专利名称：一种烷基氯硅烷饱和酸水解工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在饱和酸条件下，烷基氯硅烷经过三步水解工艺生成氯化氢气体和聚烷基硅氧烷的装置及水解工艺。
背景技术：
烷基氯硅烷水解生成烷基硅醇和氯化氢，其反应本身为吸热反应，但是由于HX溶于水中产生大量热，故使烷基氯硅烷水解为放热过程。有机硅烷水解反应的速率，随Si-X 键极性增强及数量增加而加快，但随有机基位阻增加和数量增多而减慢。烷基氯硅烷在不足水量中水解时，可得到氯封端的聚硅氧烷。以二甲基二氯硅烷，Me2SiCl2为例，简称二甲的水解缩合得到的Me2Si (OH)2，先进性分子间缩合生成低聚合度的线性硅氧烷。后者可以进行分子间和分子内的两种聚合反应，最终分别得到线性聚二有机硅氧烷[HO(Me2SiO)nH]及环状聚二有机硅氧烷[(Me2SiO)n] 两类产物。反应示意式如下nMe2SiCl2+2nH20 —nMe2Si(0H)2+2nHCl (1)nMe2Si (OH) 2 — HO (Me2SiO) nH+ (n-1) H2O (2)nMe2Si (OH) 2 — (Me2SiO) n+nH20(3)Me2SiCl2水解缩合反应分两个阶段进行，即先生成Me2SiClOH及Me2Si (OH) 2，在质子作用下，它们进一步发生自身和相互间缩合反应，形成SiOSi键。尚若在不足量水中水解或反应条件过分温和，则可得到α，ω-二氯聚二甲基硅氧烷[ClMe2SiO(Me2SiO)nSiMe2Cl].氯硅烷水解工艺有过量水水解工艺和恒沸酸水解工艺，生成端基含烃基的线状聚硅氧烷和环状聚硅氧烷的水解物及盐酸。因为水解生成氯化氢溶于水或稀酸中要放出大量的热，如果要得到大比例环状聚硅氧烷，则需保持水解反应工艺温度，即应将热量移出。两种方法生成的盐酸浓度不同，得到用于甲醇合成氯甲烷的氯化氢都需要脱析操作，增加了设备及能量消耗。饱和盐酸与氯硅烷反应生成水解物、饱和盐酸和氯化氢，但仍然有30%左右的氯化氢以饱和盐酸的形式存在，这种方法仍需要脱析氯化氢操作，还会增加设备及能量消耗。饱和酸水解循环酸浓度36% 37%的常压水解，循环酸浓度可达到40% 50% 加压饱和酸水解工艺方法虽然解决了增加设备及能量的消耗的氯化氢脱析操作等上述的问题，但实际生产中存在的情况是每吨二甲基硅氯烷水解需要0. 139535吨水，产生约 0. 55吨氯化氢。氯硅烷遇到水就发生水解反应，产生的氯化氢没有水溶解就会以气体形式溢出。虽然氯硅烷水解反应是不可逆的，并不因为氯化氢气体浓度增加而使水解反应不能进行。但困扰产生的问题是1.在高氯化氢浓度下，有机氯硅烷粒子表面会形成一层氯化氢气体膜，使得水分子不易与有机氯硅烷分子充分接触，因而会降低水解反应速度。2.水解反应未完全之前，有机氯硅烷的分子就会扩散至氯化氢气体中被带出。因此，降低收率的同时也影响到氯化氢气体的纯度，给氯甲烷合成造成一定的影响。
3.饱和酸水解还可能产生末端含氯的线性硅氧烷，影响水解物的质量，进而影响后续下游产品的质量。专利US4609751饱和酸水解反应分多级进行，烷基氯硅烷在一级水解循环系统经过静态混合反应和相分离器后，得到带压的气相氯化氢，气相氯化氢经过冷却除油、去杂质和干燥后，可以直接用于合成率氯甲烷或用水吸收制得工业用盐酸。这种静态混合反应物料混合效率低，氯化氢气体难以挥发，易使得反应后浓酸呈现过饱和状态。针对以上过程中搅拌效率过低，混合不均勻，反应时间长，产物纯度低以及物耗能耗大的缺点，提供一种烷基氯硅烷饱和酸水解工艺。
发明内容
本发明所要解决的问题是为了提高烷基氯硅烷的反应速度，提高聚合物纯度，消除末端含氯的线性硅氧烷，设计采用三步水解方式提高烷基氯硅烷水解品质。本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案得以解决一种烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，包括(1)第一步为饱和酸水解反应，所述的饱和酸水解装置反应包括饱和酸水解强化反应器，除雾器，饱和酸水解相分离器。烷基氯硅烷与饱和酸在强化反应器中进行水解反应生成液体水解产物和气态氯化氢。饱和酸水解生成的氯化氢气体经过除雾器可返回氯硅烷合成工段。经过饱和酸水解相分离器后的饱和酸返回到饱和酸水水解装置，水解产物进入
