CN112920214A - 一种苯基氯硅烷、制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种苯基氯硅烷的制备方法，包括：以氯苯、二氯二氢硅为原料，在催化剂条件下反应生成苯基氯硅烷，经分离后，得到苯基氯硅烷产品。本发明还公开一种苯基氯硅烷的制备装置，包括：反应器，用于使二氯二氢硅和氯苯反应生成苯基氯硅烷；分离器，与所述反应器连接，用于将反应器内生成的苯基氯硅烷分离出来。本发明将多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅作为制备苯基氯硅烷的原料，既解决了多晶硅生产过程中的副产物二氯二氢硅的处理问题，又降低了苯基氯硅烷的生产成本。

Description

一种苯基氯硅烷、制备方法及装置

技术领域

本发明属于有机硅技术领域，具体涉及一种苯基氯硅烷、制备方法及装置。

背景技术

有机硅材料具有如耐高低温、抗氧化、耐辐射、介电性能好、难燃、脱膜、温粘系数小、无毒无味及稳定性好等性能，被广泛应用于航天、航空、汽车、战车、舰船、建筑、电子、电气、纺织、造纸、医疗卫生、食品、日用化学品等领域。

苯基氯硅烷是合成有机硅高分子材料的重要单体之一，常用于硅橡胶、硅油、硅树脂等的生产，用于改善材料的耐热性、耐候性、耐辐射性等性能。尤其是二苯基二氯硅烷具有很高的实用价值，可用于制备二苯基二羟基硅烷、与甲醇进行醇解亲核反应制备DDS(即4,4'-二氨基苯砜)、用于作为硅橡胶的结构控制剂等。

目前，一种常用的制备二苯基二氯硅烷的方法是：采用铜为催化剂，用金属单质硅粉与氯苯进行流化反应制备二苯基二氯硅烷，这种方法的选择性较低，生产成本高。

二氯二氢硅是多晶硅生产过程中产生的副产物，且多晶硅生产过程中需要严格控制三氯氢硅中的二氯二氢硅含量，以保证多晶硅还原炉内三氯氢硅的沉积率。二氯二氢硅性质活泼，易燃易爆，很难进行存储、运输，导致多晶硅生产过程中产生的副产二氯二氢硅很难得到有效利用。目前，一种可选的实施方式是：将多晶硅生产过程产生的二氯二氢硅进行歧化反应，以制备三氯氢硅或硅烷，但是存在反应效率低、能耗高等问题，无法将二氯二氢硅进行高值化利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种苯基氯硅烷、制备方法及装置，将多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅作为制备苯基氯硅烷的原料，既解决了多晶硅生产过程中的副产物二氯二氢硅的处理问题，又降低了苯基氯硅烷的生产成本。

根据本发明的一个方面，提供一种苯基氯硅烷的制备方法，其技术方案如下：

一种苯基氯硅烷的制备方法，包括：以氯苯、二氯二氢硅为原料，在催化剂条件下反应生成苯基氯硅烷，经分离后，得到苯基氯硅烷产品。

优选的是，所述二氯二氢硅为多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅。

优选的是，在将二氯二氢硅和氯苯混合之前，还包括：先将二氯二氢硅加热气化和先将氯苯加热气化。

优选的是，所述二氯二氢硅加热气化的温度为200～300℃，所述氯苯加热气化的温度为80～150℃。

优选的是，所述催化剂为铜、镍、锌、铁、铬、铝、钌及其氯化物中的一种或多种。

优选的是，所述二氯二氢硅和氯苯的体积比为1：(2.5～3.5)。

优选的是，所述反应温度为350～550℃。

本发明提供的苯基氯硅烷制备方法，将多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅作为制备苯基氯硅烷的原料，既解决了多晶硅生产过程中的副产物二氯二氢硅的处理问题，使副产物二氯二氢硅得到高值化利用，又降低了苯基氯硅烷的生产成本。

