一种带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器制造技术

一种带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器，其特征是：由进气段、反应段、锥形过渡段与气固分离段组成；其中进气段位于反应器底端，由下封头、进气装置、分布器、下筒体组成，安装在下筒体中的分布器位于进气段与反应段的连接处即下筒体上部位置处，进气装置的下部伸出下筒体外与反应气源相连通，进气装置的上部位于下筒体中、分布器的下部；反应段由中筒体和安装在其中的多层破泡格栅组成，中筒体上开设有硅粉进料口和卸料口；锥形过渡段位于反应段与气固分离段之间，由反应段向气固分离段渐扩；气固分离段由上封头上筒体组成，其中安装有旋风分离器，上封头上开设有与旋风分离器共用的气体出口。本发明专利技术能明显提高四氯化硅转化率，延长喷嘴使用寿命，降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器


[0001]本专利技术属于化工设备
，尤其是一种一种多晶硅生产装置中使用的流化床反应器，具体地说是一种采用冷氢化法将四氯化硅转化为三氯氢硅的流化床反应器。

技术介绍
：
[0002]目前国内的多晶硅生产装置多采用改良西门子法生产工艺，生产过程中的副产物四氯化硅通过“冷氢化”工艺转化为三氯氢硅，实现循环利用，发生的反应有：
[0003]Si(s)+2H2(g)+3SiCl4(g)
→
4SiHCl3()(主反应)
[0004]Si(s)+2H2(g)+SiCl4(g)
→
2SiH2Cl2()(副反应)
[0005]2SiHCl3(g)
→
SiCl4()+SiH2Cl2()(副反应)
[0006]目前冷氢化工艺主要使用气固流化床反应器，但在实际生产中存在着气体分布不均、喷嘴使用寿命短、分布板冲刷严重、反应区气泡聚并、内置式旋风分离器料腿过长，生产成本高等问题。这些问题制约了冷氢化反应转化率的提高和冷氢化的连续稳定运行。
[0007]CN204999622U提出了一种冷氢化流化床气体分布板，但是该专利只是从分布板和喷嘴的角度去解决气体分布均匀性的问题，没有考虑到进气装置对气体分布均匀性的影响。同时该结构喷嘴在应用中也存在着喷嘴气流对冲和气流冲刷分布板的问题。
[0008]CN104860317B、CN209740727U都提出了一种冷氢化流化床反应器设备的整体结构方案，但是这些专利着重于提出冷氢化壳体结构与内构件的种类，没有对提高冷氢化反应转化率提出针对性解决方案。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的针对现有的氢化流化床反应器气体分布不均，四氯化硅转化率低，喷嘴使用寿命短、内置式旋风分离器料腿过长，导致反应器高度过高，生产成本增加等问题，提供一种带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器。
[0010]本专利技术的技术解决方案为：
[0011]一种带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器，由顺序连接的进气段、反应段、锥形过渡段与气固分离段组成。其中进气段位于反应器底端，由下封头、进气装置、分布器、下筒体组成，分布器位于进气段与反应段的连接处；反应段由中筒体和破泡格栅组成，中筒体上开设有硅粉进料口和卸料口，设置8
‑
12层的破泡格栅；锥形过渡段位于反应段与气固分离段之间，由反应段向气固分离段渐扩。气固分离段由上封头、旋风分离器和上筒体组成，上封头上开设有气体出口。
[0012]进一步地，进气装置包括弯头、内伸管，连接管，环形管和进气小管。弯头位于反应器外部，下方开设有排净口。内伸管与环形管通过N个连接管连接(N≥2)，环形管上分布有2M个进气小管(M≥2)，进气小管斜向下方布置，与反应器轴向呈30
°
～50
°
夹角，交错朝反应器中心与外壁方向布置。全部进气小管的截面积为内伸管截面积的0.85
‑
0.95倍。
[0013]进一步地，分布器由分布板和喷嘴组成。分布板为凹弧形结构，分布板上开有螺纹
孔，喷嘴下端设置有外螺纹，与分布板采用螺纹连接，便于装卸。
[0014]进一步地，喷嘴下端开口，上端封闭，距离顶端20
‑
40mm处开设单排或多排喷气孔，喷气孔直径设计在Φ2mm
‑
Φ5mm之间，喷气孔向下倾斜，与反应器轴向呈40
°
～60
°
夹角。该结构可延长出气的气流射程，降低携带硅粉颗粒的混合气对分布板的冲刷。另外也能避免相邻喷气孔出气的对吹，降低喷气孔的冲刷变形率，提高喷嘴使用寿命。
[0015]进一步地，喷嘴上方设计为锥形风帽结构，以加快硅粉的滑落，减少硅粉的堆积，改善流化质量，提高四氯化硅转化率。
[0016]进一步地，分布器上放开有卸料口和进料口，卸料口位于分布板上方100～1500mm处，斜向下方布置。进料口安装在卸料口上方200～800mm处，斜向下方布置。
[0017]进一步地，反应段设置8
‑
12层破泡格栅，每层破泡格栅都由若干区块的导流叶片组成，导流叶片与反应器轴向夹角为35～45
