低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的生产装置及制备方法与流程

本发明涉及一种生产装置及制备方法。

背景技术：

氨丙基三乙氧基硅烷是一种无色或浅黄色透明液体，易水解，常被用作硅烷偶联剂，在涂料加工、橡胶生产、玻纤及密封胶增粘剂等工业领域均有广泛的应用。目前，氨丙基三乙氧基硅烷的合成方法大致可分为三种：

1)氨化法。过量的液氨与氯丙基三乙氧基硅烷在高压釜内反应，在绝对压力5.0mpa下反应6h，完成后回收氯化铵，液体的半成品通过精馏塔精馏提纯，得到kh-550产品。

2)加氢还原法。氰乙基三乙氧基硅烷在高压和催化剂下与氢气进行还原反应，得到kh-550产品。

3)硅氢化法。三乙氧基硅烷与烯丙基胺在催化剂下加成反应，反应完成后蒸馏，得到kh-550产品。

上述工艺存在以下问题：

1)氨化法为间歇性生产，在生产过程中高压反应釜内很难达到稳定压力，且反应原料易挥发到空气中，污染空气，对人体造成伤害，同时，反应后氯化铵附着在反应器壁上，影响反应效率，而且需要较长时间来清理堆积物、附着物。采用这种方法生产的kh-550产品杂质较多。

2)原料氰乙基三乙氧基硅烷的合成对生产工艺要求很高，生产成本高，且传统的制备工艺需要在高温高压条件下进行。

3)加成得到的产品是氨丙基三乙氧基硅烷的同分异构体的混合物，很难分离和提纯，导致产品收率较低。同时原料烯丙基胺的毒性较大，生产过程中很难完全防止烯丙基胺挥发和滴漏，导致安全性大大降低。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有方法反应温度和反应压力高、污染物排放影响环境的技术问题，提供了一种低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的生产装置及制备方法。

低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的生产装置，该装置包括管式反应器、第一氢气循环压缩机、第二氢气循环压缩机、氢气缓冲罐、原料流量泵、液氨流量泵、sk静态混合器、冷却器、气液分离器、液氨冷却器、液氨储罐、氢气储罐、氰乙基三乙氧基硅烷储罐及产品接收储罐，其特征在于：

氢气储罐上端与第一氢气循环压缩机侧端连接，第一氢气循环压缩机的上端与氢气缓冲罐侧端连接，氢气缓冲罐上端、sk静态混合器的一端与管式反应器上端连接，管式反应器下端与冷却器上端连接，冷却器下端与气液分离器上端连接，气液分离器下端与产品接收储罐相连，sk静态混合器的另一端分别与原料流量泵和液氨流量泵连接，原料流量泵与氰乙基三乙氧基硅烷储罐相连，液氨流量泵与液氨储罐相连，液氨冷却器的一端与气液分离器侧端相连，液氨冷却器的另一端与第二氢气循环压缩机的一端相连，液氨冷却器下端与液氨储罐上端相连，第二氢气循环压缩机的另一端与氢气储罐侧端相连。

低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的制备方法如下：

一、将磁固载催化剂填料装填在管式反应器中，将管式反应器内温度升高至90℃；

二、打开第一氢气循环压缩机，将氢气储罐内的氢气经过氢气缓冲罐向管式反应器中通入，控制氢气压力为1.0mpa，通过原料流量泵将氰乙基三乙氧基硅烷以0.1t/h～0.25t/h的流量打入管式反应器中，同时，通过液氨流量泵将液氨以0.1t/h～0.25t/h的流量打入管式反应器中，氰乙基三乙氧基硅烷与液氨在sk静态混合器混合均匀后进入管式反应器1中；

三、经过管式反应器反应2～5h，物料通过管式反应器下端出料口流出，经冷却器冷却至30℃以下，再打入气液分离器，氨气与氢气的混合气体通过气液分离器侧端口打入到液氨冷却器中，氨气于-33.4℃～-50℃的条件下冷却为液氨，打回液氨储罐中，氢气通过氢气压缩机打回氢气储罐中，氨丙基三乙氧基硅烷打入产品接收储罐中，即完成低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷。

