[发明专利]制备烯基卤代硅烷的方法和对其合适的反应器

说明书

本发明涉及制备烯基卤代硅烷，特别是由乙烯基氯和三氯硅烷制备乙烯基三氯硅烷的方法，以及对其特别合适的反应器。

烯基卤代硅烷的工业大规模制备是普遍已知的。对于制备烯基卤代硅烷，在此代表性地进一步说明乙烯基三氯硅烷(III)的工业大规模制备。这由原料乙烯基氯(I)和三氯硅烷(II)进行。在此，按照以下反应方案(1)使硅烷(II)与乙烯基氯(I)在自由基高温反应中结合，并消去氯化氢(IV)：

C₂H₃Cl (I) + SiHCl₃ (II)      →   C₂H₃SiCl₃ (III)   + HCl (IV)         (1)

烯基卤代硅烷，例如乙烯基三氯硅烷(III)，特别是由化合物(III)通过酯化反应制备的乙烯基三烷氧基硅烷类，在有机硅烷化学中是工业上重要的中间产物或者最终产物。其例如用作塑料（如PVC、PP和PE）中的交联剂。

在所述反应中，除了以上示出的主反应，还进行多个不希望的副反应。其中可以提及的例如是：

A）按照以下方案(2)形成四氯化硅(V)：

SiHCl₃ (II)  +  HCl (IV)  →   SiCl₄ (V)  +  H₂ (VI)               (2)

B）按照以下方案(3)形成双(三氯甲硅烷基)乙烷(VII) ：

SiHCl₃ (II)  +  C₂H₃SiCl₃ (III)   →   Cl₃Si C₂H₄SiCl₃ (VII)       (3)

C）按照以下方案(4)形成炭黑(VIII)：

C₂H₃Cl (I)   →  2 C (VIII)  +  HCl (IV)  +  H₂ (VI)         (4)

通常在高温反应器中，在400至700℃的温度范围和1至2 bar abs的压力下，进行乙烯基氯和三氯硅烷之间的自由基放热取代反应。所述常见方法的特征在于，使用管状反应器或者具有旋转压出体（Verdr?ngerk?rper）的反应器。对此的实例可在EP 0 438 666 A2、DE 199 18 114 A1和DE 199 18 115 A1中找到。

上述方法具有多个缺点。其中包括由于逆混而产生的副产物、例如导致形成炭黑（反应方案4）的器壁反应和困难的温度控制。

此外，乙烯基氯的转化率只能在最大80%的范围内调节，乙烯基三氯硅烷的选择性这时最大为约86%。在转化率>80%的情况下，由于进行所述副反应，该选择性明显下降。

由于在使用传统反应器的情况下形成炭黑，必须定期停工和清洁该反应器。

在EP 0 438 666 A2中描述了缝隙尺寸为20 mm的环形缝隙式反应器。该环形缝隙通过在所述反应器外壳内的旋转压出体而形成。在文件DE 199 18 114 A1和DE 199 18 115 A1中同样描述了用以生产乙烯基三氯硅烷的环形缝隙式反应器，在其中在流过所述环形缝隙之后，流经绝热反应区，并且随后冷激所述反应气体。

由DE 199 18 115 A1已知的常见方法方式实现85%的乙烯基氯-转化率，并且实现88%的乙烯基三氯硅烷-选择性，基于转化的乙烯基氯计。在100 kg/h乙烯基氯和700 kg/h 三氯硅烷的进料情况下，在所述反应器的出口处出现下列所述反应混合物的物料流：

乙烯基氯 = 14.9 kg/h                                         三氯硅烷 = 495.2 kg/h

乙烯基三氯硅烷 = 193.3 kg/h                            氯化氢= 43.6 kg/h

四氯化硅 = 38.1 kg/h                                         高沸物/其它次要组分 = 15.1 kg/h

上述反应器的产量为每月139 t乙烯基三氯硅烷，或者特别地作为时空产率为900 kg/(m³*h)。