[发明专利]一种流化床反应器及其在生产有机硅单体中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种流化床反应器，特别是一种适于煤化工气化及合成，生产有机硅、多晶硅单体的流化床反应器。

背景技术

流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器，特别适用于强烈的放热反应或吸热反应。为了及时取出反应放出的热量或及时加热维持反应的稳定性，目前国内的流化床反应器的研究分析了二种反应流态化反应器，一种是聚式反应器，一种是散式反应器。聚式反应器床层稳定，目前都在流化床内部设置大量的取热管束，取热管为U型管或指形套管，为多管组取热结构。在使用时，导热油从内管向下到低端，再从低端向上取热，然后再到下一根指形管，按照相同的流动方式在一组多根的指形管内流动换热。采取这种结构的取热管，由于随着流动的延伸，导热油本身的温度在不断的升高，导致床内的温度场不均匀，而影响了反应效率。另外由于该种传热的方式，一侧为气对流换热，一侧为液体对流换热，从传热机理来看，影响传热效率的是床内气相的对流换热器系数，从而影响了反应能力和单台反应器的产能。又，在流化床反应器中，催化剂的反应率是影响反应效率的主要因素。而目前的流化床反应器，均存在催化剂带出量较大的问题，这不仅较大的影响了反应器出口处分离器的寿命，也影响到单台产能的放大。如果提高单台产能，势必催化剂的带出量会更加的多，反应器出口的一二级分离器的负荷会更加的大，催化剂的固体硅粉颗粒硬度极高，负荷大了会产生严重的磨损，缩短了分离器的使用寿命。此外，如果流化床内的催化剂反应未完全反应而被带出，则会影响到催化剂的一次反应率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的流化床反应器。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种流化床反应器，其包括直立设置的筒体、设置在筒体内且沿着筒体的高度方向延伸的取热管束、设置在筒体内且位于取热管束下方的物料分布器，筒体的底部开设有物料进口和催化剂进口，上部开设有产品出口、导热油进口和导热油出口，特别是，所述取热管束采取由多根平行设置的指形管组成的单回程取热管束结构，每根指形管构成独立的取热单元，指形管包括两端开口的内管、设置在所述内管外的外管，所述的外管的上端开口、下端封闭，内管的两端分别与导热油进口和外管相连通，外管的上端开口与导热油出口相连通。

优选地，所述的指形管在筒体内均匀密布。

根据一个优选方面，所述外管的外表面上沿其周向均匀布置有多个纵向延伸的翅片。翅片提供了气相侧的扩展面，传热温差有了大幅度的提高，传热效果大大改善，实现床内反应温度场的均匀化。

根据本发明的一个具体和优选方面，筒体自下而上依次为加料段、反应段、扩展段和导热油箱段，导热油箱段对应的筒体内设有上管板和位于上管板下方的下管板，内管的上端部固定在上管板上，外管的上端部固定在下管板上，导热油进口位于上管板的上方，导热油出口位于上管板和下管板之间的筒体上；物料进口和催化剂进口位于加料段对应的筒体上，指形管从导热油箱段一直延伸到反应段。进一步地，所述的产品出口设置在扩展段对应的筒体上。所述反应段对应的筒体包括自加料段向上逐渐变宽的锥形部分和连接该锥形部分与扩展段对应的筒体的直筒部分。所述的外管的外表面上沿其周向均匀布置有多个纵向延伸的翅片。通常，所述的反应段的下部形成反应的浓相区，上部为反应的稀相区，优选地，所述外管的位于稀相区的部分的外表面上设有所述翅片，而外管的位于浓相区的部分的外表面上不设所述翅片。在稀相区加装翅片，传热温差有了大幅度的提高，传热效果大大改善，实现床内反应温度场的均匀化。在浓相区不加装翅片，使浓相区反应的循环倍率得到提高，大大提高了整体反应效率。一般地，浓相区、稀相区对应的筒体的高度比例为1:1～4。

进一步优选地，所述的流化床反应器还包括设置在产品出口处的分离器，该分离器包括多个V字型的分离板，该多个分离板在产品出口的方向和垂直于产品出口的方向上间隔分布。分离器可有效减少细小颗粒催化剂的携带量，使催化剂在反应器里面停留的时间长，减少催化剂的流失，提高反应效率，同时也减轻了反应器后部三级旋风分离器的负荷。

进一步地，所述的流化床反应器还包括设置在筒体的底部的催化剂返料口，该催化剂返料口位于所述的筒体的锥形部分的下部，用于将带出的催化剂返回到反应器中。

本发明的流化床反应器特别适于煤化工气化及合成，生产有机硅、多晶硅单体。为此，本发明还涉及流化床反应器用于煤化工气化及合成，生产有机硅、多晶硅单体的用途，特别是流化床反应器在生产有机硅单体中的应用。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：