第一步。(2)第二步为稀酸水解反应，所述的稀酸水解反应包括稀酸水解强化反应器，稀酸水解产物相分离器。未水解完全的烷基氯硅烷进一步与稀酸反应。经过稀酸水解相分离器后的循环稀盐酸补充倒饱和酸水解装置中，水解产物进入第三步。(3)第三步为蒸汽脱氯，减少粗水解产物中的氯含量。所述的蒸汽脱氯反应包括蒸汽水解接触反应器，蒸汽脱氯塔塔顶出物料相分离器，蒸汽脱氯塔塔底出料相分离器。蒸汽与端基含氯的聚烷基硅氧烷反应生成聚烷基硅氧烷。蒸汽脱氯塔塔顶产物和蒸汽脱氯塔塔底产物分别经过相分离器，分离后的稀酸混合后作为第二步水解反应物料，分离后的油相混合后为合格的聚烷基硅氧烷。所述的饱和酸水解反应，其特征在于，所述的反应体系中，反应温度20-80°C，操作压力0. 1-0. 5MPa。优化的反应温度为40-60°C，优化的操作压力0. 2-0. 4MPa。所述的稀酸水解反应，其特征在于，所述的反应体系中，反应温度50-100°C，操作压力0-0. 5MPa。优化的反应温度为60-80°C，优化的操作压力0. 1-0. 3MPa。所述的蒸汽脱氯，其特征在于，所述的反应体系中，反应温度80-130°C，操作压力 0-0. 5MPa。优化的反应温度为90-110°C，优化的操作压力0. 1-0. 3MPa。所述的蒸汽脱氯塔，其特征在于，所述的反应器两相进口均设置有进料分布器，所述的反应器中段设置有加热器。本发明的烷基氯硅烷水解及水解工艺，由于采用了强化传质反应器，液体物料被设备内的转子内缘的高速旋转填料切割碰碎，使得烷基氯硅烷水解反应均勻进行，并及时将反应生成的气体移除，因此大大提高水解过程效率，并且由于物料在反应器停留时间分布窄，因此产物的分子形态和分子量分布十分规整，水解产物的氯含量也较低，从而改善了水解产物的质量。由于采用的是三步氯硅烷水解工艺，在第一步反应中生产出氯化氢气体，在第二步反应中进一步与未水解的氯硅烷反应，在第三步反应中除去端基含氯的聚烷烃硅氧烷。 生成的产物通过各个相分离器，进一步提高硅氧烷纯度。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。图1为本发明的烷基氯硅烷的水解工艺流程图。1. 1饱和酸水解强化反应器1. 2除雾器1. 3饱和酸水解相分离器1. 4补充盐酸1. 5 饱和酸1. 6氯化氢气体1. 7除盐酸雾滴后氯化氢气体1. 8烷基氯硅烷1. 9除雾器排出液
1.10饱和酸水解产物2. 1稀酸水解强化反应器2. 2稀酸水解产物相分离器2. 3稀酸水解进料2. 4循环稀盐酸2. 5稀酸水解产物2. 6稀酸3. 1蒸汽脱氯塔3. 2蒸汽脱氯塔塔顶出物料相分离器3. 3蒸汽脱氯塔塔底出料相分离器3. 4蒸汽进料3. 5蒸汽脱氯进料3. 6蒸汽脱氯塔底出料3. 7蒸汽脱氯塔底出物料分离稀酸3. 8蒸汽脱氯塔顶出物料分离稀酸3. 9蒸汽脱氯器塔出物料分聚烷基硅氧烷3. 10 蒸汽脱氯塔顶出物料3. 11蒸汽脱氯塔底出物料分聚烷基硅氧烷3. 12聚烷基硅氧烷。
具体实施例方式为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实际例子，进一步阐述本发明，但本发明的实施方式不限于此。如图1所示，第一步为饱和酸水解反应，烷基氯硅烷1. 8与饱和酸1. 5进入饱和酸水解强化反应器1. 1进行水解，控制反应温度为45°c，操作压力0. 3MPa。反应生成液体饱和酸水解产物1. 10和气态氯化氢1. 6。饱和酸水解生成的氯化氢气体1. 6经过除雾器1. 2 净化后可返回氯硅烷合成工段。饱和酸水解产物1. 10经过饱和酸水解相分离器1. 3，分离后的饱和酸1. 5返回到饱和酸水水解装置，水解产物进入第二步。第二步为稀酸水解反应，从饱和酸水解相分离器1. 3来未水解完全的烷基氯硅烷物料作为稀酸水解进料2. 3与稀酸2. 6在稀酸水解强化反应器内进行反应生成稀酸水解产物2. 5，控制反应温度为70°C，操作压力0. IMPa0稀酸水解产物2. 5经过稀酸水解相分离器
