【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体涉及一种多相催化反应装置和系统。
技术介绍
1、在多晶硅的生产中，三氯氢硅(tcs)、氢气和硅粉在还原炉中进行还原反应生成多晶硅棒。由于转化率较低以及副反应的发生，未参与反应的三氯氢硅、氢气以及副反应产生的二氯二氢硅(dcs)、四氯化硅(stc)一起进入到尾气回收系统。此外，在四氯化硅通过冷氢化工段转化为三氯氢硅的过程中也会产生部分二氯二氢硅。
2、为了降低多晶硅生产过程中的硅耗，目前行业中普遍采用反歧化方法实现二氯二氢硅物料的回收利用，即通过将四氯化硅和二氯二氢硅通入到装载催化剂的固定床反应器中进行反应，转化为三氯氢硅后再次进入到还原炉中，从而大大降低了多晶硅生产过程中的硅耗，实现了全流程二氯二氢硅的循环利用。也有一些工艺是采用流化床反应器实现上述反歧化方法，比如，专利cn104760959b公开了一种反歧化法制备三氯氢硅的工艺，通过将气态的二氯二氢硅和液态的四氯化硅送入到装载表面活性型树脂催化剂的流化床中进行反应，但是，其采用的流化床反应器至少存在如下几个问题：(1)气液物料是直接混合进入到反应器床层，会导致气液混合不均，反应转化率偏低；(2)催化剂的装填量较大，反应器整体的持液量较大，氯硅烷物料易燃易爆，装置的本质安全性较低；(3)物料存在多次冷却加热过程，整体能量损失较大。
3、此外，目前工业过程中采用反歧化法制备三氯氢硅主要是通过提高反应的压力来强化气液传质过程进而实现反应效率的提高，但是，其气液传质效果仍然不够理想，导致往往需要通过延长停留时间来提高转化率，这也使得反应器的体积较
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种多相催化反应装置和系统，可以极大地强化气液传质过程，实现气液相物料的高效混合，提高反应效率，降低反应装置持液量，提高本质安全性，同时实现能量高效利用，可应用于气液固多相催化反应，尤其是反歧化法制备三氯氢硅，具有非常重要的实际应用价值。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
3、根据本专利技术的一个方面，提供一种多相催化反应装置和系统，包括壳体、反应模块、气液混合模块以及电机；
4、所述壳体具有容纳腔室，其底部设有气液进料机构，其顶部设有气液出口；
5、所述反应模块固设于壳体上，其内填装有催化剂，用于提供多相催化反应场所；
6、所述气液混合模块设于所述壳体内，并处于反应模块的下方，其内部填装有纳微结构填料，其外缘与壳体之间设有间隙，且外缘上开设若干孔道，电机设于壳体外，电机的输出端与壳体内的气液混合模块连接，
7、电机用于带动气液混合模块及其内部的纳微结构填料进行高速旋转，气液混合模块用于通过高速旋转使气体进料在液体进料中被纳微结构填料剪切破碎成纳微气泡群后再进入反应模块进行多相催化反应。
8、优选的是，所述纳微结构填料为ptfe填料、金属丝网填料、树脂填料或泡沫镍填料。
9、优选的是，所述气液进料机构包括总进料管线、液体进口和气体进口，所述总进料管线与所述壳体内部连通，所述液体进口和所述气体进口均设于所述总进料管线上，且液体进口与总进料管线的中心线一致，气体进口与总进料管线中心线垂直设置，以便利用液体进料的初始动能对气体进料进行粗分散，得到毫米气泡群。
10、优选的是，所述电机的输出端与壳体内的气液混合模块具体是通过磁力驱动结构连接，以实现静密封；所述磁力驱动结构包括外磁体、内磁体以及隔离套，所述外磁体套设于所述内磁体外，并与所述外壳密封连接，所述隔离套设于外磁体与内磁体之间，电机的输出端与外磁体连接，内磁体穿过壳体底部中心延伸至壳体内部后与所述气液混合模块连接。
11、优选的是，所述磁力驱动结构内部通有冷却液，磁力驱动结构的外磁体壁面上部分开孔。
12、优选的是，所述反应模块内部填装的催化剂为反歧化反应催化树脂，其填装空隙率为30％～50％。
13、优选的是，所述装置还包括补气气体分布器，所述补气气体分布器固设于所述壳体上，并处于反应模块的下游位置，用于补充反应气体；补气气体分布器的进口处处设置有气体流量控制阀，其与气液进料机构配合使用，以调整初始气体进料流量和补气气体分布器进料流量，实现反应速率最大化。
14、优选的是，所述补气气体分布器包括补气主管和多根布气管，所述补气主管固设于壳体上，并与外部气源连接，多根布气管均与补气主管连通，每根布气管上均设有若干出气孔，所述出气孔沿水平或竖直方向排列，并且在各根布气管上错开布置。
15、优选的是，所述出气孔上设有文丘里结构或喷射管结构。
16、优选的是，所述补气气体分布器和所述反应模块的数量均为多层，多层补气气体分布器与多层反应模块交替排布，且各层补气气体分布器均处于相邻两层反应模块之间；各层反应模块中的催化剂填装量自下而上逐级减少。
17、优选的是，所述装置还包括破涡器，所述破涡器设于所述壳体内，并处于所述气液混合模块与所述反应模块之间。
18、优选的是，所述破涡器与所述气液混合模块、所述反应模块的间距为100～200mm。
19、优选的是，所述破涡器包括若干多孔板，各个多孔板按照预设角度连接而成，每块多孔板上均开设若干通孔。
20、优选的是，所述多孔板的开孔率为10％～40％，每个所述通孔的尺寸为5mm～10mm。
21、根据本专利技术的另一个方面，提供一种多相催化反应系统，其包括以上所述的多相催化反应装置。
22、优选的是，所述多相催化反应装置的壳体、所述第一原料罐和所述第二原料罐分别设有加热件。
23、优选的是，所述系统还包括温度检测器和温度控制器，其中：
24、所述温度检测器与温度控制器电连接，用于检测外界环境的温度，并传输给温度控制器；
25、所述温度控制器与所述加热件电连接，且温度控制器内预设温度阈值，温度控制器用于在接收到温度检测器传输的温度后将其与温度阈值进行比较，并根据比较结果控制加热件的启停，以实现加热件与环境温度连锁控制。
26、优选的是，所述系统还包括吹扫管线，用于向壳体内通入吹扫气体。
27、本专利技术的多相催化反应装置和系统，至少具有以下有益效果：
28、(1)通过设置气液混合模块，可以将气体进料破碎成微纳尺度的气泡群，增加气液传质面积，从而极大地强化气液传质过程，实现气液相物料的高效混合，原位参与到多相催化反应中，进而提高反应速率，实现反应过程强化；
