CN210559368U - 氯化氢和氨气的制备装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种氯化氢和氨气的制备装置,该制备装置由分解反应器与再生反应器组成,氯化铵在分解反应器内与熔融态的硫酸氢氨反应,生成氯化氢气体和中间物料;氯化氢气体排出;中间物料被送入再生反应器,受热分解形成硫酸氢氨与氨气;氨气排出,硫酸氢氨返回分解反应器再次循环使用。本申请使工业化连续分解氯化铵制备氯化氢和氨气的装置具备了可行性。

Description

氯化氢和氨气的制备装置
技术领域
本申请涉及无机盐及纯碱化工领域,尤其涉及一种氯化氢和氨气的制备装置。
背景技术
氯化铵作为联合制碱法生产纯碱的副产品,每生产1吨纯碱就产生1吨的氯化铵。氯化铵主要是作为氮肥使用,而其中的氯元素不仅被白白浪费掉,还可能对土壤造成不良影响,而氯作为工业中重要的元素之一,其基础产品如氯气,氯化氢等是重要的化工原料。
近几十年来,将氯化铵分解成经济价值较高的NH3和HCl的研究备受瞩目,目前,一些研究机构和企业对氯化铵分解进行了研究,取得了一些成果,但都处于室内小试验阶段,无法满足大规模工业生产的需要。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种氯化氢和氨气的制备装置,使工业化连续分解氯化铵制备氯化氢和氨气的装置具备了可行性。
根据本实用新型的实施例,提供了一种氯化氢和氨气的制备装置,包括:分解反应器,具有氯化铵入料口、氯化氢气体出口、中间物料出口以及硫酸氢氨入料口,氯化铵和硫酸氢氨在所述分解反应器中反应,以输出氯化氢气体并获得中间物料;再生反应器,具有中间物料入口、氨气气体出口以及硫酸氢氨出料口,所述中间物料在所述再生反应器中反应,以输出氨气并获得所述硫酸氢氨;第一管路,经由所述硫酸氢氨出料口与所述再生反应器连通,并经由所述硫酸氢氨入料口与所述分解反应器连通;第二管路,经由所述中间物料出口与所述分解反应器连通,并经由所述中间物料入口与所述再生反应器连通;至少一个熔盐泵,与所述第一管路和/或所述第二管路连接,用于在所述分解反应器和所述再生反应器之间循环所述中间物料与所述硫酸氢氨;加热器,用于将所述硫酸氢氨加热至熔融态;以及多个折流挡板,分别位于所述分解反应器与所述再生反应器中,用于使所述分解反应器与所述再生反应器中的流体定向移动,延长物料停留时间。
优选地,还包括托盘,位于所述分解反应器内部,所述第一管路经所述硫酸氢氨入料口伸入至所述托盘上,所述氯化铵入料口位于所述托盘上方,熔融态的所述硫酸氢氨通过所述第一管路流入所述托盘内,并与所述氯化铵接触并混合,所述氯化铵随熔融态的所述硫酸氢氨溢出所述托盘。
优选地,所述分解反应器包括分解反应器的主体部分与氯化氢气体逸出区,所述氯化氢气体出口位于所述氯化氢气体逸出区上,所述氯化氢气体逸出区的水平位置高于所述分解反应器的主体部分的水平位置;所述再生反应器包括再生反应器的主体部分与氨气气体逸出区,所述氨气气体出口位于所述氨气气体逸出区上,所述氨气气体逸出区的水平位置高于所述再生反应器的主体部分的水平位置。
优选地,至少一个折流挡板位于所述分解反应器内所述氯化铵入料口靠近所述中间物料出口的一侧,并与所述分解反应器的上壁相连;至少一个折流挡板位于所述分解反应器内所述中间物料出口靠近所述氯化铵入料口一侧,并与所述分解反应器的下壁相连;至少一个折流挡板位于所述再生反应器内所述中间物料入口靠近所述氨气气体出口的一侧,并与所述再生反应器的上壁相连;至少一个折流挡板位于所述再生反应器内所述硫酸氢氨出料口靠近所述中间物料入口一侧,并与所述再生反应器的下壁相连。
优选地,当所述硫酸氢氨料入口不低于所述硫酸氢氨出料口时,所述熔盐泵与所述第一管路连接,以使所述再生反应器中的所述硫酸氢氨提供至所述分解反应器内;当所述中间物料入口不低于所述中间物料出口时,所述熔盐泵与所述第二管路连接,以使所述分解反应器中的所述中间物料提供至所述再生反应器内。
