[实用新型]一种冷氢化法制备三氯氢硅的设备

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

发明内容

本实用新型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。

本实用新型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。