CN213050536U - 一种三氯氢硅流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种三氯氢硅流化床反应器，包括，反应段，反应段是轴向为竖直方向的管状结构，反应段的下端固定安装有将反应段下端封闭的下封头，下封头上设置有硅粉进料口、氯化氢主进气口以及用于清渣的人孔，下封头内设置有锥形的气体分布板，反应段包括轴向为竖直方向的扩大段壳体，扩大段壳体的内径在由下至上方向上变大，扩大段壳体内固定安装有U形换热管束，扩大段壳体的外壁上设有外壁换热管。将流化床气体分布板上方的反应段设置为一变径扩大段，不仅可以获得更好的流态化质量，而且可以为上方的反应段提供充足的初始压力；硅粉也可以充分散开，提高了反应速率。
Description
技术领域
本实用新型涉及流化床反应器，具体涉及一种三氯氢硅流化床反应器。
背景技术
三氯氢硅又称硅氯仿，别名硅仿、三氯硅烷，是甲硅烷的三氯代物。是一种易流动的无色液体。三氯氢硅是生产有机硅、单晶硅和多晶硅的主要原料，广泛的应用于半导体行业、化工行业中，也可用于制造有机硅化合物的原料。近年来，我国多晶硅产业的快速发展，也拉动了三氯氢硅的快速发展，因此我国对于三氯氢硅的需求量也越来越大。
生产三氯氢硅最常用的工艺方法是氯化氢合成法，该方法使用冶金级硅粉作为原料，与氯化氢气体在三氯氢硅流化床反应器中高温反应，反应温度通常为280-320℃，反应生成三氯氢硅和少量的四氯化硅副产品以及氢气，所以说，三氯氢硅流化床反应器是三氯氢硅生产的关键设备。而气体分布装置作为流化床的重要部件之一，很大程度上决定了流化床的流化质量。
现有的三氯氢硅流化床反应器存在许多不足之处：反应段大多为直筒段，流化床的流态化质量不是很好；现有的三氯氢硅流化床反应器不能保证氯化氢气体分布的均匀性，大多数反应器虽已对气体分布板上的风帽与分布头进行改造设计，效果一般；大多数流化床进气方式单一，氯化氢气体仅通过下封头上方的气体分布板喷入反应段，即只从流化床的底部进气，很容易形成沟流现象。
上述问题影响了三氯氢硅流化床反应器的效率，欲解决上述问题需要设计一种新型三氯氢硅流化床反应器以及它的高效气体分布装置，以解决三氯氢硅流化床反应器中氯化氢气体分布不均匀问题，提高三氯氢硅流化床反应器的效率。因此，研究和开发三氯氢硅反应器内的气体分布装置非常重要。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种三氯氢硅流化床反应器，将流化床气体分布板上方的反应段设置为一变径扩大段，不仅可以获得更好的流态化质量，而且可以为上方的反应段提供充足的初始压力；硅粉也可以充分散开，提高了反应速率。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种三氯氢硅流化床反应器，包括，
反应段，反应段是轴向为竖直方向的管状结构的扩大段壳体，反应段的下端固定安装有将反应段下端封闭的下封头，下封头上设置有硅粉进料口、氯化氢主进气口以及用于清渣的人孔，下封头内设置有锥形的气体分布板，
扩大段壳体的内径在由下至上方向上变大，扩大段壳体内固定安装有U形换热管束，扩大段壳体的外壁上设有外壁换热管。
在上述方案的基础上，作为优选，扩大段壳体内上端固定安装有柵板，柵板上固定安装U形换热管束。
在上述方案的基础上，作为优选，扩大段壳体的内径在由下至上方向上线性变大，扩大段壳体的内壁倾角为9°。
在上述方案的基础上，作为优选，扩大段壳体内下端固定安装有气体分布板，扩大段壳体上固定安装用于向扩大管壳体内输送气体的内壁侧旋进气装置，内壁侧旋进气装置的安装部所在高度位于U形换热管束下端和气体分布板上端之间。
在上述方案的基础上，作为优选，内壁侧旋进气装置包括进气口、通气管、进气总管和喷气头，通气管固定在扩大段壳体上且通气管一端位于扩大段壳体外，一端位于扩大段壳体内，进气口有4个且在扩大段壳体的周向上均匀分布并通过通气管与进气总管连通，进气口的轴线与通气管的轴线重合，进气口的轴线与扩大段壳体轴线之间的夹角为81°，进气总管固定在扩大段壳体的内壁上，进气总管呈闭圆环状，进气总管上固定安装有12个延其周向均匀分布的喷气头。