优选地,所述熔盐泵包括高温熔盐液下泵。
优选地,所述加热器的加热形式包括:电加热、电磁加热、微波加热以及导热油加热中的至少一种。
优选地,还包括保温器,位于所述第一管路和所述第二管路上,以使所述第一管路和所述第二管路内部温度不低于147℃。
优选地,所述分解反应器和所述再生反应器的材料包括:碳钢、镍铬铁合金、镍钼铁合金、双相钢、哈氏合金B、四氟衬里以及陶瓷中的至少一种。
优选地,所述分解反应器和所述再生反应器还具有排料口。
根据本实用新型的实施例提供的氯化氢和氨气的制备装置,使工业化连续分解氯化铵制备氯化氢和氨气的装置具备了可行性。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例进行描述,本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出了本实用新型施例的氯化氢和氨气的制备装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节,以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样,可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
下面结合附图和具体实施例说明本实用新型的原理和具体实施方案。如无特殊说明,本实用新型中所采用的NH4Cl、NH4HSO4的固体原料均为市售的工业级的化学原料。
本实用新型利用化学循环的概念,引入循环介质硫酸氢氨(NH4HSO4),实现氯化铵分解以及NH3和HCl的分离。本实用新型所涉及的化学反应如下:
NH4Cl分解反应:
NH4Cl+NH4HSO4→(NH4)2SO4+HCl↑ΔH=68.3kJ/mol
NH4HSO4再生反应:
(NH4)2SO4→NH4HSO4+NH3↑ΔH=108.0kJ/mol
图1示出了本实用新型施例的氯化氢和氨气的制备装置的结构示意图。
如图1所示,本实用新型施例的氯化氢和氨气的制备装置包括:分解反应器100、再生反应器200、第一管路301、第二管路302、多个折流挡板400、多个加热器500以及至少一个熔盐泵600。其中,氯化铵和硫酸氢氨在分解反应器100中反应,以输出氯化氢气体并获得中间物料;中间物料在再生反应器200中反应,以输出氨气并获得硫酸氢氨。
分解反应器100具有氯化铵入料口101、硫酸氢氨入料口102、氯化氢气体出口103、中间物料出口104以及排料口105,其中,氯化铵入料口101、硫酸氢氨入料口102以及排料口105位于分解反应器100的一侧,氯化氢气体出口103与中间物料出口104位于分解反应器100的另一侧。分解反应器100包括主体部分110与氯化氢气体逸出区120,其中,氯化氢气体出口103位于氯化氢气体逸出区120上,氯化氢气体逸出区120的水平位置高于主体部分110的水平位置以方便氯化氢气体集中逸出。
在分解反应器100内部,至少一个折流挡板400位于氯化铵入料口101靠近中间物料出口104的一侧,并与分解反应器100的上壁相连;至少一个折流挡板400位于中间物料出口104靠近氯化铵入料口101一侧,并与分解反应器100的下壁相连,折流挡板400使得分解反应器100中的流体定向移动,并延长物料在分解反应器100中的停留时间。
然而本实用新型实施例并不限于此,本领域技术人员可以根据需要对分解反应器100内部的折流挡板400的数量与位置进行其他设置。
