[实用新型]用于二氯二氢硅与四氯化硅反歧化反应的缠绕管式反应器

说明书

本实用新型涉及用于二氯二氢硅与四氯化硅反歧化反应的缠绕管式反应器，所述管束为缠绕管束，均匀缠绕在中心筒上，管束为多层结构，相邻层管束缠绕方向相反，反应物料走壳程，冷却介质走管程，管程流体与壳程流体为逆流换热，催化剂放置于上述缠绕管束与壳体之间的间隙；相比于常规的固定床反应器，本实用新型拥有更大的换热能力，能够有效提高催化剂转化率，延长催化剂使用寿命，提高原料处理能力，并使设备拥有更小的占地面积。

技术领域

本实用新型涉及化工设备领域，具体涉及一种带有缠绕管的反应器，其可以用于诸如二氯二氢硅与四氯化硅反歧化反应中。

背景技术

多晶硅材料是电子工业的基础材料，主要应用于两个方面：半导体产业和太阳能电池产业。2007年以来受光伏产业带动，世界多晶硅产能、产量飞速发展。中国多晶硅产量及产能成倍地翻番。

目前，全球多晶硅产能95％以上采用的是改良西门子法。改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢，再和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行化学气相淀积反应生产高纯多晶硅。在整个过程中，会副产二氯二氢硅和四氯化硅等副产物。这些氯硅烷在以前的多晶硅装置中是不能够回收利用的，它在蒸馏过程中随其它轻组分一起蒸出，而进入到废物回收系统中，水解产生大量的废气，对环境造成严重的污染。如果这部分氯硅烷能够转化为可利用的三氯氢硅，整个系统中产生废气的量将大幅减少，而且也能够提高三氯氢硅的产率及降低电能的耗用。因此，回收利用除三氯氢硅之外的氯硅烷，具有极大的环境与经济效益。

目前，回收这些氯硅烷的方法主要有反歧化方法和氢化方法。反歧化方法三氯氢硅收率高，能耗低，反应条件温和容易实现，是利用回收氯硅烷的最优方法。

二氯二氢硅与四氯化硅的反歧化反应方程式如下：

该反应的催化剂为碱性树脂催化剂，反应温度为30～80℃，反应压力为0.2～0.5MPa。该可逆反应正向放热逆向吸热。此可逆反应的转化率与反应体系的温度、压力、物料停留时间等因素密切相关。在各种因素之中，反应温度为相对重要的一个因素，及时移走多余的反应热可以促进反应的正向进行，有助于提高反应的转化率，并延长催化剂的使用寿命。到目前为止，多晶硅行业中的反歧化实现设备主要有反应精馏塔和反应器。其中，反应器因操作简单易行，在多晶硅行业中应用比较广泛。

氯硅烷反歧化所涉及的反应器主要有固定床反应器和列管式反应器。在固定床反应器的设计中，需要为反应器设置夹套进行换热，这种设计增大了固定床反应器的体积，且增加了能耗。在列管式反应器的设计中，催化剂装填在反应管中，反应物料走管程，冷却介质走壳程，换热效果优于固定床反应器。然而，反应物料在列管中存在分布不均的问题。这种问题不仅影响了催化剂转化率的提高，而且限制了装置的大型化设计。另外，无论是应用固定床反应器还是应用列管式反应器，如果选择水作为冷却介质，由于水会与氯硅烷发生放热反应，当出现泄漏时，可能有危险发生。

基于此，针对现有技术中的不足，需要一种能够高效移除热量且不易泄漏、安全的反应器被设计出来。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种能够高效移除热量且不易泄漏、安全的反应器。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

用于二氯二氢硅与四氯化硅反歧化反应的缠绕管式反应器，包括壳体，所述壳体具有筒体以及分别设置在筒体两端的上封头、下封头；其中，

所述筒体的下端设置有原料入口，所述筒体的上端与原料入口同侧设置有产物出口，所述筒体内设置有中心筒，所述中心筒外缘均匀缠绕设置有多层管束，相邻层管束缠绕方向相反；

所述上封头的上端设置有连通管束入口端的冷却介质入口，所述下封头的下端设置有连通管束出口端的冷却介质出口。