本发明属于甲基氯硅烷氯化，涉及一种甲基氯硅烷氯化反应器及氯化工艺,具体地说是一种甲基氯硅烷真空热氯化反应器以及以此反应器为主的甲基氯硅烷真空热氯化工艺。
背景技术：
1、通过甲基氯硅烷和氯气进行热氯化或光催化氯化反应可以制备氯甲基硅烷，作为产物的氯甲基氯硅烷的，主要用途是对其进行进一步加工，生产性能优异用途广泛的耐高温的氨基硅烷和含硫硅烷。甲基氯硅烷目前生产工艺主要通过光催化氯化工艺来将其转化为1-氯甲基硅烷，该工艺能获得较高的反应选择性，但对光源和玻璃部件要求高，其高透光性要求受易凝固物料粘附影响难以长时间维持，使设备投资高和并且维护成本高，由于安全风险大和设备结构难题导致难以用该工艺完成大产能生产，使甲基氯硅烷的利用目前在国内主要用于生产低端廉价产品的领域。
2、因目前已有的甲基氯硅烷的热氯化法的条件来自于实验装置测定，但其实验过程存在不利于提高反应选择性的缺陷。虽然反应动力学机理与丙烯热氯化生产一氯丙烯相似，但因为甲基氯硅烷的分子量是丙烯的分子量的四倍使其扩散速度比丙烯慢50％，因此甲基氯硅烷高温热氯化相对于丙烯高温氯化法，氯气浓度高更容易使反应选择性降低。其次其实验装置采用了原料气体先混合后一起升温进入反应启动的模式，也非常不利于提高反应选择性。因此，如何提高甲基氯硅烷的反应选择性以及降低反应能耗，减少生产成本是目前非常受瞩目的问题。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种甲基氯硅烷氯化反应器，以达到提高反应选择性，降低光固化有机硅聚合物，氨基硅油和耐温等级更高的硅橡胶的生产原料成本，实现整个氯化工艺的热循环，减少能量损耗，降低热量成本的目的。
2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
3、一种甲基氯硅烷氯化反应器，采用方形截面和圆筒截面交替混用的高塔式组合体，其中包括混合部、绝热空筒部、换热部和急冷部；
4、混合部的截面为方形截面；混合部包括氯气分配腔，氯气分配腔上端设置有多组进气口，下端设置有分配口；氯气分配腔下端设置有支撑环，支撑环内设置有多组喷管，喷管的位置对应氯气分配腔底部的分配口；喷管的管体与支撑环内壁形成隔热腔；支撑环远离氯气分配腔的一端设置有甲基氯硅烷分配箱，甲基氯硅烷分配箱上端内部与喷管对应位置设置有热屏蔽管，热屏蔽管下端对应设置有气体混合流道，气体混合流道设置于甲基氯硅烷分配箱与绝热空筒部衔接处；甲基氯硅烷分配箱的侧壁开设有进料口，所述热管再热器的甲基氯硅烷出气口与所述进料口连通；甲基氯硅烷分配箱周向的侧壁下方均匀设置有连接法兰；
5、混合部底部设置有截面为圆形的绝热空筒部；
6、绝热空筒部底部设置有截面为方形的换热部，换热部是由多组水平热管换热器并联运行交替布置在反应器四面的组合体，水平热管换热器包括热管元件，热管水平插入反应器内，插入反应器内部为热端，留在反应器外的为冷端；多组水平热管换热器的冷端外部设置有圆形壳体，圆形壳体的两侧分别设置有甲基氯硅烷气入口和甲基氯硅烷气出口；
7、换热部底部设置有截面为圆形的急冷部，用于快速冷却甲基氯硅烷氯化产物。
8、作为本发明的限定，气体混合流道包括多组缩放型流道；缩放型流道的进气端和出气端均为圆锥形，且向流道内部缩口至内径为36mm。
9、作为本发明的进一步限定，缩放型流道的进口端锥角为70～90°，出口端锥角为10～15°。
10、作为本发明的另一种限定，喷管的喷气端至于所述缩放型流道内部中心，其内外径分别为8mm和20mm；喷管的喷射速度为99～140m/s。
11、作为本发明的第三种限定，水平热管换热器至少有4组；所述水平热管换热器其在外周采用圆弧形面板过渡。
12、作为本发明的第四种限定，急冷部外侧周向设置有循环喷淋装置。
13、作为本发明的第五种限定，气体混合流道还可以为多组由七个小流道呈环形紧密排列，且共用一段缓慢扩大的小锥度的初始反应流道，然后多组所述初始反应流道再通过紧密圆环并排方式紧靠布置并光滑过渡融合成为一个大的圆筒反应流道。
14、本发明还提供一种依托于上述反应器的甲基氯硅烷的氯化工艺，具体包括以下步骤：
15、s1：原料预处理：甲基氯硅烷液体通过精馏塔回流汽化处理，液氯利用精馏塔的废热进行汽化处理；
16、s2：氯化反应：将反应器内部抽至真空，随后将高温加热的甲基氯硅烷气体和汽化后获得的冷氯气同时同向通入反应器，在高温条件下在绝热空筒部进行氯化反应，反应结束后，高温气体通过反应器的急冷部进行冷凝液化，形成混合浆液；
17、s3：精馏分离：混合浆液循环进行洗涤精馏，精馏出的气相进行回收精馏，液相进入分离精馏；
18、回收精馏为依次通过真空精馏、常压精馏和脱气精馏，完成氯化反应原料甲基氯硅烷、氯气及氯化氢的回收再利用；
19、分离精馏为通过精馏塔组，分别得到三氯甲基三氯硅烷、二氯甲基三氯硅烷和一氯甲基三氯硅烷。
20、作为本发明的限定，s1中甲基氯硅烷为一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷中的至少一种，其预加热温度为390～450℃；
21、s2中反应器内部的真空环境为绝对压力25～50kpa，甲基氯硅烷和氯气的摩尔比为4～10:1，反应温度为450～500℃，且混合气体在反应器内的反应停留时间为3～4s，混合气体流速为15～20m/s；所述甲基氯硅烷和氯气的摩尔比为4～5:1。
22、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
23、(1)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化工艺，利用甲基氯硅烷沸点较低，分子量大，在高温真空条件下，甲基氯硅烷扩散速度较快，能够和冷氯气快速混合反应。
24、(2)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化工艺，高温热氯化反应过程能在绝对压力25～50kpa的真空下进行，增强了气体甲基氯硅烷的分子扩散能力，同时大幅降低了氯气的浓度，提高了甲基氯硅烷和氯气的反应选择度。