再生反应器200具有中间物料入口201、氨气气体出口202、硫酸氢氨出料口203以及排料口204,其中,中间物料入口201与排料口204位于再生反应器200的一侧,氨气气体出口202与硫酸氢氨出料口203位于再生反应器200的另一侧。再生反应器200包括主体部分210与氨气气体逸出区220,其中,氨气气体出口202位于氨气气体逸出区220上,氨气气体逸出区220的水平位置高于主体部分210水平位置以方便氨气气体集中逸出。
在再生反应器200内部,至少一个折流挡板400位于中间物料入口201靠近氨气气体出口202的一侧,并与再生反应器200的上壁相连;至少一个折流挡板400位于硫酸氢氨出料口203靠近中间物料入口201一侧,并与再生反应器的下壁相连,折流挡板400使得分解反应器100中的流体定向移动,并延长物料在再生反应器200中的停留时间。
然而本实用新型实施例并不限于此,本领域技术人员可以根据需要对再生反应器200内部的折流挡板400的数量与位置进行其他设置。
在本实施例中,分解反应器100和再生反应器200的材料包括:碳钢、镍铬铁合金、镍钼铁合金、双相钢、哈氏合金B、四氟衬里以及陶瓷中的至少一种。
然而本实用新型实施例并不显于此,本领域技术人员可以根据需要对分解反应器100和再生反应器200的材料进行其他设置。
第一管路301经由硫酸氢氨出料口203与再生反应器连通200,并经由硫酸氢氨入料口102与分解反应器100连通,以使再生反应器200中的硫酸氢氨提供至分解反应器100内。第二管路302经由中间物料出口104与分解反应器100连通,并经由中间物料入口201与再生反应器200连通,以使分解反应器100中的中间物料提供至再生反应器200内。
在本实施例中,加热器500分别位于分解反应器100与再生反应器200的下方,用于将硫酸氢氨加热至熔融态,加热器500的加热形式包括:电加热、电磁加热、微波加热以及导热油加热中的至少一种。然而本实用新型实施例并不显于此,本领域技术人员可以根据需要对加热器500的位置以及加热形式进行其他设置。
在本实施例中,由于硫酸氢氨料入口102不低于硫酸氢氨出料口203,熔盐泵600与第一管路201连接,熔盐泵600采用高温熔盐液下泵,第一管路301经硫酸氢氨出料口203伸入至再生反应器200下部并与高温熔盐液下泵连接。在一些其他实施例中,当中间物料入口201不低于中间物料出口104时,熔盐泵600与第二管路302连接。熔盐泵600用于在分解反应器100和再生反应器200之间循环中间物料与硫酸氢氨。
在一些优选的实施例中,在分解反应器100内部还设置有托盘700,第一管路301经硫酸氢氨入料口102伸入至托盘700上,氯化铵入料口101位于托盘700上方。熔融态的硫酸氢氨通过第一管路301流入托盘内,并与氯化铵接触、混合,氯化铵随熔融态的硫酸氢氨溢出托盘。
在另一些优选的实施例中,在第一管路301和第二管路302上设置保温器,保证第一管路和第二管路内部温度不低于147℃。
下面将结合图1详细介绍本实用新型实施例氯化氢和氨气的制备装置的两种使用方法。
第一种使用方法为连续操作,将原料氯化铵以一定流量通过氯化铵入料口101连续加入到分解反应器100内的托盘700中,与从再生反应器200中循环回的熔融态的硫酸氢氨接触、混合,反应并溢流,生成HCl气体和中间物料。HCl气体自熔融液中逸出,经氯化氢气体出口103溢出,送至本系统外后续工艺。反应后的中间物料(硫酸氢氨与硫酸铵的混合液)经中间物料出口104通过第二管路302排到再生反应器200的中间物料入口201,具体地,可以通过高位差(分解反应器100放置的位置高于再生反应器200)或者通过在第二管路302上设置熔盐泵来输送中间物料。在再生反应器200中,来自分解反应器100的中间物料受热分解,重新生成硫酸氢氨并放出NH3气体,NH3气体自熔融液中溢出后经氨气气体出口202排出,而硫酸氢氨熔融液则利用高温熔盐液下泵600经第一管路301以及分解反应器100的硫酸氢氨入料口102进入托盘700。
