一种3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产系统及生产方法与流程

本发明涉及化工，更具体地，涉及一种3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产系统及生产方法。

背景技术：

1、3-氯丙基三氯硅烷是生产硅烷偶联剂kh-845-4、kh-550、kh-540等产品的主要原材料，其生产能力决定了下游产品的产能。目前，3-氯丙基三氯硅烷的工业化规模生产，主要是以三氯氢硅和氯丙烯为原料，在含铂催化剂条件下，在釜式反应设备中完成。

2、釜式间歇法生产，大体分为以下几种进料方式：（1）催化剂加入到反应釜中，两种原料在高位槽混合后以滴加方式加入反应釜；（2）一种原料与催化剂加入反应釜中，另一种原料以滴加方式加入反应釜；（3）两种原料、催化剂，分别以滴加方式加入反应釜；（4）两种原料、催化剂，在混合器中混合后先进入管式反应器反应，再进入反应釜反应，未反应完全的物料再返回管式反应器反应。釜式间歇法生产的反应过程是，一批次原料经混匀、升温、起始活化、升温、反应、保温等过程，反应结束，然后等待出料，出料结束后进入下一批次。现有技术存在的问题是，整个生产过程从从原料备料、混合、加热、反应、保温需要很长时间，致使产品的整个生产周期很长，即使是小装置，从开始备料到出料结束需要大几个小时甚至十几个小时以上，直接影响整个装置产能的发挥；而且，该硅氢加成反应，目前理论上认为是自由基反应，需要高浓度的催化剂催化起始反应，催化形成的自由基进行链式反应，从而使反应连续进行，若催化剂与物料一起滴加，造成催化剂浓度不够，起始反应缓慢，反应不完全、不连续，另外，还需额外的热源维持反应所需的温度；若两种原料分别以滴加方式加入反应釜，两种原料没有提前混合，会造成催化诱导期长、稳定性差，有时原料加进去了很长时间不反应，一定时间后瞬间反应放热，带来很大的安全隐患。

3、釜式间歇法生产所使用的反应釜，由于原料氯丙烯、三氯氢硅和（副）产品3-氯丙基三氯硅烷、四氯化硅、丙烯、丙基三氯硅烷具有易燃、易爆、腐蚀性强等特点，带机械搅拌的反应釜不能达到很好的动静密封以及电气防爆等问题，所以该反应所使用的反应设备基本都是不带搅拌的密闭式反应釜，一般通过高温加热使反应物料沸腾从而达到搅拌混匀物料的目的，因此，虽然该反应是放热反应，仍需要通过外部热源加热促使反应连续进行。额外的、长时间的外源加热，造成能源浪费，而且为了达到所需的高反应温度，导致高的安全风险，如高压力的蒸汽管道涉及到特殊的安全管理要求等。

技术实现思路

1、1．要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，为釜式工业化生产3-氯丙基三氯硅烷提供另一种方式，特别是通过改进进料方式、改进不带搅拌的密闭式反应釜的混合方式、改进出料操作，从而提高反应时空产率，提高催化反应稳定性，降低釜式反应需要的额外热源，提高安全性，使3-氯丙基三氯硅烷的生产半连续化、更安全。

3、2．技术方案

4、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

5、一种3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产系统，包括：混合器，两个并列的氮气鼓泡反应釜，混合器出口通过一进两出式三通阀分别与两个氮气鼓泡反应釜的第一进料管道的入口相连通。

6、进一步地，3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产系统，还包括计量泵，计量泵的入口与原料罐的出口相连通，计量泵的出口与混合器的入口相连通，用于将原料定量泵入混合器；进一步地，在计量泵前安装有过滤器，以保证无物料堵塞，不影响物料定量进料的稳定性；优选地，计量泵为防爆型隔膜计量泵，满足定量、安全地泵入易燃原料的效果。

7、进一步地，所述混合器为静态混合器，或文丘里式混合器与静态混合器的组合，达到不额外消耗动能也能均匀混合物料的效果。

8、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜的鼓泡由鼓泡装置完成，鼓泡装置由氮气流量计、氮气管道、圆管、莲蓬头组成，使其充分发挥鼓泡搅拌的作用；进一步地，鼓泡装置的出气位置在氮气鼓泡反应釜的底部，使氮气能够自下而上逸出时贯穿整个物料层，达到充分搅拌、混匀物料的效果。

9、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜的第一进料管道的出口位置在氮气鼓泡反应釜的底部，使进去的原料能够充分与催化剂、反应物料混合。

