專利名稱：復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，用于化學(xué)工業(yè)對(duì)溫度要求敏感的氣固相催化放熱反應(yīng)，特別是應(yīng)用于生產(chǎn)有機(jī)硅重要原料二甲基二氯硅烷(簡稱M2)的合成裝置。
現(xiàn)有M2合成流化床反應(yīng)器有兩種，一種為水蒸發(fā)取熱的半錐床反應(yīng)器；另一種為單純油取熱的圓柱床反應(yīng)器。水蒸發(fā)取熱的半錐床反應(yīng)器的半錐床底部有適當(dāng)厚度的無取熱面反應(yīng)層，簡稱絕熱層。它是采用間歇(或不均勻)加水至指形管群底部，沸騰水在很短的區(qū)域內(nèi)蒸發(fā)，水蒸發(fā)區(qū)的末端已經(jīng)把觸體(催化劑+硅粉)顆料冷卻到反應(yīng)溫度以下。再往上的床層顆粒均低于反應(yīng)溫度，這些觸體不發(fā)生合成反應(yīng)。稱為間置觸體。這類反應(yīng)器生產(chǎn)能力低，床底溫度波動(dòng)頻繁，產(chǎn)生的蒸汽流量極不穩(wěn)定，故很難綜合利用這部分熱能。
單純油取熱的圓柱床反應(yīng)器的油循環(huán)取熱裝置規(guī)模大，啟動(dòng)時(shí)間長，有明火，油預(yù)熱系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)，為了防止垮溫氣態(tài)CH3Cl被預(yù)熱到接近反應(yīng)溫度后才進(jìn)入圓柱床反應(yīng)器。從反應(yīng)器底部向上觸體的溫度從反應(yīng)溫度到達(dá)最高溫度330℃-340℃，反應(yīng)速度是遞減的，直至最大反應(yīng)速度，這個(gè)區(qū)域稱為強(qiáng)反應(yīng)區(qū)。觸體溫度從最高330℃-340℃降到反應(yīng)溫度300℃，反應(yīng)速度是遞減的稱為溫和反應(yīng)區(qū)。油取熱的特點(diǎn)是上部和下部取熱強(qiáng)度相差甚少。較高的取熱強(qiáng)度雖然有利于防止強(qiáng)反應(yīng)區(qū)飛溫，卻使得溫和反應(yīng)區(qū)很短，觸體很快就降到低于反應(yīng)溫度，再往上也是間置觸體，因此單純油取熱時(shí)CH3Cl單程轉(zhuǎn)化率低，裝置投資高，能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用大。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種M2選擇性大，CH3Cl單程轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)能力大，付產(chǎn)物少，節(jié)約能源，制造成本和運(yùn)行費(fèi)用低的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器。
本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，它包括殼體19，包容于殼體19上的夾套4，在殼體19內(nèi)設(shè)置指形管群1，在夾套4和指形管群1上設(shè)置循環(huán)油入口3和出口7，在殼體19上設(shè)置反應(yīng)物出口2，其特殊之處在于它還包括在殼體19內(nèi)的下部水平設(shè)置的若干個(gè)淬冷器36，若干個(gè)淬冷器36與管路上的過濾器37連接，在最下端的淬冷器36下方設(shè)置的氣體分布器35與管路上的文丘里霧化器34連接，在氣體分布器35下方設(shè)置硅靶16，在殼體19下部的外壁上設(shè)置電感加熱器26。
淬冷器36由主管24與若干個(gè)支管25連通，在主管24上設(shè)置若干個(gè)風(fēng)帽21，在若干個(gè)支管25上設(shè)置若干個(gè)下噴管22組成?；蛳聡姽?2上帶有噴咀23?；蛟谙聡姽?2外設(shè)置降速套管32。
氣體分布器35由主管12與若干個(gè)支管13連通，在主管12上設(shè)置若干個(gè)風(fēng)帽21，在若干個(gè)支管13上設(shè)置若干個(gè)下噴管14組成?；蛟谙聡姽?4外設(shè)置降速套管33。
