CN105061767A - 一种二甲基二氯硅烷的水解工艺及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二甲基二氯硅烷水解的工艺及设备。本发明工艺有5个步骤：第1步是35%-60%的盐酸、二甲基二氯硅烷与第2步水解产生的盐酸按预定的质量比在温度10-60℃，0-0.35MPa下进行水解。第2步是第1步得到的水解物与来自第3步的稀盐酸在静态混合器中再次水解，反应温度小于35℃，反应压力为常压。第3步是水解物与工艺水在静态混合器中萃取反应。第4步是水解物与碱液在静态混合器混合中和反应。第5步是水解物去活性炭过滤器净化处理。本发明得到水解物氯离子含量小于10ppm，环线比约为1.5-0.6，氯化氢气体杂质含量小于10ppm，水解物粘度小于50mm²/s。

Description

一种二甲基二氯硅烷的水解工艺及其设备

技术领域

本发明属于有机硅单体生产技术领域，具体涉及到二甲基二氯硅烷水解工艺及设备。

背景技术

有机硅材料是近几十年才发展起来的一种新型材料，俗称“工业味精”，主要分硅橡胶、硅油、硅烷偶联剂、硅树脂四大门类，广泛应用于航天、医药工程、机械制造等行业。生产有机硅材料的原料最常见的是二甲基二氯硅烷水解、裂解得到的聚硅氧烷。

二甲基二氯硅烷水解工艺最常见是大量水水解和恒沸酸水解，生成含端羟基的硅氧烷线体和硅氧烷环体，并副产30%左右的盐酸溶液。在水解过程中，产生的氯化氢溶于水放出大量的热，需及时将热量移走，消耗大量的冷量。生成的30%左右的盐酸去合成氯甲烷必须先解吸释放出氯化氢气体，这样又消耗大量的热。这两种工艺不仅设备投资大，并且消耗大量的能源，运行成本较高，经济效益低。

随着甲基氯硅烷产量及产品品种增加，分离纯化技术的进步及聚合工艺的改进，环状及线型聚硅氧烷的开发与应用推动了二甲基二氯硅烷水解工艺由恒沸酸水解向饱和酸水解的发展。国外从20世纪80年代开始开发并申请饱和酸水解工艺专利，国内各有机硅生产厂家也在近十年不断开发和申请了各自的水解专利技术。

法国专利2，512，028报道了有机氯化硅烷，尤其是二甲基二氯硅烷的水解方法，有机卤化硅烷在大于35%的盐酸溶液中水解，水与有机氯硅烷的摩尔比介于10和30之间，为一步水解。该工艺得不到氯化氢气体。法国专利2，518，099使用精确计量的水进行二甲基二氯硅烷一步水解，来获得无水氯化氢及聚硅氧烷水解产物。美国专利US5075479采用饱和盐酸溶液，循环水解产生氯化氢气体，反应温度24-100℃，压力0.1-1.0MPa，酸中水与二甲基二氯硅烷的比率为5-50：1。美国专利US5169970报道了甲基氯硅烷两步水解法，第一步使用化学计量的水水解有机氯硅烷，第二步由步骤一获得的水解产物经过相同处理，但第二步使用计量水的来源为预订浓度的氯化氢溶液，该方法产生低压氯化氢气体，难于回收和增值。

专利号CN101148510A公布了一种有机二氯硅烷的多级连续水解制备聚有机硅氧烷和气相氯化氢的方法。是用至少三级循环水解反应***，每级水解反应***又包括内循环单元和外循环单元，得到含氯离子少的硅氧烷产品和带压的氯化氢气体。该发明流程复杂。专利号CN101323666A公开了一种甲基氯硅烷浓酸水解生产水解物的方法，该方法使用两级相分离器进行酸油分离，分离得到的酸性水解物去蒸汽塔蒸煮，蒸汽用量与甲基氯硅烷加入量摩尔比为0.12-0.18:1，蒸煮后的水解物再经过两级相分离器得到合格的水解物产品。专利号CN101875726A公开了一种二甲基二氯硅烷水解制备聚有机硅氧烷的方法，两个连续水解步骤和一个中和步骤，氯化氢净化和碱中和均采用了阳离子树脂过滤装置。专利号CN101619072A公开了一种饱和浓盐酸环路水解二甲基二氯硅烷的工艺，是在相转移催化剂存在的条件下进行，饱和浓盐酸所含的水与二甲基二氯硅烷的摩尔比为200-1000：1，所得混合物在填料塔中进行水解反应，然后通过降膜分离器将氯化氢气体采出。

