷填料。

本实用新型中，通过将乙烯基三氯硅烷原料(三氯氢硅和乙炔气体)和反应釜中经混合的催化剂和溶剂引入文丘里混合器中，以实现气液两相的高效混合，所形成的气液两相混合物经文丘里混合器泄压后进入置于反应釜中的反应管中，在反应釜提供的反应条件下，气液两相混合物中的原料在催化剂的作用下发生反应，生成的反应产物为轻组分，其在文丘里混合器的泄压作用下被闪蒸形成饱和蒸汽逸出反应管外，从而避免了反应产物与原料三氯氢硅在反应釜提供的温度和催化剂作用下发生的副反应，从而大大降低副产物1，2-二(三氯硅基)乙烷的生成。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的乙烯基三氯硅烷生产系统的示意图。

图中：1-三氯氢硅管线，2-乙炔管线，3-原料混合器，4-加热夹套，5-文丘里混合器，6-反应管，7-反应釜，8-溶剂管线，9-蒸汽管线，10-冷凝液管线，11-催化剂添加口，12-反应塔，13-塔顶气相管线，14-冷凝器，15-反应尾气放空管，16-冷凝液下料管，17-回流管，18-冷凝液采出管，19-循环冷却器，20-循环泵，21-文丘里循环管线，22-反应釜排液管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种乙烯基三氯硅烷生产系统，包括：文丘里混合器、反应釜和反应管，

所述反应釜用于将溶剂和催化剂混合，

所述文丘里混合器与反应釜相连，用于将反应釜中的一部分溶剂和催化剂混合物输入产生的真空，将生产乙烯基三氯硅烷的原料吸入所述文丘里混合器内与进入文丘里混合器内的溶剂和催化剂混合，以形成气液两相混合物，所述文丘里混合器还用于对所述气液两相混合物进行泄压，

所述反应管的上部与文丘里混合器相连，用于接收经泄压的气液两相混合物，

所述反应管的下部伸入反应釜中，所述反应釜还用于提供反应条件，以使所述气液两相混合物中的生产原料在催化剂的作用下在所述反应管内发生反应，生成的反应产物在文丘里混合器的泄压作用下被闪蒸形成饱和蒸汽逸出反应管外，同时反应管中的催化剂和溶剂回到反应釜中。

实施例1：

本实施例提供一种乙烯基三氯硅烷生产系统，如图1所示，包括：文丘里混合器5、反应釜7和反应管6，

反应釜7用于将溶剂和催化剂混合，

文丘里混合器5与反应釜7相连，用于将反应釜7中的一部分溶剂和催化剂混合物输入产生的真空，将生产乙烯基三氯硅烷的原料吸入文丘里混合器5内与进入文丘里混合器5内的溶剂和催化剂混合，以形成气液两相混合物，文丘里混合器5还用于对气液两相混合物进行泄压，

反应管6的上部与文丘里混合器5相连，用于接收经泄压的气液两相混合物，

反应管6的下部伸入反应釜7中，反应釜7还用于提供反应条件，以使气液两相混合物中的生产原料在催化剂的作用下在反应管6内发生反应，生成的反应产物在文丘里混合器5的泄压作用下被闪蒸形成饱和蒸汽逸出反应管6外，同时反应管6中的催化剂和溶剂回到反应釜7中。

乙烯基三氯硅烷合成的主要反应如下：

主要反应化学方程式如下：

HSiCl₃+C₂H₂——C₂H₃SiCl₃(放热反应)

主要副反应化学方程式如下：

HSiCl₃+C₂H₃SiCl₃——Cl₃SiC₂H₄SiCl₃

进行加成法生产时，要尽量选择有利的生产条件，减少副反应的发生，以提高乙烯基三氯硅烷的收率。

由此，通过将乙烯基三氯硅烷原料(三氯氢硅和乙炔气体)和反应釜中经混合的催化剂和溶剂引入文丘里混合器5中，以实现气液两相的高效混合，所形成的气液两相混合物经文丘里混合器5泄压后进入置于反应釜中的反应管中，在反应釜7提供的反应条件下，气液两相混合物中的原料在催化剂的作用下发生反应，生成的反应产物为轻组分，其在文丘里混合器5的泄压作用下被闪蒸形成饱和蒸汽逸出反应管6外，从而避免了反应产物与原料三氯氢硅在反应釜7提供的温度和催化剂作用下发生的副反应，从而大大降低副产物1，2-二(三氯硅基)乙烷的生成。