°
，相邻区块的导流叶片朝向交错分布。通过这些导流叶片的扰动，实现破碎气泡和抑制气泡聚并的目的，从而有效地提高流化质量和四氯化硅的转化率。
[0018]进一步地，气固分离段4与反应段2之间设置有锥形过渡段3，锥形过渡段以上的气固分离段的直径比反应段大0.5
‑
1.5m。通过这种设计使得气固混合物，在气固分离段的上升速度降低，动压减少，静压增大。气固混合物可以以较大的压力进入旋风分离器，进而减少旋风分离器的料腿高度，降低整个流化床反应器的高度，降低制造成本。
[0019]进一步地，设置至少一个旋风分离器，采取串联或者并联的方式连接，旋风分离器的气体出口与反应器气体出口相连接。
[0020]进一步地，旋风分离器料腿下方端部设置单向阀门，阀门开口位置设置在最上层破泡格栅上方，以高于最上层破泡格栅400mm
‑
2000mm处为宜。
[0021]本专利技术的氢气和四氯化硅混合气体通过进气小管进入反应器，进气小管环形布置，交错的朝向斜下方，有利于气体在分布器下部空间的分散，避免了直喷式气体入口带来的涡流问题。氢气和四氯化硅混合气体通过锥形风帽式喷嘴的喷气孔喷出到分布器上方。喷气孔与反应器轴向呈30
°
夹角，降低对喷嘴喷气孔和分布板的冲刷，提高使用寿命。氢气和四氯化硅混合气体携带硅粉向上流动，进入反应区。通过设置破泡格栅，以不同方向导流叶片的扰动，破碎混合气气泡和抑制气泡聚并，有效提高流化质量和四氯氢硅的转化率。反应后的气固混合物进入旋风分离器，将硅粉分离出来。但是由于旋风分离器的料腿过长，导致反应器的高度增加，极大增加了生产制造成本。通过设置锥形段，增大气固分离段的直径，使得混合气体的静压增大，在旋风分离器料腿底部压力不变的情况下，料腿高度降低，降低生产制造成本。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0023]1，混合气采用进气小管均布的方式分散到分布器下部空间，避免了直喷式入口带来的涡流问题，有利于提高分布器上方混合气体的分布均匀性。将进气装置与分布板当作一个整体进行优化，相比仅优化分布板，更能强化混合气均布效果。
[0024]2，进气装置上设有凹弧形分布板，分布板上开有螺纹孔，喷嘴下端设置有外螺纹，与分布板采用螺纹连接，便于装卸。
[0025]3，分布板上安装锥形风帽式喷嘴，有利于硅粉的滑落，减少硅粉在喷嘴上的堆积。
[0026]4，锥形风帽式喷嘴开设单排或多排喷气孔，喷气孔与反应器轴向夹角为20
°
～
50
°
，可延长气流射程，降低气流对分布板的冲击力，同时也能避免相邻喷嘴喷气孔气体的对吹，降低喷气孔的冲刷变形率，极大提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器，其特征是：由进气段、反应段、锥形过渡段与气固分离段组成；其中进气段位于反应器底端，由下封头、进气装置、分布器、下筒体组成，安装在下筒体中的分布器位于进气段与反应段的连接处即下筒体上部位置处，进气装置的下部伸出下筒体外与反应气源相连通，进气装置的上部位于下筒体中、分布器的下部；反应段由中筒体和安装在其中的多层破泡格栅组成，中筒体上开设有硅粉进料口和卸料口；锥形过渡段位于反应段与气固分离段之间，由反应段向气固分离段渐扩；气固分离段由上封头上筒体组成，其中安装有旋风分离器，上封头上开设有与旋风分离器共用的气体出口；氢气和四氯化硅混合气体通过进气装置中的进气小管进入反应器，进气小管环形布置，交错的朝向斜下方，有利于气体在分布器下部空间的分散，避免了直喷式气体入口带来的涡流问题；氢气和四氯化硅混合气体通过锥形风帽式喷嘴的喷气孔喷出到分布器上方；喷气孔与反应器轴向呈30
°
夹角，降低对喷嘴喷气孔和分布板的冲刷，提高使用寿命；氢气和四氯化硅混合气体携带硅粉向上流动，进入反应区；通过破泡格栅上不同方向导流叶片的扰动，破碎混合气气泡和抑制气泡聚并，有效提高流化质量和四氯氢硅的转化率；反应后的气固混合物进入旋风分离器，将硅粉分离出来；通过设置锥形段，增大气固分离段的直径，使得混合气体的静压增大，在旋风分离器料腿底部压力不变的情况下，料腿高度降低，降低生产制造成本。2.根据权利要求1所述的带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器，其特征是：所述的破泡格栅的层数为8
‑
12。3.根据权利要求1所述的带高效喷嘴的变径型冷氢化反应器，其特征是：所述的进气装置包括弯头、内伸管，连接管，环形管和进气小管；弯头伸出下筒体外部，下方开设有排净口；弯头的上部与内伸管相连，内伸管通过N个连接管（N≥2）与环形管相连，环形管上分布有2M个进气小管（M≥2），进气小管斜向下方布置，与反应器轴向呈30
°
~50
°
夹角，交错朝反应器中心与外壁方...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏新，吕子婷，江郡，何松，金如聪，
申请(专利权)人：江苏中圣压力容器装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：