專利名稱：制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器及使用其制備甲硅烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備甲硅烷氣體的反應(yīng)器及使用其制備甲硅烷的方法。
背景技術(shù)：
高純度的甲硅烷作為重要的原材料，用在制備外延硅片、太陽能電池、半導(dǎo)體介電 薄膜、紅外接收器和核輻射控制器，也用來制備高純度多晶和單晶硅。制備甲硅烷的主要技 術(shù)有商硅烷還原法、硅鎂合金法和烷氧基硅烷法，上述制備方法存在甲硅烷產(chǎn)率低、環(huán)境污 染嚴(yán)重、高耗能、高危險(xiǎn)等不足；而傳統(tǒng)的硅鎂合金和烷氧基硅烷法硅烷制備的釜式反應(yīng)器 也存在設(shè)備繁雜、安全性能差、單釜甲硅烷氣體產(chǎn)量低、產(chǎn)率低、經(jīng)濟(jì)效益差等問題。為了提 高工業(yè)制備甲硅烷氣體的產(chǎn)量、產(chǎn)率，簡化硅烷氣體制備的設(shè)備安裝，降低硅烷制備設(shè)備投 入成本，同時(shí)提高工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性，又保證產(chǎn)品硅烷氣體的高純度，許多國家，包括 美國、俄羅斯、日本、德國、中國等，均投入了大量的人力物力，研發(fā)更有效地生產(chǎn)高純度甲 硅烷的工藝技術(shù)及設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的制備甲硅烷氣體的釜式反應(yīng)器設(shè)備繁雜、安全性 能差、單釜甲硅烷氣體產(chǎn)量低、產(chǎn)率低、經(jīng)濟(jì)效益差和不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的問題，提出了 制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器及使用其進(jìn)行制備甲硅烷的方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，包括高位槽、容器、第一冷凝器、再沸器、 精餾塔、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，第一流入管與高 位槽連通，第二流入管與容器連通，第三流出管與第一冷凝器連通，精餾塔的底部分別與再 沸器的進(jìn)口端和出口端連通，精餾塔的上部分別與第二冷凝器和第三冷凝器連通，其中所 述管式反應(yīng)器還包括管式反應(yīng)器、第一分管、第一總管、第二總管、第一單向閥、第二分管、 第三分管、第二單向閥和磁力屏蔽泵，管式反應(yīng)器由第一殼體、第二殼體、冷卻水盤管、第一 篩網(wǎng)和第二篩網(wǎng)構(gòu)成，冷卻水盤管設(shè)在第一殼體內(nèi)，第一殼體設(shè)有三個端口，分別定義為第 一端口、第二端口和第三端口，第一殼體裝在第二殼體內(nèi)，且二者之間設(shè)有空隙，第一端口 上設(shè)有第一篩網(wǎng)，且二者可拆卸連接，第二端口上設(shè)有第二篩網(wǎng)，且二者可拆卸連接；高位槽1通過第一分管與第一總管連通，第一總管與第一殼體的第一端口連通， 第一殼體的第二端口與第二總管連通，第二總管通過第二分管和第三分管分別與容器和精 餾塔6連通，第二分管上設(shè)有第二單向閥，第二總管上設(shè)有取樣口、磁力屏蔽泵和第一單向 閥，容器底部與第一總管連通，第一殼體的第三端口與第一冷凝器連通，第一冷凝器底部與 第一總管連通，第二冷凝器底部與第一總管連通。本發(fā)明的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器中，所述冷卻水盤管與第一端口相對位置 處設(shè)有冷卻水出口，所述冷卻水盤管與第二端口相對位置處設(shè)有冷卻水進(jìn)口。所述第二殼 體上分別設(shè)有導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口。
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使用上述制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn) 的一、將固體催化劑填裝于管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)的第一篩網(wǎng)和第二篩網(wǎng)之間，并將第 一單向閥打開，第二單向閥關(guān)閉；二、通過第一流入管向高位槽中通入氮?dú)饣蛘邭錃猓垢?位槽中的壓力保持常壓或者微正壓，使高位槽中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器的 第一殼體內(nèi)，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向設(shè)置在管式反應(yīng)器的第一殼體 內(nèi)的冷卻水盤管中通入冷卻水和向管式反應(yīng)器的第二殼體和第一殼體間的空隙內(nèi)通入導(dǎo) 熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在15 100°C ；三、步驟二反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一 冷凝器內(nèi)，第一冷凝器將粗硅烷氣體中的三烷氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器的第一殼體 內(nèi)，冷凝處理后的氣體通過第三流出管進(jìn)入甲硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的 生成液經(jīng)第二總管、第二分管、容器及第一總管流入管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)，其中生成液 的流動動力由設(shè)置在第二總管上的磁力屏蔽泵提供；四、通過第二總管上的取樣口對生成 液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量低 于2%時(shí)，將第二單向閥打開，生成液通過第三分管流至精餾塔內(nèi)；生成液中三烷氧基硅烷 的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將第二單向閥關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第二總管、第二分管、容 器及第一總管流入管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)；五、將流入精餾塔內(nèi)的生成液通過精餾塔進(jìn) 入再沸器，加熱為氣體后再進(jìn)入精餾塔，經(jīng)精餾處理后，四烷氧基硅烷氣體流入第三冷凝器 內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純度為99% 99. 95%的四烷氧基硅烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅 烷氣體流入第二冷凝器內(nèi)進(jìn)行冷凝處理，冷凝處理后的三烷氧基硅烷經(jīng)第一總管進(jìn)入管式 反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)，同時(shí)，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精餾塔流出，即實(shí)現(xiàn)采用管式 反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法。本發(fā)明步驟二中高位槽中保持微正壓時(shí)，壓力為0.05MPa左右；本發(fā)明的制備甲 硅烷的方法的步驟二中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷在管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)的流速控制在 0. 12 10m3/h，反應(yīng)液的流動動力由總管上設(shè)置的磁力屏蔽泵提供。本發(fā)明的制備甲硅烷 的方法中反應(yīng)液三烷氧基硅烷流經(jīng)管式反應(yīng)器的第一殼體一次，三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即 可達(dá)到95%以上，三烷氧基硅烷再經(jīng)過第二總管、第二分管、容器及第一總管流入管式反應(yīng) 器的第一殼體中，進(jìn)行回流反應(yīng)1 3次后，三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到98%以上。