探究甲基三氯硅烷转化反应及组合工艺研究

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1、浙江大学硕士学位论文甲基三氯硅烷转化反应及组合工艺研究姓名：王雪飞申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：范宏;李伯耿20040301浙江大学硕士论文摘要本文旨在将目前直接法合成甲基氯硅烷单体中产生的副产物甲基三氯硅烷转化成为经济价值高，应用广泛的二甲基二氯硅烷或三甲基氯硅烷。本文分别对甲基三氯硅烷有机铝法转化反应和歧化反应及其组合工艺进行了研究。首先采用固定床反应器对甲基三氯硅烷有机铝法转化反应进行了研究，发现反应温度、反应压力、进料配比、催化体系等因素对反应有较大影响。确定了较佳的工艺条件：采用铝粉(60目)作为氯接收剂，锌、锡为催化剂(Zn，

2、2％；sn，0．5％)，进料氯甲烷／甲基三氯硅烷摩尔比在2．5～3．0之间，反应温度范围为：310～330"C，反应压力为O．06Mpa，甲基三氯硅烷的转化率可达50％以上。本文进一步选用搅拌床反应器进行甲基三氯硅烷有机铝法转化反应。相对于固定床反应工艺，搅拌床反应器能使铝粉表面不断更新，提高了反应活性，实验发现，反应温度、床层高度对反应活性影响较大。甲基三氯硅烷有机铝法转化反应为一个连串反应：甲基三氯硅烷转化为二甲基二氯硅烷，二甲基二氯硅烷继续与甲基氯化铝反应生成三甲基氯硅烷，三甲基氯硅烷最后转化成为四甲基硅烷。研究发现反应产物组成受氯甲烷／甲基三

3、氯硅烷摩尔比的影响较大。当氯甲烷／甲基三氯硅烷摩尔比<1．5时，产物主要为二甲基二氯硅烷和三甲綦氯硅烷，其中二甲基二氯硅烷仨甲基氯硅烷摩尔比约为0．1～O．3，但由于氯甲烷含量过小，甲基三氯硅烷转化率较低，不到60％。提高氯甲烷，甲基三氯硅烷摩尔比>2．5后，甲基三氯硅烷转化率大大提高，可达到80％以上，但产物中二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷收率大大下降，四甲基硅烷含量可达75％以上，同时也降低了氯甲烷反应效率。实验研究确定了较佳的工艺条件：采用60目铝粉作为氯接收荆，不加催化剂，进料氯甲烷／甲基三氯硅烷摩尔比在2．O～2．5之间，反应温度范围：260

4、～290"C，转速在78r／min左右，甲基三氯硅烷转化率可达80％以上，产物中基本没有四甲基硅烷，二甲基二氯硅烷，三甲基氯硅烷摩尔比为0．2～0．4。采用GC--MS对甲基三氯硅烷有机铝法转化反应产物的组成进行了分析，确定了主产物为：甲基三氯硅烷、-rv基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和四甲基硅烷，此外还有甲基二氯硅烷、二甲基氯硅烷和部分碳氢化合物等副产物。对甲基氯硅浙江人学硕士论文烷有机铝法转化反应的反应机理做了初步探讨，建立了甲基三氯硅烷有机铝法转化反应的动力学模型，动力学方程为：，．=2．28×1010e_9984。5仃C甲基三氯硅烷C氯甲烷采用自制

5、的固载AICl3催化剂，采用L16(45)正交实验对甲基三氯硅烷和三甲基氯硅烷间的歧化反应制备二甲基二氯硅烷的各影响因素进行了研究，实验结果表明：催化剂加入量、反应温度对歧化反应的活性影响最大。确定了较佳的工艺条件：搅拌速度为200～250r／min，反应温度300。C，反应时间3h，催化剂加入量3％，反应物配比1：1，二甲基二氯硅烷平均收率可达60．6％。论文进一步研究了将搅拌床反应器内甲基三氯硅烷有机铝法转化反应与固定床反应器内甲基氯硅烷歧化再分配反应相串联的组合工艺。确定了较佳的工艺条件：进料中氯甲烷，甲基三氯硅烷摩尔比为2．1：1，有机铝转化

6、反应温度为250～280℃，歧化反应温度为280～300℃，搅拌釜中搅拌速度为78r／min。研究结果表明，与单独使用搅拌床工艺相比，采用合适的组合工艺可使甲基三氯硅烷转化率进一步提高10％以上，并使主要产物为二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷，二甲基二氯硅烷／Z甲基氯硅烷摩尔比提高至O．5～O．8，产物中基本没有四甲基硅烷。关键词：甲基三氯硅烷、有机铝、歧化反应、固定床、搅拌床、动力学lI浙江大学硕十论文ABSTRACTThepaperisconcemed、析tlltransformingmethyltrichlorosilane(M1)intodime

7、thyldichlorosilane(M2)ortrimethylchlorosilane(M3)．Themethylationandredistributionreactionsofmethyltrichlorosilaneandtheirintegrationtechnologyareinvestigated．ThemethylationreactionsofmethyltrichlorosilaneCanbeoccurredwithmethylchlorideinafixedbedreactorinthepresenceofaluminum，w

8、hichservesasahalogenacceptor．Theoptimumreactionconditi