制备甲硅烷气体的管式反应器及使用其制备甲硅烷的方法

专利名称：制备甲硅烷气体的管式反应器及使用其制备甲硅烷的方法
技术领域：
本发明涉及制备甲硅烷气体的反应器及使用其制备甲硅烷的方法。
背景技术：
高纯度的甲硅烷作为重要的原材料，用在制备外延硅片、太阳能电池、半导体介电 薄膜、红外接收器和核辐射控制器，也用来制备高纯度多晶和单晶硅。制备甲硅烷的主要技 术有商硅烷还原法、硅镁合金法和烷氧基硅烷法，上述制备方法存在甲硅烷产率低、环境污 染严重、高耗能、高危险等不足；而传统的硅镁合金和烷氧基硅烷法硅烷制备的釜式反应器 也存在设备繁杂、安全性能差、单釜甲硅烷气体产量低、产率低、经济效益差等问题。为了提 高工业制备甲硅烷气体的产量、产率，简化硅烷气体制备的设备安装，降低硅烷制备设备投 入成本，同时提高工业生产过程的安全性，又保证产品硅烷气体的高纯度，许多国家，包括 美国、俄罗斯、日本、德国、中国等，均投入了大量的人力物力，研发更有效地生产高纯度甲 硅烷的工艺技术及设备。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有的制备甲硅烷气体的釜式反应器设备繁杂、安全性 能差、单釜甲硅烷气体产量低、产率低、经济效益差和不能实现连续化生产的问题，提出了 制备甲硅烷气体的管式反应器及使用其进行制备甲硅烷的方法。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明的制备甲硅烷气体的管式反应器，包括高位槽、容器、第一冷凝器、再沸器、 精馏塔、第二冷凝器、第三冷凝器、第一流入管、第二流入管和第三流出管，第一流入管与高 位槽连通，第二流入管与容器连通，第三流出管与第一冷凝器连通，精馏塔的底部分别与再 沸器的进口端和出口端连通，精馏塔的上部分别与第二冷凝器和第三冷凝器连通，其中所 述管式反应器还包括管式反应器、第一分管、第一总管、第二总管、第一单向阀、第二分管、 第三分管、第二单向阀和磁力屏蔽泵，管式反应器由第一壳体、第二壳体、冷却水盘管、第一 筛网和第二筛网构成，冷却水盘管设在第一壳体内，第一壳体设有三个端口，分别定义为第 一端口、第二端口和第三端口，第一壳体装在第二壳体内，且二者之间设有空隙，第一端口 上设有第一筛网，且二者可拆卸连接，第二端口上设有第二筛网，且二者可拆卸连接；高位槽1通过第一分管与第一总管连通，第一总管与第一壳体的第一端口连通， 第一壳体的第二端口与第二总管连通，第二总管通过第二分管和第三分管分别与容器和精 馏塔6连通，第二分管上设有第二单向阀，第二总管上设有取样口、磁力屏蔽泵和第一单向 阀，容器底部与第一总管连通，第一壳体的第三端口与第一冷凝器连通，第一冷凝器底部与 第一总管连通，第二冷凝器底部与第一总管连通。本发明的制备甲硅烷气体的管式反应器中，所述冷却水盘管与第一端口相对位置 处设有冷却水出口，所述冷却水盘管与第二端口相对位置处设有冷却水进口。所述第二壳 体上分别设有导热油进口和导热油出口。
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使用上述制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷的方法，是通过以下步骤实现 的一、将固体催化剂填装于管式反应器的第一壳体内的第一筛网和第二筛网之间，并将第 一单向阀打开，第二单向阀关闭；二、通过第一流入管向高位槽中通入氮气或者氢气，使高 位槽中的压力保持常压或者微正压，使高位槽中的反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器的 第一壳体内，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向设置在管式反应器的第一壳体 内的冷却水盘管中通入冷却水和向管式反应器的第二壳体和第一壳体间的空隙内通入导 热油，将催化反应的温度控制在15 100°C ；三、步骤二反应生成的粗硅烷气体进入第一 冷凝器内，第一冷凝器将粗硅烷气体中的三烷氧基硅烷冷凝后进入管式反应器的第一壳体 内，冷凝处理后的气体通过第三流出管进入甲硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的 生成液经第二总管、第二分管、容器及第一总管流入管式反应器的第一壳体内，其中生成液 的流动动力由设置在第二总管上的磁力屏蔽泵提供；四、通过第二总管上的取样口对生成 液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测到生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量低 于2%时，将第二单向阀打开，生成液通过第三分管流至精馏塔内；生成液中三烷氧基硅烷 的质量百分含量高于2%时，再将第二单向阀关闭，此时生成液再经第二总管、第二分管、容 器及第一总管流入管式反应器的第一壳体内；五、将流入精馏塔内的生成液通过精馏塔进 入再沸器，加热为气体后再进入精馏塔，经精馏处理后，四烷氧基硅烷气体流入第三冷凝器 内，经冷凝处理后得到质量纯度为99% 99. 95%的四烷氧基硅烷，与此同时，三烷氧基硅 烷气体流入第二冷凝器内进行冷凝处理，冷凝处理后的三烷氧基硅烷经第一总管进入管式 反应器的第一壳体内，同时，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精馏塔流出，即实现采用管式 反应器制备甲硅烷气体的方法。本发明步骤二中高位槽中保持微正压时，压力为0.05MPa左右；本发明的制备甲 硅烷的方法的步骤二中的反应液三烷氧基硅烷在管式反应器的第一壳体内的流速控制在 0. 12 10m3/h，反应液的流动动力由总管上设置的磁力屏蔽泵提供。本发明的制备甲硅烷 的方法中反应液三烷氧基硅烷流经管式反应器的第一壳体一次，三烷氧基硅烷的转化率即 可达到95%以上，三烷氧基硅烷再经过第二总管、第二分管、容器及第一总管流入管式反应 器的第一壳体中，进行回流反应1 3次后，三烷氧基硅烷的转化率即可达到98%以上。本发明的制备甲硅烷气体的管式反应器，包括高位槽、容器、第一冷凝器、再沸器、 精馏塔、第二冷凝器、第三冷凝器、第一流入管、第二流入管、第三流出管和第四流入管，第 一流入管与高位槽连通，第二流入管与容器连通，第三流出管与第一冷凝器连通，精馏塔的 底部分别与再沸器的进口端和出口端连通，精馏塔的上部分别与第二冷凝器和第三冷凝器 连通，其特征在于所述管式反应器还包括管式反应器、固体储存罐、第一分管、第一总管、第 二总管、第一单向阀、第二分管、第三分管、第二单向阀和磁力屏蔽泵，管式反应器由第一壳 体、第二壳体、电机、搅拌桨和一组折流板，电机的输出端与搅拌桨的一端传动连接，搅拌桨 设在第一壳体内，第一壳体的内壁上交错设置有一组折流板，第一壳体设有三个端口，分别 定义为第一端口、第二端口和第三端口，第一壳体装在第二壳体内，且二者之间设有空隙；高位槽通过第一分管与第一总管连通，第一总管与第一壳体的第一端口连通，第 一壳体的第二端口与第二总管连通，固体储存罐与第一壳体连通，第二总管通过第二分管 和第三分管分别与容器和精馏塔连通，第二分管上设有第二单向阀，第二总管上设有取样 口、磁力屏蔽泵和第一单向阀，容器底部与第一总管连通，第三端口与第一冷凝器连通，第一冷凝器底部与第一总管连通，第二冷凝器底部与第一总管连通。