一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备制造技术

本发明专利技术公开了一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备，包括竖直设置的圆筒形筒体、上封头和下封头，特点是上封头上设置有合成气出口和放空口，下封头的底部设置有残渣出口，筒体的筒壁下端在接近下封头处设置有内伸至筒体的中心轴并且开口朝下的原料气进口，筒体的内部在靠近原料气进口的上部位置水平设置有均布有若干个分布器喷嘴的分布器支撑板，筒体的筒壁设置有排渣口、硅粉入口，筒体内设置有破泡器和若干个依次连通的旋风分离器，旋风分离器的出口连接合成气出口，旋风分离器的底部开口连接有沉降管，沉降管的出口设置有开关盖板，优点是结构简单、操作方便，可实现连续进料和出料，同时完成气体分布、流化床反应、气固旋风分离、固料沉降再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备
本专利技术涉及一种合成反应的化工设备，尤其是涉及一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备。
技术介绍
三氯氢硅是一种重要的有机硅单体，主要用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成，是生产有机硅烷偶联剂和多晶硅的主要原料。三氯氢硅主要是通过由四氯化硅、氢气和硅粉的气固催化反应而制备得到。氢化方法主要有：热氢化、冷氢化和等离子体氢化。目前除了等离子体氢化技术尚在实验阶段之外，热氢化和冷氢化技术已经实现工业化生产，并各自技术特点衍生改进发展。热氢化技术，主要是以四氯化硅和氢气为原料，经过1200℃～1300℃的石墨发热体加热，进行还原反应生成三氯氢硅。热氢化技术的优势是：气相反应，连续运行，装置单一，易操作和控制，维修量小；氢化反应不加硅粉，后续的精镏提纯工艺较简单，提纯工作量小。主要不足之处是：转化率低，连续稳定生产的STC转化率在15%～20%之间；反应是电氢化还原反应，温度高，电耗高，单耗指标为≤2.2～3.2(kW·h)/kg(TCS)。冷氢化技术，主要是采用催化剂，在温度为400℃～800℃，压力为2MPa～4MPa条件下，硅粉、氢气与四氯化硅经过流化床反应生成三氯氢硅。冷氢化技术的优势是：STC转化率为22％以上；反应温度低，电耗低，单耗指标为≤1(kW·h)/kg(TCS)。主要不足之处是：气固反应，操作压力较高，对设备的密封要求很高，操作系统较复杂；氢化反应加入硅粉，有硼磷及金属杂质带入，提纯工作量大，增加精馏提纯费用。综上比较，二者各有优缺点，但低温高压冷氢化技术耗电量低，在节能减排、降低成本方面具有一定的优势。现有的冷氢化法制备三氯氢硅的设备：1.设备采用间隔进料，无法完成连续进料和出料，也增加了设备的疲劳程度；设备气固旋风分离装置分离效果差，无法达到固料的完全沉降，需要在设备外面设置分离装置，增加了工艺的复杂程度；设备底部沉积硅粉，形成硅粉气流，严重冲刷腐蚀设备内壁，造成设备安全隐患；设备流化床反应段的气固相上升形成气泡，没有设置有效的破泡装置，致使气泡扰动造成床层频繁波动而影响反应效率等等。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便，可实现连续进料和出料，同时完成气体分布、流化床反应、气固旋风分离、固料沉降再利用功能的冷氢化法制备三氯氢硅的设备。