專利名稱：復合式取熱的流化床反應器的制作方法
一種復合式取熱的流化床反應器，用于化學工業(yè)對溫度要求敏感的氣固相催化放熱反應，特別是應用于生產有機硅重要原料二甲基二氯硅烷(簡稱M2)的合成裝置。
現(xiàn)有M2合成流化床反應器有兩種，一種為水蒸發(fā)取熱的半錐床反應器；另一種為單純油取熱的圓柱床反應器。水蒸發(fā)取熱的半錐床反應器的半錐床底部有適當厚度的無取熱面反應層，簡稱絕熱層。它是采用間歇(或不均勻)加水至指形管群底部，沸騰水在很短的區(qū)域內蒸發(fā)，水蒸發(fā)區(qū)的末端已經把觸體(催化劑+硅粉)顆料冷卻到反應溫度以下。再往上的床層顆粒均低于反應溫度，這些觸體不發(fā)生合成反應。稱為間置觸體。這類反應器生產能力低，床底溫度波動頻繁，產生的蒸汽流量極不穩(wěn)定，故很難綜合利用這部分熱能。
單純油取熱的圓柱床反應器的油循環(huán)取熱裝置規(guī)模大，啟動時間長，有明火，油預熱系統(tǒng)復雜，運行時，為了防止垮溫氣態(tài)CH3C1被預熱到接近反應溫度后才進入圓柱床反應器。從反應器底部向上觸體的溫度從反應溫度到達最高溫度330℃-340℃，反應速度是遞減的，直至最大反應速度，這個區(qū)域稱為強反應區(qū)。觸體溫度從最高330℃-340℃降到反應溫度300℃，反應速度是遞減的稱為溫和反應區(qū)。油取熱的特點是上部和下部取熱強度相差甚少。較高的取熱強度雖然有利于防止強反應區(qū)飛溫，卻使得溫和反應區(qū)很短，觸體很快就降到低于反應溫度，再往上也是間置觸體，因此單純油取熱時CH3Cl單程轉化率低，裝置投資高，能源消耗和運行費用大。
本發(fā)明的目的在于提供一種M2選擇性大，CH3Cl單程轉化率高，生產能力大，付產物少，節(jié)約能源，制造成本和運行費用低的復合式取熱的流化床反應器。
本發(fā)明的目的是由以下技術方案來實現(xiàn)的一種復合式取熱的流化床反應器，它包括殼體19，包容于殼體19上的夾套4，在殼體19內設置指形管群1，在夾套4和指形管群1上設置循環(huán)油入口3和出口7，在殼體19上設置反應物出口2，其特殊之處在于它還包括在殼體19內的下部水平設置的若干個淬冷器36，若干個淬冷器36與管路上的過濾器37連接，在最下端的淬冷器36下方設置的氣體分布器35與管路上的文丘里霧化器34連接，在氣體分布器35下方設置硅靶16，在殼體19下部的外壁上設置電感加熱器26。
淬冷器36由主管24與若干個支管25連通，在主管24上設置若干個風帽21，在若干個支管25上設置若干個下噴管22組成。或下噴管22上帶有噴咀23。或在下噴管22外設置降速套管32。
氣體分布器35由主管12與若干個支管13連通，在主管12上設置若干個風帽21，在若干個支管13上設置若干個下噴管14組成?；蛟谙聡姽?4外設置降速套管33。