本發(fā)明的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，包括高位槽、容器、第一冷凝器、再沸器、 精餾塔、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 一流入管與高位槽連通，第二流入管與容器連通，第三流出管與第一冷凝器連通，精餾塔的 底部分別與再沸器的進(jìn)口端和出口端連通，精餾塔的上部分別與第二冷凝器和第三冷凝器 連通，其特征在于所述管式反應(yīng)器還包括管式反應(yīng)器、固體儲存罐、第一分管、第一總管、第 二總管、第一單向閥、第二分管、第三分管、第二單向閥和磁力屏蔽泵，管式反應(yīng)器由第一殼 體、第二殼體、電機(jī)、攪拌槳和一組折流板，電機(jī)的輸出端與攪拌槳的一端傳動連接，攪拌槳 設(shè)在第一殼體內(nèi)，第一殼體的內(nèi)壁上交錯設(shè)置有一組折流板，第一殼體設(shè)有三個端口，分別 定義為第一端口、第二端口和第三端口，第一殼體裝在第二殼體內(nèi)，且二者之間設(shè)有空隙；高位槽通過第一分管與第一總管連通，第一總管與第一殼體的第一端口連通，第 一殼體的第二端口與第二總管連通，固體儲存罐與第一殼體連通，第二總管通過第二分管 和第三分管分別與容器和精餾塔連通，第二分管上設(shè)有第二單向閥，第二總管上設(shè)有取樣 口、磁力屏蔽泵和第一單向閥，容器底部與第一總管連通，第三端口與第一冷凝器連通，第一冷凝器底部與第一總管連通，第二冷凝器底部與第一總管連通。所述第二殼體上分別設(shè)有導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口。使用上述制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法，是通過以下步驟 實(shí)現(xiàn)的一、將粉末溶解型催化劑填裝至固體儲存罐中，并將第一單向閥打開，第二單向閥 關(guān)閉；二、通過第四流入管向固體儲存罐中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，將粉末溶解型催化劑壓入?式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)，同時(shí)通過第一流入管向高位槽中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，使高位槽?的壓力保持常壓或者微正壓，使高位槽中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器的第一殼 體內(nèi)，同時(shí)啟動電機(jī)帶動攪拌槳攪拌，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向管式反 應(yīng)器的第二殼體和第一殼體間的空隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在15 100°C; 三、步驟二反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器內(nèi)，第一冷凝器將粗硅烷氣體中的三烷 氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)，冷凝處理后的氣體通過第三流出管進(jìn)入甲 硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng)第二總管、第二分管、容器及第一總 管流入管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)；其中生成液的流動動力由設(shè)置在第二總管上的磁力屏蔽 泵提供；四、通過第二總管上的取樣口對生成液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測 到生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量低于2%時(shí)，將第二單向閥打開，生成液通過第 三分管流至精餾塔內(nèi)；生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將第二單向 閥關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第二總管、第二分管、容器及第一總管流入管式反應(yīng)器的第一殼體 內(nèi)；五、將流入精餾塔內(nèi)的生成液通過精餾塔進(jìn)入再沸器，加熱為氣體后再進(jìn)入精餾塔，經(jīng) 精餾處理后，四烷氧基硅烷氣體流入第三冷凝器內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純度為99% 99. 95%的四烷氧基硅烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流入第二冷凝器內(nèi)進(jìn)行冷凝處理， 冷凝處理后的三烷氧基硅烷經(jīng)第一總管進(jìn)入管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)，同時(shí)，生成液中的 烷氧基硅烷聚合物由精餾塔流出，即采用管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法。本發(fā)明步驟二中高位槽中保持微正壓時(shí)，壓力為0.05MPa左右；本發(fā)明的制備甲 硅烷的方法的步驟二中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷在管式反應(yīng)器的第一殼體內(nèi)的流速控制在 0. 12 10m3/h，反應(yīng)液的流動動力由總管上設(shè)置的磁力屏蔽泵共同提供。本發(fā)明的制備甲 硅烷的方法中反應(yīng)液三烷氧基硅烷流經(jīng)管式反應(yīng)器的第一殼體一次，三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化 率即可達(dá)到95%以上，三烷氧基硅烷再經(jīng)過第二總管、第二分管、容器及第一總管流入管式 反應(yīng)器的第一殼體中，進(jìn)行回流反應(yīng)1 3次后，三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到98%以 上。本發(fā)明具有以下有益效果1.本發(fā)明采用的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體，具有甲 硅烷氣體產(chǎn)量、產(chǎn)率高、設(shè)備安裝簡單、成本投入低、能耗低、工業(yè)生產(chǎn)過程安全、制備的氣 體純度高、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是制備高純度甲硅烷的理想方法。裝置方案一是針 對不溶解于反應(yīng)液的塊狀固體催化劑或者固體負(fù)載型催化劑，裝置方案二主要用于粉末溶 解型催化劑，通過電機(jī)和攪拌槳的作用，將催化劑與反應(yīng)液重復(fù)混合，提高催化效率，使管 式反應(yīng)器能夠在制備甲硅烷中得到工業(yè)化用應(yīng)用。裝置中的管式反應(yīng)器增大了固、液相的接觸面積，減少了設(shè)備占用空間和設(shè)備投 入的費(fèi)用，減低成本。使甲硅烷的反應(yīng)速率比傳統(tǒng)工藝速率提高5-8倍，產(chǎn)量增大10-15倍 以上，例如，200L的反應(yīng)釜，60%裝液量，120L三乙氧基硅烷液體，反應(yīng)2. 5-3. 5h制備硅烷 3600L，產(chǎn)率為1028 1440L/h ；與之相比，容積為100L的管式反應(yīng)器長度為125m，直徑為32mm,反應(yīng)0. 5-1. 5h，制備硅烷氣體3600L，產(chǎn)率為2400 7200L/h。反應(yīng)后生成的氣體立 刻隨反應(yīng)液體流出了反應(yīng)系統(tǒng)，隨后進(jìn)行了氣液分離，消除了大量硅烷氣體聚集在反應(yīng)設(shè) 備中的現(xiàn)狀，降低了反應(yīng)系統(tǒng)安全隱患。管式反應(yīng)器可以直接連續(xù)加料，與間歇式反應(yīng)釜相 比，更易于擴(kuò)大工業(yè)化生產(chǎn)，并且，加固液料，不需要打開反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備，做到閉路循環(huán)， 更加安全。本發(fā)明的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器在使用過程中保持反應(yīng)系統(tǒng)的密閉循環(huán)， 加固液料過程中不需要打開反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備，更易于擴(kuò)大工業(yè)化生成，設(shè)備使用安全；同時(shí) 使用本發(fā)明的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法中，生成的甲硅烷氣體 隨反應(yīng)的生成液流出了反應(yīng)系統(tǒng)，消除了大量甲硅烷氣體聚集在反應(yīng)設(shè)備中的現(xiàn)狀，降低 了反應(yīng)系統(tǒng)的安全隱患，而且甲硅烷的反應(yīng)速率提高，產(chǎn)量增大，成本降低。
圖1是具體實(shí)施方式