本实施例中，还包括原料混合器3，用于将乙烯基三氯硅烷生产原料三氯氢硅和乙炔气体混合。

本实施例中，反应管6的直径为80mm-150mm，其长度为2000mm-3000mm，气液两相混合物泄压后的流速为2m/s-3.5m/s。

本申请背景技术提及的乙烯基三氯硅烷的生产方法还存在以下技术问题：原料混合分布不均匀，反应停留时间短，原料利用率低，反应接触不充分。

本实施例中，通过原料混合器3将乙烯基三氯硅烷生产原料(三氯氢硅和乙炔气体)充分混合，通过反应釜7将溶剂和催化剂充分混合，再将原料混合器3中经混合的生产原料，以及反应釜7中一部分经混合的溶剂和催化剂引入文丘里混合器5中进行混合，文丘里混合器5在本实施例中的另一作用即提高气液两相的混合效率，从而解决了现有技术中存在的原料混合分布不均匀、原料与催化剂接触不充分的技术问题。

并且，本实施例通过对反应管6结构，以及气液两相混合物泄压后的流速进行上述限定，实践表明，可将反应时长控制在3-5s，从而可将95％以上的原料三氯氢硅全部反应完，从而确保了原料和催化剂充分接触，提高了原料利用率。

气液两相混合物泄压后的流速可由溶剂和催化剂的泵入速度，以及文丘里混合器5的结构选型实现，此处不再赘述。

本实施例中，还包括反应塔12，反应塔12与反应釜7相连，反应釜7中的一部分溶剂和催化剂混合物从顶部以喷淋方式进入反应塔12中，

从反应釜7中逸出的气相物进入反应塔12中，与喷淋而下的溶剂和催化剂接触，以使气相物中未反应的生产原料在进入反应塔12中的催化剂的作用下发生反应，生成反应产物，同时反应塔12中的催化剂和溶剂排入反应釜7中。

由此，未反应充分的原料在反应塔12内得以反应，同时反应塔12还发挥精馏塔的作用，对反应的混合气体进行初步分离，减少氯苯的补加量，同时提高反应冷凝液中目标产物的含量。

本实施例中，还包括冷凝器14，冷凝器14与反应塔12相连，用于对从反应塔12中逸出的气相物进行冷凝，气相物中的反应产物和溶剂得以液化，与未反应的乙炔气体分离，以得到液态的乙烯基三氯硅烷粗品。

本实施例中，还包括循环泵20，

反应釜7的底部设有出液管，出液管分别与反应塔12和文丘里混合器5相连，循环泵20设于出液管上，用于将溶剂和催化剂在反应釜7和文丘里混合器5之间，以及在反应釜7和反应塔12之间循环。控制循环泵20的转速，从而可以控制进入文丘里混合器5中的溶剂和催化剂混合液的流速。

本实施例中，还包括加热夹套4和循环冷却器19，

加热夹套4设于反应釜7的外壁上，用于对反应釜7进行加热，

循环泵20与反应釜7的顶部相连，用于将溶剂和催化剂在反应釜7底部和顶部之间循环，循环冷却器19设于循环泵20与反应釜7顶部相连的管道上，用于冷却进入反应釜7顶部的溶剂和催化剂，以使反应釜7维持稳定的反应温度。

本实施例中，冷凝器14与反应塔12之间设有回流管17，用于将部分冷凝所得的液态乙烯基三氯硅烷粗品送入反应塔12中，以维持溶剂平衡。

本实施例中，反应管6中设有不锈钢316L丝网填料，用于将混合后的三氯氢硅和乙炔原料气体进行切割，形成小的气泡，增加比表面积，与含有催化剂的氯苯进行充分结合，使得反应面积大大增加，反应效获得大大提高，使得反应原料三氯氢硅利用率提高到95％以上，同时利用填料的分散作用，减少反应产物与反应原料三氯氢硅再次接触生成二次加成副产物的现象发生。在试验和生产过程中选择过板波纹等形式填料，但反应后产品收率低，副产物高，效率低等。

