Способ приготовления контактной массы для прямого синтеза метилхлорсиланов в кипящем слое
Сущность изобретения: продукт - контактная масса из кремния, медного катализатора и промторов. Готовят смешением и измельчением вышеуказанных компонентов в потоке газа, выносящего измельченную смесь в реактор, с размером частиц компонентов, удовлетворяющих соотношению 
, где Di - размеры частиц исходного компонента контактной массы, мм; dSi - диаметр частиц кремния на выходе из мельницы, заданный условиями технологии, мм; 
Si - плотность кремния; i - плотность компонента контактной массы; С - постоянная, равная 200. Характеристика: увеличенные активность и селективность контактной массы и повышение безопасности процесса.
Изобретение относится к способам приготовления контактной массы (КМ) для синтеза метилхлорсиланов на основе порошков кремния, меди как катализатора, промоторов и может быть использовано в кремнийорганической отрасли в области синтеза органохлорсиланов. Известен способ приготовления КМ для синтеза метилхлорсиланов, в котором соответствующая смесь порошков, взятая в определенном соотношении компонентов, расплавляется в плавителе с последующей подачей расплава на вращающиеся водоохлаждаемые валки [1] Полученный полуфабрикат в виде пластин подвергают измельчению. Одним из недостатков этого метода является потребление большого количества энергии и взрывоопасность. Существует также способ приготовления КМ для синтеза органохлорсиланов путем смешения порошков ферросилиция, предварительно активированного в вибромельнице, с медным катализатором [2] Недостатком данного способа является то, что операции активации КМ в вибромельнице и смешение катализатора, носят периодический характер. Кроме того, происходит переизмельчение КИ с уменьшением среднего размера частиц до 20 мкм, что ухудшает работу реактора синтеза. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ приготовления КМ, заключающийся в совместном шаровом помоле кремния, катализатора и промоторов [3] Однако указанный способ приготовления КМ имеет ряд недостатков. Известно, что для ведения процесса синтеза метилхлорсиланов с наиболее высокими показателями конверсии и селективности необходимо равномерное распределение элементов контактной массы по высоте реактора. В промышленных реакторах скорость ожижающего агента рассчитывается по скорости кипения основного компонента КМ-кремния полидисперсного состава. Но составляющие КМ элементы по своей природе различны по таким важным физическим характеристикам, как плотность, твердость, форма частиц и др. Эти различия и обуславливают различия в скоростях "кипения" и витания каждого из компонентов. В силу этого в действующих реакторах большая часть мелких фракций КМ с более низкой плотностью, чем кремний, выносятся из реактора в процессе тепловой подготовки или в самом начале процесса синтеза, не участвуя в химических превращениях. А крупные фракции компонентов с высокой плотностью оседают на дне реактора и тоже как бы отключаются от реакционной зоны. Таким образом, нарушается гомогенность (однородность) КМ по объему реактора, что приводит к снижению производительности процесса, а также к изменению его селективности из-за отсутствия стабильности в температурных полях в реакторе. Потери контактной массы достигают до 30 35% Целью изобретения является получение контактной массы в определенных весовых соотношениях компонентов с увеличенными активностью и селективностью, а, также повышение безопасности способа. Поставленная цель достигается тем, что контактную массу для прямого синтеза метилхлорсиланов в кипящем слое приготавливают путем совместного измельчения и смешения компонентов кремния, катализатора на основе меди и промоторов в шаровой мельнице в газовом потоке, выносящем измельченную смесь в реактор с использованием исходных компонентов с размерами частиц, удовлетворяющими соотношению 
где Di размеры частиц исходных компонентов контактной массы, мм; dSi диаметр частиц кремния на выходе из мельницы, задаваемый технологическим регламентом, мм; Si плотность кремния, кг/м3; i плотность компонента в контактной массе, кг/м3; C постоянная равная 200, при других его значениях равенство скоростей витания частиц компонентов контактной массы нарушается. Константа С не связана с конкретными размерами или формой реактора. Таким образом, по заданной величине размера частиц кремния на выходе из шаровой мельницы с помощью указанной формулы определяют исходные размеры частиц всех компонентов КМ, подаваемых для совместного измельчения в зону помола мельницы. В результате этого операции все исходные частицы компонентов дробятся и выносятся в реактор в строгом соответствии с дозировкой в помольную камеру, с одинаковой парусностью, т.е. все компоненты в строгом соотношении будут вынесены из камеры измельчения движущим потоком газа в реактор и обеспечатся условия однородности состава КМ в кипящем слое в реакторе. Например, пусть необходима рабочая фракция кремния, установленная технологическим регламентом (кремний, подаваемый в реактор), -0,5 мм, тогда размер частиц исходных компонентов КМ, подаваемых в шаровую мельницу, будет равен
кремний 
медь DCu 26 мм,
алюминий DAl 80 мм,
сурьма 