一的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器的裝置圖；圖2是具體實(shí) 施方式十三的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器的裝置圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的 任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，所述管式反應(yīng)器包 括高位槽1、容器3、第一冷凝器4、再沸器5、精餾塔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與高位槽1連通，第二流 入管10-2與容器3連通，第三流出管10-3與第一冷凝器4連通，精餾塔6的底部分別與再 沸器5的進(jìn)口端和出口端連通，精餾塔6的上部分別與第二冷凝器7和第三冷凝器8連通， 其特征在于所述管式反應(yīng)器還包括管式反應(yīng)器2、第一分管11、第一總管12、第二總管13、 第一單向閥14、第二分管15、第三分管16、第二單向閥17和磁力屏蔽泵18，管式反應(yīng)器2 由第一殼體2-1、第二殼體2-2、冷卻水盤管2-3、第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2_5構(gòu)成，冷卻水 盤管2-3設(shè)在第一殼體2-1內(nèi)，第一殼體2-1設(shè)有三個端口，分別定義為第一端口 2-1-1、第 二端口 2-1-2和第三端口 2-1-3，第一殼體2-1裝在第二殼體2-2內(nèi)，且二者之間設(shè)有空隙， 第一端口 2-1-1上設(shè)有第一篩網(wǎng)2-4，且二者可拆卸連接，第二端口 2-1-2上設(shè)有第二篩網(wǎng) 2-5，且二者可拆卸連接；高位槽1通過第一分管11與第一總管12連通，第一總管12與第一殼體2_1的第 一端口 2-1-1連通，第一殼體2-1的第二端口 2-1-2與第二總管13連通，第二總管13通過 第二分管15和第三分管16分別與容器3和精餾塔6連通，第二分管16上設(shè)有第二單向閥 17，第二總管13上設(shè)有取樣口 13-1、磁力屏蔽泵18和第一單向閥14，容器3底部與第一總 管12連通，第一殼體2-1的第三端口 2-1-3與第一冷凝器4連通，第一冷凝器4底部與第 一總管12連通，第二冷凝器7底部與第一總管12連通。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器的裝置圖如圖1所示。本實(shí)施方式的 制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器安裝簡單、成本投入低、能耗低、工業(yè)生產(chǎn)過程安全、制備的 氣體純度高、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是制備高純度甲硅烷的理想方法。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器在使用過程中，保證反應(yīng)系統(tǒng)的密閉循環(huán)，增加了設(shè)備的安 全性，降低了反應(yīng)工藝過程的安全隱患。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器是針對固體顆粒狀催化劑或者固體 顆粒狀負(fù)載型催化劑，將其填裝在設(shè)置在管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4 和第二篩網(wǎng)2-5之間，篩網(wǎng)的目數(shù)一定保證催化劑不會從篩網(wǎng)的網(wǎng)眼中通過。管式反應(yīng)器 2的第一殼體2-1的內(nèi)徑與冷卻水盤管2-3的內(nèi)徑比例為3 5 1，更優(yōu)的是4 1。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述冷卻水盤管2-3與 第一端口 2-1-1相對位置處設(shè)有冷卻水出口 2-3-1，所述冷卻水盤管2-3與第二端口 2-1-2 相對位置處設(shè)有冷卻水進(jìn)口 2-3-2。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是所述第二殼體2-2 上分別設(shè)有導(dǎo)熱油進(jìn)口 2-2-1和導(dǎo)熱油出口 2-2-2。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式使用具體實(shí)施方式
一所述的制備甲硅烷氣體的管式 反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、將固體催化劑填裝于管式反應(yīng) 器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之間，并將第一單向閥14打開，第 二單向閥17關(guān)閉；二、通過第一流入管10-1向高位槽1中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，使高位? 中的壓力保持常壓或者微正壓，使高位槽1中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器2的 第一殼體2-1內(nèi)，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向設(shè)置在管式反應(yīng)器2的第一 殼體2-1內(nèi)的冷卻水盤管2-3中通入冷卻水和向管式反應(yīng)器2的第二殼體2-2和第一殼體 2-1間的空隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在15 100°C ；三、步驟二的催化反應(yīng) 生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)，第一冷凝器4將粗硅烷氣體中的三烷氧基硅烷冷 凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，冷凝處理后的氣體通過第三流出管10-3進(jìn)入甲 硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng)第二總管13、第二分管15、容器3及 第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；其中生成液的流動動力由設(shè)置在第二總 管13上的磁力屏蔽泵18提供；四、通過第二總管13上的取樣口 13-1對生成液中三烷氧基 硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量低于2%時(shí)，將第 二單向閥17打開，生成液通過第三分管16流至精餾塔6內(nèi)；生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量 百分含量高于2%時(shí)，再將第二單向閥17關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第二總管13、第二分管15、 容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；五、將流入精餾塔6內(nèi)的生成 液通過精餾塔6進(jìn)入再沸器5，加熱為氣體后再進(jìn)入精餾塔6，經(jīng)精餾處理后，四烷氧基硅烷 氣體流入第三冷凝器8內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純度為99% 99. 95%的四烷氧基硅烷， 與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流入第二冷凝器7內(nèi)進(jìn)行冷凝處理，冷凝處理后的三烷氧基 硅烷經(jīng)第一總管12進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，同時(shí)，生成液中的烷氧基硅烷聚 合物由精餾塔6流出，即實(shí)現(xiàn)采用管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法。本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了甲硅烷氣體的整套制備工藝流程；步驟二中高位槽中保持微正 壓時(shí),壓力為0 0. 05MPa。本實(shí)施方式將固體催化劑填裝在設(shè)置在管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩 網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之間，反應(yīng)液與催化劑在第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之間接觸進(jìn) 行催化反應(yīng)，反應(yīng)后的粗甲硅烷氣體與生成液一起流出，分別進(jìn)入各自的處理系統(tǒng)。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的方法將為參加反應(yīng)的反應(yīng)液三烷氧基硅烷充分