10、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜还设有不少于一个的备用进料管道，如两个备用进料管道，作为进催化剂或者底料；优选地，备用进料管道的出口位置在氮气鼓泡反应釜的底部；优选地，备用进料管道深入釜内，但是出口位置在氮气鼓泡反应釜最高液位以上，使进料管道出口不触碰到液面。

11、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜设有夹套，用于通蒸汽、冷却水，起到对反应釜加热、冷却降温的作用。

12、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜设有上出料管道，上出料管道的进料口与釜底的距离为釜高度的0.5%-15%，上出料结束后仍可以保留部分反应物料在釜中作为下一批次的底料。

13、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜设有下出料管道，居于釜底中央位置，用于下出料。

14、进一步地，所述氮气鼓泡反应釜配备液位测量装置，用于探测釜中液位的高度，优选压差液位计。

15、进一步地，3-氯丙基三氯硅烷的半连续生产系统，还包括回流冷凝器，所述氮气鼓泡反应釜的出气口与冷凝器的入气口相连通，用于冷却回流反应物料。

16、进一步地，一进两出式三通阀为气动三通阀，便于自动控制三通阀出料口的切换。

17、本发明还提供了一种3-氯丙基三氯硅烷的生产方法，使用上述半连续生产系统生产3-氯丙基三氯硅烷，三氯氢硅、氯丙烯连续进料到混合器，通过一进两出式三通阀的阀位在两个出口的切换，使三氯氢硅、氯丙烯的混合物料在两个并列的氮气鼓泡反应釜之间切换进料，然后三氯氢硅、氯丙烯在釜内发生反应，从而实现原料三氯氢硅和氯丙烯的连续进料、3-氯丙基三氯硅烷的半连续生产，得到3-氯丙基三氯硅烷粗品；所述两个并列的氮气鼓泡反应釜在进料之前，已投入铂催化剂，已进行氮气鼓泡。

18、进一步地，所述两个并列的氮气鼓泡反应釜在进料之前，釜内存有底料，所述底料含有三氯氢硅、氯丙烯的任意一种或两种，底料的存在利于反应的起始活化。

19、进一步地，所述两个并列的氮气鼓泡反应釜在进料之前，釜内存有底料，所述底料包含回收套用含有三氯氢硅和氯丙烯的3-氯丙基三氯硅烷的粗品蒸馏前馏分；前馏分里含有未反应完全的三氯氢硅和/或氯丙烯，可以作为底料，起到循环利用未反应原料的目的，降低原料消耗。

20、进一步地，所述两个并列的氮气鼓泡反应釜在进料之前，釜内存有底料，所述底料包含回收套用含有铂催化剂的3-氯丙基三氯硅烷的粗品蒸馏底液，起到循环利用铂催化剂目的，降低铂催化剂消耗。

21、进一步地，所述底料通过混合器进入到氮气鼓泡反应釜。

22、进一步地，所述底料通过氮气鼓泡反应釜的备用进料管道加到釜内。

23、进一步地，所述两个并列的氮气鼓泡反应釜在进料之前，釜内留有上一批次反应物料作为本批次反应物料的底料；上一批次反应物料含有未反应的完全的氯丙烯和/或三氯氢硅，可以在加入新的铂催化剂后活化反应开始并连续。

24、进一步地，所述底料在铂催化剂之前加入。

25、进一步地，所述铂催化剂通过混合器加到氮气鼓泡反应釜。

26、进一步地，所述铂催化剂通过氮气鼓泡反应釜的备用进料管道加到釜内。

27、进一步地，所述铂催化剂包含主催化剂，主催化剂为氯铂酸；主催化剂相对于原料总投料的添加量是本领域技术人员根据具体要求可以确定的，所述具体的要求包括例如催化剂用量的经济性、以及催化剂用量对反应速度的综合影响等。

28、进一步地，所述铂催化剂还包含溶剂，也称为稀释剂，溶剂是指醇、醚、酮、酯类，溶剂的选取对目标产物的收率有影响；进一步地，将主催化剂充分溶解在溶剂中制成铂催化剂溶液；更进一步地，溶剂为乙醇、异丙醇、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、正己烷、环己酮、乙酰丙酮、丙酮、乙二醇甲醚、四甲基二乙烯基二硅氧烷中的任意一种或几种，优选，溶剂为异丙醇、四氢呋喃、乙酰丙酮中的任意一种；铂催化剂溶液的浓度是本领域技术人员根据具体要求可以确定的，如配制成铂浓度为0.01~0.5mol/l的溶液。