第二种使用方法为间隙操作,在再生反应器200加入一定量的硫酸氢氨并加热至熔融,将一定量的氯化铵通过氯化铵入料口101加入到分解反应器100内的托盘700中,将再生反应器200中的熔融态硫酸氢氨则利用高温熔盐液下泵600经第一管路301以及分解反应器100的硫酸氢氨入料口102进入托盘700,熔融态硫酸氢氨与氯化铵接触、混合,反应并溢流,生成HCl气体和中间物料,HCl气体自熔融液中逸出,经氯化氢气体出口103溢出,送至本系统外后续工艺。反应一段时间后,将反应后的中间物料(硫酸氢氨与硫酸铵的混合液)经中间物料出口104通过第二管路302排到再生反应器200的中间物料入口201,具体地,可以通过高位差(分解反应器100放置的位置高于再生反应器200)或者通过在第二管路302上设置熔盐泵来输送中间物料。在再生反应器200中,来自分解反应器100的中间物料受热分解,重新生成硫酸氢氨并放出NH3气体,NH3气体自熔融液中溢出后经氨气气体出口203排出。
作为一种具体的实施例,分解反应器100的体积为6.4m3,直径为1.6m,长为4m,装填系数为0.7;再生反应器200的体积为体积为6.4m3,直径为1.6m,长为4m,装填系数为0.7。
作为一种具体的实施例,固定硫酸氢氨与氯化铵加入的流量之比为2:1,即氯化铵的流量为8.23kmol/h,硫酸氢铵的流量为16.46kmol/h。分解反应器100采用双相钢的材料,电加热的加热器,功率为300kw,分别设置温度为200℃,220℃,240℃,260℃,280℃。再生反应器200采用双相钢的材料,电加热的加热器,功率为300kw,设置温度为300℃。测定生成氯化氢和氨气的含量,计算转化率,测定结果如表1所示,其中再生转化率为氨气相对于生成的硫酸铵的分解转化率。
表1不同分解温度下的反应结果
Figure BDA0002044470390000071
作为一种具体的实施例,分解反应器100的体积为6.4m3,直径为1.6m,长为4m,装填系数为0.7;再生反应器200的体积为体积为6.4m3,直径为1.6m,长为4m,装填系数为0.7。
作为一种具体的实施例,固定硫酸氢氨与氯化铵的流量之比为2:1,即氯化铵的流量为8.23kmol/h,硫酸氢铵的流量为16.46kmol/h。分解反应器100采用哈氏合金B的材料,电加热的加热器,功率为300kw,设置温度为240℃,再生反应器200采用哈氏合金B的材料,电加热的加热器,功率为300kw,设置温度分别为280℃、300℃、325℃、350℃、380℃。测定生成氯化氢和氨气的含量,计算转化率,测定结果如表2所示,其中再生转化率为氨气相对于生成的硫酸铵的分解转化率。
表2不同再生温度下的反应结果
Figure BDA0002044470390000081
作为一种具体的实施例,采用间歇操作,并将8.23kmol的氯化铵一次性加入16.46kmol硫酸氢铵中(硫酸氢氨与氯化铵流量之比为2:1)。分解反应器100设置温度为240℃、再生反应器200设置温度为300℃。测定生成氯化氢和氨气的含量,计算转化率,测定结果如表3所示。可见将氯化铵颗粒一次性加入时的氯化铵的分解转化率明显低于连续加入时的结果。其中,再生转化率为氨气相对于生成的硫酸铵的分解转化率。
表3氯化铵颗粒一次性加入操作的结果
类别 HCl/kmol/h NH3/kmol/h 分解转化率/% 再生转化率/%
结果 6.4 5.8 77.7 90.6
需要说明的是,根据本领域一般技术人员的常识,分解反应器和再生反应器上还会设置相应的液位等测量,控制系统以及相应的阀门,附图中并没有一一表明,这并不表明本实用新型工艺中不包含这些常规的设计。根据转化率以及物料衡算调整本实用新型中原料的进料速率,也是本领域一般技术人员的常识的常规设计,在本实用新型中也没有一一说明,这也并不表明本实用新型工艺中不包含这种常规的设计。
