本發(fā)明屬于直接法生產(chǎn)氯硅烷領(lǐng)域，具體地說涉及一種用于直接法生產(chǎn)氯硅烷的限制式流化床反應(yīng)器，該流化床反應(yīng)器可以用于直接法生產(chǎn)甲基氯硅烷單體、乙基氯硅烷、三氯氫硅和甲氧基硅烷、乙氧基硅烷等氯硅烷。

背景技術(shù)：

流化床反應(yīng)器是有機(jī)硅生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，目前有機(jī)硅合成反應(yīng)器主要采用的是一種自由式流化床，在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行氣固相反應(yīng)生產(chǎn)有機(jī)硅單體，保證反應(yīng)有效進(jìn)行的關(guān)鍵因素是讓氣相均勻的分散在固相當(dāng)中，行業(yè)稱之為流化態(tài)，同時(shí)反應(yīng)釋放出來的熱量及時(shí)高效的移出反應(yīng)區(qū)域。

目前在有機(jī)硅行業(yè)使用的流化床反應(yīng)器通常采用在反應(yīng)器中布置內(nèi)外套管式換熱構(gòu)件，由于內(nèi)外套管結(jié)構(gòu)使得管外徑相對(duì)比較大，管之間的距離也比較大，這種結(jié)構(gòu)無法避免氣體在固相中分布時(shí)形成短路和溝流，不能形成良好的流化態(tài)，其結(jié)果就是流化床不能均勻反應(yīng)和均勻散熱。

通常情況下，大型流化床反應(yīng)器內(nèi)的硅粉高度在5～12米，所有的反應(yīng)氣體必須從反應(yīng)器底部通入，用氣流讓硅粉形成流化態(tài)，想要達(dá)到好的流化態(tài)就必須讓氣體在流化床中分布均勻。目前流化床反應(yīng)器內(nèi)氣體分布的不均勻性尚交大，無法形成具有良好形態(tài)的流化態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N反應(yīng)器，該反應(yīng)器可有效地提高氣體在床內(nèi)的均勻性，提高硅粉在床內(nèi)的流化態(tài)，具體技術(shù)方案如下：

一種限制式流化床反應(yīng)器，其包括外殼，該外殼包括呈圓形的中間殼體、安裝在中間殼體的上端的上封頭和安裝在中間殼體的下端的下封頭，在外殼內(nèi)安裝有氣體分布板，氣體分布板將外殼的內(nèi)腔分為上腔體和下腔體，氣體分布板為多孔板；

在外殼上安裝有熱媒進(jìn)口管和熱媒出口管，熱媒進(jìn)口管和熱媒出口管均安裝在上腔體所對(duì)應(yīng)的外殼上；

在上腔體內(nèi)安裝有若干換熱管束，換熱管束由換熱管通過180°彎頭串聯(lián)而成，任一換熱管束具有一管束進(jìn)口端和一管束出口端，管束進(jìn)口端和管束出口端均朝上設(shè)置，管束進(jìn)口端向上延伸形成管束進(jìn)口管，管束出口端向上延伸形成管束出口管；管束進(jìn)口管連通熱媒進(jìn)口管，管束出口管連通熱媒出口管；所述換熱管呈直管狀，換熱管相互平行且沿中間殼體的軸線方向延伸，換熱管均勻布置在上腔體內(nèi)；任一換熱管束中的換熱管的數(shù)量為2-20中的偶數(shù)；

在上封頭上設(shè)置有連通上腔體的氣相出料管；在下封頭上設(shè)置有連通上腔體的粉體進(jìn)出管和連通下腔體的氣體進(jìn)料管，所述粉體進(jìn)出管從下向上貫穿氣體分布板后連通上腔體。

