[发明专利]用于苯基氯硅烷生产的装置和方法

说明书

本发明提供了一种用于苯基氯硅烷的生产的装置和方法，所述反应装置为立式反应装置，其包括：炉体、固体进料口、气体进料口、出料口，所述炉体自上而下包括扩大区、低温反应区、高温反应区以及在炉体中设置有搅拌装置，所述搅拌装置通过旋转轴贯穿所述扩大区、低温反应区以及高温反应区，并且所述搅拌装置至少在所述高温反应区内的旋转轴上设置有搅拌桨叶，在所述低温反应区内的旋转轴上设置有螺旋带结构。所述扩大区的中位横截面面积大于所述低温反应区和/或高温反应区的中位横截面面积。

技术领域

本发明属于化工原料生产设备领域，具体涉及一种生产苯基氯硅烷的装置，尤其涉及一种直接法生产苯基氯硅烷的立式合成装置以及基于该装置的生产方法。

背景技术

苯基氯硅烷通常所指用量较大的苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷以及其他用量较少的三苯基氯硅烷等。用其所制成的苯基有机硅高分子材料包括苯基有机硅树脂、甲基苯基硅油以及苯基硅橡胶。由于苯基基团的存在，其耐高低温性能、高折光率、阻燃以及耐辐射性能均优于甲基有机硅高分子材料。苯基有机硅高分子材料广泛用于电子、日化、建筑、医疗以及国防军工等领域。与国内甲基有机硅上百万吨的年产量相比，我国苯基有机硅目前却不足万吨的年产量，制约了下游含苯基有机硅材料的发展和应用。

目前，对于苯基氯硅烷的生产，现有的方法有三种分别为格式法、直接法及气相缩合法。

格式法首先采用氯苯和镁屑在溶剂中制得苯基格式剂，苯基格式剂再与四氯化硅或甲基三氯硅烷反应制得苯基氯硅烷，其缺点为格式试剂制备过程中通常反应温度高于溶剂沸点，引发困难，需要使用大量溶剂，引发后难以控制，易引起冲料或爆炸；副产物镁盐量大过滤困难；溶剂回收处理较为复杂；生产效率较低，基本上难以进行工业大规模生产；同时副反应较多，收率较低。

因此，工业上生产苯基氯硅烷，目前广泛采用的是热缩合法和直接法。

气相缩合法生产苯基氯硅烷，使用氯苯与三氯氢硅或甲基二氯硅烷在650℃左右，0.2～0.8MPa压力下进行反应生产苯基三氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷，解决了苯基三氯硅烷需求量大的难题，又大幅降低了产品成本。

引用文献1中描述了热缩合法生产苯基氯硅烷的方法，即以氯苯和三氯氢硅或甲基二氯硅烷为原料，以氯仿等引发剂，在600℃左右的高温炉管中进行缩合反应，控制原料的比例、预热温度、停留时间、反应温度和炉管的压力以达到满意的转化率，可以得到苯基三氯硅烷和甲基苯基二氯硅烷，产品收率可达40％，副产物为苯、氯化氢、四氯化硅以及甲基三氯硅烷等。反应器可以借鉴石化行业乙烯裂解炉。

引用文献2中公开了一种热缩合生产苯基氯硅烷反应器，加设套管能够更好地利用反应热但设备过于复杂且造价昂贵，易损维修困难，破损泄露不易发现，存在一定的安全隐患。过长的套管使预热的原料温度不稳定，增大裂解反应可能性，导致积碳增多堵塞管路，过多的积碳会大大影响炉管的传热效果，需要频繁清除，反应周期和炉管的使用寿命缩短。

总体看来，热缩合法可以实现连续化工业生产，副产物较少，原材料简单易得成本相对低廉，然而热缩合法只可以生产苯基三氯硅烷和甲基苯基二氯硅烷，要得到广泛使用的二苯基二氯硅烷，工业上通常采用直接法。

引用文献3中描述了直接法生产苯基氯硅烷的方法，即氯苯与硅粉在铜系催化剂下500℃左右进行反应，可以同时得到苯基三氯硅烷和二苯基二氯硅烷，通过控制氯苯汽化和反应温度、催化剂的选择、增强气固反应接触以及传热效果来提高转化率以及目标产品二苯基二氯硅烷的收率。直接法原料易得、工序简单、不用溶剂、时空产率高、工序简单安全可靠，且容易实现连续化大生产。

由于直接法为气(氯化苯)固(硅粉和铜系催化剂)反应，传热效果对反应器的要求较高；铜系催化剂用量较大，通常为硅粉的30％以上；硅粉以及铜粉等催化剂对设备的磨损较大，需要周期性更换或者采用造价昂贵的合金材料；超细的微硅粉和废触媒混杂在混合粗单体中，对后续的精馏分离过程带来危害，将其排除炉体外，也会带来不可避免的粉尘污染。