发明内容

本发明是针对现有水解技术上的问题，优化了的整套水解工艺路线。

本发明技术方案：

一种二甲基二氯硅烷的水解工艺，包括如下步骤，

1）将35%-60%的盐酸、二甲基二氯硅烷与二级水解盐酸置于混合器中，混合均匀后在温度为10-60℃，0-0.35MPa下进行水解反应，水解10-60s，得到水解产物I；

2）将水解产物I与三级水解盐酸置于静态混合器一中，在过量的水中，(该步反应无需另外添加水，水解需要的水由三级水解盐酸中的水提供，三级水解盐酸中的水是过量的)后在温度为10-35℃及常压下进行过量水水解反应，水解10-60s后得到水解产物II；

3）将水解产物II与工艺水置于静态混合器二中，在温度为60-100℃下萃取，去相分离器分层得萃取物III；

4）将萃取物III与5%-25%的碳酸钠溶液按重量比为1：2-5置于静态混合器三中，在温度为60-100℃下进行中和反应，得到中和反应产物IV；

5）将中和反应产物IV于活性炭过滤器中，除去杂质后得到氯离子含量小于10ppm，环线比约为1.5-0.6，粘度小于50mm²/s的水解物，该水解物为硅氧烷环体和线体混合物，其中，硅氧烷环体环体的含量占混合物总重量的30-50%。

所述的步骤1）中，盐酸浓度为40%-50%，盐酸与二甲基二氯硅烷的重量比为30-100:1，二甲基二氯硅烷与二级水解盐酸的重量比为1-10:1，其中，二级水解盐酸为步骤2）中进一步水解后产生的盐酸，该二级水解盐酸的质量浓度控制为20%-35%。盐酸和二甲基二氯硅烷在混合器及与混合器连接的管路中带压反应，反应过程中产生氯化氢气体，反应压力即氯化氢气体压力为0.1-0.35MPa，反应温度10-50℃。

所述的步骤2）中，水解产物I与三级水解盐酸的重量比为1:1-15，其中，三级水解盐酸为步骤3）中进一步水解后产生的盐酸，该三级水解盐酸的质量浓度控制为0.1%-22%。

步骤5）中，活性炭过滤器中设置有活性炭，其中，活性炭的比表面积为900-1500㎡/g。

本发明还提供一种二甲基二氯硅烷的水解设备，具体包括如下：

二甲基二氯硅烷的输料管与混合器一连接，混合器一与换热器连接，换热器与气液分离器连接，气液分离器与相分离器一连接；

相分离器一与静态混合器一连接，静态混合器一与相分离器二连接；

相分离器二与静态混合器二连接，静态混合器二与相分离器三连接；

相分离器三与静态混合器三连接，静态混合器三与相分离器四连接；

相分离器四与活性炭过滤器连接，活性炭过滤器与水解物输料管连接。

气液分离器经输料管与冷凝器一连接，冷凝器一与冷凝器二连接，冷凝器二与除雾器连接，除雾器与氯化氢气体输料管连接。

相分离器一还与混合器一连接；相分离器二经输料管还与静态混合器一连接，具体是相分离器二经输料管与相分离器一至静态混合器一之间的输料管连接；相分离器上还设置有输料管，该输料管上设置有工艺水进料管，该输料管分两路，一路与静态混合器一连接，一路与静态混合器二连接。

静态混合器一上还设置有输料管，该输料管与相分离器一至混合器一之间的输料管连接。

本发明内容的优点：

本发明对整套水解工艺进行了调优，水解过程中，不加入任何添加剂，设备数量少，并且结构简单，容易操作，减少了水解物在各工艺过程的损耗，水解物收率高，水解物硅氧烷环体和线体混合物的总收率为98%-99.5%，硅氧烷环体含量达30-50%。

