專利名稱:一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及化學(xué)反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜。
背景技術(shù):
目前使用改良西門子法生產(chǎn)的多晶硅占全球多晶硅生產(chǎn)總量的80%以上。根據(jù)改良西門子法的工藝技術(shù)路線,每生產(chǎn)I噸多晶硅將產(chǎn)生約14-20噸的副產(chǎn)物四氯化硅,如何減少還原反應(yīng)中副產(chǎn)物四氯化硅生成量,和提高副產(chǎn)物四氯化硅轉(zhuǎn)化為多晶硅生產(chǎn)原料三氯氫硅效率,是降低多晶硅生產(chǎn)能耗和成本的關(guān)鍵。四氯化硅是一種高度危險(xiǎn)的化學(xué)品,不能用普通的方法進(jìn)行處理。目前工業(yè)化的回收利用四氯化硅方法主要是熱氫化和冷(氯)氫化。熱氫化是將四氯化硅與氫氣在1100-1300°c,0. 1-0. 6Mpag下氫化為三氯氫硅;冷(氯)氫化是將四氯化硅與氫氣、硅粉在500-600°C, 2-3. 5Mpag下氫化為三氯氫硅。但目前的技術(shù),四氯化硅的摩爾轉(zhuǎn)化率在20%左右,轉(zhuǎn)化率普遍較低,而且一次處理能量較小,造成設(shè)備投資較大,電耗高,企業(yè)的生產(chǎn)成本高,經(jīng)濟(jì)效益低以及滿足不了節(jié)能降耗的標(biāo)準(zhǔn)。因此,如何提供一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,以提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率,成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此,本實(shí)用新型提供了一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,以提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,進(jìn)料管道的數(shù)量為一個(gè),連通于所述反應(yīng)釜底部的中心。優(yōu)選的,在所述進(jìn)料管道外層依次套設(shè)第一尾氣管道和第一冷卻管道,所述第一尾氣管道連通于所述反應(yīng)釜的底部,所述進(jìn)料管道、所述第一尾氣管道和所述第一冷卻管 道構(gòu)成三層同心環(huán)結(jié)構(gòu)的第一冷卻器。優(yōu)選的,所述第一冷卻管道的一端連通于所述反應(yīng)釜的底盤冷卻水管道。優(yōu)選的,所述底盤冷卻水管道內(nèi)的冷卻水為高溫冷卻水。優(yōu)選的,所述底盤冷卻水管道的具體數(shù)量為三個(gè)。優(yōu)選的,還包括用于對(duì)所述第一尾氣管道內(nèi)流出的尾氣進(jìn)行冷卻的第二冷卻器。優(yōu)選的,所述第二冷卻器為插管式冷卻器。優(yōu)選的,所述第二冷卻器的第二尾氣管道和所述第一尾氣管道通過法蘭連接。優(yōu)選的,所述反應(yīng)釜的釜體具有與其雙層石墨內(nèi)膽的外壁形狀相配合的內(nèi)壁。從上述的技術(shù)方案可以看出,本實(shí)用新型提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,通過對(duì)其進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行改造,將進(jìn)料管道的數(shù)量由原來(lái)的四個(gè)減少到一個(gè),連通在反應(yīng)釜底部的中心,從而優(yōu)化了反應(yīng)釜內(nèi)氣流的場(chǎng)效應(yīng)分布,使其更加均勻,進(jìn)而提升了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率。