由于本實(shí)用新型的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器在殼體內(nèi)的下部水平設(shè)置了若干個(gè)淬冷器，若干個(gè)淬冷器與管路上的過濾器連接，在最下端的淬冷器下方設(shè)置的氣體分布與管路上的文丘里霧化器連接，在氣體分布器下方設(shè)置硅靶，在殼體下部的外壁上設(shè)置電感加熱器的結(jié)構(gòu)。致使反應(yīng)器形成三個(gè)反應(yīng)區(qū)，即強(qiáng)反應(yīng)區(qū)，溫和反應(yīng)區(qū)和間置觸體區(qū)。在反應(yīng)物濃度高，產(chǎn)物濃度低，反應(yīng)速度大的強(qiáng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)數(shù)次交替設(shè)置絕熱層和淬冷層，在淬冷器內(nèi)液體CH3Cl蒸發(fā)，使淬冷器附近的觸體迅速冷卻到反應(yīng)溫度，故稱淬冷層。淬冷層后緊接著絕熱層。在每層絕熱層底觸體與CH3Cl反應(yīng)逐漸積累熱量，觸體顆料達(dá)到最高溫度320℃后又進(jìn)入淬冷層。多次交替設(shè)置絕熱層和淬冷層因而使強(qiáng)反應(yīng)區(qū)大大延長。在淬冷器內(nèi)液體CH3Cl沸騰蒸發(fā)，由于給熱系數(shù)高，傳熱溫差大，可以傳熱強(qiáng)度很高。在濃差推動(dòng)力較小的溫和反應(yīng)區(qū)中，由于放熱強(qiáng)度更低，大幅度減少傳熱溫差，可以使循環(huán)油的取熱強(qiáng)度降低到略小于該處的反應(yīng)放熱強(qiáng)度，促使溫和反應(yīng)區(qū)相應(yīng)地增加。復(fù)合式取熱既大大增加了強(qiáng)反應(yīng)區(qū)又使溫和反應(yīng)區(qū)的觸動(dòng)體積相應(yīng)增加，故可以大幅度地提高CH3Cl的單程轉(zhuǎn)化率，又可以將最高觸體溫度從現(xiàn)有的單純油取熱時(shí)330～340℃降到320℃，使付反應(yīng)產(chǎn)物極小，提高了M2的選擇性，增加了生產(chǎn)能力，節(jié)約能源，降低了制造成本和運(yùn)行費(fèi)用。
下面利用附圖所示的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為
圖1中B-B剖視示意圖。
圖3為
圖1中C-C剖視示意圖。
圖4為圖3中A-A剖視示意圖。
圖5為氣體分布器35俯視示意圖。
圖6為風(fēng)帽21結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為下噴管22結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為下噴管22帶噴咀23結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為下噴管22外設(shè)置降速管32結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為下噴管14外設(shè)置降速管33結(jié)構(gòu)示意圖。
參照
圖1和2，復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器具有殼體19，殼體19上設(shè)有夾套4，在殼體19內(nèi)設(shè)置指形管群1，在夾套4和指形管群1上設(shè)置循環(huán)油入口3和出口7，在殼體19上設(shè)置反應(yīng)物出口2，在殼體19的錐形部位內(nèi)水平設(shè)置若干個(gè)淬冷器36，若干個(gè)淬冷器36與管路上的過濾器37連接，在最下端淬冷器36下方設(shè)置氣體分布器35，氣體分布器35與管路上的文丘里霧化器34連接，在氣體分布器35下方設(shè)置硅靶16，硅靶16是澆鑄成形的。氣體分布器35、硅靶16使氣流粉碎裝于殼體19內(nèi)的硅粉。在殼體19下部的外壁上設(shè)置電感加熱器26。為了便于檢查和更換淬冷器36，在殼體19的錐形部位適當(dāng)位置置有法蘭，使殼體19分成兩大部分，用法蘭連接為一體結(jié)構(gòu)。
為了防止鐵銹和機(jī)械雜質(zhì)堵塞，液體CH3Cl經(jīng)過液體反應(yīng)物過濾37的入口11進(jìn)入過濾器37，過濾后，經(jīng)調(diào)節(jié)閥至文丘里霧化器34，氣體CH3Cl從文丘里霧化器34的進(jìn)口6進(jìn)入文丘里霧化器34內(nèi)，高速氣流打碎成細(xì)小的霧滴。含有霧滴的CH3Cl氣流在氣流粉碎硅粉分布器35中大部或全部液體CH3Cl汽化。使分布器35附近的觸體(催化劑+硅粉)降溫＞300℃，下噴管14出口的高速氣流作為氣流粉碎的動(dòng)力，引射咀14周圍的氣體和裹攜的硅粉一起沖向圓盤澆鑄硅靶16，使大顆粒的硅顆粒被擊碎。破碎后新的硅表面沒有SiO2履蓋層，活性很高，因此有利于提高M(jìn)2選擇性。采用本技術(shù)后，原料硅料可以由平均料徑70μ提高到40～800μ大顆粒。既節(jié)省硅粉制備時(shí)的電能又減少制備過程中細(xì)硅粉的損失。將薄鋼板制成的承硅盤17運(yùn)至電爐口，澆鑄熔融的液態(tài)硅冷卻后表面很平整，放回法蘭31上。澆鑄硅靶16表面很平整，有利于向上的氣體分布。又很耐磨且不引入新的雜質(zhì)?？傊畾饬鞣鬯榈膬?yōu)點(diǎn)在于提高M(jìn)2選擇性，省電，減少細(xì)硅粉損失，抗磨。下噴管14采用不銹鋼的厚壁無縫管，內(nèi)徑公差小，使全截面氣流分布很均勻。使用壽命長又經(jīng)濟(jì)易得。