9回收利用，由粗硅烷氣體帶出三烷氧基硅烷通過冷凝后回送至反應(yīng)體系，未參加反應(yīng)的隨 生成液流出的三烷氧基硅烷分別通過設(shè)置的容器3以及第二冷凝器7的作用回送至反應(yīng)系 統(tǒng)。同時(shí)回送過程中不影響高位槽1中的反應(yīng)液向管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的輸送， 實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，同時(shí)將反應(yīng)液充分利用，成本降低。本實(shí)施方式步驟二中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷在管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的 流速控制在0. 12 10m3/h，反應(yīng)液的流動動力由總管13上設(shè)置的磁力屏蔽泵18提供，尤 其在由總管13-分管15-容器3-管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1的這個循環(huán)中，主要由磁力 屏蔽泵18提供動力。本實(shí)施方式的制備甲硅烷的方法中反應(yīng)液三烷氧基硅烷流經(jīng)管式反應(yīng)器2的第 一殼體2-1 —次，三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到95%以上，再經(jīng)過第二總管13、第二分管 15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1中，進(jìn)行回流反應(yīng)1 3次后， 三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到98%以上。本實(shí)施方式的方法使甲硅烷的反應(yīng)速率比傳統(tǒng)工藝速率提高5-7倍，單位時(shí)間的 產(chǎn)量也增大5 7倍以上，例如，200L的反應(yīng)釜，60%裝液量，120L三乙氧基硅烷液體，反應(yīng) 2. 5-3. 5h制備硅烷3600L，產(chǎn)率為1028 1440L/h ；與之相比，容積為100L的管式反應(yīng)器 長度為125m,直徑為32mm，反應(yīng)0. 5-1. 5h，制備硅烷氣體3600L,產(chǎn)率為2400 7200L/h。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟一中固體催化劑為 固體顆粒狀催化劑或者固體顆粒狀負(fù)載型催化劑。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四相 同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟一中固體催化劑為 固體顆粒狀催化劑，是陰離子交換樹脂、氧化鋁、硅酸鋁和周期表中IA金屬的沸石中的一 種或者其中幾種的組合物；步驟一中固體催化劑為固體顆粒狀負(fù)載型催化劑，是負(fù)載在活 性炭、氧化鋁、無水硅膠或者BaCO3上的釕(Ru)，鈀(Pa)，銠(Rh)，鋨(Os)，銥(Ir)或鉬(Pt) 金屬或其化合物中的一種或者幾種的組合物。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四相同。本實(shí)施方式中當(dāng)固體催化劑為組合物時(shí)，各催化劑之間以任意比例混合。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四、五或六不同的是步驟一中將固 體催化劑填裝于管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之間，其 中填裝的固體催化劑的體積是管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng) 2-5之間的容積的100%。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四、五或六相同。本實(shí)施方式中填裝的催化劑將管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4和 第二篩網(wǎng)2-5之間的空間全部填滿并壓實(shí)，反應(yīng)液流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)在 屏蔽泵18提供的動力作用下流經(jīng)催化劑，使得催化劑與反應(yīng)液的接觸面積增大，提高了催 化反應(yīng)效率。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至七之一不同的是步驟二中的反 應(yīng)液三烷氧基硅烷為三甲氧基硅烷，三乙氧基硅烷，三丙氧基硅烷或者三丁氧基硅烷。其它 步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至八之一不同的是步驟二中催化 反應(yīng)的溫度控制在50 60°C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四至八之一相同。本實(shí)施方式控制催化反應(yīng)溫度為50 60°C，可以使催化劑具有最好的催化活性，提高催化反應(yīng)生成效率，提高甲硅烷的產(chǎn)量。溫度過低，催化劑催化活性降低，反應(yīng)速率 很慢；溫度高于60°C，尤其高于100°C以后，三烷氧基硅烷容易揮發(fā)，為后續(xù)反應(yīng)后液體的 冷凝回流帶來更大壓力，降低了反應(yīng)液體的轉(zhuǎn)化率，并且增加反應(yīng)能耗。因此溫度控制在 50 60°C最佳。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至九之一不同的是步驟三中步 驟二的催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)，其中控制第一冷凝器4的溫度在 80 130°C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四至八之一相同。本實(shí)施方式中進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)的粗甲硅烷氣體中含有的雜質(zhì)主要有三烷氧 基硅烷和乙醇蒸汽，控制第一冷凝器4的溫度介于三烷氧基硅烷的沸點(diǎn)(比如三甲氧基硅 烷的沸點(diǎn)為81°C，三乙氧基硅烷的沸點(diǎn)為134. 5°C )和乙醇沸點(diǎn)(78°C )之間，將三烷氧基 硅烷冷凝下來回送至反應(yīng)系統(tǒng)管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1，而將乙醇隨硅烷氣體進(jìn)入甲 硅烷精餾提純系統(tǒng)，如果乙醇回流至反應(yīng)系統(tǒng)，引起副反應(yīng)，影響反應(yīng)的生產(chǎn)效率。因此，本 實(shí)施方式中第一冷凝器4的溫度的控制應(yīng)根據(jù)具體采用的三烷氧基硅烷的種類而定。比如 選用三甲氧基硅烷時(shí)，控制冷凝器溫度為80°C，保證乙醇隨甲硅烷流入甲硅烷精餾提純系 統(tǒng)；選用三乙氧基硅烷時(shí)，控制冷凝器溫度為80 130°C，即可保證乙醇隨甲硅烷流入甲硅 烷精餾提純系統(tǒng)。本實(shí)施方式經(jīng)第一冷凝器4冷凝得到的氣體中只含有乙醇蒸汽雜質(zhì)，甲硅烷氣體 的質(zhì)量百分含量達(dá)到99. 95%。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式使用具體實(shí)施方式
一所述的制備甲硅烷氣體的管 式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、將負(fù)載Pt金屬的活性氧化 鋁顆粒催化劑填裝于管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之間， 并將第一單向閥14打開，第二單向閥17關(guān)閉；二、通過第一流入管10-1向高位槽1中通入 氮?dú)?，使高位?中的壓力保持微正壓(0. 05MPa)，使高位槽1中的反應(yīng)液三乙氧基硅烷進(jìn) 入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向設(shè)置在管 式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的冷卻水盤管2-3中通入冷卻水和向管式反應(yīng)器2的第二殼 體2-2和第一殼體2-1間的空隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在50 60°C ；三、 步驟二的催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)，第一冷凝器4將粗硅烷氣體中 的三烷氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，冷凝處理后的氣體通過第三 流出管10-3進(jìn)入甲硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng)第二總管13、第 二分管15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；其中生成液的流動 動力由設(shè)置在第二總管13上的磁力屏蔽泵18提供；四、通過第二總管13上的取樣口 13-1 對生成液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分 含量低于2 %時(shí)，將第二單向閥17打開，生成液通過第三分管16流至精餾塔6內(nèi)；生成液 中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將第二單向閥17關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第 二總管13、第二分管15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；五、將 流入精餾塔6內(nèi)的生成液通過精餾塔6進(jìn)入再沸器5，加熱為氣體后再進(jìn)入精餾塔6，經(jīng)精 餾處理后，四烷氧基硅烷氣體流入第三冷凝器8內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純度為99%的 四烷氧基硅烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流入第二冷凝器7內(nèi)進(jìn)行冷凝處理，冷凝處理 后的三烷氧基硅烷經(jīng)第一總管12進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，同時(shí)，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精餾塔6流出，即實(shí)現(xiàn)采用管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法步驟一中的 負(fù)載Pt金屬的活性氧化鋁顆粒催化劑中Pt金屬的負(fù)載量為2mmol/g，顆粒粒徑為3 3. 