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖。上圖I中第一冷卻器1,進(jìn)料管道1-1,第一尾氣管道1-2,鐘罩2,底盤3,底盤·冷卻水管道4,第二冷卻器5,電極6,電極冷卻水進(jìn)口 6-1,電極冷卻水出口 6-2,發(fā)熱體7-1,發(fā)熱體橫梁7-2,內(nèi)層石墨內(nèi)膽8-1,內(nèi)層石墨內(nèi)膽蓋板8-2,外層石墨內(nèi)膽8-3,外層石墨內(nèi)膽蓋板8-4,雙層石墨保溫底板8-5,底盤和鐘罩密封墊冷卻水進(jìn)出管口 9 ;事故安全泄放口 A,夾套高溫水回水B,視鏡高溫水回水C,視鏡觀察口 D,視鏡高溫水進(jìn)水E,夾套高溫水進(jìn)水F,第一底盤冷卻水進(jìn)水G,第二底盤冷卻水進(jìn)水H,第三底盤冷卻水進(jìn)水J,混合物料進(jìn)口 K,底盤冷卻水回水L,第二冷卻器回水M,第二冷卻器進(jìn)水Q,反應(yīng)尾氣出口 R,第一冷卻器尾氣出口 U,進(jìn)料噴嘴口 V。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型公開了一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,以提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖,對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖I,圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)爸的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,本設(shè)備主要的裝置包括進(jìn)料系統(tǒng)、鐘罩2、底盤3,其核心發(fā)明點(diǎn)在于,進(jìn)料管道1-1的數(shù)量為一個(gè),連通于反應(yīng)釜底部的中心。在現(xiàn)有技術(shù)中,反應(yīng)釜底盤上的進(jìn)料管道的數(shù)量為四個(gè),其中一個(gè)設(shè)置在中心,其他三個(gè)分布在周圍,從這個(gè)四個(gè)進(jìn)料管道噴嘴噴出的混合物料之間會(huì)產(chǎn)生相互的影響,造成反應(yīng)釜內(nèi)氣流的場(chǎng)效應(yīng)分布不均,從而不利于轉(zhuǎn)化,使得轉(zhuǎn)化率一直較低,還會(huì)影響到發(fā)熱體的使用壽命,增加檢維修成本。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,通過對(duì)其進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行改造,將進(jìn)料管道1-1的數(shù)量由原來(lái)的四個(gè)減少到一個(gè),連通在反應(yīng)釜底部的中心,從而優(yōu)化了反應(yīng)釜內(nèi)氣流的場(chǎng)效應(yīng)分布,使其更加均勻,進(jìn)而提升了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率。四氯化硅氫化的反應(yīng)原理
SiC14 + H2 < 1200'1250°C3'6bar > SiHCB + HCl
SiHCB + Hl < 900'1100°C3'6bar > Si + 3HC1
SiHCB + HCl < 900'1100°C3'6bar > SiC14 + H2其中,第一個(gè)反應(yīng)方程式為本裝置轉(zhuǎn)化的主要反應(yīng),第二個(gè)反應(yīng)方程式為副反應(yīng),產(chǎn)生的硅粉容易堵塞尾氣管線。進(jìn)一步的,通過擴(kuò)大進(jìn)料管道1-1及其噴嘴的管徑,可以將反應(yīng)的物料每小時(shí)進(jìn)料量提高到現(xiàn)有設(shè)備的5倍,其單臺(tái)每小時(shí)最高進(jìn)料量可穩(wěn)定在18噸,增加了反應(yīng)物,利于主要反應(yīng)按照正反應(yīng)方向進(jìn)行,從而達(dá)到在一次進(jìn)料量和一次轉(zhuǎn)化率兩方面得到突破的目的?,F(xiàn)有的反應(yīng)釜底盤上的進(jìn) 料噴嘴有四個(gè),尾氣排放管線有四根,二者是一一配對(duì)的同心圓環(huán),內(nèi)層為混合物料,外層為尾氣,尾氣為包含反應(yīng)產(chǎn)物、未反應(yīng)物料和其他中間產(chǎn)物的混合氣體,混合物料經(jīng)高溫尾氣預(yù)熱瞬間提供進(jìn)料溫度進(jìn)入到反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行氫化反應(yīng)。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,圍繞中心設(shè)置有多圈電極6,作為優(yōu)選,還可以縮小底盤3上電極6之間的距離,有利于維持中心的反應(yīng)溫度恒定在1200°C,避免了溫度梯度的形成,提高了反應(yīng)釜內(nèi)的熱場(chǎng)效應(yīng)。