當(dāng)原始開車時(shí)采用平均粒徑70μ的細(xì)顆硅粉。通入熱N2，在電感加熱器26加熱下觸體達(dá)到還原溫度，即通CH3Cl氣體放出大量反應(yīng)熱。立即大量加入冷觸體，利用反應(yīng)熱短時(shí)間內(nèi)將全部冷觸體都加熱到反應(yīng)溫度。較之用燃燒爐加熱油再用循環(huán)油加熱觸體可縮短起動(dòng)時(shí)間80～90％，而且隨時(shí)可根據(jù)需要用電加熱器26使殼體19內(nèi)的觸體升溫，既方便又快捷。
在強(qiáng)反應(yīng)區(qū)8的絕熱層5底觸體與CH3Cl反應(yīng)逐漸積累熱量，觸體顆粒溫度達(dá)到最高溫度320℃后進(jìn)入淬冷層15。在此觸體被迅速冷卻到反應(yīng)溫度，然后，又進(jìn)入下一個(gè)絕熱層。如此絕熱層5-淬冷層15-再絕冷層5-再淬冷層15，數(shù)次循環(huán)。因此大大地延長了強(qiáng)反應(yīng)區(qū)8。在溫和反應(yīng)區(qū)9采用高的循環(huán)油溫使指型管群1底部觸體反應(yīng)放熱略高于油取熱強(qiáng)度。觸體溫度由300℃逐漸升高。溫度升高使反應(yīng)速度增加。然而這時(shí)濃度推動(dòng)力已經(jīng)較小，反應(yīng)物濃度變成了主要影響因素，隨著反應(yīng)物濃度降低反應(yīng)速度下降，直到取熱強(qiáng)度略大于反應(yīng)在該點(diǎn)的放熱之后觸體溫度開始下降。在溫和反應(yīng)區(qū)9有觸體溫度緩慢上升再緩慢下降的過程，因此溫和反應(yīng)區(qū)9也有較大的增長，故間置觸體區(qū)10很小，若CH3Cl單程轉(zhuǎn)化率從20％提高到40％則相同尺寸的設(shè)備生產(chǎn)能力可以翻一番，CH3Cl循環(huán)壓縮的電耗可節(jié)省50％，一部分反應(yīng)熱用于液體CH3Cl氣化，油循環(huán)取熱可以更平穩(wěn)，取出的熱可用于發(fā)生蒸汽。采用本技術(shù)可使設(shè)備投資，電耗，能耗，經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用均有大幅度的降低。由于最高反應(yīng)溫度從單純油取熱時(shí)的330～340℃降到320℃生成付反應(yīng)產(chǎn)物極少，因此M2的選擇性也大大提高了。
參照?qǐng)D2和5，氣體分布器35由主管12和若干個(gè)支管13，在主管12上置有風(fēng)帽21，在每個(gè)支管13上設(shè)置若干個(gè)下噴管14組成。
參照?qǐng)D2-4和7-8，淬冷器36由主管24、支管25焊成，在主管25和支管24內(nèi)插入相同的下噴管22，在兩端插入相同內(nèi)徑的噴咀23。當(dāng)主管24和支管25的中心線在一個(gè)水平線上時(shí)控制下噴管22、帶有噴咀23的下噴管22車削的長度就能有效地保證插入管的上端在同一水平線上，這條水平線比主管24、支管25的中心線高出h。當(dāng)主管24中通入液體CH3Cl時(shí)，在主管24、支管25的下半部作為流體通道可順利地流到支管25的端部。主管24、支管25的管壁作為沸騰CH3Cl流體的供熱面，氣化后的CH3Cl上升到管子的上半部空間大部分氣態(tài)CH3Cl進(jìn)入下噴管22和噴咀23，小部分氣態(tài)CH3Cl至焊接風(fēng)帽21。下噴管22、帶噴咀23的噴管22采用相同的內(nèi)徑，而且這個(gè)內(nèi)徑可足夠小才能在不通液體CH3Cl時(shí)不會(huì)有觸體倒灌回淬冷器36的支管25中，因此在正常工作時(shí)在下噴管22、支管25的孔中氣速很高阻力很大，由于孔的截面積相等，故各噴管22和噴咀23的氣體流量也比較接近，因此能夠在反應(yīng)器整個(gè)截面上達(dá)到均勻分布。淬冷器36底部焊接有墊塊27，淬冷器36通過墊塊27裝于殼體19內(nèi)的筋板20上。