5mm ；步驟一中負(fù)載Pt金屬的活性氧化鋁顆粒催化劑將管式反應(yīng)器2的第一殼體2_1內(nèi) 的第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之間的溶劑填滿(即填充量為100% )，并壓實(shí)；步驟二中 反應(yīng)液三乙氧基硅烷在管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的流速控制在0. 12m3/h。本實(shí)施方式中管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1的容積為100L，其中長度為125m，直 徑為32mm，填充20kg的負(fù)載Pt金屬的活性氧化鋁顆粒催化劑。催化反應(yīng)連續(xù)操作反應(yīng) 0. 5 1. 5h，催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)的流速達(dá)到1. 028 1. 44m3/ h，即本實(shí)施方式得到3600L的甲硅烷氣體，催化劑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)催化反應(yīng)。作為對比，本實(shí)施方式采用200L的釜式反應(yīng)釜，60%裝液量，120L三乙氧基硅烷 液體，反應(yīng)2. 5-3. 5h制備硅烷3600L?？梢姡緦?shí)施方式的方法使甲硅烷的反應(yīng)速率比傳統(tǒng)釜式反應(yīng)釜工藝的甲硅烷速 率提高5 7倍，即單位時(shí)間內(nèi)甲硅烷的產(chǎn)量增大5 7倍。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十一不同的是步驟一中將硅酸鋁 固體顆粒催化劑填裝于管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2-4和第二篩網(wǎng)2-5之 間。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十一相同。本實(shí)施方式中硅酸鋁固體顆粒催化劑中硅的質(zhì)量百分含量為50%，粒徑為3 3. 5mm。步驟一中硅酸鋁固體顆粒催化劑將管式反應(yīng)器2的第一殼體2_1內(nèi)的第一篩網(wǎng)2_4 和第二篩網(wǎng)2-5之間的溶劑填滿(即填充量為100% )，并壓實(shí)，填充量為20kg。本實(shí)施方式中管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1的容積為100L，其中長度為125m，直 徑為32mm。催化反應(yīng)連續(xù)操作反應(yīng)0. 5 1. 5h后，催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷 凝器4內(nèi)的流速達(dá)到2 3m3/h，本實(shí)施方式至少得到3600L的甲硅烷氣體。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，所述管式反應(yīng)器 包括高位槽1、容器3、第一冷凝器4、再沸器5、精餾塔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與 高位槽1連通，第二流入管10-2與容器3連通，第三流出管10-3與第一冷凝器4連通，精 餾塔6的底部分別與再沸器5的進(jìn)口端和出口端連通，精餾塔6的上部分別與第二冷凝器 7和第三冷凝器8連通，其特征在于所述管式反應(yīng)器還包括管式反應(yīng)器2、固體儲存罐9、第 一分管11、第一總管12、第二總管13、第一單向閥14、第二分管15、第三分管16、第二單向 閥17和磁力屏蔽泵18，管式反應(yīng)器2由第一殼體2-1、第二殼體2-2、電機(jī)2-6、攪拌槳2_7 和一組折流板2-8，電機(jī)2-6的輸出端與攪拌槳2-7的一端傳動連接，攪拌槳2-7設(shè)在第一 殼體2-1內(nèi)，第一殼體2-1的內(nèi)壁上交錯設(shè)置有一組折流板2-8，第一殼體2-1設(shè)有三個端 口，分別定義為第一端口 2-1-1、第二端口 2-1-2和第三端口 2-1-3，第一殼體2-1裝在第二 殼體2-2內(nèi)，且二者之間設(shè)有空隙；高位槽1通過第一分管11與第一總管12連通，第一總管12與第一殼體2_1的第 一端口 2-1-1連通，第一殼體2-1的第二端口 2-1-2與第二總管13連通，固體儲存罐9與 第一殼體2-1連通，第二總管13通過第二分管15和第三分管16分別與容器3和精餾塔6 連通，第二分管16上設(shè)有第二單向閥17，第二總管13上設(shè)有取樣口 13-1、磁力屏蔽泵18和第一單向閥14，容器3底部與第一總管12連通，第三端口 2-1-3與第一冷凝器4連通，第 一冷凝器4底部與第一總管12連通，第二冷凝器7底部與第一總管12連通。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器的裝置圖如圖2所示。本實(shí)施方式中 管式反應(yīng)器2中的電機(jī)2-6和攪拌槳2-7將進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的催化劑 攪拌均勻，使之與反應(yīng)液充分混合；管式反應(yīng)器2中的一組折流板2-8，能夠加速傳熱效果， 以及進(jìn)一步提高催化劑與反應(yīng)液的混合效果，提高催化反應(yīng)效率。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器安裝簡單、成本投入低、能耗低、工業(yè) 生產(chǎn)過程安全、制備的氣體純度高、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是制備高純度甲硅烷的理 想方法。本實(shí)施方式的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器在使用過程中，保證反應(yīng)系統(tǒng)的密閉 循環(huán)，增加了設(shè)備的安全性，減少了反應(yīng)工藝過程的安全隱患。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十三不同的是所述第二殼體2-2 上分別設(shè)有導(dǎo)熱油進(jìn)口 2-2-1和導(dǎo)熱油出口 2-2-2。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
十三相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式使用如具體實(shí)施方式
十三所述的制備甲硅烷氣體 的管式反應(yīng)器制備甲硅烷的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、將粉末溶解型催化劑填裝至 固體儲存罐9中，并將第一單向閥14打開，第二單向閥17關(guān)閉；二、通過第四流入管10-4 向固體儲存罐9中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，將粉末溶解型催化劑壓入管式反?yīng)器2的第一殼體 2-1內(nèi)，同時(shí)通過第一流入管10-1向高位槽1中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，使高位?中的壓力保 持常壓或微正壓，使高位槽1中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1 內(nèi)，同時(shí)啟動電機(jī)2-6帶動攪拌槳2-7攪拌，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向 管式反應(yīng)器2的第二殼體2-2和第一殼體2-1間的空隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度 控制在15 100°C ；三、步驟二反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)，第一冷凝器4 將粗硅烷氣體中的三烷氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，冷凝處理后 的氣體通過第三流出管10-3進(jìn)入甲硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng) 第二總管13、第二分管15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；四、 通過第二總管13上的取樣口 13-1對生成液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到 生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量低于2%時(shí)，將第二單向閥17打開，生成液通過第 三分管16流至精餾塔6內(nèi)；生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將第二 單向閥17關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第二總管13、第二分管15、容器3及第一總管12流入管式 反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；生成液的流動動力由設(shè)置在第二總管13上的磁力屏蔽泵18 提供；五、將流入精餾塔6內(nèi)的生成液通過精餾塔6進(jìn)入再沸器5，加熱為氣體后再進(jìn)入精 餾塔6，經(jīng)精餾處理后，四烷氧基硅烷氣體流入第三冷凝器8內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純 度為99 99. 