CN1364654A - 复合式取热的流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
一种复合式取热的流化床反应器,它包括壳体和夹套,壳体内设置指形管群,其特点是:在壳体下部水平设置的若干个淬冷器与管路的过滤器连接,在最下端的淬冷器下方设置气体分布器与管路的文丘里雾化器连接,在气体分布器下设置硅靶,在壳体下部的外壁上设置电感加热器。这种反应器可广泛用于温度敏感的气固放热发应。具有单程转化率高,反应热利用充分,副反应少,制造成本和运行费用低等优点。特别适于二甲基氯硅烷的合成。
Description
一种复合式取热的流化床反应器，用于化学工业对温度要求敏感的气固相催化放热反应，特别是应用于生产有机硅重要原料二甲基二氯硅烷(简称M2)的合成装置。
现有M2合成流化床反应器有两种，一种为水蒸发取热的半锥床反应器；另一种为单纯油取热的圆柱床反应器。水蒸发取热的半锥床反应器的半锥床底部有适当厚度的无取热面反应层，简称：绝热层。它是采用间歇(或不均匀)加水至指形管群底部，沸腾水在很短的区域内蒸发，水蒸发区的末端已经把触体(催化剂+硅粉)颗料冷却到反应温度以下。再往上的床层颗粒均低于反应温度，这些触体不发生合成反应。称为：间置触体。这类反应器生产能力低，床底温度波动频繁，产生的蒸汽流量极不稳定，故很难综合利用这部分热能。
单纯油取热的圆柱床反应器的油循环取热装置规模大，启动时间长，有明火，油预热系统复杂，运行时，为了防止垮温气态CH3C1被预热到接近反应温度后才进入圆柱床反应器。从反应器底部向上触体的温度从反应温度到达最高温度330℃-340℃，反应速度是递减的，直至最大反应速度，这个区域称为强反应区。触体温度从最高330℃-340℃降到反应温度300℃，反应速度是递减的称为温和反应区。油取热的特点是上部和下部取热强度相差甚少。较高的取热强度虽然有利于防止强反应区飞温，却使得温和反应区很短，触体很快就降到低于反应温度，再往上也是间置触体，因此单纯油取热时CH3Cl单程转化率低，装置投资高，能源消耗和运行费用大。
本发明的目的在于提供一种M2选择性大，CH3Cl单程转化率高，生产能力大，付产物少，节约能源，制造成本和运行费用低的复合式取热的流化床反应器。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种复合式取热的流化床反应器，它包括壳体19，包容于壳体19上的夹套4，在壳体19内设置指形管群1，在夹套4和指形管群1上设置循环油入口3和出口7，在壳体19上设置反应物出口2，其特殊之处在于：它还包括在壳体19内的下部水平设置的若干个淬冷器36，若干个淬冷器36与管路上的过滤器37连接，在最下端的淬冷器36下方设置的气体分布器35与管路上的文丘里雾化器34连接，在气体分布器35下方设置硅靶16，在壳体19下部的外壁上设置电感加热器26。
淬冷器36由主管24与若干个支管25连通，在主管24上设置若干个风帽21，在若干个支管25上设置若干个下喷管22组成。或下喷管22上带有喷咀23。或在下喷管22外设置降速套管32。
气体分布器35由主管12与若干个支管13连通，在主管12上设置若干个风帽21，在若干个支管13上设置若干个下喷管14组成。或在下喷管14外设置降速套管33。
由于本发明的复合式取热的流化床反应器在壳体内的下部水平设置了若干个淬冷器，若干个淬冷器与管路上的过滤器连接，在最下端的淬冷器下方设置的气体分布与管路上的文丘里雾化器连接，在气体分布器下方设置硅靶，在壳体下部的外壁上设置电感加热器的结构。致使反应器形成三个反应区，即强反应区，温和反应区和间置触体区。在反应物浓度高，产物浓度低，反应速度大的强反应区内数次交替设置绝热层和淬冷层，在淬冷器内液体CH3Cl蒸发，使淬冷器附近的触体迅速冷却到反应温度，故称淬冷层。淬冷层后紧接着绝热层。在每层绝热层底触体与CH3Cl反应逐渐积累热量，触体颗料达到最高温度320℃后又进入淬冷层。多次交替设置绝热层和淬冷层因而使强反应区大大延长。在淬冷器内液体CH3Cl沸腾蒸发，由于给热系数高，传热温差大，可以传热强度很高。在浓差推动力较小的温和反应区中，由于放热强度更低，大幅度减少传热温差，可以使循环油的取热强度降低到略小于该处的反应放热强度，促使温和反应区相应地增加。复合式取热既大大增加了强反应区又使温和反应区的触动体积相应增加，故可以大幅度地提高CH3Cl的单程转化率，又可以将最高触体温度从现有的单纯油取热时330～340℃降到320℃，使付反应产物极小，提高了M2的选择性，增加了生产能力，节约能源，降低了制造成本和运行费用。