В результате совместного помола будут получены частицы кремния 0,5 мм, меди 0,233 мм, алюминия 0,400 мм, сурьмы 0,317 мм. Все полученные частицы обладают одинаковой "парусностью" и будут направляться газовым потоком при скорости 2,1 м/с в реактор в тех же соотношениях, в каких дозировались исходные компоненты в мельницу. Полученная смесь сохраняет однородность состава по всей высоте слоя в реакторе из-за равенства скоростей витания частиц компонентов в отличие от существующих производств, где указанные пропорции труднодостижимы и, как правило, происходит расслоение контактной массы по плотностям. Скажем, самый плотный компонент из состава КМ медь находится всегда в нижней части реактора. Эффект, описываемый нами, оказался неожиданным, ранее не достигался. Другим неожиданным эффектом контактной массы рассматриваемого способа приготовления оказался тот факт, что с изменением скорости движения газового потока становится возможным получать ту же самую смесь с точки зрения весовых соотношений в соответствии с дозированием в мельницу исходных компонентов, но уже с новыми размерами частиц. Поскольку из камеры измельчения помольной установки выносится уже готовая контактная масса в нужных пропорциях компонентов по весу и диаметрам частиц, то отпадает необходимость аппарата-сепаратора в общей схеме установки измельчения. П р и м е р 1. Подготовку контактной массы для синтеза диметилдихлорсиланов проводят в смесителе периодического действия следующего состава: кремний (96,9 мас.), валкового помола фракции 0500, катализатор на основе меди (3 мас.) электролитического осаждения, промоторы алюминий (0,02 мас.) и сурьма (0,003 мас.), полученных пневмораспылением. В результате применения полученной контактной массы в синтезе в реакторе с кипящим слоем получают следующие результаты: выход ДМДХС составил 59% потери контактной массы в синтезе 35%
П р и м е р 2. Проводят приготовление контактной массы в шаровой мельнице в проходящем газовом потоке для синтеза ДМДХС. Исходные материалы:
1) кремний молотый с размерами частиц около 100 мм (96,9 мас.),
2) сурьма куски размерами около 35 мм (0,003 мас.),
3) медь пластины эквивалентным диаметром около 28 мм (3 мас.),
4) алюминий пластины эквивалентным диаметром около 86 мм (0,02 мас.). Средняя скорость газового потока (азотовоздушная смесь содержанием кислорода 8%) в зоне измельчения мельницы составила 2,1 м/с. При указанных параметрах газового потока получают контактную массу фракционного состава (в мм): по кремнию 0,500, меди 0,135, сурьме 0,200, алюминию около 0,400, применение которой в синтезе приводит к следующим показателям: выход ДМДХС 76% потери контактной массы в синтезе 29%
П р и м е р 3. В зоне измельчения проходной шаровой мельницы устанавливают среднюю скорость газового потока 1,6 м/с, при которой по расчетам должна выносится кремний фракционного состава 0,140. Исходя из этих условий расчитывают размеры частиц исходных компонентов контактной массы вводимых в зону измельчения, исходные компоненты контактной массы приготавливают следующих размеров частиц: кремний диаметром около 30 мм, медь 8 мм, сурьма 10 мм, алюминий 24 мм. Весовые соотношения оставляют, как в примере 2. В результате измельчения получают контактную массу фракционного состава (в мм) по кремнию диаметром частиц 0,140, меди 0,038, сурьме 0,050, алюминию 0,120, применение которой в реакторе синтеза с кипящим слоем приводит к следующим показателям синтеза: выход ДМДХС 84% потери контактной массы в синтезе 12%
Следует отметить, что сравнение двух последних примеров с первым показывает высокую эффективность предлагаемого способа. При изменении параметров скорости газового потока и изменении фракционного состава кремния происходит перераспределение размеров частиц других компонентов КМ в таких соотношениях с кремнием, что скорость вывода их из камеры и витания становятся равными автоматически. За базовый объект [3] принят способ получения контактной массы, осуществляемый путем измельчения кремния в шаровой мельнице с последующим смешением молотого кремния с дисперсными катализатором и промоторами в реакторе с кипящим слоем в процессе тепловой подготовки и синтеза. Использование предлагаемого способа приготовления контактной массы для прямого синтеза метилхлорсиланов в кипящем слое по сравнению с базовым объектом обеспечивает следующие преимущества: 1) контактная масса получается с заданными соотношениями компонентов по массе и размерам частиц, исключена необходимость раздельного помола каждого из компонентов последующим смешением их в смесителе, что позволяет исключить из схемы помольной установки сепаратор, 2) повышается производительность, селективность процесса синтеза, степень конверсии кремния и хлорметала, растет выход целевого продукта, намного снижаются потери сырья, 3) повышается производительность стадии подготовки КМ, снижаются энергозатраты, улучшаются условия труда.
Формула изобретения
где Di размеры частиц исходных компонентов контактной массы, мм;
dSi диаметр частиц кремния на выходе из мельницы, заданный условиями технологии, мм;
Si плотность кремния, кг/м3;i плотность компонентов контактной массы, кг/м3;С постоянная, равная 200.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 04.06.2003
Извещение опубликовано: 10.10.2004 БИ: 28/2004
