專(zhuān)利名稱(chēng)：一種流化床反應(yīng)器及用此反應(yīng)器合成甲基氯硅烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)及化工領(lǐng)域，具體涉及一種流化床反應(yīng)器，本發(fā)明還涉及利用此流 化床反應(yīng)器合成甲基氯硅烷的方法。
背景技術(shù)：
甲基氯硅烷通常采用Rochow直接法合成，合成反應(yīng)中的固體原料為硅粉顆粒，催化劑為 銅粉顆粒，氯甲烷及氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物起到流化介質(zhì)的作用，反應(yīng)過(guò)程為氣-固-固反應(yīng)。未反應(yīng) 的氯甲垸、氣態(tài)的甲基氯硅烷、氣態(tài)的副產(chǎn)品、催化劑成分以及微細(xì)粉塵離開(kāi)反應(yīng)器。硅粉 和銅粉的充分接觸和有效的撤出反應(yīng)熱對(duì)反應(yīng)有著重要的影響，因此工業(yè)上都采用連續(xù)流化 床反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)甲基氯硅烷的生產(chǎn)。為了得到盡可能高的目標(biāo)產(chǎn)物(二甲基二氯硅烷M2)的 選擇性，不僅需要盡可能高的產(chǎn)率(每單位時(shí)間及反應(yīng)體積所形成的硅烷數(shù)量)，而且需要盡 可能高的硅轉(zhuǎn)化率及整個(gè)工廠(chǎng)的可靠和彈性操作。
合成甲基氯硅垸時(shí)，將一定粒度的硅粉和銅催化劑及助催化劑等加以混合，形成含催化 劑的組合物。隨后將該含催化劑的組合物送入流化床反應(yīng)器內(nèi)，使其反應(yīng)，在生產(chǎn)過(guò)程中， 硅粉被不斷的消耗，粒徑發(fā)生變化，同時(shí)向反應(yīng)器不斷的補(bǔ)充新鮮的硅粉。此外，銅催化劑 的粒徑相對(duì)較小，與硅粉顆粒粒徑有較大差異。因此在有機(jī)硅單體流化床反應(yīng)器的主要特征 是固體顆粒粒徑分布寬，含有較多的細(xì)粉，需實(shí)現(xiàn)不同粒徑的充分混合。關(guān)鍵是要解決寬分 布顆粒的流化問(wèn)題。
一般流化床的底部采用錐形床，提高流化速度使不同粒徑的物料都充分流化，而頂部采 用放大段，使氣速降低，從而使流料易于沉積下來(lái)，不易被氣體帶出，降低其后的分離系統(tǒng) 的負(fù)荷。但是對(duì)于反應(yīng)熱量很大的大型流化床有幾十甚至上百根換熱管，傳熱管束的加入， 對(duì)于均徑直圓筒體流化床，會(huì)顯著降低床體有效截面積，造成空塔氣速過(guò)高，從而使粒度小 的顆粒容易被吹出去，特別是對(duì)于有機(jī)硅單體生產(chǎn)過(guò)程中，催化劑的粒度很小，容易使催化 劑被吹出床體，從而影響反應(yīng)過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種具有良好導(dǎo)流作用和高轉(zhuǎn)化率的適 應(yīng)性強(qiáng)的適用于寬粒徑分布流化顆粒體系的流化床反應(yīng)器。本發(fā)明的流化床反應(yīng)器，包括筒體、安裝在流化床底部的分布板、在分布板下面的入口 管道、在筒體內(nèi)部的指形套管束、加料口、底部的排渣口和上、下部封頭，在分布板和下部 錐體16間連接氣體導(dǎo)流裝置20，導(dǎo)流裝置的下端與分布板15的頂部連接，其上端與流化床 下部錐體連接，導(dǎo)流裝置包括氣體分布管18、導(dǎo)流管17和氣體分布法蘭19，氣體分布管至 少由2段彎管組成，彎管下端與導(dǎo)流管連接，每段彎管外端中間部分與氣體進(jìn)口 ll連接，導(dǎo) 流管另一端與氣體分布法蘭連接。見(jiàn)圖l、圖2。
上述導(dǎo)流管直徑與氣體分布管直徑之比優(yōu)選1:2.5~1:35 。
按一般生產(chǎn)上所用的流化床反應(yīng)器大小，導(dǎo)流管的直徑優(yōu)選8~200mm，更優(yōu)選 15 120mm<=
按一般生產(chǎn)上所用的流化床反應(yīng)器大小，導(dǎo)流管長(zhǎng)度優(yōu)選0.2 2m，更優(yōu)選0.3~1.2111。 導(dǎo)流管數(shù)量為2~120根，優(yōu)選10~80根。
導(dǎo)流管與氣體分布法蘭連接端，導(dǎo)流管呈5° -80°角度均勻分布在氣體分布法蘭上。更 優(yōu)選的角度是10° -50° 。
上部筒體中還可安裝擋流層，擋流層由波紋板或螺旋柱體狀板構(gòu)成。見(jiàn)1和圖3。擋流 層的高度視安裝位置為筒體高度的10-80%。擋流層可以安裝在上部擴(kuò)大段筒體中，也可以安 裝在上部錐體中。
在流化床上部筒體安裝擋流層后，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升的氣流中的固體顆粒起到了過(guò)濾 作用，使未反應(yīng)的顆粒重新回床參與反應(yīng)，增加了床內(nèi)的顆粒濃度，不僅大大減少了合成氣 出口粉塵的帶出量和回床量，降低了反應(yīng)設(shè)備的磨損，而且提高了原料利用率，使反應(yīng)產(chǎn)物 中的有效成分含量增加，提高了裝置的經(jīng)濟(jì)效益，且節(jié)約能耗，減少了對(duì)外界環(huán)境的污染。