下面利用附图所示的实施例对本发明作进一步说明。
图1为复合式取热的流化床反应器结构示意图。
图2为图1中B-B剖视示意图。
图3为图1中C-C剖视示意图。
图4为图3中A-A剖视示意图。
图5为气体分布器35俯视示意图。
图6为风帽21结构示意图。
图7为下喷管22结构示意图。
图8为下喷管22带喷咀23结构示意图。
图9为下喷管22外设置降速管32结构示意图。
图10为下喷管14外设置降速管33结构示意图。
参照图1和2，复合式取热的流化床反应器具有壳体19，壳体19上设有夹套4，在壳体19内设置指形管群1，在夹套4和指形管群1上设置循环油入口3和出口7，在壳体19上设置反应物出口2，在壳体19的锥形部位内水平设置若干个淬冷器36，若干个淬冷器36与管路上的过滤器37连接，在最下端淬冷器36下方设置气体分布器35，气体分布器35与管路上的文丘里雾化器34连接，在气体分布器35下方设置硅靶16，硅靶16是浇铸成形的。气体分布器35、硅靶16使气流粉碎装于壳体19内的硅粉。在壳体19下部的外壁上设置电感加热器26。为了便于检查和更换淬冷器36，在壳体19的锥形部位适当位置置有法兰，使壳体19分成两大部分，用法兰连接为一体结构。
为了防止铁锈和机械杂质堵塞，液体CH3Cl经过液体反应物过滤37的入口11进入过滤器37，过滤后，经调节阀至文丘里雾化器34，气体CH3Cl从文丘里雾化器34的进口6进入文丘里雾化器34内，高速气流打碎成细小的雾滴。含有雾滴的CH3Cl气流在气流粉碎硅粉分布器35中大部或全部液体CH3Cl汽化。使分布器35附近的触体(催化剂+硅粉)降温＞300℃，下喷管14出口的高速气流作为气流粉碎的动力，引射咀14周围的气体和裹携的硅粉一起冲向圆盘浇铸硅靶16，使大颗粒的硅颗粒被击碎。破碎后新的硅表面没有SiO2履盖层，活性很高，因此有利于提高M2选择性。采用本技术后，原料硅料可以由平均料径70μ提高到40～800μ大颗粒。既节省硅粉制备时的电能又减少制备过程中细硅粉的损失。将薄钢板制成的承硅盘17运至电炉口，浇铸熔融的液态硅冷却后表面很平整，放回法兰31上。浇铸硅靶16表面很平整，有利于向上的气体分布。又很耐磨且不引入新的杂质。总之气流粉碎的优点在于提高M2选择性，省电，减少细硅粉损失，抗磨。下喷管14采用不锈钢的厚壁无缝管，内径公差小，使全截面气流分布很均匀。使用寿命长又经济易得。
当原始开车时采用平均粒径70μ的细颗硅粉。通入热N2，在电感加热器26加热下触体达到还原温度，即通CH3Cl气体放出大量反应热。立即大量加入冷触体，利用反应热短时间内将全部冷触体都加热到反应温度。较之用燃烧炉加热油再用循环油加热触体可缩短起动时间80～90％，而且随时可根据需要用电加热器26使壳体19内的触体升温，既方便又快捷。
在强反应区8的绝热层5底触体与CH3Cl反应逐渐积累热量，触体颗粒温度达到最高温度320℃后进入淬冷层15。在此触体被迅速冷却到反应温度，然后，又进入下一个绝热层。如此绝热层5—淬冷层15—再绝冷层5—再淬冷层15，数次循环。因此大大地延长了强反应区8。在温和反应区9采用高的循环油温使指型管群1底部触体反应放热略高于油取热强度。触体温度由300℃逐渐升高。温度升高使反应速度增加。然而这时浓度推动力已经较小，反应物浓度变成了主要影响因素，随着反应物浓度降低反应速度下降，直到取热强度略大于反应在该点的放热之后触体温度开始下降。在温和反应区9有触体温度缓慢上升再缓慢下降的过程，因此温和反应区9也有较大的增长，故间置触体区10很小，若CH3Cl单程转化率从20％提高到40％则相同尺寸的设备生产能力可以翻一番，CH3Cl循环压缩的电耗可节省50％，一部分反应热用于液体CH3Cl气化，油循环取热可以更平稳，取出的热可用于发生蒸汽。采用本技术可使设备投资，电耗，能耗，经常运行费用均有大幅度的降低。由于最高反应温度从单纯油取热时的330～340℃降到320℃生成付反应产物极少，因此M2的选择性也大大提高了。