95%的四烷氧基硅烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流入第二冷凝器7內(nèi)進(jìn) 行冷凝處理，冷凝處理后的三烷氧基硅烷經(jīng)第一總管12進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1 內(nèi)，同時(shí)，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精餾塔6流出，即實(shí)現(xiàn)采用管式反應(yīng)器制備甲硅 烷氣體的方法。本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了甲硅烷氣體的整套制備工藝流程；步驟二中高位槽中保持微正 壓時(shí)，壓力為0. 05MPa左右。本實(shí)施方式步驟五由精餾塔6流出的烷氧基硅烷聚合物液體中還混合有粉末溶 解型催化劑，通過對烷氧基硅烷聚合物液體過濾分離可回收利用催化劑。本實(shí)施方式步驟二中管式反應(yīng)器2中的電機(jī)2-6和攪拌槳2-7將進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的催 化劑攪拌均勻，使之與反應(yīng)液充分混合；管式反應(yīng)器2中的一組折流板2-8，能夠加速傳熱 效果，以及進(jìn)一步提高催化劑與反應(yīng)液的混合效果，提高催化反應(yīng)效率。本實(shí)施方式的制備甲硅烷的方法中反應(yīng)液三烷氧基硅烷流經(jīng)管式反應(yīng)器2的第 一殼體2-1 —次，三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到95%以上，再經(jīng)過第二總管13、第二分管 15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1中，進(jìn)行回流反應(yīng)1 3次后， 三烷氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率即可達(dá)到98%以上。本實(shí)施方式的方法使甲硅烷的反應(yīng)速率比傳統(tǒng)工藝速率提高5-7倍，單位時(shí)間內(nèi) 甲硅烷的產(chǎn)量提高5-7倍以上，例如，200L的反應(yīng)釜，60%裝液量，120L三乙氧基硅烷液體， 反應(yīng)2. 5-3. 5h制備硅烷3600L，產(chǎn)率為1028 1440L/h ；與之相比，容積為100L的管式反 應(yīng)器長度為125m，直徑為32mm，反應(yīng)0. 5-1. 5h，制備硅烷氣體3600L，產(chǎn)率為2400 7200L/ h。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟一中粉末溶解 型催化劑為苯酚鈉、氫氧化鈉、苯酚鉀、乙醇鈉、乙醇鉀、丙醇鈉、丙醇鉀、異丁基醇鈉或者異 丁基鉀。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十五相同。本實(shí)施方式中粉末溶解型催化劑不限于上述列舉的幾種，現(xiàn)有市售的堿金屬或者 堿土金屬的苯酚鹽或者醇鹽均可作為本實(shí)施方式的催化劑。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五或十六不同的是步驟二中 控制壓入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)的粉末溶解型催化劑的質(zhì)量是進(jìn)入管式反應(yīng)器 2的第一殼體2-1內(nèi)三烷氧基硅烷質(zhì)量的0. 5% 300%，較佳的質(zhì)量百分含量為0. 6% 200 %，更優(yōu)的質(zhì)量百分含量為0. 8 % 50 %，最優(yōu)化的量是1 %。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí) 施方式十五或十六相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五、十六或十七不同的是步驟 二中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷為三甲氧基硅烷，三乙氧基硅烷，三丙氧基硅烷或者三丁氧基 硅烷。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十五、十六或十七相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五至十八之一不同的是步驟二 中催化反應(yīng)的溫度控制在50 60°C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十五至十八之一相 同。本實(shí)施方式控制催化反應(yīng)溫度為50 60°C，可以使催化劑具有最好的催化活性， 提高催化反應(yīng)生成效率，提高甲硅烷的產(chǎn)量。溫度過低，催化劑催化活性降低，反應(yīng)速率 很慢；溫度高于60°C，尤其高于100°C以后，三烷氧基硅烷容易揮發(fā)，為后續(xù)反應(yīng)后液體的 冷凝回流帶來更大壓力，降低了反應(yīng)液體的轉(zhuǎn)化率，并且增加反應(yīng)能耗。因此溫度控制在 50 60°C最佳。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五至十九之一不同的是步驟三 中步驟二的催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)，其中控制第一冷凝器4的溫 度在80 130°C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
四至八之一相同。本實(shí)施方式中進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)的粗甲硅烷氣體中含有的雜質(zhì)主要有三烷氧 基硅烷和乙醇蒸汽，控制第一冷凝器4的溫度介于三烷氧基硅烷的沸點(diǎn)(比如三甲氧基硅 烷的沸點(diǎn)為81°C，三乙氧基硅烷的沸點(diǎn)為134. 5°C )和乙醇沸點(diǎn)(78°C )之間，將三烷氧基硅烷冷凝下來回送至反應(yīng)系統(tǒng)管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1，而將乙醇隨硅烷氣體進(jìn)入甲 硅烷精餾提純系統(tǒng)，放置乙醇回流至反應(yīng)系統(tǒng)，引起副反應(yīng)，影響反應(yīng)的生產(chǎn)效率。因此，本 實(shí)施方式中第一冷凝器4的溫度的控制應(yīng)根據(jù)具體采用的三烷氧基硅烷的種類而定。比如 選用三甲氧基硅烷時(shí)，控制冷凝器溫度為80°C，保證乙醇隨甲硅烷流入甲硅烷精餾提純系 統(tǒng)；選用三乙氧基硅烷時(shí)，控制冷凝器溫度為80 130°C，即可保證乙醇隨甲硅烷流入甲硅 烷精餾提純系統(tǒng)。本實(shí)施方式經(jīng)第一冷凝器4冷凝得到的氣體中只含有乙醇蒸汽雜質(zhì)，甲硅烷氣體 的質(zhì)量百分含量達(dá)到99. 95%。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式使用如具體實(shí)施方式