根据本发明的另一个方面，提供一种苯基氯硅烷的制备装置，其技术方案如下：

一种苯基氯硅烷的制备装置，包括：

反应器，用于使二氯二氢硅和氯苯反应生成苯基氯硅烷；

分离器，与所述反应器连接，用于将反应器内生成的苯基氯硅烷分离出来。

优选的是，所述装置还包括：

第一汽化器，用于将二氯二氢硅气化，并将二氯二氢硅气体输送至反应器；

第二汽化器，用于将氯苯气化，并将氯苯气体输送至反应器。

优选的是，

所述反应器为固定床反应器；

所述第一汽化器采用蒸汽夹套加热；

所述第二汽化器采用电加热器加热；

所述分离器采用冷凝器，用于将苯基氯硅烷冷凝分离。

本发明提供的苯基氯硅烷的制备装置，结构简单，操作简单，可将多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅用作制备苯基氯硅烷的原料，使副产物二氯二氢硅得到高值化利用，有利于实现和多晶硅生产工艺装置进行整合，提高工艺水平，提高综合经济效益。

其次，由于二氯二氢硅得到了利用，可间接降低二氯二氢硅分离成本，且在多晶硅生产过程分离出二氯二氢硅的过程中，由于二氯二氢硅的沸点(8.2℃)与另一种副产物三氯化硼的沸点(12.5℃)相近，分离过程还可以将大部分的三氯化硼杂质排出，可降低多晶硅产品中的硼杂质，提高多晶硅产品品质

根据本发明的又一个方面，提供一种采用以上所述的制备方法所制得的苯基氯硅烷。

附图说明

图1为本发明实施例中苯基氯硅烷的制备方法示意图。

图中：10-反应器；11-第二电加热器；20-分离器；21-液体出口；22-气体出口；30-第一汽化器；31-第一进料管线；40-第二汽化器；41-第二进料管线；42-第一电加热器；50-蒸汽夹套；51-夹套入口；52-夹套出口；60-流量计；70-排净口。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步清楚、完整的描述。

实施例1

本实施例公开一种苯基氯硅烷的制备方法，包括：以氯苯、二氯二氢硅为原料，其中，所述二氯二氢硅原料采用多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅，在催化剂条件下反应生成苯基氯硅烷，经分离后，得到苯基氯硅烷产品。主要反应为：

SiH₂Cl₂+2C₆H₅Cl——→C₁₂H₁₀SiCl₂+2HCl

SiH₂Cl₂+C₆H₅Cl——→C₆H₆SiCl₂+HCl

本实施例中，催化剂为铜、镍、锌、铁、铬、铝、钌及其氯化物中的一种或多种，如采用铜、镍、锌按1:1:1配比组成的催化剂，催化剂的粒度优选为1～3mm。

本实施例中，二氯二氢硅和氯苯的体积比为1：(2.5～3.5)。

本实施例中，反应温度为350～550℃。

需要说明的是，本实施例中的二氯二氢硅原料除了可以来源于多晶硅生产工艺中产生的副产物，也可以是其它任意来源的二氯二氢硅。本实施例方法有利于实现与多晶硅生产工艺的整合，可降低生产成本和减少多晶硅生产过程中的副产物二氯二氢硅的处理成本。考虑到在实际操作中副产物二氯二氢硅中或多或少都含有一定的三氯氢硅，为减少三氯氢硅对本实施例制备方法的影响，本实施例中，优选二氯二氢硅中的三氯氢硅的含量应小于30％。

本实施例还提供一种采用上述制备方法制得的苯基氯硅烷。

如图1所示，本实施例还提供一种用于上述制备方法的苯基氯硅烷的制备装置，包括：

反应器10，用于使二氯二氢硅和氯苯反应生成苯基氯硅烷；

分离器20，与反应器10连接，用于将反应器10内生成的苯基氯硅烷分离出来。

本实施例中将多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅作为制备苯基氯硅烷的原料，既解决了多晶硅生产过程中的副产物二氯二氢硅的处理问题，使副产物二氯二氢硅得到高值化利用，又降低了苯基氯硅烷的生产成本。

实施例2

如图1所示，本实施例公开一种苯基氯硅烷的制备装置，包括：

反应器10，用于使二氯二氢硅和氯苯反应生成苯基氯硅烷；

分离器20，与反应器10连接，用于将反应器内生成的苯基氯硅烷分离出来。

进一步的，本实施例的苯基氯硅烷制备装置还包括：

第一汽化器30，用于将二氯二氢硅气化，并将二氯二氢硅气体输送至反应器10。具体来说，第一汽化器上设有第一进料管线31，用于将多晶硅生产工艺的副产物二氯二氢硅(液体)通入到第一汽化器30。第一汽化器30优选采用蒸汽加热，即在第一汽化器30的外部套设具有能通入高温蒸汽的蒸汽夹套50，第一汽化器30中的二氯二氢硅液体受热后气化。第一汽化器30的气体出口与反应器10连通，且在第一汽化器30的气体出口上设有流量计60，以控制通入到反应器10中的二氯二氢硅气体的量。本实施例中，蒸汽夹套50设有夹套入口51和夹套出口52，其中，夹套入口51优选设有夹套50的上部，用于通入高温蒸汽，夹套出口52优选设于夹套50的下部或底部，用于排出降温后的蒸汽或降温后冷凝产生的液体，通过蒸汽的流通使第一汽化器30的温度保持在80～150℃，以确保二氯二氢硅气化。