在上述方案的基础上，作为优选，相邻两个喷气头轴线的夹角为30度，喷气头的中心线相切于同一个以进气总管横截面中心为原点的圆。
在上述方案的基础上，作为优选，进气口出气端具有内螺纹，所述通气管的进气端具有与内螺纹相啮合的外螺纹。
在上述方案的基础上，作为优选，扩大段壳体上开有安装孔，安装孔的右侧外缘形成安装面，通气管伸入安装孔内，通气管的进气端与进气口的出气端通过螺纹连接的方式连接，进气口的出气端抵接安装面上并与扩大段壳体过盈配合固定在扩大段壳体上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
①将流化床气体分布板上方的反应段设置为一变径扩大段，不仅可以获得更好的流态化质量，而且可以为上方的反应段提供充足的初始压力；硅粉也可以充分散开，提高了反应速率。具体的，氯化氢气体刚从分布板进入扩大段壳体内时，气体有一个充足的、较大的初始压力。本方案在气体刚通过分布板处就设置变径扩大段，氯化氢气体在床内可以充分的膨胀散开，分布均匀，压力也会逐渐较小。硅粉也可以充分散开，提高了反应速率。不同于传统结构，本方案对末端的U形换热管束也可以形成保护，管束如果长期收到较大压力气体的冲击，会产生震动、破损。
②采用锥形气体分布板的结构，可以开有更多的通气孔，安装更多的气体分布头。
③气体分布板上方，扩大段壳体侧壁上设有侧旋进气装置，改变了进气方式单一的问题。采用锥形气体分布板均布轴向进气与径向侧旋进气相结合的进气方案，使得氯化氢与硅粉混合流态物在反应区内径向均匀分布的同时螺旋上升，达到更佳的流化状态，有利于气固相的充分接触反应。
附图说明
图1是三氯氢硅流化床结构示意图；
图2是内壁侧旋进气装置与扩大段壳体的装配示意图；
图3是内壁侧旋进气装置与扩大段壳体的配合示意图；
图4是扩大段壳体上与内壁侧旋进气装置连接部分的结构示意图；
图5 内壁侧旋进气装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围，在本文中，图中虚线仅为标注第一放置部、第二放置部用，不具有其他含义。
如图1-5所示，一种三氯氢硅流化床反应器，包括硅粉进料口1、清渣人孔2、氯化氢进气口3、下封头4、气体分布板5、分布头6、内壁侧旋进气装置7、扩大段壳体8、U形换热管束9、外壁换热管10、反应段11及柵板12等组成。反应器的最下端设置硅粉进料口1，即下封头4上设置一硅粉进料口1。下封头4左侧设置氯化氢进气口3，为氯化氢主进气口。右下侧设置一清渣人孔2，此处设置人孔主要是为了方便检修人员进入反应器内部清理反应废渣，以及对反应器内的部件进行检修保养。其中下封头4与气体分布板5、扩大段壳体8通过法兰依次连接在一起，之间装有密封圈，防止反应段内部的气体泄露造成生产效率低下及安全隐患。气体分布板5是呈锥形布置的，锥形气体分布板上可以开有更多的通气孔，安装更多的气体分布头。锥形气体分布板5上设有若干气体分布孔，气体分布孔处安装有相应数目的气体分布头6，朝向反应段11。
本方案不采用在壳体侧边壁面上设置硅粉进料口，其中下封头4底端设有的硅粉进料口1在下封头4内有延伸段并由锥形气体分布板5的中心伸入扩大段壳体8内，即进入反应段11。充分使用下封头4内部的空间，通过延伸段及气体分布板5进入的硅粉更加均匀，与气体可以充分接触。
反应段11包括扩大段壳体，扩大段壳体的内径相对于其底部下封头4是变径的，其中倾角为9°。其中扩大段壳体8内设有U形换热管束9，U形换热管束9通过柵板12固定支撑在扩大段壳体8内。变径扩大段的设置，不仅可以使流化床获得更好的流态化质量，而且可以为上方的反应段11提供充足的初始压力；硅粉也可以充分散开，提高了反应速率。扩大段壳体8外壁上设有外壁换热管10。