依照本实用新型的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。

Claims (9)

1.一种氯化氢和氨气的制备装置,其特征在于,所述制备装置包括:
分解反应器,具有氯化铵入料口、氯化氢气体出口、中间物料出口以及硫酸氢氨入料口,氯化铵和硫酸氢氨在所述分解反应器中反应,以输出氯化氢气体并获得中间物料;
再生反应器,具有中间物料入口、氨气气体出口以及硫酸氢氨出料口,所述中间物料在所述再生反应器中反应,以输出氨气并获得所述硫酸氢氨;
第一管路,经由所述硫酸氢氨出料口与所述再生反应器连通,并经由所述硫酸氢氨入料口与所述分解反应器连通;
第二管路,经由所述中间物料出口与所述分解反应器连通,并经由所述中间物料入口与所述再生反应器连通;
至少一个熔盐泵,与所述第一管路和/或所述第二管路连接,用于在所述分解反应器和所述再生反应器之间循环所述中间物料与所述硫酸氢氨;
加热器,用于将所述硫酸氢氨加热至熔融态;以及
多个折流挡板,分别位于所述分解反应器与所述再生反应器中,用于使所述分解反应器与所述再生反应器中的流体定向移动。
2.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于,还包括托盘,位于所述分解反应器内部,
所述第一管路经所述硫酸氢氨入料口伸入至所述托盘上,
所述氯化铵入料口位于所述托盘上方,
熔融态的所述硫酸氢氨通过所述第一管路流入所述托盘内,并与所述氯化铵接触、混合,
所述氯化铵随熔融态的所述硫酸氢氨溢出所述托盘。
3.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于,所述分解反应器包括分解反应器的主体部分与氯化氢气体逸出区,所述氯化氢气体出口位于所述氯化氢气体逸出区上,所述氯化氢气体逸出区的水平位置高于所述分解反应器的主体部分的水平位置;
所述再生反应器包括再生反应器的主体部分与氨气气体逸出区,所述氨气气体出口位于所述氨气气体逸出区上,所述氨气气体逸出区的水平位置高于所述再生反应器的主体部分的水平位置。
4.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于,至少一个折流挡板位于所述分解反应器内所述氯化铵入料口靠近所述中间物料出口的一侧,并与所述分解反应器的上壁相连;
至少一个折流挡板位于所述分解反应器内所述中间物料出口靠近所述氯化铵入料口一侧,并与所述分解反应器的下壁相连;
至少一个折流挡板位于所述再生反应器内所述中间物料入口靠近所述氨气气体出口的一侧,并与所述再生反应器的上壁相连;
至少一个折流挡板位于所述再生反应器内所述硫酸氢氨出料口靠近所述中间物料入口一侧,并与所述再生反应器的下壁相连。
5.根据权利要求1所述的制备装置,其特征在于,当所述硫酸氢氨料入口不低于所述硫酸氢氨出料口时,所述熔盐泵与所述第一管路连接,以使所述再生反应器中的所述硫酸氢氨提供至所述分解反应器内;
当所述中间物料入口不低于所述中间物料出口时,所述熔盐泵与所述第二管路连接,以使所述分解反应器中的所述中间物料提供至所述再生反应器内。
6.根据权利要求1-5任一所述的制备装置,其特征在于,所述熔盐泵包括高温熔盐液下泵。
7.根据权利要求1-5任一所述的制备装置,其特征在于,所述加热器的加热形式包括:电加热、电磁加热、微波加热以及导热油加热中的至少一种。
8.根据权利要求1-5任一所述的制备装置,其特征在于,还包括保温器,位于所述第一管路和所述第二管路上,以使所述第一管路和所述第二管路内部温度不低于147℃。
9.根据权利要求1-5任一所述的制备装置,其特征在于,所述分解反应器和所述再生反应器还具有排料口。
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