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备，包括一个竖直设置的圆筒形筒体，所述的筒体的顶部设置有椭圆形的上封头，所述的筒体的底部设置有椭圆形的下封头，所述的上封头上设置有合成气出口和放空口，所述的下封头的底部设置有残渣出口，所述的筒体的筒壁下端在接近所述的下封头处设置有原料气进口，所述的原料气进口内伸至所述的筒体的中心并且开口朝下，所述的筒体内在靠近所述的原料气进口的上部位置水平设置有分布器支撑板，所述的分布器支撑板上均布有若干个分布器喷嘴，所述的分布器喷嘴的喷射方向向下，所述的筒体的筒壁在所述的分布器支撑板上表面齐平处设置有排渣口，所述的筒体的筒壁在所述的排渣口上部设置有硅粉入口，所述的筒体内在靠近所述的硅粉入口的上部位置水平设置有4-10层破泡器，所述的筒体内的上部设置有若干个依次连通的旋风分离器，所述的旋风分离器的出口连接所述的合成气出口，所述的旋风分离器的底部开口连接有沉降管，所述的沉降管的出口靠近最上端所述的破泡器的上部，所述的沉降管的出口设置有可打开和闭合的开关盖板。所述的分布器喷嘴为上端封闭且下端开口的圆柱形壳体，所述的分布器喷嘴的筒体中部水平均布有若干个喷射口，所述的喷射口的喷射方向向下倾斜且其喷射方向与垂直方向夹角为35°～60°。原料气通过喷嘴形成喷射气流，喷射方向向下可以避免分布器支撑板3上物料堆积造成烧结，且能使喷出的原料气分布均匀。所述的分布器喷嘴的上端设置有外六角卡口，可使用普通扳手进行装卸，方便操作。所述的分布器喷嘴的下端设置有外螺纹，与所述的分布器支撑板之间采用螺纹连接，便于更换。所述的破泡器内设置有若干区块用于控制气流方向的破泡板，所述的破泡板与垂直方向夹角为40°～50°，左右相邻区块所述的破泡板的朝向以及上下相邻层所述的破泡板的朝向均交错分布。使反应阶段气固相上升的气泡破裂，避免由于气泡扰动造成床层频繁波动而影响反应效率，相邻区块、相邻层破泡板朝向均交错分布，使左右上下气流方向均交错分布，提高了气泡破裂效率。所述的破泡器的四周设置有定位板，所述的定位板与所述的筒体的内壁通过紧固件固定连接。方便更换和拆装。所述的筒体内的上部设置有4个依次串联的旋风分离器，最前端所述的旋风分离器的进口设置喇叭形扩口，最后端所述的旋风分离器的出口连接所述的合成气出口。所述的旋风分离器的外壁上设置有支耳，所述的筒体内壁上设置有旋风分离器支架，所述的支耳通过紧固件固定连接在所述的旋风分离器支架上。方便更换和拆装。所述的沉降管与所述的筒体的内壁通过若干个加强筋固定连接，所述的加强筋一端通过紧固件与所述的沉降管连接且其另一端通过紧固件与所述的筒体的内壁连接。所述的沉降管的底部开口水平设置，所述的开关盖板纵向覆盖所述的沉降管的底部开口，所述的开关盖板的上端通过销轴与所述的沉降管活动连接，所述的开关盖板的下端为可打开和闭合的自由端。所述的上封头上分别设置有若干个仪表口、人孔和检查孔，所述的筒体上设置有支座。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、原料气进口设置在筒体下方，且在筒体内开口朝下，这样容器底部受到气流冲刷不会产生物料堆积，同时也避免残渣沉积导致进口堵塞；2、原料气进口上方设置分布器喷嘴，喷嘴出口向下倾斜与垂直方向夹角为35°～60°，这样喷嘴下方不会产生物料堆积死区造成烧结，且能使喷出的原料气分布均匀；3、分布器支撑板上表面齐平处设置排渣口，能定期清空残渣；4、硅粉进口在喷嘴上方，这样能使硅粉与喷射均匀的原料气瞬间就进行流化反应；5、在流化反应段设置破泡器，这样能使反应阶段气固相上升的气泡破裂，避免由于气泡扰动造成床层频繁波动而影响反应效率；6、筒体内部设置旋风分离器，旋风分离器下端设置较长的沉降管，流化反应产物经过旋风分离器气固分离，分离出来气相从合成气出口出去，分离出来的固相物料经过沉降再次进入流化反应段参与反应，这样不仅能使气固相分离在设备内部进行，提高容器多功能一体化，简化操作程序，而且提高物料的利用率；7、多个旋风分离器串联，这样能提高分离效果，降低旋风分离器合成气出口的固相夹杂；8、沉降管出口设置开关盖板，自动闭合状态，这样可以防止反应阶段上升的气固相通过沉降管进入旋风分离器，分离出来的固相物料在沉降管积累一定量时，开关盖板打开排放沉降的固相物料；9、分布器喷嘴采用螺纹连接、破泡器和旋风分离器采用紧固件固定，这样能方便易损件更换，提高容器使用寿命降低成本。