一种新型多晶硅高沸物裂解装置的制作方法

1.本实用新型属于多晶硅制备领域，特别是一种新型多晶硅高沸物裂解装置。


背景技术：

2.在多晶硅生产过程中会产生副产物聚合氯硅烷，又称高沸物。高沸物经裂解工艺处理后可以得到多晶硅生产原料三氯氢硅和四氯化硅。国内主流高沸裂解工艺多采用鼓泡搅拌釜反应器，设备主要有：搅拌装置、气体分布器、设备筒体、设备加热装置等组成。现有的搅拌釜反应器存在如下缺陷：(1)气相反应物在发应器内部分布不均匀，单程转化率低；(2)反应设备气相出口夹带高沸物和催化剂；(3)裂解原料氯化氢气体易腐蚀金属设备以及部件。


技术实现要素：

3.实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提高高沸助剂的有效利用率，减少高沸助剂的浪费。
4.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
5.一种新型多晶硅高沸物裂解装置，包括反应釜容器，设置在反应釜容器中的搅拌器、下层分布器、上层分布器、格栅板以及旋风分离器。
6.其中，所述搅拌器上设有下层搅拌桨叶和上层搅拌桨叶；所述下层分布器位于下层搅拌桨叶下方，上层分布器位于下层搅拌桨叶上方。
7.所述格栅板位于下层搅拌桨叶和上层搅拌桨叶之间，并设置在上层分布器上方。格栅板对气液两相重新分布，破碎因气相分布不均匀产生的氯化氢气泡，使气液两相混合更加充分，并减小气泡的大小，降低液面因气泡破裂产生的液相扬析。格栅板数量可根据设备大小以及上下层搅拌距离综合考虑。
8.所述旋风分离器设置在反应釜容器的排气口处，用于分离气相中夹带的液相，并重新送入反应釜容器底部。
9.具体地，所述搅拌器包括搅拌主轴和搅拌电机；所述搅拌电机设置在反应釜容器的顶部外侧；所述搅拌主轴位于反应釜容器内，并与外部的搅拌电机连接，其上设置有下层搅拌桨叶和上层搅拌桨叶，通过搅拌电机驱动搅拌主轴转动，从而带动下层搅拌桨叶和上层搅拌桨叶旋转；搅拌器与搅拌主轴连接处，采用机械密封与干气密封相结合的密封方式，即机械密封为内密封，干气密封为外密封，干气密封可以有效防止外界空气中的水分进入密封结构从而导致的机械密封的密封面的腐蚀。
10.优选地，所述下层搅拌桨叶采用抛物线开启涡轮式搅拌桨叶，可以制造高度湍流并击碎气泡，使得气相两相接触更加充分。所述上层搅拌桨叶采用螺旋式桨叶，有利于物料返混，并强化传热，促进气体分散，从而增大相界面和传质系数。
11.进一步地，搅拌主轴位于下层搅拌桨叶和上层搅拌桨叶之间，设有搅拌轴固定件；所述搅拌轴固定件的一端套接在搅拌主轴上，另一端固定在反应釜容器内壁上。
12.进一步地，所述下层分布器采用环状管道；下层分布器上设置有一组向下的引流管；所述反应釜容器的底部内壁上，对应引流管的底部管口处设置一组陶瓷折流槽。氯化氢气体经过折流槽折射后气速降低，在反应器中停留时间更长，混合更充分。陶瓷折流槽可以保护设备金属面不被强酸腐蚀。
13.优选地，所述上层分布器采用环状管道，其沿管道外边切线方向45
°
开孔，孔径与分布器管径比值在0.1～0.3之间。
14.具体地，所述旋风分离器的进料管口设置在反应釜容器的上部，其底部料腿向下延伸至下层搅拌桨叶处的液面下方。反应后的易挥发气相、未完全反应的氯化氢以及夹带的液相从进料管口进入旋风分离器，经旋风分离器气液分离后气相从排气口离开反应器进入后处理设备，液相重力作用下自流至料腿，从料腿设置在液面以下的出口回到反应釜底，进一步充分反应。旋风分离器不需要额外动力源，通过气体流动，在旋风分离器中进行螺旋运动，在离心力的作用下将气液两相进行分离。
15.更进一步地，所述反应釜容器的下方侧面设有伴热夹套；反应釜容器的底部设有伴热盘管。
16.具体地，所述搅拌器与搅拌主轴之间，采用密封环进行机械密封，密封环上下分别设置有密封圈；密封环外部套接干气密封件，干气密封件侧面分别设置有密封气进口和密封气出口。
17.优选地，所述反应釜容器的内壁，采用搪瓷材质，保证设备内壁不被酸性物料腐蚀。
18.有益效果：
19.本实用新型多晶硅高沸物裂解装置能够有效提高高沸助剂的有效利用率，减少高沸助剂的浪费严重问题，减少高沸助剂的投入量，降低生产成本；显著增加气液两相的接触面积和气相在液相中的停留时间，可显著提高反应速率；同时，降低因酸性物料对设备内壁的腐蚀，延长设备的使用周期，降低检修成本和设备更新成本；减少气相中高沸物的夹带量，降低后系统的生产负荷。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