29、进一步地，所述铂催化剂还包含活化剂，活化剂有提高活性、提高选择性、提高反应速率等作用，对反应有很好的促进作用，尤其是对催化剂失活和诱导期不稳定有很好的消减作用，能够使生产平稳运行，所述活化剂为含n、p或s的物质或过碳酸盐类物质；更进一步地，活化剂为有机胺类、氨基硅烷、巯基硅烷、过碳酸盐中的任意一种或其混合物，有机胺是指脂肪胺类、醇胺类、酰胺类、脂环胺类、芳香胺类、萘系胺类、其它胺类；更进一步地，活化剂为一甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一正丙胺、二正丙胺、三正丙胺、一异丙胺、二异丙胺、三异丙胺、一正丁胺、二正丁胺、三正丁胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、二苯胺、（间）苯二胺、三苯基膦、n，n-二甲基苯胺、吩噻嗪、二乙醇胺、三异丙醇胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基苄基胺、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、过碳酸钠中的任意一种或其混合物；优选地，活化剂为三正丁胺、三正丙胺、三乙胺、n，n-二甲基苯胺、吩噻嗪中的任意一种或几种；进一步地，上述活化剂与溶剂混合，协同起活化作用；进一步地，活化剂与铂催化剂溶液同时加入到釜内；进一步地，活化剂在铂催化剂溶液之后加入到釜内。

30、进一步地，所述铂催化剂还包含抑制剂，抑制剂的作用是缓和化学反应，如常用的抑制剂间苯二酚、1 ,5-环辛二烯等；进一步地，抑制剂与溶剂混合使用，协同作用；本发明人还发现，抑制剂在活化剂之后加入到釜内，比两者同时加入的效果更好，因此，优选地，抑制剂在活化剂之后加入到釜内。

31、进一步地，所述三氯氢硅、氯丙烯以摩尔比1：0.9~1.1同时进料到混合器。

32、进一步地，所述三氯氢硅、氯丙烯的进料速度各控制在500~5000kg/h；具体的进料速度由本领域人员根据配套的回流冷凝器的换热面积确定。

33、进一步地，所述三氯氢硅、氯丙烯在氮气鼓泡反应釜内发生反应，反应釜的温度在40℃~200℃。

34、进一步地，所述三氯氢硅、氯丙烯在氮气鼓泡反应釜内发生反应，反应釜的压力在0~1.0mpa。

35、进一步地，所述三氯氢硅、氯丙烯在氮气鼓泡反应釜内发生反应，釜内通料结束后，继续保温，促使原料反应完全。

36、本发明提供一种3-氯丙基三氯硅烷的生产方法，使用上述3-氯丙基三氯硅烷的半连续生产系统和生产方法生产3-氯丙基三氯硅烷，包括如下具体步骤：

37、s1：向第一个氮气鼓泡反应釜内加入铂催化剂，给釜升温，向釜内鼓入氮气；

38、s2：三通阀的阀位切换至第一出料口出料，将三氯氢硅、氯丙烯连续地打入混合器中混匀，混匀物料连续通过三通阀第一出料口进入到第一个氮气鼓泡反应釜反应；同时，向第二个氮气鼓泡反应釜内加入铂催化剂，给釜升温，向釜内鼓入氮气；

39、s3：第一个氮气鼓泡反应釜内的物料达到釜体积的50%-90%时，将三通阀的阀位切换至第二出料口出料，混匀物料连续通过三通阀第二出料口进入到第二个氮气鼓泡反应釜反应；同时，第一个氮气鼓泡反应釜的物料继续反应，反应结束后出料；

40、s4: 第一个氮气鼓泡反应釜出料结束后，向第一个氮气鼓泡反应釜内加入新的铂催化剂；待第二个氮气鼓泡反应釜内的物料达到釜体积的50%-90%时，将三通阀的阀位切换至第一出料口出料，混匀物料连续通过三通阀第一出料口进入到第一个氮气鼓泡反应釜反应；同时，第二个氮气鼓泡反应釜的物料继续反应，反应结束后出料；

41、s5: 第二个氮气鼓泡反应釜出料结束后，向第二个氮气鼓泡反应釜内加入新的铂催化剂；待第一个氮气鼓泡反应釜内的物料达到釜体积的50%-90%时，将三通阀的阀位切换至第二出料口出料，混匀物料连续通过三通阀第二出料口进入到第二个氮气鼓泡反应釜反应；同时，第一个氮气鼓泡反应釜的物料继续反应，反应结束后出料；