附图说明图1为本专利技术冷氢化法制备三氯氢硅的设备的结构示意图；图2为本专利技术分布器喷嘴的结构示意图；图3为图2的A-A截面结构示意图；图4为图2的B-B截面结构示意图；图5为本专利技术破泡器的正视图；图6为本专利技术破泡器的俯视图；图7为本专利技术旋风分离器的布置俯视图；图8为本专利技术旋风分离器的连接展开图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。具体实施例一种冷氢化法制备三氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备，包括竖直设置的圆筒形筒体，所述的筒体的顶部设置有椭圆形的上封头，所述的筒体的底部设置有椭圆形的下封头，其特征在于：所述的上封头上设置有合成气出口和放空口，所述的下封头的底部设置有残渣出口，所述的筒体的筒壁下端在接近所述的下封头处设置有原料气进口，所述的原料气进口内伸至所述的筒体的中心并且开口朝下，所述的筒体内在靠近所述的原料气进口的上部位置水平设置有分布器支撑板，所述的分布器支撑板上均布有若干个分布器喷嘴，所述的分布器喷嘴的喷射方向向下，所述的筒体的筒壁在所述的分布器支撑板上表面齐平处设置有排渣口，所述的筒体的筒壁在所述的排渣口上部设置有硅粉入口，所述的筒体内在靠近所述的硅粉入口的上部位置水平设置有4‑10层破泡器，所述的筒体内的上部设置有若干个依次连通的旋风分离器，所述的旋风分离器的出口连接所述的合成气出口，所述的旋风分离器的底部开口连接有沉降管，所述的沉降管的出口靠近最上端所述的破泡器的上部，所述的沉降管的出口设置有可打开和闭合的开关盖板。

【技术特征摘要】
1.一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备，包括竖直设置的圆筒形筒体，所述的筒体的顶部设置有椭圆形的上封头，所述的筒体的底部设置有椭圆形的下封头，其特征在于：所述的上封头上设置有合成气出口和放空口，所述的下封头的底部设置有残渣出口，所述的筒体的筒壁下端在接近所述的下封头处设置有原料气进口，所述的原料气进口内伸至所述的筒体的中心并且开口朝下，所述的筒体内在靠近所述的原料气进口的上部位置水平设置有分布器支撑板，所述的分布器支撑板上均布有若干个分布器喷嘴，所述的分布器喷嘴的喷射方向向下，所述的筒体的筒壁在所述的分布器支撑板上表面齐平处设置有排渣口，所述的筒体的筒壁在所述的排渣口上部设置有硅粉入口，所述的筒体内在靠近所述的硅粉入口的上部位置水平设置有4-10层破泡器，所述的筒体内的上部设置有4个依次串联连通的旋风分离器，最前端所述的旋风分离器的进口设置喇叭形扩口，最后端所述的旋风分离器的出口连接所述的合成气出口，所述的旋风分离器的底部开口连接有沉降管，所述的沉降管的出口靠近最上端所述的破泡器的上部，所述的沉降管的出口设置有可打开和闭合的开关盖板，所述的分布器喷嘴为上端封闭且下端开口的圆柱形壳体，所述的分布器喷嘴的筒体中部水平均布有若干个喷射口，所述的喷射口的喷射方向向下倾斜且其喷射方向与垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏良苗，刘明亮，梁正，柴新刚，张艾民，郭仁君，周祥光，陈雷，王采蓓，
申请(专利权)人：中国化学赛鼎宁波工程有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33