本实施例中，反应塔12中设有波纹陶瓷填料，用于将未反应充分的三氯氢硅继续在反应塔中进行充分反应，降低生产成本，同时利用精馏塔原理，使得能够使的反应产物乙烯基三氯硅烷能够进行初步分离，氯苯继续返回至反应釜中，保障反应釜中催化剂浓度相对稳定，其主要是利用波纹填料压差小的优势，将能够将产品乙烯基三氯硅烷快速进行分离。

综上，本实施例将原料混合器3，文丘混合器5，反应管6，反应釜7及反应塔12相结合，原料三氯氢硅和乙炔气体首先通过原料混合器3进行充分混合，混合后进入到文丘混合器5与从反应釜引入的循环液(溶剂和催化剂)进行充分接触，再在反应管6中进行反应，未反应的完的原料进一步在反应塔12中进行反应，塔顶气相物料经过冷却后一部分返回反应塔12，保持平衡，一部分采出至粗品缓冲罐，等待精馏，反应结束后的液体通过釜低排除口排除，汇同塔顶冷凝液送至粗品缓冲罐，等待精馏处理，期间温度低时通过反应釜7的加热夹套4进行加热，温度高时通过循环冷却器19进行降温，保持反应体系的温度稳定。本实施例方案与现有乙烯基三氯硅烷合成方案相比，可有效解决反应原料混合均一性差，反应接触时间短，反应原料利用率低，催化剂单耗高等问题，为规模化生产提供基础。

本实施例所提供的乙烯基三氯硅烷生产系统其工作原理如下：首先在反应釜7中加入一定量的溶剂及相对应的催化剂，开启反应釜7的循环泵20，一部分进入文丘混合器5，其他作为反应塔12淋洗液和反应釜7平衡温度使用。

进入文丘混合器5中的循环液具有一定压力，其经文丘混合器5的喷嘴高速喷出，使压力能转化为速度能(泄压产生大量气泡)，在文丘混合器5的吸入室形成真空，从而将经原料混合器3混合的乙炔与三氯氢硅混合气吸入文丘混合器5中，并与具有大量气泡的循环液混合，从而实现气液两相的高效接触混合。所形成的气液两相混合物排入反应管6中，反应管6设置丝网混合器，在反应管6中与循环液中的催化剂充分接触，并在反应管6中进行足够时间的接触，保障反应接触时间，未反应的原料通过反应塔12，在淋洗液的作用下进一步反应，提高原料的利用率，有效的降低催化剂单耗和副产物单耗。

采用本实施例的乙烯基三氯硅烷生产系统进行乙烯基三氯硅烷生产的过程如下：

通过溶剂管线8向反应釜7加入溶剂，反应釜7的体积优先选在3-5方，材质优先选择搪瓷设备，加入溶剂量为反应釜体积的1/2～2/3。溶剂优先选择氯苯或甲苯，再通过反应釜7上端的催化剂添加口11往反应釜7内加入催化剂，乙烯基三氯硅烷生成主要是以第Ⅷ族金属为主的催化剂，优先选择氯铂酸为主催化剂，并选择异丙醇和三苯基膦为配体，每一釜加入量优先加入20～50g，本实施例中催化剂选用卡尔斯特催化剂。

加入溶剂和催化剂后，开启反应釜循环泵20，开始循环将催化剂与溶剂充分混合，通过调整循环泵20出口，控制进入文丘里混合器5中的循环量为6-8方/小时，进入反应塔12中的循环量为2-5方/小时，反应釜降温循环量在1-3方/小时。

反应釜7设置加热夹套4，通过蒸汽管线9向加热夹套4通入蒸汽，对反应釜7进行缓慢加热，反应釜设置温度、压力等监测元件，使温度升高至90-130℃，压力优先选择0.05-0.1MPa，产生的蒸汽冷凝液通过冷凝液管线10排出体系，送至收集罐供电厂使用，反应釜7达到催化剂反应温度，保障催化剂的活性，同时通过开启循环冷却器19进行降温循环，保持此温度波动范围在±5℃以内。