所述第二壳体上分别设有导热油进口和导热油出口。使用上述制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方法，是通过以下步骤 实现的一、将粉末溶解型催化剂填装至固体储存罐中，并将第一单向阀打开，第二单向阀 关闭；二、通过第四流入管向固体储存罐中通入氮气或者氢气，将粉末溶解型催化剂压入管 式反应器的第一壳体内，同时通过第一流入管向高位槽中通入氮气或者氢气，使高位槽中 的压力保持常压或者微正压，使高位槽中的反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器的第一壳 体内，同时启动电机带动搅拌桨搅拌，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向管式反 应器的第二壳体和第一壳体间的空隙内通入导热油，将催化反应的温度控制在15 100°C; 三、步骤二反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器内，第一冷凝器将粗硅烷气体中的三烷 氧基硅烷冷凝后进入管式反应器的第一壳体内，冷凝处理后的气体通过第三流出管进入甲 硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经第二总管、第二分管、容器及第一总 管流入管式反应器的第一壳体内；其中生成液的流动动力由设置在第二总管上的磁力屏蔽 泵提供；四、通过第二总管上的取样口对生成液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测 到生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量低于2%时，将第二单向阀打开，生成液通过第 三分管流至精馏塔内；生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量高于2%时，再将第二单向 阀关闭，此时生成液再经第二总管、第二分管、容器及第一总管流入管式反应器的第一壳体 内；五、将流入精馏塔内的生成液通过精馏塔进入再沸器，加热为气体后再进入精馏塔，经 精馏处理后，四烷氧基硅烷气体流入第三冷凝器内，经冷凝处理后得到质量纯度为99% 99. 95%的四烷氧基硅烷，与此同时，三烷氧基硅烷气体流入第二冷凝器内进行冷凝处理， 冷凝处理后的三烷氧基硅烷经第一总管进入管式反应器的第一壳体内，同时，生成液中的 烷氧基硅烷聚合物由精馏塔流出，即采用管式反应器制备甲硅烷气体的方法。本发明步骤二中高位槽中保持微正压时，压力为0.05MPa左右；本发明的制备甲 硅烷的方法的步骤二中的反应液三烷氧基硅烷在管式反应器的第一壳体内的流速控制在 0. 12 10m3/h，反应液的流动动力由总管上设置的磁力屏蔽泵共同提供。本发明的制备甲 硅烷的方法中反应液三烷氧基硅烷流经管式反应器的第一壳体一次，三烷氧基硅烷的转化 率即可达到95%以上，三烷氧基硅烷再经过第二总管、第二分管、容器及第一总管流入管式 反应器的第一壳体中，进行回流反应1 3次后，三烷氧基硅烷的转化率即可达到98%以 上。本发明具有以下有益效果1.本发明采用的管式反应器制备甲硅烷气体，具有甲 硅烷气体产量、产率高、设备安装简单、成本投入低、能耗低、工业生产过程安全、制备的气 体纯度高、能够实现连续化生产等优点，是制备高纯度甲硅烷的理想方法。装置方案一是针 对不溶解于反应液的块状固体催化剂或者固体负载型催化剂，装置方案二主要用于粉末溶 解型催化剂，通过电机和搅拌桨的作用，将催化剂与反应液重复混合，提高催化效率，使管 式反应器能够在制备甲硅烷中得到工业化用应用。装置中的管式反应器增大了固、液相的接触面积，减少了设备占用空间和设备投 入的费用，减低成本。使甲硅烷的反应速率比传统工艺速率提高5-8倍，产量增大10-15倍 以上，例如，200L的反应釜，60%装液量，120L三乙氧基硅烷液体，反应2. 5-3. 5h制备硅烷 3600L，产率为1028 1440L/h ；与之相比，容积为100L的管式反应器长度为125m，直径为32mm,反应0. 5-1. 5h，制备硅烷气体3600L，产率为2400 7200L/h。反应后生成的气体立 刻随反应液体流出了反应系统，随后进行了气液分离，消除了大量硅烷气体聚集在反应设 备中的现状，降低了反应系统安全隐患。管式反应器可以直接连续加料，与间歇式反应釜相 比，更易于扩大工业化生产，并且，加固液料，不需要打开反应系统的设备，做到闭路循环， 更加安全。本发明的制备甲硅烷气体的管式反应器在使用过程中保持反应系统的密闭循环， 加固液料过程中不需要打开反应系统的设备，更易于扩大工业化生成，设备使用安全；同时 使用本发明的制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方法中，生成的甲硅烷气体 随反应的生成液流出了反应系统，消除了大量甲硅烷气体聚集在反应设备中的现状，降低 了反应系统的安全隐患，而且甲硅烷的反应速率提高，产量增大，成本降低。


图1是具体实施方式
一的制备甲硅烷气体的管式反应器的装置图；图2是具体实 施方式十三的制备甲硅烷气体的管式反应器的装置图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式制备甲硅烷气体的管式反应器，所述管式反应器包 括高位槽1、容器3、第一冷凝器4、再沸器5、精馏塔6、第二冷凝器7、第三冷凝器8、第一流 入管10-1、第二流入管10-2和第三流出管10-3，第一流入管10-1与高位槽1连通，第二流 入管10-2与容器3连通，第三流出管10-3与第一冷凝器4连通，精馏塔6的底部分别与再 沸器5的进口端和出口端连通，精馏塔6的上部分别与第二冷凝器7和第三冷凝器8连通， 其特征在于所述管式反应器还包括管式反应器2、第一分管11、第一总管12、第二总管13、 第一单向阀14、第二分管15、第三分管16、第二单向阀17和磁力屏蔽泵18，管式反应器2 由第一壳体2-1、第二壳体2-2、冷却水盘管2-3、第一筛网2-4和第二筛网2_5构成，冷却水 盘管2-3设在第一壳体2-1内，第一壳体2-1设有三个端口，分别定义为第一端口 2-1-1、第 二端口 2-1-2和第三端口 2-1-3，第一壳体2-1装在第二壳体2-2内，且二者之间设有空隙， 第一端口 2-1-1上设有第一筛网2-4，且二者可拆卸连接，第二端口 2-1-2上设有第二筛网 2-5，且二者可拆卸连接；高位槽1通过第一分管11与第一总管12连通，第一总管12与第一壳体2_1的第 一端口 2-1-1连通，第一壳体2-1的第二端口 2-1-2与第二总管13连通，第二总管13通过 第二分管15和第三分管16分别与容器3和精馏塔6连通，第二分管16上设有第二单向阀 17，第二总管13上设有取样口 13-1、磁力屏蔽泵18和第一单向阀14，容器3底部与第一总 管12连通，第一壳体2-1的第三端口 2-1-3与第一冷凝器4连通，第一冷凝器4底部与第 一总管12连通，第二冷凝器7底部与第一总管12连通。