经过简单分层即得到合格产品。产物氯化氢气体压力稳定，杂质少，对后续工艺控制十分有利。外排污水量较少，环保压力小。投资少，能耗低，经济效益十分显著。

附图说明

图1为本发明的工艺设备图。

具体实施方式

以下是本发明的非限定实施例：

实施例1

工艺方案分5步完成，第1步是35%-60%的盐酸、二甲基二氯硅烷与第2步水解产生的盐酸按一定的质量比在温度10-60℃，0-0.35MPa下进行水解。第2步是第1步得到的水解物与稀盐酸在静态混合器中再次水解，反应温度小于35℃，反应压力为常压。第3步是水解物与工艺水在静态混合器中萃取反应。第4步是水解物与碱液在静态混合器混合中和反应。第5步是水解物去活性炭过滤器净化处理得到合格产品。

上述工艺中，第1步反应盐酸浓度优先于40%-50%，盐酸与二甲基二氯硅烷的重量比30-100：1，二甲基二氯硅烷与二级水解盐酸的重量比为1-10：1。三股物料经混合器充分混合反应，再经过加热器补充一定热量维持反应温度10-50℃，生成的酸、油、气混合物在气液分离器进分离。得到的氯化氢气体压力0.1-0.35MPa，氯化氢气体经过一级冷凝器和二级冷凝气除去大部分硅氧烷和水，再经除雾器后得到杂质含量小于10ppm的氯化氢气体。氯化氢通过压力调节送入氯甲烷合成界区。经气液分离器得到的酸油混合物在相分离器自然沉降分离，酸性水解物去下一步参与反应，40%-50%的盐酸继续在***中循环。

上述工艺中，第2步环路循环反应过程，水解物与质量浓度为0.1%-22%的稀酸及环路***中的循环酸液在静态混合物中充分混合常压下反应，反应温度小于35℃，得到的反应混合物去相分离器分离，得到20%-35%的盐酸作为第1步水解的补充水，得到的酸性水解物去第3步萃取。

上述工艺中，第3步萃取反应，软水和来自第2步相分离器的酸性水解物在静态混合器中充分混合，温度控制在60-100℃，然后去相分离器自然沉降分层得到的质量浓度为0.1%-22%的稀酸用于第2步反应的补充水，水解物去第4步中和反应。

上述工艺中，来自萃取相分离器的水解物与配置好的5%-25%的碳酸钠溶液以重量比2-5：1，静态混合器中充分混合反应，反应温度60-100℃，然后经过相分离器分离，碱液循环利用。得到的水解物去活性炭过滤器净化，下层的水送入萃取***。水解物氯离子含量小于10ppm，环线比约为1.5-0.6，粘度小于50mm2/s。

实施例2

二甲基二氯硅烷经计量后与40%的浓盐酸及来自第2步反应***的30%的盐酸混合反应，浓盐酸的质量与二甲基二氯硅烷的质量比为40：1，二甲基基二氯硅烷与30%盐酸的质量比为5：1，维持反应温度40℃。酸、油、气三相混合物经过气液分离器和相分离器分离，得到的氯化氢气体经过两级冷凝、除雾后，通过压力调节去氯甲烷合成装置，氯化氢杂质含量10ppm。得到的酸性水解物去第2步反应***中进行反应，补充浓度5%的稀盐酸进行水解，反应温度30℃，在反应混合物在相分离器分离，底部得到30%的盐酸，顶部的酸性水解物去萃取***，反应温度85℃，然后去相分离器自然沉降分层得到的质量浓度为5%的稀酸用于第2步反应的补充水，水解物去第4步中和反应。中和采用15%的碳酸钠溶液，水解物与碳酸钠溶液重量比为3：1，反应温度85℃。然后经过相分离器分离，碱液循环利用，水解物去活性碳过滤器，得到水解物氯离子含量小于7ppm，环线比约为1.1，粘度45mm²/s。

实施例3

一种二甲基二氯硅烷的水解设备，二甲基二氯硅烷的输料管与混合器一连接，混合器一与换热器连接，换热器与气液分离器连接，气液分离器与相分离器一连接；

相分离器一与静态混合器一连接，静态混合器一与相分离器二连接；

相分离器二与静态混合器二连接，静态混合器二与相分离器三连接；

相分离器三与静态混合器三连接，静态混合器三与相分离器四连接；

相分离器四与活性炭过滤器连接，活性炭过滤器与水解物输料管连接。

所述的气液分离器经输料管与冷凝器一连接，冷凝器一与冷凝器二连接，冷凝器二与除雾器连接，除雾器与氯化氢气体输料管连接。

所述的相分离器一还与混合器一连接；相分离器二经输料管还与静态混合器一连接，具体是相分离器二经输料管与相分离器一至静态混合器一之间的输料管连接；相分离器上还设置有输料管，该输料管上设置有工艺水进料管，该输料管分两路，一路与静态混合器一连接，一路与静态混合器二连接。