将汽化后的原料三氯氢硅经三氯氢硅管线1通入原料混合器3，且将乙炔气体经乙炔管线2进入原料混合器3中，三氯氢硅和乙炔气体按照一定的比例进行汇合。控制乙炔进料量在30-40kg/小时，在进入到文丘里混合器5气相进口时，三氯氢硅和乙炔压力优先选择0.1-0.2MPa，三氯氢硅和乙炔摩尔比在1:2.5-3.5，混合后气体温度在100-120℃，原料混合器3直径优选DN40-DN80，文丘里混合器5利用文丘里原理，在经文丘里循环管线21进入的循环液的推动下，使文丘里形成微负压状态，减少原料气进入阻力，原料混合气在文丘里混合器5中与含催化剂的循环液进行接触混合，在反应管6中进一步进行混合接触，并发生反应，在反应管中反应时间优先选择选择3-5秒，反应管选择DN80-DN150，反应管长度优先选择2400mm，反应管温度在90-130℃，与反应釜保持一致，反应釜压力0.05-0.1MPa，由于反应为放热反应，需要调整循环冷却器19冷却水的开度，将反应热及时移除系统，避免反应釜出现超温现象，同时将反应管6插入至反应釜7底部，产生的混合气体在反应釜7中汽化随未反应的原料混合气体进入反应塔12。

在反应塔12中未反应的原料混合气与经文丘里循环管线21泄压的含催化剂的反应塔淋洗液再次接触，继续发生反应，保障原料的充分反应，降低反应原料的浪费，反应塔12材质优先选择搪瓷设备，填料选择陶瓷填料，填料型号优先选择350Y，塔径在500-800mm，塔高8-12米，压力在0.05-0.1MPa，与反应釜压力保持一致。

反应塔12上升的气相物经塔顶气相管线13进入冷凝器14中冷却，所得的反应混合液经冷凝液下料管16收集后，

一部分通过回流管17返回至反应塔12内，保障反应塔的溶剂平衡，另外一部分通过冷凝液采出管18送至粗品缓冲罐，待精馏，未反应的乙炔等不凝气通过反应尾气放空管15放空，由于反应釜7中部分溶剂随着产物带出系统，需要通过溶剂管线8定期向反应釜7补加溶剂氯苯或甲苯，保持液位平衡。

根据取样分析数据，待反应釜7中的副产物达到2％-10％后，开始停止反应釜进料，对反应釜进行循环降温至60℃以下，通过反应釜排液管22将反应釜物料与反应塔顶冷凝液混合送至缓冲罐，待精馏。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，包括：原料混合器(3)、文丘里混合器(5)、反应釜(7)和反应管(6)，

所述文丘里混合器(5)与反应釜(7)相连，所述文丘里混合器(5)还与原料混合器(3)相连，

所述反应管(6)的上部与文丘里混合器(5)相连，用于接收经泄压的气液两相混合物，

所述反应管(6)的下部伸入反应釜(7)中。

2.根据权利要求1所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，所述反应管(6)的直径为80mm-150mm，其长度为2000mm-3000mm，所述气液两相混合物泄压后的流速为2m/s-3.5m/s。

3.根据权利要求1所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，还包括反应塔(12)，所述反应塔(12)与反应釜(7)相连。

4.根据权利要求3所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，还包括冷凝器(14)，所述冷凝器(14)与反应塔(12)相连，用于对从反应塔(12)中逸出的气相物进行冷凝，以得到液态的乙烯基三氯硅烷粗品。

5.根据权利要求1-4任一项所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，还包括循环泵(20)，

所述反应釜(7)的底部设有出液管，所述出液管分别与反应塔(12)和文丘里混合器(5)相连，所述循环泵(20)设于出液管上。

6.根据权利要求5所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，还包括加热夹套(4)和循环冷却器(19)，

所述加热夹套(4)设于反应釜(7)的外壁上，用于对反应釜(7)进行加热，

所述循环泵(20)与反应釜(7)的顶部相连，所述循环冷却器(19)设于循环泵(20)与反应釜(7)顶部相连的管道上。

7.根据权利要求4所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，所述冷凝器(14)与反应塔(12)之间设有回流管(17)，用于将部分冷凝所得的液态乙烯基三氯硅烷粗品送入反应塔(12)中，以维持溶剂平衡。

8.根据权利要求1-4任一项所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，所述反应管(6)中设有不锈钢316L丝网填料。

9.根据权利要求3或4所述的乙烯基三氯硅烷生产系统，其特征在于，所述反应塔(12)中设有波纹陶瓷填料。

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