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器的装置图如图1所示。本实施方式的 制备甲硅烷气体的管式反应器安装简单、成本投入低、能耗低、工业生产过程安全、制备的 气体纯度高、能够实现连续化生产等优点，是制备高纯度甲硅烷的理想方法。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器在使用过程中，保证反应系统的密闭循环，增加了设备的安 全性，降低了反应工艺过程的安全隐患。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器是针对固体颗粒状催化剂或者固体 颗粒状负载型催化剂，将其填装在设置在管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4 和第二筛网2-5之间，筛网的目数一定保证催化剂不会从筛网的网眼中通过。管式反应器 2的第一壳体2-1的内径与冷却水盘管2-3的内径比例为3 5 1，更优的是4 1。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述冷却水盘管2-3与 第一端口 2-1-1相对位置处设有冷却水出口 2-3-1，所述冷却水盘管2-3与第二端口 2-1-2 相对位置处设有冷却水进口 2-3-2。其它参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是所述第二壳体2-2 上分别设有导热油进口 2-2-1和导热油出口 2-2-2。其它参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式使用具体实施方式
一所述的制备甲硅烷气体的管式 反应器制备甲硅烷气体的方法，是通过以下步骤实现的一、将固体催化剂填装于管式反应 器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4和第二筛网2-5之间，并将第一单向阀14打开，第 二单向阀17关闭；二、通过第一流入管10-1向高位槽1中通入氮气或者氢气，使高位槽1 中的压力保持常压或者微正压，使高位槽1中的反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器2的 第一壳体2-1内，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向设置在管式反应器2的第一 壳体2-1内的冷却水盘管2-3中通入冷却水和向管式反应器2的第二壳体2-2和第一壳体 2-1间的空隙内通入导热油，将催化反应的温度控制在15 100°C ；三、步骤二的催化反应 生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内，第一冷凝器4将粗硅烷气体中的三烷氧基硅烷冷 凝后进入管式反应器2的第一壳体2-1内，冷凝处理后的气体通过第三流出管10-3进入甲 硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经第二总管13、第二分管15、容器3及 第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1内；其中生成液的流动动力由设置在第二总 管13上的磁力屏蔽泵18提供；四、通过第二总管13上的取样口 13-1对生成液中三烷氧基 硅烷的含量进行实时检测，检测到生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量低于2%时，将第 二单向阀17打开，生成液通过第三分管16流至精馏塔6内；生成液中三烷氧基硅烷的质量 百分含量高于2%时，再将第二单向阀17关闭，此时生成液再经第二总管13、第二分管15、 容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1内；五、将流入精馏塔6内的生成 液通过精馏塔6进入再沸器5，加热为气体后再进入精馏塔6，经精馏处理后，四烷氧基硅烷 气体流入第三冷凝器8内，经冷凝处理后得到质量纯度为99% 99. 95%的四烷氧基硅烷， 与此同时，三烷氧基硅烷气体流入第二冷凝器7内进行冷凝处理，冷凝处理后的三烷氧基 硅烷经第一总管12进入管式反应器2的第一壳体2-1内，同时，生成液中的烷氧基硅烷聚 合物由精馏塔6流出，即实现采用管式反应器制备甲硅烷气体的方法。本实施方式实现了甲硅烷气体的整套制备工艺流程；步骤二中高位槽中保持微正 压时,压力为0 0. 05MPa。本实施方式将固体催化剂填装在设置在管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛 网2-4和第二筛网2-5之间，反应液与催化剂在第一筛网2-4和第二筛网2-5之间接触进 行催化反应，反应后的粗甲硅烷气体与生成液一起流出，分别进入各自的处理系统。本实施方式的制备甲硅烷气体的方法将为参加反应的反应液三烷氧基硅烷充分
9回收利用，由粗硅烷气体带出三烷氧基硅烷通过冷凝后回送至反应体系，未参加反应的随 生成液流出的三烷氧基硅烷分别通过设置的容器3以及第二冷凝器7的作用回送至反应系 统。同时回送过程中不影响高位槽1中的反应液向管式反应器2的第一壳体2-1内的输送， 实现连续化操作，同时将反应液充分利用，成本降低。本实施方式步骤二中的反应液三烷氧基硅烷在管式反应器2的第一壳体2-1内的 流速控制在0. 12 10m3/h，反应液的流动动力由总管13上设置的磁力屏蔽泵18提供，尤 其在由总管13-分管15-容器3-管式反应器2的第一壳体2-1的这个循环中，主要由磁力 屏蔽泵18提供动力。本实施方式的制备甲硅烷的方法中反应液三烷氧基硅烷流经管式反应器2的第 一壳体2-1 —次，三烷氧基硅烷的转化率即可达到95%以上，再经过第二总管13、第二分管 15、容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1中，进行回流反应1 3次后， 三烷氧基硅烷的转化率即可达到98%以上。本实施方式的方法使甲硅烷的反应速率比传统工艺速率提高5-7倍，单位时间的 产量也增大5 7倍以上，例如，200L的反应釜，60%装液量，120L三乙氧基硅烷液体，反应 2. 5-3. 5h制备硅烷3600L，产率为1028 1440L/h ；与之相比，容积为100L的管式反应器 长度为125m,直径为32mm，反应0. 5-1. 5h，制备硅烷气体3600L,产率为2400 7200L/h。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中固体催化剂为 固体颗粒状催化剂或者固体颗粒状负载型催化剂。其它步骤及参数与具体实施方式
