[发明专利]一种烷基氯硅烷饱和酸水解工艺

说明书

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+2nH₂O→nMe₂Si(OH)₂+2nHCl    (1)

nMe₂Si(OH)₂→HO(Me₂SiO)nH+(n-1)H₂O    (2)

nMe₂Si(OH)₂→(Me₂SiO)n+nH₂O           (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[C1Me₂SiO(Me₂SiO)_nSiMe₂C1].

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，混合不均匀，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