如图1所示，在扩大段壳体8侧边壁面上（U形换热管束9与气体分布板5之间）设有内壁侧旋进气装置7。如图2、图3所示，内壁侧旋进气装置7包括进气口7-1、通气管7-4、进气总管7-2和喷气头7-3四个部分组成。在扩大段壳体8上安装有4个进气口7-1（如分别是东南西北方向），分别与4个通气管7-4连接，通气管7-4的出气端延伸至扩大段壳体8内部。壳体内部设有一闭圆环的进气总管7-2，进气总管7-2与通气管7-4的出口端相连接，固定在扩大段壳体8的内壁上。如图3所示，进气口7-1与通气管7-4的轴线方向与扩大段壳体8之间的夹角为90°，即在壳体外部表现为进气口7-1是斜向进气的，与竖直方向呈81°夹角。扩大段壳体8上设有的内壁侧旋进气装置7，改变了进气方式单一的问题。采用锥形气体分布板均布轴向进气与径向侧旋进气相结合的进气方案，使得氯化氢与硅粉混合流态物在反应区内径向均匀分布的同时螺旋上升，达到更佳的流化状态，有利于气固相的充分接触反应。
所述进气总管7-2的圆周上均匀分布有12个喷气头7-3，喷出的气体呈螺旋式分布，则通入其中的氯化氢气体在反应段11内也会螺旋式上升。所述喷气头7-3的中心线，与进气总管7-2横截面中心为原点的圆相切，相邻两个喷气头7-3中心线之间形成的夹角为30°。
所述进气口出气端7-11具有内螺纹7-12，所述通气管的进气端7-41具有与上述内螺纹7-12相啮合的外螺纹7-42。如图4所示，扩大段壳体8上开有安装孔8-1，安装孔8-1的右侧外缘形成一安装面8-2，其中安装面8-2与扩大段壳体8的外边缘8-3的朝向相同。所述通气管7-4伸入安装孔8-1内，通气管进气端7-41与进气口的出气端7-13通过螺纹连接的方式紧密的联结，进气口的出气端7-13抵接安装面8-2上，同时与扩大段壳体8过盈配合，从而固定在扩大段壳体8内壁上。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，包括，
反应段，反应段是轴向为竖直方向的管状结构的扩大段壳体，反应段的下端固定安装有将反应段下端封闭的下封头，下封头上设置有硅粉进料口、氯化氢主进气口以及用于清渣的人孔，下封头内设置有锥形的气体分布板，
扩大段壳体的内径在由下至上方向上变大，扩大段壳体内固定安装有U形换热管束，扩大段壳体的外壁上设有外壁换热管。
2.如权利要求1所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，扩大段壳体内上端固定安装有柵板，柵板上固定安装U形换热管束。
3.如权利要求1所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，扩大段壳体的内径在由下至上方向上线性变大，扩大段壳体的内壁倾角为9°。
4.如权利要求1所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，扩大段壳体内下端固定安装有气体分布板，扩大段壳体上固定安装用于向扩大管壳体内输送气体的内壁侧旋进气装置，内壁侧旋进气装置的安装部所在高度位于U形换热管束下端和气体分布板上端之间。
5.如权利要求4所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，内壁侧旋进气装置包括进气口、通气管、进气总管和喷气头，通气管固定在扩大段壳体上且通气管一端位于扩大段壳体外，一端位于扩大段壳体内，进气口有4个且在扩大段壳体的周向上均匀分布并通过通气管与进气总管连通，进气口的轴线与通气管的轴线重合，进气口的轴线与扩大段壳体轴线之间的夹角为81°，进气总管固定在扩大段壳体的内壁上，进气总管呈闭圆环状，进气总管上固定安装有12个延其周向均匀分布的喷气头。
6.如权利要求5所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，相邻两个喷气头轴线的夹角为30度，喷气头的中心线相切于同一个以进气总管横截面中心为原点的圆。
7.如权利要求5所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，进气口出气端具有内螺纹，所述通气管的进气端具有与内螺纹相啮合的外螺纹。
8.如权利要求5所述的三氯氢硅流化床反应器，其特征在于，扩大段壳体上开有安装孔，安装孔的右侧外缘形成安装面，通气管伸入安装孔内，通气管的进气端与进气口的出气端通过螺纹连接的方式连接，进气口的出气端抵接安装面上并与扩大段壳体过盈配合固定在扩大段壳体上。
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