十三所述的制備甲硅烷氣 體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、將粉末溶解型催化劑苯酚 鈉填裝至固體儲存罐9中，并將第一單向閥14打開，第二單向閥17關(guān)閉；二、通過第四流 入管10-4向固體儲存罐9中通入氮?dú)?，將粉末溶解型催化劑壓入管式反?yīng)器2的第一殼體 2-1內(nèi)，同時(shí)通過第一流入管10-1向高位槽1中通入氮?dú)?，使高位?中的壓力保持微正壓 (0. 05MPa)，使高位槽1中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2_1內(nèi)，同 時(shí)啟動電機(jī)2-6帶動攪拌槳2-7攪拌，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向管式反 應(yīng)器2的第二殼體2-2和第一殼體2-1間的空隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在 50 60°C;三、步驟二反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器4內(nèi)，第一冷凝器4將粗硅烷 氣體中的三烷氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，冷凝處理后的氣體通 過第三流出管10-3進(jìn)入甲硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng)第二總管 13、第二分管15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)；四、通過第二 總管13上的取樣口 13-1對生成液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到生成液中 三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量低于2%時(shí)，將第二單向閥17打開，生成液通過第三分管16 流至精餾塔6內(nèi)；生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將第二單向閥17 關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第二總管13、第二分管15、容器3及第一總管12流入管式反應(yīng)器2 的第一殼體2-1內(nèi)；生成液的流動動力由設(shè)置在第二總管13上的磁力屏蔽泵18提供；五、 將流入精餾塔6內(nèi)的生成液通過精餾塔6進(jìn)入再沸器5，加熱為氣體后再進(jìn)入精餾塔6，經(jīng) 精餾處理后，四烷氧基硅烷氣體流入第三冷凝器8內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純度為95 98. 5%的四烷氧基硅烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流入第二冷凝器7內(nèi)進(jìn)行冷凝處理， 冷凝處理后的三烷氧基硅烷經(jīng)第一總管12進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)，同時(shí)，生 成液中的烷氧基硅烷聚合物由精餾塔6流出，即實(shí)現(xiàn)采用管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方 法。本實(shí)施方式在磁力屏蔽泵18的作用下，使得反應(yīng)液三乙氧基硅烷在管式反應(yīng)器2 的第一殼體2-1內(nèi)的流速控制在0. 2m3/h。步驟二中控制壓入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1 內(nèi)的粉末溶解型催化劑的質(zhì)量是進(jìn)入管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1內(nèi)三烷氧基硅烷質(zhì)量的1%。本實(shí)施方式中管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1的容積為100L，其中長度為125m，直 徑為32mm。催化反應(yīng)連續(xù)操作反應(yīng)0. 5 1. 5h后，催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷 凝器4內(nèi)的流速達(dá)到2-3m3/h，即本實(shí)施方式至少得到3600L的甲硅烷氣體。
具體實(shí)施方式
二十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十一不同的是步驟一中粉末溶解型催化劑為氫氧化鈉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十一相同。
本實(shí)施方式中管式反應(yīng)器2的第一殼體2-1的溶劑為100L，其中長度為125m，直 徑為32mm。催化反應(yīng)連續(xù)操作反應(yīng)0. 5 1. 5h后，催化反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷 凝器4內(nèi)的流速達(dá)到2-3m3/h，即本實(shí)施方式至少得到3600L的甲硅烷氣體。
權(quán)利要求
制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，所述管式反應(yīng)器包括高位槽(1)、容器(3)、第一冷凝器(4)、再沸器(5)、精餾塔(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)與高位槽(1)連通，第二流入管(10 2)與容器(3)連通，第三流出管(10 3)與第一冷凝器(4)連通，精餾塔(6)的底部分別與再沸器(5)的進(jìn)口端和出口端連通，精餾塔(6)的上部分別與第二冷凝器(7)和第三冷凝器(8)連通，其特征在于所述管式反應(yīng)器還包括管式反應(yīng)器(2)、第一分管(11)、第一總管(12)、第二總管(13)、第一單向閥(14)、第二分管(15)、第三分管(16)、第二單向閥(17)和磁力屏蔽泵(18)，管式反應(yīng)器(2)由第一殼體(2 1)、第二殼體(2 2)、冷卻水盤管(2 3)、第一篩網(wǎng)(2 4)和第二篩網(wǎng)(2 5)構(gòu)成，冷卻水盤管(2 3)設(shè)在第一殼體(2 1)內(nèi)，第一殼體(2 1)設(shè)有三個端口，分別定義為第一端口(2 1 1)、第二端口(2 1 2)和第三端口(2 1 3)，第一殼體(2 1)裝在第二殼體(2 2)內(nèi)，且二者之間設(shè)有空隙，第一端口(2 1 1)上設(shè)有第一篩網(wǎng)(2 4)，且二者可拆卸連接，第二端口(2 1 2)上設(shè)有第二篩網(wǎng)(2 5)，且二者可拆卸連接；高位槽(1)通過第一分管(11)與第一總管(12)連通，第一總管(12)與第一殼體(2 1)的第一端口(2 1 1)連通，第一殼體(2 1)的第二端口(2 1 2)與第二總管(13)連通，第二總管(13)通過第二分管(15)和第三分管(16)分別與容器(3)和精餾塔(6)連通，第二分管(16)上設(shè)有第二單向閥(17)，第二總管(13)上設(shè)有取樣口(13 1)、磁力屏蔽泵(18)和第一單向閥(14)，容器(3)底部與第一總管(12)連通，第一殼體(2 1)的第三端口(2 1 3)與第一冷凝器(4)連通，第一冷凝器(4)底部與第一總管(12)連通，第二冷凝器(7)底部與第一總管(12)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，其特征在于所述冷卻水盤 管(2-3)與第一端口(2-1-1)相對位置處設(shè)有冷卻水出口(2-3-1)，所述冷卻水盤管(2-3) 與第二端口(2-1-2)相對位置處設(shè)有冷卻水進(jìn)口(2-3-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，其特征在于所述第二殼體 (2-2)上分別設(shè)有導(dǎo)熱油進(jìn)口(2-2-1)和導(dǎo)熱油出口(2-2-2)。
4.使用如權(quán)利要求1所述的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法， 其特征在于使用制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、將固體催化劑填裝于管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)的第一篩網(wǎng)(2-4)和第二 篩網(wǎng)(2-5)之間，并將第一單向閥(14)打開，第二單向閥(17)關(guān)閉；二、通過第一流入管 (10-1)向高位槽(1)中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，使高位?1)中的壓力保持常壓或者微正壓，使 高位槽(1)中的反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，進(jìn)行催化 反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向設(shè)置在管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)的冷卻水 盤管(2-3)中通入冷卻水和向管式反應(yīng)器(2)的第二殼體(2-2)和第一殼體(2-1)間的空 隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在15 100°C ；三、步驟二反應(yīng)生成的粗硅烷氣體 進(jìn)入第一冷凝器(4)內(nèi)，第一冷凝器(4)將粗硅烷氣體中的三烷氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式 反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，冷凝處理后的氣體通過第三流出管(10-3)進(jìn)入甲硅烷精 餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng)第二總管(13)、第二分管(15)、容器(3)及 第一總管(12)流入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，其中生成液的流動動力由設(shè)置在 第二總管(13)上的磁力屏蔽泵(18)提供；四、通過第二總管(13)上的取樣口(13-1)對生成液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量 低于2%時(shí)，將第二單向閥(17)打開，生成液通過第三分管(16)流至精餾塔(6)內(nèi)；生成 液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將第二單向閥(17)關(guān)閉，此時(shí)生成液再 經(jīng)第二總管(13)、第二分管(15)、容器(3)及第一總管(12)流入管式反應(yīng)器(2)的第一殼 體(2-1)內(nèi)；五、將流入精餾塔(6)內(nèi)的生成液通過精餾塔(6)進(jìn)入再沸器(5)，加熱為氣 體后再進(jìn)入精餾塔(6)，經(jīng)精餾處理后，四烷氧基硅烷氣體流入第三冷凝器(8)內(nèi)，經(jīng)冷凝 處理后得到質(zhì)量純度為99% 99. 