為了使尾氣快速降低到副反應(yīng)進(jìn)行所需溫度以下,可以在尾氣排放管線外增設(shè)冷卻管道。具體的,在進(jìn)料管道1-1外層依次套設(shè)第一尾氣管道1-2和第一冷卻管道,第一尾氣管道1-2連通于反應(yīng)釜的底部,進(jìn)料管道1-1、第一尾氣管道1-2和第一冷卻管道構(gòu)成三層同心環(huán)結(jié)構(gòu)的第一冷卻器I。這樣一來(lái),加速了冷卻降溫速度,讓尾氣在此段溫度區(qū)間盡可能短的停留,抑制了副產(chǎn)物的形成,減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生從而提高了一次轉(zhuǎn)化率。同時(shí),之前的兩層同心管線不具備急冷效果,同時(shí)熱損失較大,現(xiàn)增加外層冷卻時(shí)變?yōu)槿龑油膱A環(huán),有效地冷卻了尾氣溫度,回收了熱量,降低了能耗。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,第一冷卻管道的一端連通于反應(yīng)釜的底盤冷卻水管道4,為第一冷卻管道其供應(yīng)冷卻水。作為優(yōu)選,底盤冷卻水管道4內(nèi)的冷卻水為高溫冷卻水,避免了因溫差過大產(chǎn)生較大的溫度梯度,以維持反應(yīng)溫度的恒定,提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率,同時(shí)避免了因溫差過大而影響到石墨保溫底板的使用壽命。如圖I所示,底盤冷卻水管道4的具體數(shù)量為三個(gè),對(duì)應(yīng)G、H和J這三個(gè)底盤冷卻水進(jìn)口。為了保證冷卻的效果,本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,還包括用于對(duì)第一尾氣管道1-2內(nèi)流出的尾氣進(jìn)行冷卻的第二冷卻器5。為了便于拆卸以進(jìn)行維護(hù),第二冷卻器5可以為插管式冷卻器。當(dāng)然,冷卻器設(shè)置的具體數(shù)量和形式并不是唯一的,本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,而這樣的修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的。作為優(yōu)選,第二冷卻器5的第二尾氣管道和第一尾氣管道1-2具體通過法蘭連接。反應(yīng)釜的釜體具有與其雙層石墨內(nèi)膽的外壁形狀相配合的內(nèi)壁,將設(shè)備容積降低,利于降低能耗。請(qǐng)參閱圖1,第一冷卻器I為三層夾套式換熱器,外殼內(nèi)為雙層套管,物料從最內(nèi)層的進(jìn)料管道1-1 一端K進(jìn)入,另一端連接到方向朝上的噴嘴口(置于反應(yīng)釜底部)。中間層的第一尾氣管道1-2 —端和反應(yīng)釜相連,另外一端U和第二冷卻器的M管口側(cè)相連,最外層為高溫冷卻水,一端和底盤3相連接,另一端從靠近第二冷卻器5法蘭處接管口 L。第二冷卻器5的冷卻水從Q進(jìn),M出,其第二尾氣管道一端接第一尾氣管道1-2管口 U,從另一端管口 R外接出口尾氣管線至下一換熱設(shè)備或者直接分離得到產(chǎn)品。上述裝置還包括反應(yīng)釜的底盤3,底盤3上有高溫冷卻水進(jìn)口 G、H和J,電極冷卻水進(jìn)口 6-1和出口 6-2,電極冷卻水為中溫水冷卻,其作用為保護(hù)電極密封墊的冷卻;噴嘴管口 V,可根據(jù)噴嘴大小調(diào)節(jié)進(jìn)料壓差和最大進(jìn)料量。所有與反應(yīng)尾氣和混合物料直接接觸的材料采用不銹鋼材料;反應(yīng)釜包括,鐘罩2、內(nèi)層石墨內(nèi)膽8-1、內(nèi)層石墨內(nèi)膽蓋板8-2、外層石墨內(nèi)膽8-3、外層石墨內(nèi)膽蓋板8-4、雙層石墨保溫底板8-5、石墨發(fā)熱體7-1、發(fā)熱體橫梁7-2、電極6和視鏡觀察孔D。工藝方面采取維持0.6Mpa(G)壓力的密閉反應(yīng)裝置內(nèi),使用全封閉雙層石墨內(nèi)膽保溫,在380V電壓的情況下,以維持1200°C反應(yīng)溫度。同時(shí)維持穩(wěn)定反應(yīng)壓力,增大物料的進(jìn)料量至18噸和調(diào)整噴嘴個(gè)數(shù)為I個(gè),提高了進(jìn)料速率,使混合反應(yīng)氣快速上升到有利于生成三氯氫娃的溫度,朝著利于三氯氫娃產(chǎn)品生成的方向發(fā)生化學(xué) 反應(yīng),從而促進(jìn)三氯氫硅的生成。