專利名稱：一種經(jīng)氟硅酸鈉制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生四氟化 硅氣體，然后四氟化硅醇解制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法，尤其是對磷肥企業(yè)副產(chǎn) 的氟硅酸鈉進行氟、硅資源高效率和高效益綜合利用的方法。
背景技術(shù)：
目前磷肥企業(yè)對氟硅酸鈉下游產(chǎn)品的開發(fā)主要集中在利用氟硅酸鈉生產(chǎn)人造冰 晶石、氟化鈉和白炭黑等傳統(tǒng)產(chǎn)品。生產(chǎn)人造冰晶石有三種方法1)硫酸鋁-食鹽法；2)鋁 酸鈉法；3)碳酸化法。這三種方法第一步都是用氨水或純堿將氟硅酸鈉中的氟與硅分離，硅 轉(zhuǎn)化為硅膠，不能有效利用。生產(chǎn)氟化鈉一般是用氟硅酸鈉與燒堿或者純堿反應(yīng)，與燒堿反 應(yīng)得到的氟化鈉產(chǎn)品總是會吸附著約10%的水玻璃，必須用燒堿或氫氟酸洗滌，洗水難以 處理；與純堿反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，得到的氟化鈉與硅膠采用重力分離效果有限，氟化鈉損失 較大，而且產(chǎn)品中總是有可溶性的SiO2, —般都得用燒堿洗滌，“三廢”處理負荷較大，環(huán)境 效益差。生產(chǎn)白炭黑都是用氨水將氟硅酸鈉氨化得到，由于氟硅酸鈉在水中的溶解度很低， 氨化制備白炭黑的過程始終處于多相反應(yīng)體系，即沉淀二氧化硅膠粒析出與長大是在多相 體系中進行的，選擇和控制工藝條件對白炭黑產(chǎn)品的純度、結(jié)構(gòu)和性能十分關(guān)鍵。因此，得 到性能優(yōu)異的白炭黑產(chǎn)品是不容易的。以上所述是磷肥企業(yè)對氟硅酸鈉下游產(chǎn)品開發(fā)的傳 統(tǒng)工藝和產(chǎn)品狀況，無論采用何種工藝路線，均存在如下弊端對于硅資源的綜合利用附加 值低，經(jīng)濟效益低下；各種工藝路線都會產(chǎn)生“三廢”污染，不能循環(huán)利用?？偠灾?，目前 磷肥企業(yè)對氟硅酸鈉下游產(chǎn)品的開發(fā)未能做到高效率和高效益綜合利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種利用磷肥企業(yè)低價值副產(chǎn)物 氟硅酸鈉制備高附加值的正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品，且過程中不會產(chǎn)生難以處理的廢 棄物，高效地利用磷肥企業(yè)中副產(chǎn)的氟硅酸鈉制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法。本發(fā)明所述的經(jīng)氟硅酸鈉制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法，其方法如下
a.氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)得到四氟化硅和氟化氫氣體，反應(yīng)溫度控制在80-300°C之
間；
b.步驟a產(chǎn)生的四氟化硅與氟化氫氣體經(jīng)過預(yù)處理；
c.預(yù)處理后的四氟化硅氣體，通入裝有無水乙醇并帶有攪拌的醇解反應(yīng)器中；
d.控制步驟c中醇解反應(yīng)器中四氟化硅與無水乙醇的摩爾比在1:3.5-4. 5之間，反應(yīng) 溫度在25-130°C之間，壓力控制在200mbar-lbar之間進行醇解反應(yīng)；
e.控制醇解反應(yīng)器中的反應(yīng)時間在20-130min之間；
f.通過氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)以及四氟化硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟
化氫產(chǎn)品；
步驟b所述的預(yù)處理為嚴格脫水、除塵、凈化分離。
3
本發(fā)明所述的一種經(jīng)氟硅酸鈉制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法，氟硅酸鈉與 濃硫酸在溫度為80-300°C之間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物為四氟化硅和氟化氫氣體，兩種氣體嚴格脫 水、除塵、凈化分離后；四氟化硅氣體通入裝有無水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，發(fā)生醇解 反應(yīng)。四氟化硅與無水乙醇的摩爾比控制在1:3. 5-4. 5之間。控制醇解反應(yīng)器中的反應(yīng)溫 度在25°C至130°C之間，壓力控制在200mbar至Ibar之間進行醇解反應(yīng)；反應(yīng)時間控制在 20-130min之間，通過四氟化硅和乙醇發(fā)生醇解反應(yīng)得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。本發(fā)明所述的正硅酸乙酯和無水氟化氫的制備方法，正硅酸乙酯的化學結(jié)構(gòu)式如 下
OCii2Cii-,
CH3CH2O丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨一丨丨丨丨丨丨丨丨丨Si^— OCH2CH3
OCH2CH2
本發(fā)明所述的正硅酸乙酯和無水氟化氫的制備方法，是利用氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)得 到四氟化硅和氟化氫氣體、兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體和乙醇發(fā) 生醇解反應(yīng)制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法。本發(fā)明的原理可根據(jù)下列反應(yīng)方程式及技術(shù)路線圖來進行描述和說明 氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)
Na2SiF6 + H2SO4 — Na2SO4 + SiF4 ^ + IHF *
當四氟化硅用無水乙醇來吸收時，醇解反應(yīng)如下
SlF4 + "K12H5OH — K12H5O I4Si + 4HF ■
本發(fā)明具有極大的創(chuàng)新性，其突出優(yōu)點就是它的經(jīng)濟和環(huán)境價值。本發(fā)明的經(jīng)濟價值 在于延伸了磷肥企業(yè)低價值副產(chǎn)物氟硅酸鈉的產(chǎn)業(yè)鏈，將氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)得到四氟 化硅和氟化氫氣體、四氟化硅氣體和無水乙醇進行醇解反應(yīng)，制備正硅酸乙酯和無水氟化 氫兩種高附加值產(chǎn)品，使磷肥企業(yè)特有的氟、硅資源得到了充分、高效的利用。本發(fā)明的環(huán)境價值在于為磷肥企業(yè)提供了一種有別于傳統(tǒng)氟、硅資源利用的環(huán)境 友好型創(chuàng)新工藝方法，氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)、醇解四氟化硅氣體，兩步直接生產(chǎn)高附加值 正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品，避免了傳統(tǒng)工藝路線產(chǎn)生的大量廢水廢渣和高能耗等問 題，環(huán)境負荷較小，環(huán)境效益較高。本發(fā)明的創(chuàng)新工藝方法可采用現(xiàn)有的技術(shù)、并且經(jīng)過大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)驗證的單元 設(shè)備來實施和實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明所述方法的技術(shù)路線圖。