步骤一中所述的磁固载催化剂的制备方法如下：

一、将65质量份金属镍，23质量份铝和12质量份促进剂投入到高温熔炉中，得到混合均匀后的熔体，对熔体进行淬火，急冷处理得到急冷合金，然后粉碎成直径为0.1～0.5cm的颗粒；

二、将步骤一得到的颗粒在50℃条件下用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液浸出合金中的铝，整个浸出过程持续20～40min，浸出反应如下：

2al+2naoh+6h2o→2na[al(oh)4]+3h2

三、用超纯水对经过步骤二处理的浸出过的合金进行洗涤，同时通入氢气将合金活化，然后用乙醇冲洗，得到改性催化剂；

四、以添加有稀土镝元素的钕铁硼为强磁性中心，将改性催化剂吸附在表面，即得磁固载催化剂。

以磁固载催化剂作为填料，装入管式反应器中，在流动的反应液中催化剂能够稳定的吸附在强磁性载体上，起到固载的效果。

所述促进剂为金属钯、铑、铱和镧系金属中的一种或几种的组合物。

本发明方法具有如下优点：

1)在反应完成后氨气和氢气通过冷却器直接回收再利用，不污染空气，不需要加装尾气吸收装置；

2)反应过程中没有nh4cl残渣产生，节约处理成本；

3)该工艺使用改性催化剂大幅度降低了反应温度和压力，显著提高了生产安全性，减少了设备投入成本。同时，改性催化剂在反应后没有焦化粘结现象，延长了催化剂使用时间，显著节省了催化剂使用量。

附图说明

图1是低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的生产装置的结构示意图。

具体实施方式

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：本实施方式低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的生产装置，该装置包括管式反应器1、第一氢气循环压缩机2、第二氢气循环压缩机14、氢气缓冲罐3、原料流量泵4、液氨流量泵5、sk静态混合器6、冷却器7、气液分离器8、液氨冷却器9、液氨储罐10、氢气储罐11、氰乙基三乙氧基硅烷储罐12及产品接收储罐13，其特征在于：

氢气储罐11上端与第一氢气循环压缩机2侧端连接，第一氢气循环压缩机2的上端与氢气缓冲罐3侧端连接，氢气缓冲罐3上端、sk静态混合器6的一端与管式反应器1上端连接，管式反应器1下端与冷却器7上端连接，冷却器7下端与气液分离器8上端连接，气液分离器8下端与产品接收储罐13相连，sk静态混合器6的另一端分别与原料流量泵4和液氨流量泵5连接，原料流量泵4与氰乙基三乙氧基硅烷储罐12相连，液氨流量泵5与液氨储罐10相连，液氨冷却器9的一端与气液分离器8侧端相连，液氨冷却器9的另一端与第二氢气循环压缩机14的一端相连，液氨冷却器9下端与液氨储罐10上端相连，第二氢气循环压缩机14的另一端与氢气储罐11侧端相连。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的制备方法如下：

一、将磁固载催化剂填料装填在管式反应器1中，将管式反应器1内温度升高至90℃；

二、打开第一氢气循环压缩机2，将氢气储罐11内的氢气经过氢气缓冲罐3向管式反应器1中通入，控制氢气压力为1.0mpa，通过原料流量泵4将氰乙基三乙氧基硅烷以0.1t/h～0.25t/h的流量打入管式反应器1中，同时，通过液氨流量泵5将液氨以0.1t/h～0.25t/h的流量打入管式反应器1中，氰乙基三乙氧基硅烷与液氨在sk静态混合器6混合均匀后进入管式反应器1中；

三、经过管式反应器1反应2～5h，物料通过管式反应器1下端出料口流出，经冷却器7冷却至30℃以下，再打入气液分离器8，氨气与氢气的混合气体通过气液分离器8侧端口打入到液氨冷却器9中，氨气于-33.4℃～-50℃的条件下冷却为液氨，打回液氨储罐10中，氢气通过氢气压缩机打回氢气储罐11中，氨丙基三乙氧基硅烷打入产品接收储罐13中，即完成低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是磁固载催化剂的制备方法如下：

一、将65质量份金属镍，23质量份铝和12质量份促进剂投入到高温熔炉中，得到混合均匀后的熔体，对熔体进行淬火，急冷处理得到急冷合金，然后粉碎成直径为0.1～0.5cm的颗粒；