95%的四烷氧基硅烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流 入第二冷凝器(7)內(nèi)進(jìn)行冷凝處理，冷凝處理后的三烷氧基硅烷經(jīng)第一總管(12)進(jìn)入管式 反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，同時(shí)，生成液中的烷氧基硅烷聚合物由精餾塔(6)流出， 即實(shí)現(xiàn)采用管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法， 其特征在于步驟一中固體催化劑為固體顆粒狀催化劑或者固體顆粒狀負(fù)載型催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的使用制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方 法，其特征在于步驟二中催化反應(yīng)的溫度控制在50 60°C。
7.制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，所述管式反應(yīng)器包括高位槽(1)、容器(3)、第一冷 凝器(4)、再沸器(5)、精餾塔(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)與高位槽 ⑴連通，第二流入管(10-2)與容器(3)連通，第三流出管(10-3)與第一冷凝器⑷連通， 精餾塔(6)的底部分別與再沸器(5)的進(jìn)口端和出口端連通，精餾塔(6)的上部分別與第 二冷凝器(7)和第三冷凝器(8)連通，其特征在于所述管式反應(yīng)器還包括管式反應(yīng)器(2)、 固體儲存罐(9)、第一分管(11)、第一總管(12)、第二總管(13)、第一單向閥(14)、第二分 管(15)、第三分管(16)、第二單向閥(17)和磁力屏蔽泵(18)，管式反應(yīng)器⑵由第一殼體 (2-1)、第二殼體(2-2)、電機(jī)(2-6)、攪拌槳(2-7)和一組折流板(2_8)，電機(jī)(2_6)的輸出 端與攪拌槳(2-7)的一端傳動連接，攪拌槳(2-7)設(shè)在第一殼體(2-1)內(nèi)，第一殼體(2-1) 的內(nèi)壁上交錯設(shè)置有一組折流板(2-8)，第一殼體(2-1)設(shè)有三個端口，分別定義為第一端 口(2-1-1)、第二端口(2-1-2)和第三端口(2-1-3)，第一殼體(2_1)裝在第二殼體(2_2) 內(nèi)，且二者之間設(shè)有空隙；高位槽(1)通過第一分管(11)與第一總管(12)連通，第一總管(12)與第一殼體(2-1) 的第一端口(2-1-1)連通，第一殼體(2-1)的第二端口(2-1-2)與第二總管(13)連通，固 體儲存罐(9)與第一殼體(2-1)連通，第二總管(13)通過第二分管(15)和第三分管(16) 分別與容器(3)和精餾塔(6)連通，第二分管(16)上設(shè)有第二單向閥(17)，第二總管(13) 上設(shè)有取樣口(13-1)、磁力屏蔽泵(18)和第一單向閥(14)，容器(3)底部與第一總管(12) 連通，第三端口(2-1-3)與第一冷凝器(4)連通，第一冷凝器(4)底部與第一總管(12)連 通，第二冷凝器(7)底部與第一總管(12)連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器，其特征在于所述第二殼體 (2-2)上分別設(shè)有導(dǎo)熱油進(jìn)口(2-2-1)和導(dǎo)熱油出口(2-2-2)。
9.使用如權(quán)利要求7所述的制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷的方法，其特征 在于使用制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、將 粉末溶解型催化劑填裝至固體儲存罐(9)中，并將第一單向閥(14)打開，第二單向閥(17)關(guān)閉；二、通過第四流入管(10-4)向固體儲存罐(9)中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，將粉末溶解?催化劑壓入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，同時(shí)通過第一流入管(10-1)向高位槽 (1)中通入氮?dú)饣蛘邭錃?，使高位?1)中的壓力保持常壓或者微正壓，使高位槽(1)中的 反應(yīng)液三烷氧基硅烷進(jìn)入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，同時(shí)啟動電機(jī)(2-6)帶動 攪拌槳(2-7)攪拌，進(jìn)行催化反應(yīng)，其中，催化反應(yīng)過程中，通過向管式反應(yīng)器(2)的第二殼 體(2-2)和第一殼體(2-1)間的空隙內(nèi)通入導(dǎo)熱油，將催化反應(yīng)的溫度控制在15 100°C; 三、步驟二反應(yīng)生成的粗硅烷氣體進(jìn)入第一冷凝器(4)內(nèi)，第一冷凝器(4)將粗硅烷氣體 中的三烷氧基硅烷冷凝后進(jìn)入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，冷凝處理后的氣體通 過第三流出管(10-3)進(jìn)入甲硅烷精餾提純系統(tǒng)；同時(shí)，步驟二反應(yīng)生成的生成液經(jīng)第二總 管(13)、第二分管(15)、容器(3)及第一總管(12)流入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1) 內(nèi)，其中生成液的流動動力由設(shè)置在第二總管(13)上的磁力屏蔽泵(18)提供；四、通過第 二總管(13)上的取樣口(13-1)對生成液中三烷氧基硅烷的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測到生 成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量低于2%時(shí)，將第二單向閥(17)打開，生成液通過第 三分管(16)流至精餾塔(6)內(nèi)；生成液中三烷氧基硅烷的質(zhì)量百分含量高于2%時(shí)，再將 第二單向閥(17)關(guān)閉，此時(shí)生成液再經(jīng)第二總管(13)、第二分管(15)、容器(3)及第一總 管(12)流入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)；五、將流入精餾塔(6)內(nèi)的生成液通過 精餾塔(6)進(jìn)入再沸器(5)，加熱為氣體后再進(jìn)入精餾塔(6)，經(jīng)精餾處理后，四烷氧基硅烷 氣體流入第三冷凝器(8)內(nèi)，經(jīng)冷凝處理后得到質(zhì)量純度為99% 99. 95%的四烷氧基硅 烷，與此同時(shí)，三烷氧基硅烷氣體流入第二冷凝器(7)內(nèi)進(jìn)行冷凝處理，冷凝處理后的三烷 氧基硅烷經(jīng)第一總管(12)進(jìn)入管式反應(yīng)器(2)的第一殼體(2-1)內(nèi)，同時(shí)，生成液中的烷 氧基硅烷聚合物由精餾塔(6)流出，即實(shí)現(xiàn)采用管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器制備甲硅烷氣體的方 法，其特征在于步驟二中催化反應(yīng)的溫度控制在50 60°C。
全文摘要
制備甲硅烷氣體的管式反應(yīng)器及使用其制備甲硅烷的方法，涉及制備甲硅烷氣體的反應(yīng)器及使用其制備甲硅烷的方法。解決現(xiàn)有制備甲硅烷氣體的釜式反應(yīng)器安全性能差、單釜甲硅烷氣體產(chǎn)率低、不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的問題。反應(yīng)器為管式反應(yīng)器，管式反應(yīng)器由第一殼體、第二殼體、冷卻水盤管、第一篩網(wǎng)和第二篩網(wǎng)構(gòu)成；及管式反應(yīng)器由第一殼體、第二殼體、電機(jī)、攪拌槳和一組折流板構(gòu)成。方法填裝催化劑，向反應(yīng)器中通反應(yīng)液，進(jìn)行反應(yīng)；生成的粗硅烷通入冷凝器處理，生成液回流至反應(yīng)器反應(yīng)；生成液中三烷氧基硅烷含量達(dá)標(biāo)后，生成液通入精餾塔進(jìn)行精餾分離。本發(fā)明反應(yīng)器簡單、安全性好、實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，甲硅烷產(chǎn)量及產(chǎn)率高、純度高。
文檔編號C01B33/04GK101920178SQ20101026619
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者張磊, 楊愷, 楊春暉, 胡成發(fā), 葛士彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)