参照图2和5，气体分布器35由主管12和若干个支管13，在主管12上置有风帽21，在每个支管13上设置若干个下喷管14组成。
参照图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内插入相同的下喷管22，在两端插入相同内径的喷咀23。当主管24和支管25的中心线在一个水平线上时控制下喷管22、带有喷咀23的下喷管22车削的长度就能有效地保证插入管的上端在同一水平线上，这条水平线比主管24、支管25的中心线高出h。当主管24中通入液体CH3Cl时，在主管24、支管25的下半部作为流体通道可顺利地流到支管25的端部。主管24、支管25的管壁作为沸腾CH3Cl流体的供热面，气化后的CH3Cl上升到管子的上半部空间大部分气态CH3Cl进入下喷管22和喷咀23，小部分气态CH3Cl至焊接风帽21。下喷管22、带喷咀23的喷管22采用相同的内径，而且这个内径可足够小才能在不通液体CH3Cl时不会有触体倒灌回淬冷器36的支管25中，因此在正常工作时在下喷管22、支管25的孔中气速很高阻力很大，由于孔的截面积相等，故各喷管22和喷咀23的气体流量也比较接近，因此能够在反应器整个截面上达到均匀分布。淬冷器36底部焊接有垫块27，淬冷器36通过垫块27装于壳体19内的筋板20上。
参照图6，淬冷器36内蒸发的一部分气体CH3Cl通过焊在管顶部的风帽21喷出。以适当流速喷出的CH3Cl气流冲刷着水平构件，避免了不运动触体堆积而发烧结块的危险。风帽21由在主管24或主管12上焊接的垫块28置于垫块28的风帽锥30和过滤网29组成。风帽21的垫块28与主管24、12间设有不锈钢网29，当不通液体CH3Cl时风帽21喷出的气速为零，为防止细小的触体从间隙中流入淬冷器36或分布器35，喷口间隙必须足够小，设置过滤网29后就能防止间隙被铁锈等机械杂质堵塞。过滤网29为40目不锈钢网片29夹压在垫块28和主管24、12之间，垫块28与主管24、12的孔对中后将垫块28满焊在主管24、12上。然后将风帽锥30与垫块28上的凸台对中，保持周边间隙18均匀后分3处120°点焊在垫块28上。
参照图9和10，当原料硅粉为细硅粉时不需要气流粉碎时，甚至要避免高气速的冲刷，这时可以将分布器35的下喷管14缩短，在外面套上一个减速管33，减速管33焊在支管13上。对于淬冷器36也如此方法制造，将下喷管22缩短，套上一个减速管32，减速管32焊在支管25上即可。
Claims (6)
1、一种复合式取热的流化床反应器，它包括壳体(19)，包容于壳体(19)上的夹套(4)，在壳体(19)内设置指形管群(1)，在夹套(4)和指形管群(1)上设置循环油入口(3)和出口(7)，在壳体(19)上设置反应物出口(2)，其特征在于：它还包括在壳体(19)内的下部的水平设置的若干个淬冷器(36)，若干个淬冷器(36)与管路上的过滤器(37)连接，在最下端淬冷器(36)下方设置的气体分布器((35)与管路上的文丘里雾化器34连接，在气体分布器(35)下方设置硅靶(16)，在壳体(19)下部的外壁上设置电感加热器(26)。
2、根据权利要求1所述的复合式取热的流化床反应器，其特征在于：淬冷器(36)由主管(24)与若干个支管(25)连通，在主管(24)上设置若干个风帽(21)，在若干个支管(25)上设置若干个下喷管(22)组成。
3、根据权利要求2所述的复合式取热的流化床反应器，其特征在于：下喷管(22)或带有喷咀(23)。
4、根据权利要求2或3所述的复合式取热的流化床反应器，其特征在于：或在下喷管(22)外设置降速套管(32)。
5、根据权利要求1所述的复合式取热的流化床反应器，其特征在于：气体分布器(35)由主管(12)与若干个支管(13)连通，在主管(12)上设置若干个风帽(21)，在若干个支管(13)下部设置若干个下喷管(14)组成。
6、根据权利要求5所述的复合式取热的流化床反应器，其特征在于：或在下喷管(14)外设置降速套管(33)。
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