2.2，分离后的循环稀盐酸2. 4补充倒饱和酸水解装置中，水解产物进入第三步。第三步为蒸汽脱氯，减少粗水解产物中的氯含量。蒸汽3. 4与含端基氯的烷基硅氧烷在蒸汽脱氯塔反应生成聚烷基硅氧烷，控制反应温度为100°c。蒸汽脱氯塔顶产物和蒸汽脱氯塔塔底产物分别经过相分离器，分离后的稀酸混合后作为第二步水解反应物料，分离后的油相混合后为合格聚烷基氯硅烷。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，包括以下步骤(1)第一步为饱和酸水解反应，烷基氯硅烷与饱和酸在强化反应器中进行水解反应生成液体水解产物和气态氯化氢， 饱和酸水解生成的氯化氢气体经过除雾器返回氯硅烷合成工段，经过饱和酸水解相分离器后的饱和酸返回到饱和酸水水解装置，水解产物进入第二步；(2)第二步为稀酸水解反应未水解完全的烷基氯硅烷进一步与稀酸反应，经过稀酸水解相分离器后的循环稀盐酸补充倒饱和酸水解装置中，水解产物进入第三步；(3)第三步为蒸汽脱氯，减少粗水解产物中的氯含量，蒸汽与端基含氯的聚烷基硅氧烷反应生成聚烷基硅氧烷，蒸汽脱氯塔塔顶产物和蒸汽脱氯塔塔底产物分别经过相分离器，分离后的稀酸混合后作为第二步水解反应物料，分离后的油相混合后为合格的聚烷基硅氧烷。
2.根据权利要求1所述的烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，所述的反应体系中，反应温度20-80°C，操作压力0. 1-0. 5MPa。
3.根据权利要求2所述的烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，优化的反应温度为40-60°C，优化的操作压力0. 2-0. 4MPa。
4.根据权利要求1所述的烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，所述的反应体系中，反应温度50-100°C，操作压力0-0. 5MPa。
5.根据权利要求4所述的烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，优化的反应温度为60-80°C，优化的操作压力0. 1-0. 3MPa。
6.根据权利要求1所述的烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，所述的反应体系中，反应温度80-130°C，操作压力0-0. 5MPa。
7.根据权利要求6所述的烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，其特征在于，优化的反应温度为90-110°C，优化的操作压力0. 1-0. 3MPa。
全文摘要
本发明提供一种烷基氯硅烷饱和酸水解工艺，第一步为饱和酸水解反应，饱和酸水解生成的氯化氢气体经过除雾器可返回氯硅烷合成工段。经过饱和酸水解相分离器分离后的饱和酸返回到饱和酸水水解装置，水解产物进入第二步。第二步为稀酸水解反应，未水解完全的烷基氯硅烷进一步与稀酸反应，所述的稀酸水解反应包括稀酸水解强化反应器，稀酸水解产物相分离器。经过稀酸水解相分离器分离后的循环稀盐酸补充到饱和酸水解装置中，水解产物进入第三步。第三步为蒸汽脱氯，减少粗水解产物中的氯含量，所述的蒸汽脱氯包括蒸汽脱氯塔；蒸汽脱氯塔塔顶出物料相分离器；蒸汽脱氯塔塔底出料相分离器。通过三步工艺可以得到合格的聚烷基硅氧烷。
文档编号C08G77/06GK102492144SQ20111040793
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者李海波, 杨积志 申请人:上海安赐机械设备有限公司