四相 同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中固体催化剂为 固体颗粒状催化剂，是阴离子交换树脂、氧化铝、硅酸铝和周期表中IA金属的沸石中的一 种或者其中几种的组合物；步骤一中固体催化剂为固体颗粒状负载型催化剂，是负载在活 性炭、氧化铝、无水硅胶或者BaCO3上的钌(Ru)，钯(Pa)，铑(Rh)，锇(Os)，铱(Ir)或钼(Pt) 金属或其化合物中的一种或者几种的组合物。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。本实施方式中当固体催化剂为组合物时，各催化剂之间以任意比例混合。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四、五或六不同的是步骤一中将固 体催化剂填装于管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4和第二筛网2-5之间，其 中填装的固体催化剂的体积是管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4和第二筛网 2-5之间的容积的100%。其它步骤及参数与具体实施方式
四、五或六相同。本实施方式中填装的催化剂将管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4和 第二筛网2-5之间的空间全部填满并压实，反应液流入管式反应器2的第一壳体2-1内在 屏蔽泵18提供的动力作用下流经催化剂，使得催化剂与反应液的接触面积增大，提高了催 化反应效率。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四至七之一不同的是步骤二中的反 应液三烷氧基硅烷为三甲氧基硅烷，三乙氧基硅烷，三丙氧基硅烷或者三丁氧基硅烷。其它 步骤及参数与具体实施方式
四至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四至八之一不同的是步骤二中催化 反应的温度控制在50 60°C。其它步骤及参数与具体实施方式
四至八之一相同。本实施方式控制催化反应温度为50 60°C，可以使催化剂具有最好的催化活性，提高催化反应生成效率，提高甲硅烷的产量。温度过低，催化剂催化活性降低，反应速率 很慢；温度高于60°C，尤其高于100°C以后，三烷氧基硅烷容易挥发，为后续反应后液体的 冷凝回流带来更大压力，降低了反应液体的转化率，并且增加反应能耗。因此温度控制在 50 60°C最佳。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
四至九之一不同的是步骤三中步 骤二的催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内，其中控制第一冷凝器4的温度在 80 130°C。其它步骤及参数与具体实施方式
四至八之一相同。本实施方式中进入第一冷凝器4内的粗甲硅烷气体中含有的杂质主要有三烷氧 基硅烷和乙醇蒸汽，控制第一冷凝器4的温度介于三烷氧基硅烷的沸点(比如三甲氧基硅 烷的沸点为81°C，三乙氧基硅烷的沸点为134. 5°C )和乙醇沸点(78°C )之间，将三烷氧基 硅烷冷凝下来回送至反应系统管式反应器2的第一壳体2-1，而将乙醇随硅烷气体进入甲 硅烷精馏提纯系统，如果乙醇回流至反应系统，引起副反应，影响反应的生产效率。因此，本 实施方式中第一冷凝器4的温度的控制应根据具体采用的三烷氧基硅烷的种类而定。比如 选用三甲氧基硅烷时，控制冷凝器温度为80°C，保证乙醇随甲硅烷流入甲硅烷精馏提纯系 统；选用三乙氧基硅烷时，控制冷凝器温度为80 130°C，即可保证乙醇随甲硅烷流入甲硅 烷精馏提纯系统。本实施方式经第一冷凝器4冷凝得到的气体中只含有乙醇蒸汽杂质，甲硅烷气体 的质量百分含量达到99. 95%。
具体实施方式
十一本实施方式使用具体实施方式
一所述的制备甲硅烷气体的管 式反应器制备甲硅烷气体的方法，是通过以下步骤实现的一、将负载Pt金属的活性氧化 铝颗粒催化剂填装于管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4和第二筛网2-5之间， 并将第一单向阀14打开，第二单向阀17关闭；二、通过第一流入管10-1向高位槽1中通入 氮气，使高位槽1中的压力保持微正压(0. 05MPa)，使高位槽1中的反应液三乙氧基硅烷进 入管式反应器2的第一壳体2-1内，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向设置在管 式反应器2的第一壳体2-1内的冷却水盘管2-3中通入冷却水和向管式反应器2的第二壳 体2-2和第一壳体2-1间的空隙内通入导热油，将催化反应的温度控制在50 60°C ；三、 步骤二的催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内，第一冷凝器4将粗硅烷气体中 的三烷氧基硅烷冷凝后进入管式反应器2的第一壳体2-1内，冷凝处理后的气体通过第三 流出管10-3进入甲硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经第二总管13、第 二分管15、容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1内；其中生成液的流动 动力由设置在第二总管13上的磁力屏蔽泵18提供；四、通过第二总管13上的取样口 13-1 对生成液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测到生成液中三烷氧基硅烷的质量百分 含量低于2 %时，将第二单向阀17打开，生成液通过第三分管16流至精馏塔6内；生成液 中三烷氧基硅烷的质量百分含量高于2%时，再将第二单向阀17关闭，此时生成液再经第 二总管13、第二分管15、容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1内；五、将 流入精馏塔6内的生成液通过精馏塔6进入再沸器5，加热为气体后再进入精馏塔6，经精 馏处理后，四烷氧基硅烷气体流入第三冷凝器8内，经冷凝处理后得到质量纯度为99%的 四烷氧基硅烷，与此同时，三烷氧基硅烷气体流入第二冷凝器7内进行冷凝处理，冷凝处理 后的三烷氧基硅烷经第一总管12进入管式反应器2的第一壳体2-1内，同时，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精馏塔6流出，即实现采用管式反应器制备甲硅烷气体的方法。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方法步骤一中的 负载Pt金属的活性氧化铝颗粒催化剂中Pt金属的负载量为2mmol/g，颗粒粒径为3 3. 5mm ；步骤一中负载Pt金属的活性氧化铝颗粒催化剂将管式反应器2的第一壳体2_1内 的第一筛网2-4和第二筛网2-5之间的溶剂填满(即填充量为100% )，并压实；步骤二中 反应液三乙氧基硅烷在管式反应器2的第一壳体2-1内的流速控制在0. 12m3/h。本实施方式中管式反应器2的第一壳体2-1的容积为100L，其中长度为125m，直 径为32mm，填充20kg的负载Pt金属的活性氧化铝颗粒催化剂。催化反应连续操作反应 0. 5 1. 5h，催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内的流速达到1. 028 1. 44m3/ h，即本实施方式得到3600L的甲硅烷气体，催化剂可以实现连续催化反应。作为对比，本实施方式采用200L的釜式反应釜，60%装液量，120L三乙氧基硅烷 液体，反应2. 5-3. 5h制备硅烷3600L。可见，本实施方式的方法使甲硅烷的反应速率比传统釜式反应釜工艺的甲硅烷速 率提高5 7倍，即单位时间内甲硅烷的产量增大5 7倍。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