參照?qǐng)D6，淬冷器36內(nèi)蒸發(fā)的一部分氣體CH3Cl通過焊在管頂部的風(fēng)帽21噴出。以適當(dāng)流速噴出的CH3Cl氣流沖刷著水平構(gòu)件，避免了不運(yùn)動(dòng)觸體堆積而發(fā)燒結(jié)塊的危險(xiǎn)。風(fēng)帽21由在主管24或主管12上焊接的墊塊28置于墊塊28的風(fēng)帽錐30和過濾網(wǎng)29組成。風(fēng)帽21的墊塊28與主管24、12間設(shè)有不銹鋼網(wǎng)29，當(dāng)不通液體CH3Cl時(shí)風(fēng)帽21噴出的氣速為零，為防止細(xì)小的觸體從間隙中流入淬冷器36或分布器35，噴口間隙必須足夠小，設(shè)置過濾網(wǎng)29后就能防止間隙被鐵銹等機(jī)械雜質(zhì)堵塞。過濾網(wǎng)29為40目不銹鋼網(wǎng)片29夾壓在墊塊28和主管24、12之間，墊塊28與主管24、12的孔對(duì)中后將墊塊28滿焊在主管24、12上。然后將風(fēng)帽錐30與墊塊28上的凸臺(tái)對(duì)中，保持周邊間隙18均勻后分3處120°點(diǎn)焊在墊塊28上。
參照?qǐng)D9和10，當(dāng)原料硅粉為細(xì)硅粉時(shí)不需要?dú)饬鞣鬯闀r(shí)，甚至要避免高氣速的沖刷，這時(shí)可以將分布器35的下噴管14縮短，在外面套上一個(gè)減速管33，減速管33焊在支管13上。對(duì)于淬冷器36也如此方法制造，將下噴管22縮短，套上一個(gè)減速管32，減速管32焊在支管25上即可。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，它包括殼體(19)，包容于殼體(19)上的夾套(4)，在殼體(19)內(nèi)設(shè)置指形管群(1)，在夾套(4)和指形管群(1)上設(shè)置循環(huán)油入口(3)和出口(7)，在殼體(19)上設(shè)置反應(yīng)物出口(2)，其特征在于它還包括在殼體(19)內(nèi)的下部的水平設(shè)置的若干個(gè)淬冷器(36)，若干個(gè)淬冷器(36)與管路上的過濾器(37)連接，在最下端淬冷器(36)下方設(shè)置的氣體分布器((35)與管路上的文丘里霧化器34連接，在氣體分布器(35)下方設(shè)置硅靶(16)，在殼體(19)下部的外壁上設(shè)置電感加熱器(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，其特征在于淬冷器(36)由主管(24)與若干個(gè)支管(25)連通，在主管(24)上設(shè)置若干個(gè)風(fēng)帽(21)，在若干個(gè)支管(25)上設(shè)置若干個(gè)下噴管(22)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，其特征在于下噴管(22)或帶有噴咀(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，其特征在于或在下噴管(22)外設(shè)置降速套管(32)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，其特征在于氣體分布器(35)由主管(12)與若干個(gè)支管(13)連通，在主管(12)上設(shè)置若干個(gè)風(fēng)帽(21)，在若干個(gè)支管(13)下部設(shè)置若干個(gè)下噴管(14)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器，其特征在于或在下噴管(14)外設(shè)置降速套管(33)。
專利摘要一種復(fù)合式取熱的流化床反應(yīng)器,它包括殼體和夾套,殼體內(nèi)設(shè)置指形管群,其特點(diǎn)是:在殼體下部水平設(shè)置的若干個(gè)淬冷器與管路的過濾器連接,在最下端的淬冷器下方設(shè)置氣體分布器與管路的文丘里霧化器連接,在氣體分布器下設(shè)置硅靶,在殼體下部的外壁上設(shè)置電感加熱器。這種反應(yīng)器可廣泛用于溫度敏感的氣固放熱發(fā)應(yīng)。具有單程轉(zhuǎn)化率高,反應(yīng)熱利用充分,副反應(yīng)少,制造成本和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。特別適于二甲基氯硅烷的合成。
文檔編號(hào)B01J8/24GK2456835SQ0120342
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者余家驤 申請(qǐng)人:余家驤