第二汽化器40，用于将氯苯气化，并将氯苯气体输送至反应器10。具体来说，第二汽化器上设有第二进料管线41，用于将氯苯通入到第二汽化器40。第二汽化器40优选采用电加热器加热，即第二汽化器40上设有第一电加热器42，第二汽化器40中的氯苯受热后气化，氯苯气体通过管道输送至反应器10。第二汽化器40的气体出口与反应器连通，在第二汽化器40的气体出口上也设有流量计60，以控制通入到反应器中的氯苯气体的量。本实施例中，第一电加热器42的加热温度优选200～300℃，即第二汽化器40的温度优选为200～300℃。

需要注意的是，本实施例的第一汽化器30、第二汽化器40的底部均设有排净口70，以便将第一汽化器30内二氯二氢硅、第二汽化器40内的氯苯全部排出。

本实施例中，反应器10采用固定床反应器，优选为列管式固定床反应器。反应器10也采用电加热器加热，即反应器10上设有第二电加热器11，第二加热器的加热温度为350～550℃。反应器内的压力为1.2～2.0MPa。二氯二氢硅气体和氯苯气体在反应器10中反应生成苯基氯硅烷，得到气体混合物。

本实施例中，分离器20采用冷凝器，冷凝器的入口与反应器的出口连接，反应器中反应得到的气体混合物通入到冷凝器，冷凝器对气体混合物进行冷却，使苯基氯硅烷冷凝为液体并从冷凝器的液体出口21分离出来，未被冷凝的气体从冷凝器的气体出口22排出。本实施例中，冷凝器的温度可以为140～160℃。

本实施例装置可以用于实施例1中的方法制备苯基氯硅烷。

本实施例的苯基氯硅烷的制备装置，结构简单，操作简单，可将多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅用作制备苯基氯硅烷的原料，使副产物二氯二氢硅得到高值化利用，有利于实现和多晶硅生产工艺装置进行整合，提高工艺水平，提高综合经济效益。

其次，由于二氯二氢硅得到了利用，可间接降低二氯二氢硅分离成本，且在多晶硅生产过程分离出二氯二氢硅的过程中，由于二氯二氢硅的沸点(8.2℃)与另一种副产物三氯化硼的沸点(12.5℃)相近，分离过程还可以将大部分的三氯化硼杂质排出，可降低多晶硅产品中的硼杂质，提高多晶硅产品品质。

实施例3

本实施例公开一种采用实施例2中的装置制备苯基氯硅烷的方法，具体步骤如下：

(1)按1：1：1的比例(如各50g)，向固定床反应器(即反应器10)内添加铜、镍、锌作为催化剂，并将固定床反应器加热至400～450℃；

(2)通过第一进料管线31将多晶硅生产过程产生的二氯二氢硅液体通入到第一汽化器30中，并将蒸汽通入到夹套50中将第一汽化器30加热至100～140℃，使二氯二氢硅液体气化；同时，通过第二进料管线41将氯苯通入到第二汽化器40，并启动电加热器60将第二汽化器40加热至220～250℃，使氯苯气化；

(3)将二氯二氢硅气体和氯苯气体通过流量计60按1:2.5的体积比(即流量比)同时通入到压力为1.2～2.0MPa的固定床反应器中，使二氯二氢硅气体和氯苯在铜、镍、锌为催化剂及400～450℃条件下反应生成苯基氯硅烷(包括二苯基二氯硅烷、苯基氯硅烷)；

(4)将反应后得到的气体混合物通入到140～160℃的冷凝器(即分离器20)中进行冷却，使苯基氯硅烷冷凝为液体后从冷凝器的液体出口21排出，从而实现分离，得到苯基氯硅烷产品；未被冷凝的气体(主要是二氯二氢硅、氯苯)从冷凝器的气体出口22排出通入后续工序，进一步冷却分离，进行回收利用。