所述的静态混合器一上还设置有输料管，该输料管与相分离器一至混合器一之间的输料管连接。

Claims (10)

1.一种二甲基二氯硅烷的水解工艺，其特征在于，包括如下步骤，

1)将35%-60%的盐酸、二甲基二氯硅烷与二级水解盐酸置于混合器中，混合均匀后在温度为10-60℃，0-0.35MPa下进行水解反应，水解10-60s，得到水解产物I；

2)将水解产物I与三级水解盐酸置于静态混合器一中，在过量的水中，在温度为10-35℃及常压下进行过量水水解反应，水解10-60s后得到水解产物II；

3)将水解产物II与工艺水置于静态混合器二中，在温度为60-100℃下萃取，去相分离器分层得萃取物III；

4)将萃取物III与5%-25%的碳酸钠溶液按重量比为1：2-5置于静态混合器三中，在温度为60-100℃下进行中和反应，得到中和反应产物IV；

5)将中和反应产物IV于活性炭过滤器中，除去杂质后得到氯离子含量小于10ppm，环线比约为1.5-0.6，粘度小于50mm²/s的水解物，该水解物为硅氧烷环体和线体混合物，其中，硅氧烷环体环体的含量占混合物总重量的30-50%。

2.根据权利要求1所述的二甲基二氯硅烷的水解工艺，其特征在于，步骤1）中，盐酸浓度为40%-50%，盐酸与二甲基二氯硅烷的重量比为30-100:1，二甲基二氯硅烷与二级水解盐酸的重量比为1-10:1，其中，二级水解盐酸为步骤2）中进一步水解后产生的盐酸，该二级水解盐酸的质量浓度控制为20%-35%。

3.根据权利要求1所述的二甲基二氯硅烷的水解工艺，其特征在于，步骤1）中，盐酸和二甲基二氯硅烷在混合器及与混合器连接的管路中带压反应，反应过程中产生氯化氢气体，反应压力即氯化氢气体压力为0.1-0.35MPa，反应温度10-50℃。

4.根据权利要求1所述的二甲基二氯硅烷的水解工艺，其特征在于，步骤2）中，水解产物I与三级水解盐酸的重量比为1:1-15，其中，三级水解盐酸为步骤3）中进一步水解后产生的盐酸，该三级水解盐酸的质量浓度控制为0.1%-22%。

5.根据权利要求1所述的二甲基二氯硅烷的水解工艺，其特征在于，步骤2）中过量的水由三级水解盐酸中的水提供，三级水解盐酸中的水是过量的，该步反应无需另外添加水。

6.根据权利要求1所述的二甲基二氯硅烷的水解工艺，其特征在于，步骤5）中，活性炭过滤器中设置有活性炭，其中，活性炭的比表面积为900-1500㎡/g。

7.权利要求1-6任一项所述的二甲基二氯硅烷的水解设备，其特征在于，

二甲基二氯硅烷的输料管与混合器一连接，混合器一与换热器连接，换热器与气液分离器连接，气液分离器与相分离器一连接；

相分离器一与静态混合器一连接，静态混合器一与相分离器二连接；

相分离器二与静态混合器二连接，静态混合器二与相分离器三连接；

相分离器三与静态混合器三连接，静态混合器三与相分离器四连接；

相分离器四与活性炭过滤器连接，活性炭过滤器与水解物输料管连接。

8.根据权利要求7所述的二甲基二氯硅烷的水解设备，其特征在于，气液分离器经输料管与冷凝器一连接，冷凝器一与冷凝器二连接，冷凝器二与除雾器连接，除雾器与氯化氢气体输料管连接。

9.根据权利要求7所述的二甲基二氯硅烷的水解设备，其特征在于，相分离器一还与混合器一连接；相分离器二经输料管还与静态混合器一连接，具体是相分离器二经输料管与相分离器一至静态混合器一之间的输料管连接；相分离器上还设置有输料管，该输料管上设置有工艺水进料管，该输料管分两路，一路与静态混合器一连接，一路与静态混合器二连接。

10.根据权利要求7所述的二甲基二氯硅烷的水解设备，其特征在于，静态混合器一上还设置有输料管，该输料管与相分离器一至混合器一之间的输料管连接。