25、(3)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化工艺，控制反应物流动速度在4～20m/s进行绝热反应使剩余低浓度氯气逐渐反应完全，使反应器内不容易发生积碳结焦，有利于使生成氯甲基三氯硅烷的反应选择性达到80～90％。
26、(4)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，采用方形截面和圆筒截面交替混用的高塔式设备组合体，反应器的反应区主流道在靠近混合器区域截面是方形的，但向下流道很快变形过渡到圆筒形主体，然后在下部靠近换热部区，由圆筒形变形重新过渡到方形截面来匹配换热部的形状，从而满足优化各段的传质工况和受力状态的要求，使反应气体在塔体的大流道内维持低压降的平推流反应。
27、(5)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，采用反应区流道截面为小于1200mm*1200mm，若采用更大流道截面则会因高温热膨胀应力过大导致设备容易破坏。
28、(6)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，采用喷管紧凑布置并联运行工艺来强化热甲基氯硅烷气体和冷氯气的快速混合效果，促使绝大部分反应量在混合器中完成来充分降低剩余氯气的浓度。
29、(7)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，采用结构紧凑的热管换热技术，在回收利用高温反应热能时，可避免热应力破坏，使流动阻力最小并且不影响反应，其回收的反应高温热能用来加热过热汽化后的甲基三氯硅烷原料。
30、(8)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，采用对反应器顶部复杂结构体能整体更换的设计，通过连接法兰进行整体更换，降低加工成本，在更换维修过程中，部分部件可以重新利用。
31、(9)本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，通过这种7组小混合部同心圆紧密排列组合体在混合部出口先串联一段锥角10度缓慢扩大的φ180-240mm或φ240-320mm绝热变径圆筒构成一级串联体，然后这种7个一级串联体再采用紧密同心圆平行并排方法紧靠布置并通过在变径圆筒的扩大端通过截面变形成正六边形来相交同向融合流道后再截面变形串联φ720mm或φ960mm的等径绝热长圆筒，而后依次往下连接热管换热部和急冷部后构成反应器的塔体组合结构，继而用此多套反应器塔体并联运行共用洗涤除尘和精馏系统的设计来实现大产能生产。也适用于一甲基三氯硅烷的热氯化工艺用来建造产能14万吨/年以上装置。在一级串联体结构中，每同心圆紧密排列的7混合器φ80mm的氯气分配腔和隔热腔的侧边都采用完整的φ240mm圆筒体，而其甲基氯硅烷气体分配箱侧边采用φ330mm的圆筒体，紧靠并联时此7个φ330mm筒体采用中心距为320mm而形成相切，通过狭腔焊接工艺使7个甲基氯硅烷分配箱在相切处相互联通，采用环形总管对靠外侧的6个分配箱的进气口进气，使甲基氯硅烷气体容易流动均匀分配到各混合部中。
32、综上所述，本发明所涉及的一种甲基氯硅烷氯化反应器，能够显著提高甲基三氯硅烷的反应选择性，提高反应收率，其结构能够有效提高反应效率，降低反应能耗，同时降低设备维护成本。
33、本发明适用于甲基氯硅烷氯化工艺生产，用于工业化甲基氯硅烷氯化生产氯甲基硅烷。
1.一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述反应器是采用方形截面和圆筒截面交替混用的高塔式组合体，其中包括混合部、绝热空筒部、换热部和急冷部；
2.根据权利要求1所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述气体混合流道包括多组缩放型流道；所述缩放型流道的进气端和出气端均为圆锥形，且向流道内部缩口至内径为36mm。
3.根据权利要求2所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述缩放型流道的进口端锥角为70～90°；所述缩放型流道的出口端锥角为10～15°。
4.根据权利要求1所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述喷管的喷气端至于所述缩放型流道内部中心，其内外径分别为8mm和20mm；所述喷管的喷射速度为99～140m/s。
5.根据权利要求1所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述热屏蔽管与所述喷管之间留有间隙，采取不封闭配合。
6.根据权利要求1所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述水平热管换热器至少有4组；所述水平热管换热器其在冷端外周采用圆弧形面板过渡。
7.根据权利要求1所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述急冷部外侧周向设置有循环喷淋装置。
8.根据权利要求1所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器，其特征在于：所述气体混合流道还可以设置为七个环形紧密排列先共用一段小锥度缓慢扩大的初始反应流道，然后所述初始反应流道再通过紧密圆环并排方法紧靠布置并光滑过渡融合成为一个大的圆筒反应流道。
9.一种使用权利要求1～8中任意一项所述的一种甲基氯硅烷氯化反应器的氯化工艺，其特征在于：所述氯化工艺包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的氯化工艺，其特征在于：s1中所述甲基氯硅烷为一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷中的至少一种，其预加热温度为390～450℃；