優(yōu)選地，任一換熱管束中的換熱管的數(shù)量為4、6、8、10或12。

在本發(fā)明中，在外殼內(nèi)設(shè)置了由多孔板所制作的氣體分布板，其中換熱管束由換熱管通過180°彎頭串聯(lián)而成，且換熱管相互平行且沿中間殼體的軸線方向延伸，180°彎頭分散布置，且位于下部的彎頭的數(shù)量要多于位于上部的彎頭的數(shù)量，如此可最大限度地減少彎頭對(duì)于物料上下移動(dòng)的阻礙。采用指型換熱管時(shí)，指型換熱管的各支管之間的連接端均位于支管的上端，而且由于指型換熱管采用套管結(jié)構(gòu)，使指型換熱管的外形較為粗大，各支管之間的連接彎頭半徑和間距比較大，上述雙重因素疊加使得流化態(tài)比較差。而采用本申請(qǐng)中的由180°彎頭串聯(lián)而成的具有多個(gè)折彎的換熱管束后，可有效地提高物料在反應(yīng)區(qū)的流動(dòng)性，提高反應(yīng)器中物料的流化態(tài)。

在生產(chǎn)氯硅烷時(shí)，物料為40～160目的粉體，采用本發(fā)明后，粉體與進(jìn)入到反應(yīng)器內(nèi)的氣態(tài)原料進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)氣態(tài)原料進(jìn)入流化床反應(yīng)器中后，在粉體的作用下形成氣泡，氣泡在上升的過程中，會(huì)不斷合并增大，直到床面而破裂。如果床層中大氣泡很多，氣泡不斷的攪動(dòng)和破裂，床層波動(dòng)大，氣固之間接觸不好，氣固反應(yīng)效率下降。本發(fā)明中，各換熱管相互平行且沿中間殼體的軸線方向延伸，使反應(yīng)器內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)方式由自由式轉(zhuǎn)變?yōu)檠負(fù)Q熱管束的換熱管之間的間隙進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的限制式流動(dòng)，使本發(fā)明成為限制式流化床反應(yīng)器。本發(fā)明中的呈直管狀的換熱管限制了氣泡的直徑，使直徑超過一定范圍的氣泡破碎，增加氣固接觸面積，減少氣體返混現(xiàn)象，提高床層的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了反應(yīng)效率，為進(jìn)一步提高反應(yīng)床層和操作氣速提供了有利條件。

優(yōu)選地，所述氣體分布板呈平板狀或呈向下突出的錐形。優(yōu)選地，當(dāng)所述氣體分布板呈向下突出的錐形時(shí)，錐角為120～150度。采用平板形或錐形的氣體分布板，能夠保證氣體布置的均勻性。

優(yōu)選地，所述換熱管的外徑為10～50mm，相鄰換熱管的外壁之間的距離為20～70mm。相鄰換熱管即指同一換熱管束的相鄰的換熱管，也指不同換熱管束之間的相鄰的換熱管。

上述限定使換熱管形成細(xì)密的管束，更加有效地將氣泡的直徑限定在一定的范圍內(nèi)，進(jìn)一步保證了氣固接觸面積，保證了床層的穩(wěn)定性及物料的反應(yīng)效率。

進(jìn)一步，所述中間殼體的上部徑向向外突出形成擴(kuò)大部。形成擴(kuò)大部后，有利于硅粉的沉降，氣體在上升到擴(kuò)大部后，風(fēng)速會(huì)降低，對(duì)硅粉的推動(dòng)作用減弱，硅粉由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆禒顟B(tài)，并重新進(jìn)行分布，使硅粉在反應(yīng)器內(nèi)的分布更加均勻，相比較全部由氣流強(qiáng)制對(duì)硅粉進(jìn)行推動(dòng)而形成的流化態(tài)，這種設(shè)置擴(kuò)大部的設(shè)計(jì)，可有效地提高硅粉在反應(yīng)器內(nèi)的流化狀態(tài)。

進(jìn)一步，在中間殼體的外側(cè)面上設(shè)置有半管換熱夾套。半管換熱夾套的設(shè)置可有效地提高反應(yīng)器內(nèi)的溫度的均勻性，避免靠近外殼的區(qū)域由于散熱較快，而使該區(qū)域的溫度低于反應(yīng)器中心部位的溫度，影響反應(yīng)器內(nèi)物料的反應(yīng)均勻性。

進(jìn)一步，為避免反應(yīng)器內(nèi)壓力過大而對(duì)反應(yīng)器造成傷害，在上封頭上還設(shè)置有安全閥接口。在該安全閥接口可安裝安全閥，在反應(yīng)器的壓力超過設(shè)定壓力后，安全閥啟動(dòng)，釋放反應(yīng)器內(nèi)的壓力。