十一不同的是步骤一中将硅酸铝 固体颗粒催化剂填装于管式反应器2的第一壳体2-1内的第一筛网2-4和第二筛网2-5之 间。其它步骤及参数与具体实施方式
十一相同。本实施方式中硅酸铝固体颗粒催化剂中硅的质量百分含量为50%，粒径为3 3. 5mm。步骤一中硅酸铝固体颗粒催化剂将管式反应器2的第一壳体2_1内的第一筛网2_4 和第二筛网2-5之间的溶剂填满(即填充量为100% )，并压实，填充量为20kg。本实施方式中管式反应器2的第一壳体2-1的容积为100L，其中长度为125m，直 径为32mm。催化反应连续操作反应0. 5 1. 5h后，催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷 凝器4内的流速达到2 3m3/h，本实施方式至少得到3600L的甲硅烷气体。
具体实施方式
十三本实施方式制备甲硅烷气体的管式反应器，所述管式反应器 包括高位槽1、容器3、第一冷凝器4、再沸器5、精馏塔6、第二冷凝器7、第三冷凝器8、第一 流入管10-1、第二流入管10-2、第三流出管10-3和第四流入管10-4，第一流入管10_1与 高位槽1连通，第二流入管10-2与容器3连通，第三流出管10-3与第一冷凝器4连通，精 馏塔6的底部分别与再沸器5的进口端和出口端连通，精馏塔6的上部分别与第二冷凝器 7和第三冷凝器8连通，其特征在于所述管式反应器还包括管式反应器2、固体储存罐9、第 一分管11、第一总管12、第二总管13、第一单向阀14、第二分管15、第三分管16、第二单向 阀17和磁力屏蔽泵18，管式反应器2由第一壳体2-1、第二壳体2-2、电机2-6、搅拌桨2_7 和一组折流板2-8，电机2-6的输出端与搅拌桨2-7的一端传动连接，搅拌桨2-7设在第一 壳体2-1内，第一壳体2-1的内壁上交错设置有一组折流板2-8，第一壳体2-1设有三个端 口，分别定义为第一端口 2-1-1、第二端口 2-1-2和第三端口 2-1-3，第一壳体2-1装在第二 壳体2-2内，且二者之间设有空隙；高位槽1通过第一分管11与第一总管12连通，第一总管12与第一壳体2_1的第 一端口 2-1-1连通，第一壳体2-1的第二端口 2-1-2与第二总管13连通，固体储存罐9与 第一壳体2-1连通，第二总管13通过第二分管15和第三分管16分别与容器3和精馏塔6 连通，第二分管16上设有第二单向阀17，第二总管13上设有取样口 13-1、磁力屏蔽泵18和第一单向阀14，容器3底部与第一总管12连通，第三端口 2-1-3与第一冷凝器4连通，第 一冷凝器4底部与第一总管12连通，第二冷凝器7底部与第一总管12连通。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器的装置图如图2所示。本实施方式中 管式反应器2中的电机2-6和搅拌桨2-7将进入管式反应器2的第一壳体2-1内的催化剂 搅拌均勻，使之与反应液充分混合；管式反应器2中的一组折流板2-8，能够加速传热效果， 以及进一步提高催化剂与反应液的混合效果，提高催化反应效率。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器安装简单、成本投入低、能耗低、工业 生产过程安全、制备的气体纯度高、能够实现连续化生产等优点，是制备高纯度甲硅烷的理 想方法。本实施方式的制备甲硅烷气体的管式反应器在使用过程中，保证反应系统的密闭 循环，增加了设备的安全性，减少了反应工艺过程的安全隐患。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十三不同的是所述第二壳体2-2 上分别设有导热油进口 2-2-1和导热油出口 2-2-2。其它参数与具体实施方式
十三相同。
具体实施方式
十五本实施方式使用如具体实施方式
十三所述的制备甲硅烷气体 的管式反应器制备甲硅烷的方法，是通过以下步骤实现的一、将粉末溶解型催化剂填装至 固体储存罐9中，并将第一单向阀14打开，第二单向阀17关闭；二、通过第四流入管10-4 向固体储存罐9中通入氮气或者氢气，将粉末溶解型催化剂压入管式反应器2的第一壳体 2-1内，同时通过第一流入管10-1向高位槽1中通入氮气或者氢气，使高位槽1中的压力保 持常压或微正压，使高位槽1中的反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器2的第一壳体2-1 内，同时启动电机2-6带动搅拌桨2-7搅拌，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向 管式反应器2的第二壳体2-2和第一壳体2-1间的空隙内通入导热油，将催化反应的温度 控制在15 100°C ；三、步骤二反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内，第一冷凝器4 将粗硅烷气体中的三烷氧基硅烷冷凝后进入管式反应器2的第一壳体2-1内，冷凝处理后 的气体通过第三流出管10-3进入甲硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经 第二总管13、第二分管15、容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1内；四、 通过第二总管13上的取样口 13-1对生成液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测到 生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量低于2%时，将第二单向阀17打开，生成液通过第 三分管16流至精馏塔6内；生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量高于2%时，再将第二 单向阀17关闭，此时生成液再经第二总管13、第二分管15、容器3及第一总管12流入管式 反应器2的第一壳体2-1内；生成液的流动动力由设置在第二总管13上的磁力屏蔽泵18 提供；五、将流入精馏塔6内的生成液通过精馏塔6进入再沸器5，加热为气体后再进入精 馏塔6，经精馏处理后，四烷氧基硅烷气体流入第三冷凝器8内，经冷凝处理后得到质量纯 度为99 99. 