[发明专利]一种有机硅单体合成方法及其生产装置

说明书

本发明为解决现有技术的直接法生产有机硅单体的工艺中，为充分利用硅粉原料而带来的生产周期短，设备检修难度大，存储罐数目多等问题，提出了一种新的有机硅单体合成方法以及相应的装置。该方法包括：将硅粉与催化剂组成的第一活性粉体加入主反应系统的反应器中，通入卤化烃气体生成卤化硅烷粗产物，该粗产物经过气固分离装置分离出第一细粉，所述第一细粉不再回到主反应系统中进行回用，而是通过管线直接进入副反应系统进行利用。

技术领域

本发明属于化学工程和工艺技术领域，尤其是涉及有机硅单体合成的方法。

背景技术

目前工业化的有机硅单体生产技术都是采用直接法工艺，例如甲基氯硅烷的生产直接使用硅粉和氯甲烷反应制备。以甲基氯硅烷为例，在实际生产过程中，希望硅粉的利用率和二氯二甲基硅烷(M2)选择性越高越好。典型的生产过程是周期操作，一般有四个阶段(见附图1)，启动反应阶段：新鲜硅粉和催化剂混合后经加料罐1加入流化床反应器2，在氯甲烷气体流化下，逐渐升高温度，形成反应触体引发反应。合成反应启动后，逐渐提高流化气速并连续补加新鲜硅粉和催化剂，进入到平稳反应阶段，在260～350℃的温度下反应生成氯硅烷粗单体，粗单体和未反应的氯甲烷气体(俗称合成气)夹带部分细粉从流化床反应器2中出来后，进入一级旋风分离器4，分离下来的细粉进入一级旋风(简称“一旋”)受料斗3。大部分情况，一旋后的细粉通过排料斗9直接返回流化床反应器2；个别情况，根据需要，一旋分离下来的细粉也可以部分甩出进入细粉罐8或废粉罐7中(通常使用细粉罐)。经过一级旋风分离的合成气进入二级旋风分离器5，经二级旋风(简称“二旋”)后合成气进入后系统进行处理，分离下来的固体细粉经过二旋受料斗6排至细粉罐8或废粉罐7中。当粗单体中二氯二甲基硅烷的选择性降低到一定程度时，或者细粉罐8或废粉罐7空间不足时，为提高原料利用率将进入榨干反应阶段，即停止新鲜硅粉和催化剂的补加，将细粉罐8和废粉罐7中全部或大部分的细粉补回流化床反应器2中。由于细粉粒径比新鲜硅粉粒径细，并且细粉中催化剂含量高于正常操作时床内触体的催化剂浓度，使其活性很高，随着细粉的补入，需要降低氯甲烷气速，减少反应器内细粉的带出，同时缓慢降低反应温度至250～320℃范围内，以控制反应产率。待M2选择性太低，或流化床温度控制太低，导致高沸物冷凝在换热管束上结垢，反应器换热能力大幅降低时，停止氯甲烷进料，切换为氮气，并开始降温停车，最后将反应器中未反应的废触体排至废粉罐7，并转运出装置作为废物进行处理，进入停车维修阶段。

该工艺在实际运行中存在一些问题和不足。一方面，细粉罐或废粉罐的容量有限，其容量在实际生产过程中反而成为限制性条件，常常会出现流化床反应器性能还很好时，细粉罐或废粉罐已装满而不得不进入榨干程序，将细粉罐或废粉罐的细粉推回流化反应器榨干，反应完成后需要停车清洗，导致非正常停车和清洗时间增加。虽然通过单纯扩大细粉罐或废粉罐的容量能延长生产时间，但扩大容量后存储下来的细粉在榨干阶段很难被完全消耗，使细粉罐或废粉罐的容量和流化床容量很难匹配。另一方面，从反应器中甩出的细粉在罐中贮存时，温度会逐渐降低，导致部分反应产物尤其是高沸物冷凝，这将影响细粉活性位的催化效果使选择性降低，在榨干阶段细粉补回反应器后导致M2选择性迅速降低。再一方面，细粉中催化剂和杂质浓度远高于正常反应时床内触体，其反应活性又非常高，回补反应器后需通过降温来控制反应活性，加剧了榨干阶段换热器的结垢速度，导致每个周期需要打开流化床反应器用水对床芯进行清洗，使设备周期性维护的工作时间延长至约5天左右，严重影响了装置的产能提升；且清洗过程需打开反应器，劳动强度大，危险性增高，产生的三废影响操作人员的健康和污染环境，同时会产生高额的维修费。此外，榨干过程中反应选择性明显下降，未知杂质含量明显升高，影响产品品质。现有技术中通常采用降低操作温度以降低细粉活性，来避免产生更多的副产物，该方法必然导致反应器中结垢速度加快，仍然无法减少设备清洗的次数。

专利CN101456877B通过增加中间储罐的方式，将两个生产周期的细粉以及第一周期床内的触体，在第二个周期末，通过与新鲜硅粉混合进行集中处理，使设备清洗频次由每周期一次降低到每两周期一次，延长了生产时间，提升了M2选择性。但其仍需两个周期后对流化床系统进行停车清洗，也没有解决细粉因长期贮存带来的单体冷凝的技术问题。