進(jìn)一步，還包括吊架，所述吊架的一端固定在中間殼體上，吊架的另一端固定在換熱管束上。優(yōu)選地，在外殼內(nèi)設(shè)置有橫梁，所述橫梁安裝在中間殼體的上端，所述吊架包括拉桿、吊環(huán)和固定件，所述拉桿的一端貫穿橫梁后連接固定件，所述吊環(huán)安裝在拉桿的另一端，吊環(huán)卡持在180°彎頭上。采用吊架將換熱管束安裝在外殼內(nèi)，可提高換熱管束的安裝和更換的靈活性。

本發(fā)明流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)合理，能夠有效地阻止氣體在流化床反應(yīng)器中形成大氣泡，強(qiáng)化氣體在固相中的均勻分布，克服了現(xiàn)有流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn)和不足，同等直徑的反應(yīng)器相比換熱面積增加，有效反應(yīng)空間增加，氣體在反應(yīng)器內(nèi)部能較快較好的均勻分布

相對(duì)于等直徑的流化床反應(yīng)器，本發(fā)明能夠使反應(yīng)產(chǎn)能、目標(biāo)產(chǎn)物選擇性以及反應(yīng)氣體單程轉(zhuǎn)化率均有較大的提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是第一種實(shí)施例中所使用的換熱管束的簡(jiǎn)圖。

圖3是第一種實(shí)施例中吊架的簡(jiǎn)圖

圖4是圖3的左視圖，其中進(jìn)行了局部剖視。

圖5是本發(fā)明的第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參閱圖1，一種限制式流化床反應(yīng)器，其包括外殼，該外殼包括呈圓形的中間殼體6、安裝在中間殼體6的上端的上封頭9和安裝在中間殼體的下端的下封頭3，在外殼內(nèi)安裝有氣體分布板4，氣體分布板4將外殼的內(nèi)腔分為上腔體31和下腔體32，氣體分布板4為多孔板，在本實(shí)施例中，氣體分布板4呈向下突出的錐形，錐角為120度。在其它實(shí)施例中，氣體分布板的錐角可以為150度，或在120～150度之間任意選擇?；蛘咴谄渌鼘?shí)施例中，氣體分布板還可以呈平板狀。

在外殼上安裝有熱媒進(jìn)口管13和熱媒出口管12，熱媒進(jìn)口管13和熱媒出口管12均安裝在上腔體所對(duì)應(yīng)的外殼上。

在本實(shí)施例中，中間殼體6包括呈直筒狀的直筒體62和連接在直筒體上端的擴(kuò)大部61，擴(kuò)大部61的上下兩端均為呈圓錐狀的錐部，擴(kuò)大部61經(jīng)其下端的錐部611連接直筒體62，經(jīng)其上端的錐部612連接上封頭9。本實(shí)施例中，直筒體62的直徑為2600mm。

在上腔體31內(nèi)安裝有均勻布置的若干換熱管束7，請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，任一換熱管束7

由換熱管24通過180°彎頭25串聯(lián)而成，任一換熱管束7具有一管束進(jìn)口端和一管束出口端，管束進(jìn)口端和管束出口端均朝上設(shè)置，管束進(jìn)口端向上延伸形成管束進(jìn)口管22，管束出口端向上延伸形成管束出口管21；管束進(jìn)口管22連通熱媒進(jìn)口管13，管束出口管21連通熱媒出口管12；所述換熱管24呈直管狀，換熱管24相互平行且沿中間殼體6的軸線方向延伸；換熱管均勻布置在上腔體內(nèi)。

本實(shí)施中，熱媒進(jìn)口管13與管束進(jìn)口管22一一對(duì)應(yīng)，熱媒出口管12與管束出口管21一一對(duì)應(yīng)。