本实施例得到苯基氯硅烷产品包括二苯基二氯硅烷和苯基二氯硅烷。

进一步的，根据实际需要，可对本实施例制备的苯基氯硅烷产品进行进一步分离，在一些可选的实施方式中，采用精馏，可进一部分离得到高纯度的二苯基二氯硅烷产品和苯基二氯硅烷产品，其中，二苯基二氯硅烷的含量达到50～85％，苯基二氯硅烷可返回到固定床反应器中继续反应生成二苯基二氯硅烷。

实施例4

本实施例公开一种采用实施例2中的装置制备苯基氯硅烷的方法，具体步骤如下：

(1)向反应器10内加入足量的铜(如150g)为催化剂，并启动第二电加热器11将反应器10加热至500℃；

(2)通过第一进料管线31将多晶硅生产过程产生的二氯二氢硅液体通入到第一汽化器30中，并将蒸汽通入到夹套50中将第一汽化器30加热至130℃，使二氯二氢硅液体气化；同时，通过第二进料管线41将氯苯通入到第二汽化器40，并启动第二电加热器42将第二汽化器40加热至275℃，使氯苯气化；

(3)将二氯二氢硅气体和氯苯气体通过流量计60按1:3的体积比(即流量比)同时通入到压力为1.2～2.0MPa反应器10中，使二氯二氢硅气体和氯苯在铜催化剂及500℃条件下反应生成苯基氯硅烷；

(4)将反应后得到的气体混合物通入到150℃的冷凝器(即分离器20)中进行冷却，使苯基氯硅烷冷凝为液体后从冷凝器的液体出口21排出，从而实现分离，得到苯基氯硅烷产品。

本实施例得到苯基氯硅烷产品包括二苯基二氯硅烷和苯基二氯硅烷。

进一步的，根据实际需要，可对本实施例制备的苯基氯硅烷产品进行进一步分离，在一些可选的实施方式中，采用精馏，可分离得到高纯度的二苯基二氯硅烷产品和苯基二氯硅烷产品，其中，苯基二氯硅烷可返回到固定床反应器中继续反应生成二苯基二氯硅烷。

可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种苯基氯硅烷的制备方法，包括：以氯苯、二氯二氢硅为原料，在催化剂条件下反应生成苯基氯硅烷，经分离后，得到苯基氯硅烷产品。

2.根据权利要求1所述的苯基氯硅烷的制备方法，其特征在于，所述二氯二氢硅为多晶硅生产过程中产生的副产物二氯二氢硅。

3.根据权利要求1所述的苯基氯硅烷的制备方法，其特征在于，在将二氯二氢硅和氯苯混合之前，还包括：先将二氯二氢硅加热气化和先将氯苯加热气化。

4.根据权利要求3所述的苯基氯硅烷的制备方法，其特征在于，所述二氯二氢硅加热气化的温度为200～300℃，所述氯苯加热气化的温度为80～150℃。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的苯基氯硅烷的制备方法，其特征在于，所述催化剂为铜、镍、锌、铁、铬、铝、钌及其氯化物中的一种或多种。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的苯基氯硅烷的制备方法，其特征在于，所述二氯二氢硅和氯苯的体积比为1：(2.5～3.5)。

7.根据权利要求1～4任意一项所述的苯基氯硅烷的制备方法，其特征在于，所述反应温度为350～550℃。

8.一种苯基氯硅烷的制备装置，其特征在于，包括：

反应器，用于使二氯二氢硅和氯苯反应生成苯基氯硅烷；

分离器，与所述反应器连接，用于将反应器内生成的苯基氯硅烷分离出来。

9.根据权利要求8所述的苯基氯硅烷的制备装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一汽化器，用于将二氯二氢硅气化，并将二氯二氢硅气体输送至反应器；

第二汽化器，用于将氯苯气化，并将氯苯气体输送至反应器。

10.根据权利要求8～9任意一项所述的苯基氯硅烷的制备装置，其特征在于，

所述反应器为固定床反应器；

所述第一汽化器采用蒸汽夹套加热；

所述第二汽化器采用电加热器加热；

所述分离器采用冷凝器，用于将苯基氯硅烷冷凝分离。

11.一种苯基氯硅烷，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备方法所制得。

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