具體實施例方式本發(fā)明所述的正硅酸乙酯和無水氟化氫的制備方法將在下述實施例中加以詳細 說明，但不限于實施例。實施例1
在80°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得 到氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝 有無水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在900-1000mbar之間，控制溫度在 25-30 V之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1 4. 1，反應(yīng)時間控制在25-30min之間，通 過四氟化硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。實施例2
在120°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得 到氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝 有無水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在900-1000mbar之間，控制溫度在 35-40°C之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1:4. 1，反應(yīng)時間控制在20-25min之間，通 過四氟化硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。實施例3
在160°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得 到氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝 有無水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在200-300mbar之間，控制溫度在 115-120°C之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1:4. 4，反應(yīng)時間控制在125-130min之 間，通過四氟化硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。實施例4
在200°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得 到氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝 有無水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在200-300mbar之間，控制溫度在 125-130°C之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1:4. 2，反應(yīng)時間控制在110-120min之 間，通過四氟化硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。實施例5
在240°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到 氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝有無 水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在600-700mbar之間，控制溫度在45_50°C 之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1:4. 1，反應(yīng)時間控制在40-50min之間，通過四氟化 硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。實施例6
在270°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到 氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝有無 水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在600-700mbar之間，控制溫度在55_60°C 之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1:4. 3，反應(yīng)時間控制在30-40min之間，通過四氟化
5硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。
實施例7
在300°C溫度條件下，將IOOOg氟硅酸鈉與等量的濃硫酸加入反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，得到 氟化氫和四氟化硅氣體。兩種氣體嚴格脫水、除塵、凈化分離后，四氟化硅氣體通入裝有無 水乙醇帶攪拌的醇解反應(yīng)器中，通入的壓力控制在300-400mbar之間，控制溫度在70-75°C 之間、四氟化硅與無水乙醇的摩爾比為1 4. 3，反應(yīng)時間控制在50-60min之間，通過四氟化 硅醇解反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種經(jīng)氟硅酸鈉制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法，其特征在于，其步驟為a. 氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)得到四氟化硅和氟化氫氣體，反應(yīng)溫度控制在80 300℃之間；b. 步驟a產(chǎn)生的四氟化硅和氟化氫氣體經(jīng)預(yù)處理；c. 預(yù)處理后的四氟化硅氣體，通入裝有無水乙醇并帶有攪拌的醇解反應(yīng)器中；d. 控制步驟c中醇解反應(yīng)器中四氟化硅與無水乙醇的摩爾比在1:3.5 4.5之間，反應(yīng)溫度在25 130℃之間，壓力控制在200mbar 1bar之間進行醇解反應(yīng)；e. 控制醇解反應(yīng)器中的反應(yīng)時間在20 130min之間；f.反應(yīng)最終得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正硅酸乙酯和無水氟化氫的制備方法，其特征在于，步驟b所 述的預(yù)處理為嚴格脫水、除塵、凈化分離。
全文摘要
一種經(jīng)氟硅酸鈉制備正硅酸乙酯和無水氟化氫的方法涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的步驟為a.氟硅酸鈉與濃硫酸反應(yīng)得到四氟化硅和氟化氫氣體；b.步驟a產(chǎn)生的四氟化硅和氟化氫氣體經(jīng)預(yù)處理；c.預(yù)處理后的四氟化硅氣體，通入醇解反應(yīng)器中；d.控制醇解反應(yīng)器中四氟化硅與無水乙醇的摩爾比、反應(yīng)溫度、壓力進行醇解反應(yīng)；e.控制醇解反應(yīng)器中的反應(yīng)時間；f.得到正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品。本發(fā)明為磷肥企業(yè)提供了一種有別于傳統(tǒng)氟、硅資源利用的環(huán)境友好型創(chuàng)新工藝方法，兩步直接生產(chǎn)高附加值正硅酸乙酯和無水氟化氫產(chǎn)品，避免了傳統(tǒng)工藝路線產(chǎn)生的大量廢水廢渣和高能耗等問題，環(huán)境負荷較小，環(huán)境效益較高。
文檔編號C01B7/19GK101974025SQ20101050424
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者吳立群, 張宗凡, 楊亞斌, 梁雪松, 王汝春, 肖勇 申請人:云南省化工研究院