由于本發(fā)明的復合式取熱的流化床反應器在殼體內的下部水平設置了若干個淬冷器，若干個淬冷器與管路上的過濾器連接，在最下端的淬冷器下方設置的氣體分布與管路上的文丘里霧化器連接，在氣體分布器下方設置硅靶，在殼體下部的外壁上設置電感加熱器的結構。致使反應器形成三個反應區(qū)，即強反應區(qū)，溫和反應區(qū)和間置觸體區(qū)。在反應物濃度高，產物濃度低，反應速度大的強反應區(qū)內數(shù)次交替設置絕熱層和淬冷層，在淬冷器內液體CH3Cl蒸發(fā)，使淬冷器附近的觸體迅速冷卻到反應溫度，故稱淬冷層。淬冷層后緊接著絕熱層。在每層絕熱層底觸體與CH3Cl反應逐漸積累熱量，觸體顆料達到最高溫度320℃后又進入淬冷層。多次交替設置絕熱層和淬冷層因而使強反應區(qū)大大延長。在淬冷器內液體CH3Cl沸騰蒸發(fā)，由于給熱系數(shù)高，傳熱溫差大，可以傳熱強度很高。在濃差推動力較小的溫和反應區(qū)中，由于放熱強度更低，大幅度減少傳熱溫差，可以使循環(huán)油的取熱強度降低到略小于該處的反應放熱強度，促使溫和反應區(qū)相應地增加。復合式取熱既大大增加了強反應區(qū)又使溫和反應區(qū)的觸動體積相應增加，故可以大幅度地提高CH3Cl的單程轉化率，又可以將最高觸體溫度從現(xiàn)有的單純油取熱時330～340℃降到320℃，使付反應產物極小，提高了M2的選擇性，增加了生產能力，節(jié)約能源，降低了制造成本和運行費用。
下面利用附圖所示的實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1為復合式取熱的流化床反應器結構示意圖。
圖2為圖1中B-B剖視示意圖。
圖3為圖1中C-C剖視示意圖。
圖4為圖3中A-A剖視示意圖。
圖5為氣體分布器35俯視示意圖。
圖6為風帽21結構示意圖。
圖7為下噴管22結構示意圖。
圖8為下噴管22帶噴咀23結構示意圖。
圖9為下噴管22外設置降速管32結構示意圖。
圖10為下噴管14外設置降速管33結構示意圖。
參照圖1和2，復合式取熱的流化床反應器具有殼體19，殼體19上設有夾套4，在殼體19內設置指形管群1，在夾套4和指形管群1上設置循環(huán)油入口3和出口7，在殼體19上設置反應物出口2，在殼體19的錐形部位內水平設置若干個淬冷器36，若干個淬冷器36與管路上的過濾器37連接，在最下端淬冷器36下方設置氣體分布器35，氣體分布器35與管路上的文丘里霧化器34連接，在氣體分布器35下方設置硅靶16，硅靶16是澆鑄成形的。氣體分布器35、硅靶16使氣流粉碎裝于殼體19內的硅粉。在殼體19下部的外壁上設置電感加熱器26。為了便于檢查和更換淬冷器36，在殼體19的錐形部位適當位置置有法蘭，使殼體19分成兩大部分，用法蘭連接為一體結構。
為了防止鐵銹和機械雜質堵塞，液體CH3Cl經過液體反應物過濾37的入口11進入過濾器37，過濾后，經調節(jié)閥至文丘里霧化器34，氣體CH3Cl從文丘里霧化器34的進口6進入文丘里霧化器34內，高速氣流打碎成細小的霧滴。含有霧滴的CH3Cl氣流在氣流粉碎硅粉分布器35中大部或全部液體CH3Cl汽化。使分布器35附近的觸體(催化劑+硅粉)降溫＞300℃，下噴管14出口的高速氣流作為氣流粉碎的動力，引射咀14周圍的氣體和裹攜的硅粉一起沖向圓盤澆鑄硅靶16，使大顆粒的硅顆粒被擊碎。破碎后新的硅表面沒有SiO2履蓋層，活性很高，因此有利于提高M2選擇性。采用本技術后，原料硅料可以由平均料徑70μ提高到40～800μ大顆粒。既節(jié)省硅粉制備時的電能又減少制備過程中細硅粉的損失。將薄鋼板制成的承硅盤17運至電爐口，澆鑄熔融的液態(tài)硅冷卻后表面很平整，放回法蘭31上。澆鑄硅靶16表面很平整，有利于向上的氣體分布。又很耐磨且不引入新的雜質?？傊畾饬鞣鬯榈膬?yōu)點在于提高M2選擇性，省電，減少細硅粉損失，抗磨。下噴管14采用不銹鋼的厚壁無縫管，內徑公差小，使全截面氣流分布很均勻。使用壽命長又經濟易得。