二、将步骤一得到的颗粒在50℃条件下用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液浸出合金中的铝，整个浸出过程持续20～40min；

三、用超纯水对经过步骤二处理的浸出过的合金进行洗涤，同时通入氢气将合金活化，然后用乙醇冲洗，得到改性催化剂；

四、以添加有稀土镝元素的钕铁硼为强磁性中心，将改性催化剂吸附在表面，即得磁固载催化剂。其它与具体实施方式二相同。

所述促进剂为金属钯、铑、铱和镧系金属中的一种或几种的组合物，且各成分间为任意比。

具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤二中通过原料流量泵4将氰乙基三乙氧基硅烷以0.12t/h～0.23t/h的流量打入管式反应器1中。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤二中通过原料流量泵4将氰乙基三乙氧基硅烷以0.2t/h的流量打入管式反应器1中。其它与具体实施方式二至四之一相同。

具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤二中通过液氨流量泵5将液氨以0.12t/h～0.23t/h的流量打入管式反应器1中。其它与具体实施方式二至五之一相同。

具体实施方式七：本具体实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤二中通过液氨流量泵5将液氨以0.2t/h的流量打入管式反应器1中。其它与具体实施方式二至六之一相同。

具体实施方式八：本具体实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤三中经过管式反应器1反应3h。其它与具体实施方式二至七之一相同。

具体实施方式九：本具体实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中氨气于-35℃～-45℃的条件下冷却为液氨。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本具体实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是步骤三中氨气于-40℃的条件下冷却为液氨。其它与具体实施方式二至九之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷的制备方法，该制备方法如下：

一、将磁固载催化剂填料装填在管式反应器1中，将管式反应器1内温度升高至90℃；

二、打开第一氢气循环压缩机2，将氢气储罐11内的氢气经过氢气缓冲罐3向管式反应器1中通入，控制氢气压力为1.0mpa，通过原料流量泵4将氰乙基三乙氧基硅烷以0.25t/h的流量打入管式反应器1中，同时，通过液氨流量泵5将液氨以0.25t/h的流量打入管式反应器1中，氰乙基三乙氧基硅烷与液氨在sk静态混合器6混合均匀后进入管式反应器1中；

三、经过管式反应器1反应4h，物料通过管式反应器1下端出料口流出，经冷却器7冷却至25℃，再打入气液分离器8，氨气与氢气的混合气体通过气液分离器8侧端口打入到液氨冷却器9中，氨气于-33.4℃的条件下冷却为液氨，打回液氨储罐10中，氢气通过氢气压缩机打回氢气储罐11中，氨丙基三乙氧基硅烷打入产品接收储罐13中，即完成低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷hk-550。

减压蒸馏后经气相色谱分析表明hk-550纯度为99.95％，产率为95.19％。

实验二：

合成氨丙基三乙氧基硅烷的制备方法，该制备方法如下：

一、将市售雷尼镍(200目)作为催化剂，固载后作为填料装填进管式反应器1中，将管式反应器1内温度升高至150℃；

二、打开第一氢气循环压缩机2，将氢气储罐11内的氢气经过氢气缓冲罐3向管式反应器1中通入，控制氢气压力为5.1mpa，通过原料流量泵4将氰乙基三乙氧基硅烷以0.25t/h的流量打入管式反应器1中，同时，通过液氨流量泵5将液氨以0.25t/h的流量打入管式反应器1中，氰乙基三乙氧基硅烷与液氨在sk静态混合器6混合均匀后进入管式反应器1中；

三、经过管式反应器1反应4h，物料通过管式反应器1下端出料口流出，经冷却器7冷却至30℃以下，再打入气液分离器8，氨气与氢气的混合气体通过气液分离器8侧端口打入到液氨冷却器9中，氨气于-33.4℃的条件下冷却为液氨，打回液氨储罐10中，氢气通过氢气压缩机打回氢气储罐11中，氨丙基三乙氧基硅烷打入产品接收储罐13中，即完成低温低压法合成氨丙基三乙氧基硅烷。

减压蒸馏后经气相色谱分析表明hk-550纯度为99.57％，产率为84.2％。