95%的四烷氧基硅烷，与此同时，三烷氧基硅烷气体流入第二冷凝器7内进 行冷凝处理，冷凝处理后的三烷氧基硅烷经第一总管12进入管式反应器2的第一壳体2-1 内，同时，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精馏塔6流出，即实现采用管式反应器制备甲硅 烷气体的方法。本实施方式实现了甲硅烷气体的整套制备工艺流程；步骤二中高位槽中保持微正 压时，压力为0. 05MPa左右。本实施方式步骤五由精馏塔6流出的烷氧基硅烷聚合物液体中还混合有粉末溶 解型催化剂，通过对烷氧基硅烷聚合物液体过滤分离可回收利用催化剂。本实施方式步骤二中管式反应器2中的电机2-6和搅拌桨2-7将进入管式反应器2的第一壳体2-1内的催 化剂搅拌均勻，使之与反应液充分混合；管式反应器2中的一组折流板2-8，能够加速传热 效果，以及进一步提高催化剂与反应液的混合效果，提高催化反应效率。本实施方式的制备甲硅烷的方法中反应液三烷氧基硅烷流经管式反应器2的第 一壳体2-1 —次，三烷氧基硅烷的转化率即可达到95%以上，再经过第二总管13、第二分管 15、容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1中，进行回流反应1 3次后， 三烷氧基硅烷的转化率即可达到98%以上。本实施方式的方法使甲硅烷的反应速率比传统工艺速率提高5-7倍，单位时间内 甲硅烷的产量提高5-7倍以上，例如，200L的反应釜，60%装液量，120L三乙氧基硅烷液体， 反应2. 5-3. 5h制备硅烷3600L，产率为1028 1440L/h ；与之相比，容积为100L的管式反 应器长度为125m，直径为32mm，反应0. 5-1. 5h，制备硅烷气体3600L，产率为2400 7200L/ h。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一中粉末溶解 型催化剂为苯酚钠、氢氧化钠、苯酚钾、乙醇钠、乙醇钾、丙醇钠、丙醇钾、异丁基醇钠或者异 丁基钾。其它步骤及参数与具体实施方式
十五相同。本实施方式中粉末溶解型催化剂不限于上述列举的几种，现有市售的碱金属或者 碱土金属的苯酚盐或者醇盐均可作为本实施方式的催化剂。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十五或十六不同的是步骤二中 控制压入管式反应器2的第一壳体2-1内的粉末溶解型催化剂的质量是进入管式反应器 2的第一壳体2-1内三烷氧基硅烷质量的0. 5% 300%，较佳的质量百分含量为0. 6% 200 %，更优的质量百分含量为0. 8 % 50 %，最优化的量是1 %。其它步骤及参数与具体实 施方式十五或十六相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十五、十六或十七不同的是步骤 二中的反应液三烷氧基硅烷为三甲氧基硅烷，三乙氧基硅烷，三丙氧基硅烷或者三丁氧基 硅烷。其它步骤及参数与具体实施方式
十五、十六或十七相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十五至十八之一不同的是步骤二 中催化反应的温度控制在50 60°C。其它步骤及参数与具体实施方式
十五至十八之一相 同。本实施方式控制催化反应温度为50 60°C，可以使催化剂具有最好的催化活性， 提高催化反应生成效率，提高甲硅烷的产量。温度过低，催化剂催化活性降低，反应速率 很慢；温度高于60°C，尤其高于100°C以后，三烷氧基硅烷容易挥发，为后续反应后液体的 冷凝回流带来更大压力，降低了反应液体的转化率，并且增加反应能耗。因此温度控制在 50 60°C最佳。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十五至十九之一不同的是步骤三 中步骤二的催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内，其中控制第一冷凝器4的温 度在80 130°C。其它步骤及参数与具体实施方式
四至八之一相同。本实施方式中进入第一冷凝器4内的粗甲硅烷气体中含有的杂质主要有三烷氧 基硅烷和乙醇蒸汽，控制第一冷凝器4的温度介于三烷氧基硅烷的沸点(比如三甲氧基硅 烷的沸点为81°C，三乙氧基硅烷的沸点为134. 5°C )和乙醇沸点(78°C )之间，将三烷氧基硅烷冷凝下来回送至反应系统管式反应器2的第一壳体2-1，而将乙醇随硅烷气体进入甲 硅烷精馏提纯系统，放置乙醇回流至反应系统，引起副反应，影响反应的生产效率。因此，本 实施方式中第一冷凝器4的温度的控制应根据具体采用的三烷氧基硅烷的种类而定。比如 选用三甲氧基硅烷时，控制冷凝器温度为80°C，保证乙醇随甲硅烷流入甲硅烷精馏提纯系 统；选用三乙氧基硅烷时，控制冷凝器温度为80 130°C，即可保证乙醇随甲硅烷流入甲硅 烷精馏提纯系统。本实施方式经第一冷凝器4冷凝得到的气体中只含有乙醇蒸汽杂质，甲硅烷气体 的质量百分含量达到99. 95%。
具体实施方式
二十一本实施方式使用如具体实施方式
十三所述的制备甲硅烷气 体的管式反应器制备甲硅烷的方法，是通过以下步骤实现的一、将粉末溶解型催化剂苯酚 钠填装至固体储存罐9中，并将第一单向阀14打开，第二单向阀17关闭；二、通过第四流 入管10-4向固体储存罐9中通入氮气，将粉末溶解型催化剂压入管式反应器2的第一壳体 2-1内，同时通过第一流入管10-1向高位槽1中通入氮气，使高位槽1中的压力保持微正压 (0. 05MPa)，使高位槽1中的反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器2的第一壳体2_1内，同 时启动电机2-6带动搅拌桨2-7搅拌，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向管式反 应器2的第二壳体2-2和第一壳体2-1间的空隙内通入导热油，将催化反应的温度控制在 50 60°C;三、步骤二反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器4内，第一冷凝器4将粗硅烷 气体中的三烷氧基硅烷冷凝后进入管式反应器2的第一壳体2-1内，冷凝处理后的气体通 过第三流出管10-3进入甲硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经第二总管 13、第二分管15、容器3及第一总管12流入管式反应器2的第一壳体2-1内；四、通过第二 总管13上的取样口 13-1对生成液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测到生成液中 三烷氧基硅烷的质量百分含量低于2%时，将第二单向阀17打开，生成液通过第三分管16 流至精馏塔6内；生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量高于2%时，再将第二单向阀17 关闭，此时生成液再经第二总管13、第二分管15、容器3及第一总管12流入管式反应器2 的第一壳体2-1内；生成液的流动动力由设置在第二总管13上的磁力屏蔽泵18提供；五、 将流入精馏塔6内的生成液通过精馏塔6进入再沸器5，加热为气体后再进入精馏塔6，经 精馏处理后，四烷氧基硅烷气体流入第三冷凝器8内，经冷凝处理后得到质量纯度为95 98. 