29、同时，由于反应速率提高了(为传统反应器的2～5倍)，因此，在保持处理量能不变的情况下，可以大大减小反应装置的体积(可降至传统反应器的1/2～1/5)，极大地降低反应装置内持液量，提高装置的本质安全性，特别是对于氯硅烷这种易燃易爆体系，本装置的应用能显著降低系统整体风险，具有非常重要的实际应用价值；进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多相催化反应装置，其特征在于，包括壳体(5)、反应模块(8)、气液混合模块(6)以及电机(1)；
2.根据权利要求1所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述纳微结构填料为PTFE填料、金属丝网填料、树脂填料或泡沫镍填料。
3.根据权利要求1所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述气液进料机构包括总进料管线、液体进口(3)和气体进口(2)，
4.根据权利要求1所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述电机的输出端与壳体内的气液混合模块具体是通过磁力驱动结构(4)连接，以实现静密封；
5.根据权利要求4所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述磁力驱动结构内部通有冷却液，磁力驱动结构的外磁体壁面上部分开孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述反应模块内部填装的催化剂为反歧化反应催化树脂，其填装空隙率为30％～50％。
7.根据权利要求6所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述装置还包括补气气体分布器(9)，
8.根据权利要求7所述的多相催化反应装置，其特征在于，所
9.根据权利要求8所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述出气孔上设有文丘里结构或喷射管结构。
10.根据权利要求7所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述补气气体分布器和所述反应模块的数量均为多层，多层补气气体分布器与多层反应模块交替排布，且各层补气气体分布器均处于相邻两层反应模块之间；
11.根据权利要求7所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述装置还包括破涡器(7)，
12.根据权利要求11所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述破涡器与所述气液混合模块、所述反应模块的间距为100～200mm。
13.根据权利要求11所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述破涡器包括若干多孔板(18)，各个多孔板按照预设角度连接而成，每块多孔板上均开设若干通孔(19)。
14.根据权利要求13所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述多孔板的开孔率为10％～40％，每个通孔的尺寸为5mm～10mm。
15.一种多相催化反应系统，其特征在于，包括权利要求1～14任一项所述的多相催化反应装置(11)。
16.根据权利要求15所述的多相催化反应系统，其特征在于，所述多相催化反应装置的壳体、所述第一原料罐和所述第二原料罐分别设有加热件。
17.根据权利要求15所述的多相催化反应系统，其特征在于，所述系统还包括温度检测器和温度控制器，其中：
18.根据权利要求15所述的多相催化反应系统，其特征在于，所述系统还包括吹扫管线，用于向壳体内通入吹扫气体。
...【技术特征摘要】
1.一种多相催化反应装置，其特征在于，包括壳体(5)、反应模块(8)、气液混合模块(6)以及电机(1)；
2.根据权利要求1所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述纳微结构填料为ptfe填料、金属丝网填料、树脂填料或泡沫镍填料。
3.根据权利要求1所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述气液进料机构包括总进料管线、液体进口(3)和气体进口(2)，
4.根据权利要求1所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述电机的输出端与壳体内的气液混合模块具体是通过磁力驱动结构(4)连接，以实现静密封；
5.根据权利要求4所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述磁力驱动结构内部通有冷却液，磁力驱动结构的外磁体壁面上部分开孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述反应模块内部填装的催化剂为反歧化反应催化树脂，其填装空隙率为30％～50％。
7.根据权利要求6所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述装置还包括补气气体分布器(9)，
8.根据权利要求7所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述补气气体分布器包括补气主管(202)和多根布气管(21)，
9.根据权利要求8所述的多相催化反应装置，其特征在于，所述出气孔上设有文丘里结构或喷射管结构。
10.根据权利要求7所述的多相催化反...
【专利技术属性】
技术研发人员：江澜，杨典，夏进京，宋高杰，范协诚，张治锦，寇兴禹，刘艳宇，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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