[发明专利]一种制备甲基氯硅烷的反应装置及包含其的反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及制备甲基氯硅烷领域，具体地，涉及一种制备甲基氯硅烷的反应装置及包含其的反应系统。

背景技术

有机硅同时具有无机材料和有机材料的双重性能，耐高低温、电气绝缘、耐候、耐腐蚀、无毒无味等优异特性，广泛应用于电子、汽车、石油、化工、建筑、航空航天等领域。在许多尖端领域，有机硅材料具有不可替代的特殊作用。甲基氯硅烷是制备有机硅材料最重要也是用量最大的有机硅单体，是整个有机硅工业的基础和支柱，其生产技术和工艺研究一直是化工领域的十分重要的课题，其中以一氯甲烷和硅粉在铜催化剂的作用下直接合成甲基氯硅烷的“直接法”已成为研究的热点。

上述“直接法”合成甲基氯硅烷的反应中，由于二甲基二氯硅烷的用途广、用量大，成为该反应的主要目标产物。由于该反应是一个剧烈放热反应，如果反应器局部过热，会导致甲基三氯硅烷等副产物的生成，但在合适的催化剂和操作条件下，可使二甲基二氯硅烷的选择性大大提高。所以，为了最大限度提升直接法反应装置的生产效能和操作的连续性，反应器内反应放热移出方式的设计是该工艺技术的核心内容。

目前，商业上直接法合成甲基氯硅烷基本上是基于流化床反应器的工艺技术。以原料气作为触体流化介质的流化床反应工艺，可以使触体分散均匀，能够改善传热效率，有利于反应热量的移出。但是流化床存在流化死角，原料利用率低，引起局部过热发烧，导致原料一氯甲烷的分解，生成一些副产物，并且随着反应的进行，触体的粒径越来越小，容易被气流带出反应器而成为废触体。专利CN2372052公开了一种合成甲基氯硅烷的流化床，能破坏大气泡，减少硅粉带出，防止积灰结块、局部过热发烧等，该专利主要是通过优化组合内部构件，由筒体中心设置一根垂直套管，其外围设置两层环形布置的垂直套管组成的管束换热器，并以滑动固定架、固定板和管板对其施以径向和纵向固定，设计出的一种合成甲基氯硅烷的流化床。专利CN2923012的特征是，在导热油分配器下部的筒体侧面设置多个合成气出口，在气体分布器上部的锥体侧面设置多个回料加料口，合成气出口为2-4个，其夹角为180度-90度，回料加料口为1-4个，该改进可减少流化死角。专利CN1382690提供了一种使微细硅粒与一氯甲烷在流化床内反应并连续直接合成甲基氯硅烷的方法。在该方法中，将气态硅烷、其他气态反应物、未反应的一氯甲烷及含硅粉尘的产物物流自流化床内排放出去，其中，至少部分粉尘与液态硅烷、其他液态反应物及其混合物中的物质形成悬浮液，再送入流化床内，进行循环。为了延长触体在反应器内的停留时间，专利CN101537329设计了一种流化床反应器，具体是在流化床反应器的底部分布板和筒体间增设了气体导流装置，该装置包括气体分布管、导流管和气体分布法兰，气体分布管至少由2段弯管组成，弯管下端与导流管连接，每段弯管外端中间部分与气体进口连接，导流管另一端与气体分布法兰连接。增加导流装置后可以分流部分原料气并将此部分气体切向进入流化床，切向进气使得流化床内气体在原有向上的轴向速度基础上附加了切向速度，使气体和夹带的原料颗粒螺旋上升，形成的旋转流场使得反应物料接触的时间延长。

尽管目前流化床工艺在甲基氯硅烷的工业生产中占绝对优势，每年仍然有一些专利对其进行改进和创新，但是流化床反应器设计得越来越复杂，越来越难以操作，成本也越来越高，并且不能从根本上解决流化床存在流化死角和引起局部过热发烧，以及随着反应的进行，触体的粒径越来越小，容易被气流带出反应器等一些问题。