本發(fā)明涉及化工設(shè)備，特別是涉及一種大型化三氯氫硅反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、三氯氫硅流化床反應(yīng)器為典型的氣固相反應(yīng)器，無(wú)需催化劑，通常在反應(yīng)壓力0.4～0.5mpag，反應(yīng)溫度330～350℃下發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)，生成三氯氫硅產(chǎn)品及副產(chǎn)物四氯化硅，為了保證連續(xù)反應(yīng)，需要在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置撤熱裝置，將反應(yīng)熱及時(shí)撤走并實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)熱的回收利用，從而降低工藝能耗，提高能量利用效率。

2、在已有的大規(guī)模工程化過(guò)程中，常采用在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置刺刀式指行管換熱器或u型管換熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換熱管底部的u型彎長(zhǎng)期處在的高速氣固沖刷磨損下非常容易泄露破損，這種泄露嚴(yán)重影響了反應(yīng)器的壽命和設(shè)計(jì)更換成本，通常每6個(gè)月就需要停工停產(chǎn)更換一次換熱管。同時(shí)，在采用了刺刀式指行管換熱器或u型管換熱器設(shè)計(jì)后，對(duì)底部氣固分布器的設(shè)計(jì)要求非常高，一旦分布器被堵塞或者設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)加劇換熱管的損壞，導(dǎo)致管側(cè)和殼側(cè)物料混合，甚至發(fā)生爆炸，影響力反應(yīng)的本質(zhì)安全，所以常采用導(dǎo)熱油作為撤熱介質(zhì)，但是導(dǎo)熱油只能靠溫度升高的顯熱帶走反應(yīng)熱，且在200℃下導(dǎo)熱油的比熱容大約是2.5kj/kg/℃，非常小，因此在大規(guī)模的工程設(shè)計(jì)中，當(dāng)單反應(yīng)器內(nèi)的熱量非常大時(shí)，需要大量且大溫差的導(dǎo)熱油帶走反應(yīng)熱，這就會(huì)導(dǎo)致以下2個(gè)問(wèn)題：

3、1，反應(yīng)器的尺寸很大。但是，采用導(dǎo)熱油程中反應(yīng)器的尺寸較大，在萬(wàn)噸級(jí)以上的三氯氫硅裝置中，反應(yīng)器的殼徑通常大于2米，反應(yīng)器長(zhǎng)10米以上，不僅帶來(lái)設(shè)備設(shè)計(jì)制造的困難，也會(huì)在工程放大過(guò)程中出現(xiàn)軸向和徑向溫度不均勻的突出問(wèn)題，從而影響了反應(yīng)的穩(wěn)定性；

4、2，反應(yīng)器內(nèi)需要靠導(dǎo)熱油的溫升帶走反應(yīng)熱，因此進(jìn)一步加劇了反應(yīng)器內(nèi)，沿著換熱管會(huì)有溫度的變化，即，床層溫度在每一層面都是不同的，因此完全破環(huán)了反應(yīng)器內(nèi)的最佳反應(yīng)狀態(tài)，加劇了了反應(yīng)飛溫的可能性，同時(shí)也降低了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，更限制了單臺(tái)反應(yīng)器的處理能力，從而限制了工程規(guī)模。

5、一般目前單臺(tái)反應(yīng)器最大可以做到2萬(wàn)噸/年的規(guī)模，再大規(guī)模時(shí)就需要設(shè)置多臺(tái)反應(yīng)線、多臺(tái)反應(yīng)器并行的設(shè)計(jì)方法，因此傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案在工程發(fā)放大的過(guò)程在無(wú)論是從安全，投資，能耗各方面來(lái)看都是有可改進(jìn)的空間的。另外氣固相反應(yīng)器的連續(xù)進(jìn)料及補(bǔ)充方式也是制約反應(yīng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，大型三氯氫硅流化床反應(yīng)器的硅粉都是間歇進(jìn)料，無(wú)法滿足氯化氫與硅粉反應(yīng)的恒定摩爾比要求，因此三氯氫硅收率無(wú)法精準(zhǔn)保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種適用于≥3萬(wàn)噸/年三氯氫硅流化床反應(yīng)器的大型化三氯氫硅反應(yīng)器,實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器從安全性、能量利用率及降低投資等各方面的提升。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種大型化三氯氫硅反應(yīng)器，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)設(shè)有單管程列管換熱管束，所述換熱管束內(nèi)以水產(chǎn)蒸汽作為撤熱介質(zhì)，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置有與所述換熱管束的管程相連通的水入口，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)置有與所述換熱管束的管程相連通的水及蒸汽出口；所述反應(yīng)器的殼程設(shè)置有hcl及硅粉的進(jìn)料口，以及用于輸出三氯氫硅產(chǎn)品的出料口。

