[发明专利]烷基卤代硅烷的直接合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于直接合成烷基卤代硅烷的工业方法的改进。

背景技术

生产烷基卤代硅烷如二甲基二氯硅烷(下文称为DMDCS)的工业方法是公知的方法，其特别描述于美国专利US-A-2380995和Walter NOLL的著作Chemistry and Technology of Silicones(有机硅化学与技术)中，1968年，Académie Press Inc.出版，伦敦，第26-41页。

根据这种所谓的“直接合成”或“Rochow合成”的方法，按照以下反应通过使甲基氯与由硅和含铜催化剂形成的固体接触物料反应直接生产烷基卤代硅烷，例如DMDCS：

2CH₃Cl+Si-＞(CH₃)₂SiCl₂。

事实上，在直接合成过程中生成其它副产品，如下面提及的这些：其它烷基卤代硅烷如甲基三氯硅烷CH₃SiCl₃，下文称为MTCS，以及三甲基氯硅烷(CH₃)₃SiCl，下文称为TMCS；卤代烷基氢基硅烷如甲基氢基二氯硅烷(CH₃)HSiCl₂，下文称为MHDCS；以及重质产物，其为聚硅烷，并且尤其是乙硅烷如三甲基三氯乙硅烷(CH₃)₃Si₂Cl₃，二甲基四氯乙硅烷(CH₃)₂Si₂Cl₄以及四甲基二氯乙硅烷(CH₃)₄Si₂Cl₂。

在所有通过直接合成获得的产品中，二烷基二卤代硅烷以及例如DMDCS是主要产品，也就是以主要量获得的产品。这种产品是非常需要的，因为在水解和聚合之后，其使得能够获得作为有机硅领域中的基础产品的油和胶。

使用金属铜形式或铜基化合物形式的铜作为直接合成反应的催化剂是已知的。同样已知的是：为了改善直接合成的性能，在铜中加入包含一种或多种助催化剂添加剂的助催化剂组合；这些添加剂可以是：锌或卤化锌(专利US-A-2 464 033)、铝(专利US-A-2 403 370和2 427 605)、锡、锰、镍和银(英国专利GB-A-1 207 466)、钴(英国专利GB-A-907161)、氯化钾、砷或砷化合物(专利US-A-4 762 940)。

直接合成方法可在各种类型的工业反应器中实施，例如，搅拌床型反应器，如美国专利US-A-2 449 821中所述的搅拌床型反应器，或者流化床型反应器，如美国专利US-A-2 389 931中所述的流化床型反应器。其在流化床型反应器中的实施是最广泛应用的形式。在这种方法中，向该反应器连续供应烷基卤并且例如供应甲基氯，并且连续或半连续供应硅以替代在烷基卤代硅烷生产中消耗的硅。已知的是，随着反应的进展，对于所寻求产物(二烷基二卤代硅烷，并且例如是DMDCS)的选择性以及反应的活性(其可例如以每kg硅每小时的形成的烷基卤代硅烷的克数表示)会随着来源于未与甲基氯反应的起始硅的杂质在反应物料内的累积而降低。杂质并且尤其是铝的这种累积导致反应的选择性和活性劣化，并且促进碳(或焦炭)在反应器中的沉积。在此领域中的研究仍然在继续，因为直接合成方法的工业实施条件以一种本身已知的方式[参见Journal of Catalysis,161，861-866(1996)]引起起始烷基卤裂化的副反应，这些副反应导致焦炭和烃类的形成。这种焦炭的形成特别是直接合成反应器结垢(其中焦炭沉积物固定在反应器内部)的原因。这些碳沉积物是非常硬的并且难以清洁，因为它们可能具有数十厘米的厚度。这种不希望的结垢需要进行定期的清洁操作，因此降低了设备的生产能力。而且，还在硅颗粒的表面上出现的碳沉积物非常有可能是反应的活性和选择性劣化的部分因素。

当反应的选择性和活性在经济上不可接受时，则停止操作。在反应器中所含的由硅、催化剂和杂质形成的反应物料(也被称作废料)被排放，反应器被清洁，并且利用新的硅开始另一个工业操作。反应器中的碳沉积物越少，清洁步骤越容易。