42、循环进行s4和s5步骤，实现半连续合成3-氯丙基三氯硅烷粗品；

43、3-氯丙基三氯硅烷粗品出料后，进入下一步蒸馏系统。

44、进一步地，在s1、s2步骤中，在铂催化剂加入前，还需加入底料，底料含有三氯氢硅和氯丙烯；进一步地，底料为三氯氢硅、氯丙烯以摩尔比1：0.9~1.1的混合物；进一步地，该底料可以通过混合器加入到氮气鼓泡反应釜中，也可通过氮气鼓泡反应釜的备用进料管道加入到釜中。

45、优选地，在s3、s4、s5步骤中，待物料达到釜体积的70%-80%时，再进行三通阀的阀位切换，充分利用设备效能，提高时空产率。

46、进一步地，在s3、s4、s5步骤中，物料继续反应，反应结束后出料，反应结束的判断标准以釜温达到固定值为准，达到在保证原料充分反应的情况下，以釜温作为自动化控制反应结束的条件。

47、进一步地，在s3、s4、s5步骤中，物料继续反应，反应结束后出料，出料为热出料，热出料结束后，釜内仍为高温，下一轮进料前不需要给釜升温。

48、进一步地，在s3、s4、s5步骤中，物料继续反应，反应结束后出料，出料方式是采用氮气将物料从上出料管道压出，釜内保留部分反应物料作为下一批次反应的底料；底料保留量由上出料管道的进料口与釜底的距离决定。

49、进一步地，在s3、s4、s5步骤中，物料继续反应，反应结束后出料，出料方式为下出料口放料；进一步地，下出料时，釜内保留部分反应物料作为下一批次反应的底料；底料保留量使用液位测量装置测试。

50、3．有益效果

51、相比于现有技术，本发明的优点在于：

52、（1）本发明通过混合器的使用，改进了进料方式，实现了原料连续进料和混合，提高了生产装置的时空产率，具体为：

53、与将催化剂加入到反应釜中、两种原料在高位槽混合后以滴加方式加入反应釜的进料方式相比，本发明通过混合器的使用，危险化学品三氯氢硅和氯丙烯不需要在高位槽临时储存，减少了同时、同地在生产现场储存的危险化学品数量，降低了生产现场达到重大危险源临界点的可能，提高了生产安全性；而且原料进料和即时混合同步进行，节省了打料和混料时间，而且通过两个并列的反应釜的切换进料，实现了原料的连续进料、3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产，提高了时空产率。

54、与将一种原料与催化剂加入反应釜中、另一种原料以滴加方式加入反应釜的进料方式相比，本发明通过混合器的使用实现了原料的连续进料，提高了设备的时空产率。

55、现有技术将催化剂与原料一起以滴加方式加入管式反应器或反应釜中，造成催化剂浓度不够，起始反应缓慢，反应不完全、不连续，而且需要额外的热源维持反应所需的温度；而本发明通过混合器的使用实现了原料的提前混合，本发明将铂催化剂加到釜内，催化剂的初始浓度高，提高了初始反应活性、催化反应稳定性，促进反应连续进行，降低了额外热源的消耗。

56、（2）本发明通过一进两出式三通阀、两个并列的氮气鼓泡反应釜的使用，实现了原料进料在两个氮气鼓泡反应釜的切换，解决了釜式反应在加底料、加催化剂、升温、保温、出料时不能进料的问题，实现了原料连续进料、3-氯丙基三氯硅烷半连续化生产的效果，而且提高了整个生产系统的时空产率，降低了生产成本。

57、（3）本发明的反应釜为氮气鼓泡反应釜，通过氮气鼓泡起到搅拌混匀物料的作用，与现有技术的反应釜是通过高温加热使反应物料沸腾从而达到搅拌混匀物料的方式相比，本发明的氮气鼓泡反应釜在反应放热阶段（加料和保温继续反应阶段）不需要额外加热，即可保持反应的连续进行，降低了外源加热的安全风险，降低了蒸汽消耗。

58、综上，本发明的技术方案是一种3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产系统，包括混合器、两个并列的氮气鼓泡反应釜、混合器出口通过一进两出式三通阀分别与两个氮气鼓泡反应釜的第一进料管道的入口相连通，本发明的技术方案通过改进进料方式、改进不带搅拌的密闭式反应釜的混合方式、改进出料操作，从而提高反应时空产率，降低釜式反应需要的额外热源温度，提高了现场生产的安全性，实现了3-氯丙基三氯硅烷的半连续化生产。