5%的四烷氧基硅烷，与此同时，三烷氧基硅烷气体流入第二冷凝器7内进行冷凝处理， 冷凝处理后的三烷氧基硅烷经第一总管12进入管式反应器2的第一壳体2-1内，同时，生 成液中的烷氧基硅烷聚合物由精馏塔6流出，即实现采用管式反应器制备甲硅烷气体的方 法。本实施方式在磁力屏蔽泵18的作用下，使得反应液三乙氧基硅烷在管式反应器2 的第一壳体2-1内的流速控制在0. 2m3/h。步骤二中控制压入管式反应器2的第一壳体2-1 内的粉末溶解型催化剂的质量是进入管式反应器2的第一壳体2-1内三烷氧基硅烷质量的1%。本实施方式中管式反应器2的第一壳体2-1的容积为100L，其中长度为125m，直 径为32mm。催化反应连续操作反应0. 5 1. 5h后，催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷 凝器4内的流速达到2-3m3/h，即本实施方式至少得到3600L的甲硅烷气体。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
二十一不同的是步骤一中粉末溶解型催化剂为氢氧化钠。其它步骤及参数与具体实施方式
二十一相同。
本实施方式中管式反应器2的第一壳体2-1的溶剂为100L，其中长度为125m，直 径为32mm。催化反应连续操作反应0. 5 1. 5h后，催化反应生成的粗硅烷气体进入第一冷 凝器4内的流速达到2-3m3/h，即本实施方式至少得到3600L的甲硅烷气体。
权利要求
制备甲硅烷气体的管式反应器，所述管式反应器包括高位槽(1)、容器(3)、第一冷凝器(4)、再沸器(5)、精馏塔(6)、第二冷凝器(7)、第三冷凝器(8)、第一流入管(10 1)、第二流入管(10 2)和第三流出管(10 3)，第一流入管(10 1)与高位槽(1)连通，第二流入管(10 2)与容器(3)连通，第三流出管(10 3)与第一冷凝器(4)连通，精馏塔(6)的底部分别与再沸器(5)的进口端和出口端连通，精馏塔(6)的上部分别与第二冷凝器(7)和第三冷凝器(8)连通，其特征在于所述管式反应器还包括管式反应器(2)、第一分管(11)、第一总管(12)、第二总管(13)、第一单向阀(14)、第二分管(15)、第三分管(16)、第二单向阀(17)和磁力屏蔽泵(18)，管式反应器(2)由第一壳体(2 1)、第二壳体(2 2)、冷却水盘管(2 3)、第一筛网(2 4)和第二筛网(2 5)构成，冷却水盘管(2 3)设在第一壳体(2 1)内，第一壳体(2 1)设有三个端口，分别定义为第一端口(2 1 1)、第二端口(2 1 2)和第三端口(2 1 3)，第一壳体(2 1)装在第二壳体(2 2)内，且二者之间设有空隙，第一端口(2 1 1)上设有第一筛网(2 4)，且二者可拆卸连接，第二端口(2 1 2)上设有第二筛网(2 5)，且二者可拆卸连接；高位槽(1)通过第一分管(11)与第一总管(12)连通，第一总管(12)与第一壳体(2 1)的第一端口(2 1 1)连通，第一壳体(2 1)的第二端口(2 1 2)与第二总管(13)连通，第二总管(13)通过第二分管(15)和第三分管(16)分别与容器(3)和精馏塔(6)连通，第二分管(16)上设有第二单向阀(17)，第二总管(13)上设有取样口(13 1)、磁力屏蔽泵(18)和第一单向阀(14)，容器(3)底部与第一总管(12)连通，第一壳体(2 1)的第三端口(2 1 3)与第一冷凝器(4)连通，第一冷凝器(4)底部与第一总管(12)连通，第二冷凝器(7)底部与第一总管(12)连通。
2.根据权利要求1所述一种制备甲硅烷气体的管式反应器，其特征在于所述冷却水盘 管(2-3)与第一端口(2-1-1)相对位置处设有冷却水出口(2-3-1)，所述冷却水盘管(2-3) 与第二端口(2-1-2)相对位置处设有冷却水进口(2-3-2)。
3.根据权利要求1所述一种制备甲硅烷气体的管式反应器，其特征在于所述第二壳体 (2-2)上分别设有导热油进口(2-2-1)和导热油出口(2-2-2)。
4.使用如权利要求1所述的制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方法， 其特征在于使用制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷的方法是通过以下步骤实现的 一、将固体催化剂填装于管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内的第一筛网(2-4)和第二 筛网(2-5)之间，并将第一单向阀(14)打开，第二单向阀(17)关闭；二、通过第一流入管 (10-1)向高位槽(1)中通入氮气或者氢气，使高位槽(1)中的压力保持常压或者微正压，使 高位槽(1)中的反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内，进行催化 反应，其中，催化反应过程中，通过向设置在管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内的冷却水 盘管(2-3)中通入冷却水和向管式反应器(2)的第二壳体(2-2)和第一壳体(2-1)间的空 隙内通入导热油，将催化反应的温度控制在15 100°C ；三、步骤二反应生成的粗硅烷气体 进入第一冷凝器(4)内，第一冷凝器(4)将粗硅烷气体中的三烷氧基硅烷冷凝后进入管式 反应器(2)的第一壳体(2-1)内，冷凝处理后的气体通过第三流出管(10-3)进入甲硅烷精 馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经第二总管(13)、第二分管(15)、容器(3)及 第一总管(12)流入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内，其中生成液的流动动力由设置在 第二总管(13)上的磁力屏蔽泵(18)提供；四、通过第二总管(13)上的取样口(13-1)对生成液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测到生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量 低于2%时，将第二单向阀(17)打开，生成液通过第三分管(16)流至精馏塔(6)内；生成 液中三烷氧基硅烷的质量百分含量高于2%时，再将第二单向阀(17)关闭，此时生成液再 经第二总管(13)、第二分管(15)、容器(3)及第一总管(12)流入管式反应器(2)的第一壳 体(2-1)内；五、将流入精馏塔(6)内的生成液通过精馏塔(6)进入再沸器(5)，加热为气 体后再进入精馏塔(6)，经精馏处理后，四烷氧基硅烷气体流入第三冷凝器(8)内，经冷凝 处理后得到质量纯度为99% 99. 95%的四烷氧基硅烷，与此同时，三烷氧基硅烷气体流 入第二冷凝器(7)内进行冷凝处理，冷凝处理后的三烷氧基硅烷经第一总管(12)进入管式 反应器(2)的第一壳体(2-1)内，同时，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精馏塔(6)流出， 即实现采用管式反应器制备甲硅烷气体的方法。