4、進(jìn)一步的，所述一種大型化三氯氫硅反應(yīng)器還包括用于供給hcl和硅粉的進(jìn)料結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)料結(jié)構(gòu)與所述進(jìn)料口相連通；所述進(jìn)料結(jié)構(gòu)包括hcl入口管線和硅粉給料槽，所述硅粉給料槽設(shè)置于所述hcl入口管線上方，底部出口與所述hcl入口管線相連通，所述導(dǎo)流筒從所述反應(yīng)器殼程中部側(cè)壁向外延伸為擴(kuò)口。

5、進(jìn)一步的，所述硅粉給料槽支撐于稱重模塊上。

6、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器的殼程中部設(shè)有外擴(kuò)的導(dǎo)流筒，所述進(jìn)料口位于所述導(dǎo)流筒上；所述hcl入口管線與導(dǎo)流筒形成擴(kuò)口結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步的，所述進(jìn)料口對(duì)稱設(shè)置于所述導(dǎo)流筒的兩側(cè)；所述出料口對(duì)稱設(shè)置于所述反應(yīng)器的頂部?jī)蓚?cè)。

8、進(jìn)一步的，在反應(yīng)器殼程中部設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的氣固進(jìn)料導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)，特殊的，導(dǎo)流筒傾斜角度約40～45°，對(duì)進(jìn)料穩(wěn)定性效果最佳。

9、進(jìn)一步的，所述一種大型化三氯氫硅反應(yīng)器還包括蒸汽分離罐，所述反應(yīng)器頂部的水及蒸汽出口與所述蒸汽分離罐的進(jìn)口相連通，所述蒸汽分離罐的液相出口與所述反應(yīng)器底部的水入口相連通。

10、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器底部的水入口與所述蒸汽分離罐液相出口的連接管道上設(shè)置有開(kāi)工預(yù)熱器，用于在開(kāi)工階段對(duì)反應(yīng)原料進(jìn)行預(yù)熱以達(dá)到反應(yīng)條件。

11、進(jìn)一步的，所述換熱管束由均勻設(shè)置于所述反應(yīng)器殼程內(nèi)的折流桿支撐。

12、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器的殼程底部設(shè)置有放凈口，以及hcl吹掃口，以保證反應(yīng)器內(nèi)均勻均一的流化態(tài)。

13、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

14、(1)本發(fā)明提供的大型化三氯氫硅反應(yīng)器，通過(guò)在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置單管程列管換熱管，改變了傳統(tǒng)的三氯氫硅反應(yīng)器內(nèi)布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜機(jī)械性能弱的刺刀式指行管換熱器或u型管換熱器移走反應(yīng)熱的撤熱方式，同時(shí)取消了反應(yīng)器底部的分布器設(shè)計(jì)，還在反應(yīng)器底部設(shè)置一個(gè)連續(xù)hcl吹掃口，從而優(yōu)化并簡(jiǎn)化了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除了換熱管底部因長(zhǎng)期與殼側(cè)硅粉和氯化氫氣固反應(yīng)介質(zhì)接觸磨蝕而造成的換熱管破損問(wèn)題，提高了反應(yīng)器的使用壽命。