當原始開車時采用平均粒徑70μ的細顆硅粉。通入熱N2，在電感加熱器26加熱下觸體達到還原溫度，即通CH3Cl氣體放出大量反應熱。立即大量加入冷觸體，利用反應熱短時間內將全部冷觸體都加熱到反應溫度。較之用燃燒爐加熱油再用循環(huán)油加熱觸體可縮短起動時間80～90％，而且隨時可根據需要用電加熱器26使殼體19內的觸體升溫，既方便又快捷。
在強反應區(qū)8的絕熱層5底觸體與CH3Cl反應逐漸積累熱量，觸體顆粒溫度達到最高溫度320℃后進入淬冷層15。在此觸體被迅速冷卻到反應溫度，然后，又進入下一個絕熱層。如此絕熱層5—淬冷層15—再絕冷層5—再淬冷層15，數(shù)次循環(huán)。因此大大地延長了強反應區(qū)8。在溫和反應區(qū)9采用高的循環(huán)油溫使指型管群1底部觸體反應放熱略高于油取熱強度。觸體溫度由300℃逐漸升高。溫度升高使反應速度增加。然而這時濃度推動力已經較小，反應物濃度變成了主要影響因素，隨著反應物濃度降低反應速度下降，直到取熱強度略大于反應在該點的放熱之后觸體溫度開始下降。在溫和反應區(qū)9有觸體溫度緩慢上升再緩慢下降的過程，因此溫和反應區(qū)9也有較大的增長，故間置觸體區(qū)10很小，若CH3Cl單程轉化率從20％提高到40％則相同尺寸的設備生產能力可以翻一番，CH3Cl循環(huán)壓縮的電耗可節(jié)省50％，一部分反應熱用于液體CH3Cl氣化，油循環(huán)取熱可以更平穩(wěn)，取出的熱可用于發(fā)生蒸汽。采用本技術可使設備投資，電耗，能耗，經常運行費用均有大幅度的降低。由于最高反應溫度從單純油取熱時的330～340℃降到320℃生成付反應產物極少，因此M2的選擇性也大大提高了。
參照圖2和5，氣體分布器35由主管12和若干個支管13，在主管12上置有風帽21，在每個支管13上設置若干個下噴管14組成。
參照圖2-4和7-8，淬冷器36由主管24、支管25焊成，在主管25和支管24內插入相同的下噴管22，在兩端插入相同內徑的噴咀23。當主管24和支管25的中心線在一個水平線上時控制下噴管22、帶有噴咀23的下噴管22車削的長度就能有效地保證插入管的上端在同一水平線上，這條水平線比主管24、支管25的中心線高出h。當主管24中通入液體CH3Cl時，在主管24、支管25的下半部作為流體通道可順利地流到支管25的端部。主管24、支管25的管壁作為沸騰CH3Cl流體的供熱面，氣化后的CH3Cl上升到管子的上半部空間大部分氣態(tài)CH3Cl進入下噴管22和噴咀23，小部分氣態(tài)CH3Cl至焊接風帽21。下噴管22、帶噴咀23的噴管22采用相同的內徑，而且這個內徑可足夠小才能在不通液體CH3Cl時不會有觸體倒灌回淬冷器36的支管25中，因此在正常工作時在下噴管22、支管25的孔中氣速很高阻力很大，由于孔的截面積相等，故各噴管22和噴咀23的氣體流量也比較接近，因此能夠在反應器整個截面上達到均勻分布。淬冷器36底部焊接有墊塊27，淬冷器36通過墊塊27裝于殼體19內的筋板20上。