5.根据权利要求4所述的使用制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方法， 其特征在于步骤一中固体催化剂为固体颗粒状催化剂或者固体颗粒状负载型催化剂。
6.根据权利要求4或5所述的使用制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方 法，其特征在于步骤二中催化反应的温度控制在50 60°C。
7.制备甲硅烷气体的管式反应器，所述管式反应器包括高位槽(1)、容器(3)、第一冷 凝器(4)、再沸器(5)、精馏塔(6)、第二冷凝器(7)、第三冷凝器(8)、第一流入管(10-1)、第 二流入管(10-2)、第三流出管(10-3)和第四流入管(10-4)，第一流入管(10-1)与高位槽 ⑴连通，第二流入管(10-2)与容器(3)连通，第三流出管(10-3)与第一冷凝器⑷连通， 精馏塔(6)的底部分别与再沸器(5)的进口端和出口端连通，精馏塔(6)的上部分别与第 二冷凝器(7)和第三冷凝器(8)连通，其特征在于所述管式反应器还包括管式反应器(2)、 固体储存罐(9)、第一分管(11)、第一总管(12)、第二总管(13)、第一单向阀(14)、第二分 管(15)、第三分管(16)、第二单向阀(17)和磁力屏蔽泵(18)，管式反应器⑵由第一壳体 (2-1)、第二壳体(2-2)、电机(2-6)、搅拌桨(2-7)和一组折流板(2_8)，电机(2_6)的输出 端与搅拌桨(2-7)的一端传动连接，搅拌桨(2-7)设在第一壳体(2-1)内，第一壳体(2-1) 的内壁上交错设置有一组折流板(2-8)，第一壳体(2-1)设有三个端口，分别定义为第一端 口(2-1-1)、第二端口(2-1-2)和第三端口(2-1-3)，第一壳体(2_1)装在第二壳体(2_2) 内，且二者之间设有空隙；高位槽(1)通过第一分管(11)与第一总管(12)连通，第一总管(12)与第一壳体(2-1) 的第一端口(2-1-1)连通，第一壳体(2-1)的第二端口(2-1-2)与第二总管(13)连通，固 体储存罐(9)与第一壳体(2-1)连通，第二总管(13)通过第二分管(15)和第三分管(16) 分别与容器(3)和精馏塔(6)连通，第二分管(16)上设有第二单向阀(17)，第二总管(13) 上设有取样口(13-1)、磁力屏蔽泵(18)和第一单向阀(14)，容器(3)底部与第一总管(12) 连通，第三端口(2-1-3)与第一冷凝器(4)连通，第一冷凝器(4)底部与第一总管(12)连 通，第二冷凝器(7)底部与第一总管(12)连通。
8.根据权利要求7所述一种制备甲硅烷气体的管式反应器，其特征在于所述第二壳体 (2-2)上分别设有导热油进口(2-2-1)和导热油出口(2-2-2)。
9.使用如权利要求7所述的制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷的方法，其特征 在于使用制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷的方法是通过以下步骤实现的一、将 粉末溶解型催化剂填装至固体储存罐(9)中，并将第一单向阀(14)打开，第二单向阀(17)关闭；二、通过第四流入管(10-4)向固体储存罐(9)中通入氮气或者氢气，将粉末溶解型 催化剂压入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内，同时通过第一流入管(10-1)向高位槽 (1)中通入氮气或者氢气，使高位槽(1)中的压力保持常压或者微正压，使高位槽(1)中的 反应液三烷氧基硅烷进入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内，同时启动电机(2-6)带动 搅拌桨(2-7)搅拌，进行催化反应，其中，催化反应过程中，通过向管式反应器(2)的第二壳 体(2-2)和第一壳体(2-1)间的空隙内通入导热油，将催化反应的温度控制在15 100°C; 三、步骤二反应生成的粗硅烷气体进入第一冷凝器(4)内，第一冷凝器(4)将粗硅烷气体 中的三烷氧基硅烷冷凝后进入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内，冷凝处理后的气体通 过第三流出管(10-3)进入甲硅烷精馏提纯系统；同时，步骤二反应生成的生成液经第二总 管(13)、第二分管(15)、容器(3)及第一总管(12)流入管式反应器(2)的第一壳体(2-1) 内，其中生成液的流动动力由设置在第二总管(13)上的磁力屏蔽泵(18)提供；四、通过第 二总管(13)上的取样口(13-1)对生成液中三烷氧基硅烷的含量进行实时检测，检测到生 成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量低于2%时，将第二单向阀(17)打开，生成液通过第 三分管(16)流至精馏塔(6)内；生成液中三烷氧基硅烷的质量百分含量高于2%时，再将 第二单向阀(17)关闭，此时生成液再经第二总管(13)、第二分管(15)、容器(3)及第一总 管(12)流入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内；五、将流入精馏塔(6)内的生成液通过 精馏塔(6)进入再沸器(5)，加热为气体后再进入精馏塔(6)，经精馏处理后，四烷氧基硅烷 气体流入第三冷凝器(8)内，经冷凝处理后得到质量纯度为99% 99. 95%的四烷氧基硅 烷，与此同时，三烷氧基硅烷气体流入第二冷凝器(7)内进行冷凝处理，冷凝处理后的三烷 氧基硅烷经第一总管(12)进入管式反应器(2)的第一壳体(2-1)内，同时，生成液中的烷 氧基硅烷聚合物由精馏塔(6)流出，即实现采用管式反应器制备甲硅烷气体的方法。
10.根据权利要求9所述的使用制备甲硅烷气体的管式反应器制备甲硅烷气体的方 法，其特征在于步骤二中催化反应的温度控制在50 60°C。
全文摘要
制备甲硅烷气体的管式反应器及使用其制备甲硅烷的方法，涉及制备甲硅烷气体的反应器及使用其制备甲硅烷的方法。解决现有制备甲硅烷气体的釜式反应器安全性能差、单釜甲硅烷气体产率低、不能实现连续化生产的问题。反应器为管式反应器，管式反应器由第一壳体、第二壳体、冷却水盘管、第一筛网和第二筛网构成；及管式反应器由第一壳体、第二壳体、电机、搅拌桨和一组折流板构成。方法填装催化剂，向反应器中通反应液，进行反应；生成的粗硅烷通入冷凝器处理，生成液回流至反应器反应；生成液中三烷氧基硅烷含量达标后，生成液通入精馏塔进行精馏分离。本发明反应器简单、安全性好、实现连续化操作，甲硅烷产量及产率高、纯度高。
文档编号C01B33/04GK101920178SQ20101026619
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者张磊, 杨恺, 杨春晖, 胡成发, 葛士彬 申请人:哈尔滨工业大学