21.图1是该多晶硅高沸物裂解装置的整体结构示意图。
22.图2是搅拌器与搅拌主轴之间机械密封与干气密封相结合的密封结构。
23.其中，各附图标记分别代表：
24.1下层搅拌桨叶；2搅拌轴固定件；3上层搅拌桨叶；4搅拌主轴；5搅拌器；51密封环；52密封气进口；53密封气出口；6伴热夹套；7伴热盘管；8下层分布器；9上层分布器；10料腿；11旋风分离器；12进料管口；13排气口；14格栅板；15陶瓷折流槽；16引流管。
具体实施方式
25.根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。
26.说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以
供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
27.如图1所示，该多晶硅高沸物裂解装置包括反应釜容器，设置在反应釜容器中的搅拌器5、下层分布器8、上层分布器9、格栅板14以及旋风分离器11。
28.其中，搅拌器5上设有下层搅拌桨叶1和上层搅拌桨叶3；下层分布器8位于下层搅拌桨叶1下方，上层分布器9位于下层搅拌桨叶1上方。
29.格栅板14位于下层搅拌桨叶1和上层搅拌桨叶3之间，并设置在上层分布器9上方。格栅板对气液两相重新分布，破碎因气相分布不均匀产生的氯化氢气泡，使气液两相混合更加充分，并减小气泡的大小，降低液面因气泡破裂产生的液相扬析。格栅板数量可根据设备大小以及上下层搅拌距离综合考虑。
30.旋风分离器11设置在反应釜容器的排气口13处，用于分离气相中夹带的液相，并重新送入反应釜容器底部。旋风分离器11的进料管口12设置在反应釜容器的上部，其底部料腿10向下延伸至下层搅拌桨叶1处的液面下方。反应后的易挥发气相、未完全反应的氯化氢以及夹带的液相从进料管口进入旋风分离器，经旋风分离器气液分离后气相从排气口13离开反应器进入后处理设备，液相重力作用下自流至料腿，从料腿设置在液面以下的出口回到反应釜底，进一步充分反应。
31.搅拌器5包括搅拌主轴4和搅拌电机；所述搅拌电机设置在反应釜容器的顶部外侧；所述搅拌主轴4位于反应釜容器内，并与外部的搅拌电机连接，其上设置有下层搅拌桨叶1和上层搅拌桨叶3，通过搅拌电机驱动搅拌主轴4转动，从而带动下层搅拌桨叶1和上层搅拌桨叶3旋转；搅拌器5与搅拌主轴4连接处，采用机械密封与干气密封相结合的密封方式，即机械密封为内密封，干气密封为外密封。如图2所示，搅拌器5与搅拌主轴4之间，采用密封环51进行机械密封，密封环51上下分别设置有密封圈；密封环51外部套接干气密封件，干气密封件侧面分别设置有密封气进口52和密封气出口53。干气密封可以有效防止外界空气中的水分进入密封结构从而导致的机械密封的密封面的腐蚀。
32.下层搅拌桨叶1采用抛物线开启涡轮式搅拌桨叶，可以制造高度湍流并击碎气泡，使得气相两相接触更加充分。所述上层搅拌桨叶3采用螺旋式桨叶，有利于物料返混，并强化传热，促进气体分散，从而增大相界面和传质系数。
33.搅拌主轴4位于下层搅拌桨叶1和上层搅拌桨叶3之间，设有搅拌轴固定件2；所述搅拌轴固定件2的一端套接在搅拌主轴4上，另一端固定在反应釜容器内壁上。
34.下层分布器8采用环状管道；下层分布器8上设置有一组向下的引流管16；所述反应釜容器的底部内壁上，对应引流管16的底部管口处设置一组陶瓷折流槽15。氯化氢气体经过折流槽折射后气速降低，在反应器中停留时间更长，混合更充分。陶瓷折流槽可以保护设备金属面不被强酸腐蚀。
35.上层分布器9采用环状管道，其沿管道外边切线方向45
°
开孔，孔径与分布器管径比值在0.1～0.3之间。
36.反应釜容器的下方侧面设有伴热夹套6；反应釜容器的底部设有伴热盘管7。
37.反应釜容器的内壁，采用搪瓷材质，保证设备内壁不被酸性物料腐蚀。
38.高沸物裂解工艺原理：高沸物通过管道输送到反应釜中，在活化后的高沸助剂中与通过分布器进入反应器的氯化氢气体充分接触，反应并生成三氯氢硅和四氯化硅；产品三氯氢硅和四氯化硅在反应器加热下汽化，与未完全反应的氯化氢气体排出反应设器。
39.本实用新型提供了一种新型多晶硅高沸物裂解装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。