換熱管束的底端71臨近氣體分布板4，換熱管束的頂端72向上延伸進(jìn)入到擴(kuò)大部61的內(nèi)腔。

在上封頭9上設(shè)置有連通上腔體31的氣相出料管10；在下封頭上設(shè)置有連通上腔體31的粉體進(jìn)出管1和連通下腔體32的氣體進(jìn)料管2，粉體進(jìn)出管1從下向上貫穿氣體分布板4后連通上腔體31。本實(shí)施例中，粉體進(jìn)出管1為一直管，該粉體進(jìn)出管1從下向上依次貫穿下封頭3和氣體分布板4后連通上腔體31。

在本實(shí)施例中，每個(gè)換熱管束的換熱管的數(shù)量為8，即每個(gè)換熱管束具有8根換熱管?？梢岳斫?，在其它實(shí)施例中，換熱管束的換熱管的數(shù)量可以在2-20中的偶數(shù)進(jìn)行選擇。

在本實(shí)施例中，所述換熱管24的外徑為48mm，相鄰換熱管24的外壁之間的距離l為70mm。在其它實(shí)施例中，換熱管24的外徑可以在10～50mm之間進(jìn)行選擇，相鄰換熱管24的外壁之間的距離l可以在20～70mm之間進(jìn)行選擇

在本實(shí)施例中，共設(shè)置有70個(gè)換熱管束7，每個(gè)換熱管束有8根換熱管，共560根換熱管。

在中間殼體6的直筒體62的外側(cè)面上設(shè)置有半管換熱夾套15，半管換熱夾套15的進(jìn)口端5設(shè)置在下端，出口端14設(shè)置在上端，半管夾套環(huán)繞纏繞在直筒體的外側(cè)面上。

在本實(shí)施例中，換熱管的安裝采用吊架8，參同時(shí)閱圖3和圖4，吊架8包括拉桿81、吊環(huán)83和固定件81，在外殼內(nèi)設(shè)置有橫梁85，橫梁85水平安裝在擴(kuò)大部61內(nèi)，在橫梁85上開設(shè)有安裝孔，拉桿81的一端從下向上穿過該安裝孔后，將作為固定件81的螺母擰上；吊環(huán)83連接在拉桿81的另一端。在本實(shí)施中，在吊環(huán)83上焊接有具有內(nèi)螺紋的短接82，通過該短接吊環(huán)83連接在拉桿上。

180°彎頭穿設(shè)在吊環(huán)83上，通過吊架8，將換熱管束固定在殼體內(nèi)。

為了提高本實(shí)施例的安全性，在上述方案的基礎(chǔ)上，在本實(shí)施例中，在上封頭上還設(shè)置有安全閥接口11，該安全閥接口11用于安裝安全閥，以在反應(yīng)器內(nèi)的壓力超過其設(shè)定值后開啟，釋放反應(yīng)器內(nèi)的壓力。

采用本實(shí)施例生產(chǎn)甲基氯硅烷單體時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)中同直徑的內(nèi)外套管式流化床反應(yīng)器相比，反應(yīng)產(chǎn)能增加15％，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性增加5％，反應(yīng)氣體單程轉(zhuǎn)化率提高20％。

實(shí)施例2

請(qǐng)參閱圖5，本實(shí)施例是在實(shí)施例基礎(chǔ)上的變形，圖5中與圖1中相同的標(biāo)記序號(hào)表示相同的部件。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，在擴(kuò)大部61的外周面上設(shè)置有第一夾套66和第二夾套65，熱媒進(jìn)口管13安裝在第一夾套66上，熱媒出口管12安裝在第二夾套65上，換熱管束的管束進(jìn)口管22連通第一夾套66，管束出口管21連通第二夾套65。

在本實(shí)施例中，每個(gè)換熱管束的換熱管的數(shù)量為12，換熱管的外徑為38mm，相鄰換熱管的外壁之間的距離為l為85mm。在本實(shí)施例中，共設(shè)置有30個(gè)換熱管束，每個(gè)換熱管束有12根換熱管，共360根換熱管。直筒體的直徑為1800mm。

采用本實(shí)施例生產(chǎn)三氯氫硅單體時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)中同直徑的內(nèi)外套管式流化床反應(yīng)器相比，反應(yīng)產(chǎn)能增加10％，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性增加5％，反應(yīng)氣體單程轉(zhuǎn)化率提高5％。