15、(2)本發(fā)明提供的大型化三氯氫硅反應(yīng)器，通過(guò)采用相變熱容量大的水作為撤熱物質(zhì)，并利用水汽化副產(chǎn)蒸汽的汽化潛熱帶走反應(yīng)熱，不僅保證了反應(yīng)器內(nèi)軸向和徑向的溫度分布均一，消除反應(yīng)熱點(diǎn)和溫度死點(diǎn)，還將反應(yīng)熱直接用來(lái)副產(chǎn)蒸汽，提高了反應(yīng)穩(wěn)定性，提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。

16、(3)本發(fā)明提供的大型化三氯氫硅反應(yīng)器，相比于傳統(tǒng)利用導(dǎo)熱油作為撤熱介質(zhì)的工程設(shè)計(jì)，由于導(dǎo)熱油只能通過(guò)溫升帶走反應(yīng)熱，而導(dǎo)熱油的溫升就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器沿著徑向的反應(yīng)溫度變化，不但加劇了反應(yīng)器內(nèi)溫度不均勻的問(wèn)題，也影響了反應(yīng)的速率，增加了反應(yīng)飛溫的風(fēng)險(xiǎn)。但是單位質(zhì)量水的汽化潛熱帶走的熱量是單位質(zhì)量導(dǎo)熱油通過(guò)顯熱帶走的熱量的20倍以上，所以采用水撤熱時(shí)，不但縮小了反應(yīng)器的體積2倍以上，還節(jié)省了以導(dǎo)熱油作為撤熱介質(zhì)的時(shí)后配置的導(dǎo)熱油—水沸鍋系統(tǒng)，從而節(jié)省了設(shè)備投資，簡(jiǎn)化了工藝流程。

17、(4)本發(fā)明提供的大型化三氯氫硅反應(yīng)器，撤熱介質(zhì)在反應(yīng)器底部管箱進(jìn)料，氣固反應(yīng)物料從殼側(cè)中部導(dǎo)流筒均勻的進(jìn)料，實(shí)現(xiàn)了殼側(cè)反應(yīng)物料與管內(nèi)撤熱物料的物理隔離，消除了換熱管破裂后水與氯化氫混合反應(yīng)發(fā)生的爆炸問(wèn)題，從而提高了反應(yīng)的本質(zhì)安全性。

18、(5)本發(fā)明提供的大型化三氯氫硅反應(yīng)器，設(shè)置新型氣固相均混hcl入口管線裝置，在反應(yīng)器殼程中部設(shè)特殊優(yōu)化設(shè)計(jì)的導(dǎo)流筒，特殊的，導(dǎo)流筒傾斜角度約40～45°，并采用殼程對(duì)稱進(jìn)料設(shè)計(jì)，反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)器頂部也對(duì)稱出料，不但實(shí)現(xiàn)了氣固相的均勻進(jìn)料，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)器在最高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)溫度下的精準(zhǔn)控溫，消除了反應(yīng)死角。

19、(6)本發(fā)明提供的大型化三氯氫硅反應(yīng)器，設(shè)置簡(jiǎn)單穩(wěn)定的開(kāi)工預(yù)熱系統(tǒng)，無(wú)需引入新的預(yù)熱劑及預(yù)熱系統(tǒng)，從而簡(jiǎn)化了工藝流程和操作難度，具體來(lái)說(shuō)，新鮮鍋爐水通過(guò)開(kāi)工預(yù)熱器被中壓蒸汽加熱至250℃后通過(guò)泵送入反應(yīng)器，采用循環(huán)預(yù)熱的形式安全穩(wěn)定的通過(guò)反應(yīng)器，將反應(yīng)物及催化劑預(yù)熱至240℃開(kāi)始發(fā)生均相反應(yīng)后，同時(shí)切斷開(kāi)工預(yù)熱器，通新鮮鍋爐水開(kāi)始產(chǎn)蒸汽進(jìn)行反應(yīng)撤熱。整個(gè)預(yù)熱過(guò)程簡(jiǎn)單易行，僅需一個(gè)三通切換閥就可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的預(yù)熱工況和撤熱工況的切換。