參照圖6，淬冷器36內蒸發(fā)的一部分氣體CH3Cl通過焊在管頂部的風帽21噴出。以適當流速噴出的CH3Cl氣流沖刷著水平構件，避免了不運動觸體堆積而發(fā)燒結塊的危險。風帽21由在主管24或主管12上焊接的墊塊28置于墊塊28的風帽錐30和過濾網29組成。風帽21的墊塊28與主管24、12間設有不銹鋼網29，當不通液體CH3Cl時風帽21噴出的氣速為零，為防止細小的觸體從間隙中流入淬冷器36或分布器35，噴口間隙必須足夠小，設置過濾網29后就能防止間隙被鐵銹等機械雜質堵塞。過濾網29為40目不銹鋼網片29夾壓在墊塊28和主管24、12之間，墊塊28與主管24、12的孔對中后將墊塊28滿焊在主管24、12上。然后將風帽錐30與墊塊28上的凸臺對中，保持周邊間隙18均勻后分3處120°點焊在墊塊28上。
參照圖9和10，當原料硅粉為細硅粉時不需要氣流粉碎時，甚至要避免高氣速的沖刷，這時可以將分布器35的下噴管14縮短，在外面套上一個減速管33，減速管33焊在支管13上。對于淬冷器36也如此方法制造，將下噴管22縮短，套上一個減速管32，減速管32焊在支管25上即可。
權利要求
1.一種復合式取熱的流化床反應器，它包括殼體(19)，包容于殼體(19)上的夾套(4)，在殼體(19)內設置指形管群(1)，在夾套(4)和指形管群(1)上設置循環(huán)油入口(3)和出口(7)，在殼體(19)上設置反應物出口(2)，其特征在于它還包括在殼體(19)內的下部的水平設置的若干個淬冷器(36)，若干個淬冷器(36)與管路上的過濾器(37)連接，在最下端淬冷器(36)下方設置的氣體分布器((35)與管路上的文丘里霧化器34連接，在氣體分布器(35)下方設置硅靶(16)，在殼體(19)下部的外壁上設置電感加熱器(26)。
2.根據權利要求1所述的復合式取熱的流化床反應器，其特征在于淬冷器(36)由主管(24)與若干個支管(25)連通，在主管(24)上設置若干個風帽(21)，在若干個支管(25)上設置若干個下噴管(22)組成。
3.根據權利要求2所述的復合式取熱的流化床反應器，其特征在于下噴管(22)或帶有噴咀(23)。
4.根據權利要求2或3所述的復合式取熱的流化床反應器，其特征在于或在下噴管(22)外設置降速套管(32)。
5.根據權利要求1所述的復合式取熱的流化床反應器，其特征在于氣體分布器(35)由主管(12)與若干個支管(13)連通，在主管(12)上設置若干個風帽(21)，在若干個支管(13)下部設置若干個下噴管(14)組成。
6.根據權利要求5所述的復合式取熱的流化床反應器，其特征在于或在下噴管(14)外設置降速套管(33)。
全文摘要
一種復合式取熱的流化床反應器,它包括殼體和夾套,殼體內設置指形管群,其特點是:在殼體下部水平設置的若干個淬冷器與管路的過濾器連接,在最下端的淬冷器下方設置氣體分布器與管路的文丘里霧化器連接,在氣體分布器下設置硅靶,在殼體下部的外壁上設置電感加熱器。這種反應器可廣泛用于溫度敏感的氣固放熱發(fā)應。具有單程轉化率高,反應熱利用充分,副反應少,制造成本和運行費用低等優(yōu)點。特別適于二甲基氯硅烷的合成。
文檔編號B01J8/24GK1364654SQ0110281
公開日2002年8月21日 申請日期2001年1月12日 優(yōu)先權日2001年1月12日
發(fā)明者余家驤 申請人:余家驤