整個(gè)裝置反應(yīng)過程中,設(shè)備外層和視鏡觀察口使用裝置冷卻水冷卻,并保護(hù)整個(gè)裝置在高溫下的正常使用。綜上所述,本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,具有以下特點(diǎn)I、一次進(jìn)料量大。單臺(tái)裝置每小時(shí)穩(wěn)定進(jìn)料量18噸,最大量可達(dá)到22噸2、產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率高。單臺(tái)裝置轉(zhuǎn)化率在19%-25%,平均可達(dá)到22%以上。3、設(shè)備要求反應(yīng)時(shí)間短,冷卻速度快。4、裝置能耗低。四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅每公斤所消耗的電耗低于I. 6kwh,是現(xiàn)有設(shè)備電耗量的50%。除此之外,本裝置還可以廣泛的應(yīng)用于其他氫化反應(yīng)。本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,其特征在于,進(jìn)料管道(1-1)的數(shù)量為一個(gè),連通于所述反應(yīng)釜底部的中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)釜,其特征在于,在所述進(jìn)料管道(1-1)外層依次套設(shè)第一尾氣管道(1-2)和第一冷卻管道,所述第一尾氣管道(1-2)連通于所述反應(yīng)釜的底部,所述進(jìn)料管道(1-1)、所述第一尾氣管道(1-2)和所述第一冷卻管道構(gòu)成三層同心環(huán)結(jié)構(gòu)的第一冷卻器(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)釜,其特征在于,所述第一冷卻管道的一端連通于所述反應(yīng)釜的底盤冷卻水管道(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)釜,其特征在于,所述底盤冷卻水管道(4)內(nèi)的冷卻水為高溫冷卻水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)釜,其特征在于,所述底盤冷卻水管道(4)的具體數(shù)量為 三個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)釜,其特征在于,還包括用于對(duì)所述第一尾氣管道(1-2)內(nèi)流出的尾氣進(jìn)行冷卻的第二冷卻器(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)釜,其特征在于,所述第二冷卻器(5)為插管式冷卻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)釜,其特征在于,所述第二冷卻器(5)的第二尾氣管道和所述第一尾氣管道(1-2)通過法蘭連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)釜,其特征在于,所述反應(yīng)釜的釜體具有與其雙層石墨內(nèi)膽的外壁形狀相配合的內(nèi)壁。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,進(jìn)料管道的數(shù)量為一個(gè),連通于所述反應(yīng)釜底部的中心。本實(shí)用新型提供的氫化反應(yīng)的反應(yīng)釜,通過對(duì)其進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行改造,將進(jìn)料管道的數(shù)量由原來(lái)的四個(gè)減少到一個(gè),連通在反應(yīng)釜底部的中心,從而優(yōu)化了反應(yīng)釜內(nèi)氣流的場(chǎng)效應(yīng)分布,使其更加均勻,進(jìn)而提升了物料的轉(zhuǎn)化率,具有采出量大,能耗低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/107GK202482071SQ20122008326
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
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