本發(fā)明在流化床底部分布板和筒體間增設(shè)了氣體導(dǎo)流裝置，分流部分原料氣并將此部分 氣體量切向進(jìn)入流化床，切向進(jìn)氣使得流化床內(nèi)氣體在原有向上的軸向速度基礎(chǔ)上附加了切 向速度，使氣體和夾帶的原料顆粒螺旋上升，形成的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)使得反應(yīng)物料接觸的時(shí)間延長(zhǎng)。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種制備甲基氯硅垸的方法，就是采用本發(fā)明的流化床反應(yīng)器，將占總 重量為10-90%量的氯甲烷從導(dǎo)流裝置進(jìn)氣口 11進(jìn)入，其余氯甲烷氣體由流化床底部進(jìn)氣口 12進(jìn)入流化床，硅粉顆粒和銅催化劑及助催化劑從流化床筒體加料口 8加入，固體顆粒與 氯甲烷氣體混合并反應(yīng)，合成甲基氯硅垸合成經(jīng)出口 l排出。助催化劑一般是選自鋁粉、鋅 粉、錫粉中的一種或幾種。
利用本發(fā)明的流化床，使氯甲垸和夾帶的原料顆粒螺旋上升，形成的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)使得硅粉 顆粒與氣體接觸的時(shí)間延長(zhǎng)，并且高速旋轉(zhuǎn)的氣流不僅能夠避免大量顆粒沉降而退出反應(yīng)而且能夠強(qiáng)化觸體的表面更新，提高甲基氯硅烷的宏觀(guān)反應(yīng)速度，提高了流化床反應(yīng)器的設(shè)備 生產(chǎn)強(qiáng)度，從而提高了氯甲烷的單程轉(zhuǎn)化率，延長(zhǎng)了合成生產(chǎn)周期，提高了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。 用同樣的原輔料合成甲基氯硅垸，如果用常規(guī)的流化床反應(yīng)器， 一般氯甲垸單程轉(zhuǎn)化率為 25%， 二甲基二氯硅烷選擇性低于90%。而采用本發(fā)明的流化床反應(yīng)器進(jìn)行同樣的反應(yīng)，氯 甲垸單程轉(zhuǎn)化率大于35%， 二甲基二氯硅烷選擇性大于90 %。


圖l為本發(fā)明的流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的導(dǎo)流裝置截面示意圖； 圖3為本發(fā)明的擋流層截面示意圖
圖中各數(shù)字代表1、合成氣出口， 2、上封頭，3、擴(kuò)大段筒體，4、擋流層，5、上部錐體， 6、指形套管換熱介質(zhì)進(jìn)口， 7、指形套管換熱介質(zhì)出口， 8、原料加料口， 9、筒體，10、指 形套管束，11、原料氣進(jìn)口， 12、原料氣進(jìn)口， 13、排渣口， 14、下封頭，15、分布板，16、 下部錐體，17、導(dǎo)流管，18、氣體分布管，19、氣體分布法蘭，20、原料氣導(dǎo)流裝置。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
流化床反應(yīng)器
如圖1和圖2，流化床反應(yīng)器包括筒體9、擴(kuò)大段筒體3、上部錐體5、安裝在流化床底 部的分布板15、在分布板下面的入口管道12即原料氣進(jìn)口、在筒體內(nèi)部的指形套管束IO、 加料口 8、底部的排渣口 13和上部封頭2、下部封頭14，導(dǎo)流裝置安裝在分布板15和指形 套管束10中間，導(dǎo)流裝置的下端與分布板15的頂部連接，其上端與流化床筒體連接，導(dǎo)流 裝置包括氣體分布管18、導(dǎo)流管17和氣體分布法蘭19，氣體分布管18至少由2段彎管組成， 在彎管下端與導(dǎo)流管17連接，每段彎管外端中間部分與氣體進(jìn)口 11連接，導(dǎo)流管另一端與 氣體分布法蘭連接。
實(shí)施例2
合成甲基氯硅垸
如實(shí)施例1的流化床反應(yīng)器，導(dǎo)流管20根，導(dǎo)流管17與分布板法蘭的角度為30° ，導(dǎo) 流管長(zhǎng)度為50mm，管徑DN為20mm，氣體分布管的管徑DN為100mm。調(diào)節(jié)原料氣體氯甲垸總重量的的35%從流化床底部進(jìn)氣口 12進(jìn)入，氣體流速為0.4m/s，形成軸向流動(dòng)的氣 流，剩余65%氯甲烷氣體由氣體進(jìn)口 11進(jìn)氣，氣體流速為30m/s，使氣流在原有軸向速度基 礎(chǔ)上附加了切向速度，在溫度為28(TC時(shí)，將原料硅粉顆粒和銅催化劑及助催化劑從流化床 原料加料口8加入，從而造成原料氣體夾帶固體顆粒呈螺旋狀上升，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程原料顆粒 及催化劑等與原料氣體接觸時(shí)間延長(zhǎng)。
氯甲垸單程轉(zhuǎn)化率為35.2%， 二甲基二氯硅垸選擇性為91.5%。
實(shí)施例3
合成甲基氯硅烷
如實(shí)施例l的流化床，在流化床中安裝擋流層4，擋流層安裝在筒體上部錐體5中，擋 流層的高度為上部錐體高度的30%。導(dǎo)流裝置安裝在分布板和指形套管束中間，導(dǎo)流管36 根，導(dǎo)流管與分布板法蘭的角度為10° ，導(dǎo)流管長(zhǎng)度為50mm，管徑DN為20mm，氣體分 布管的管徑DN為150mm。調(diào)節(jié)氯甲烷氣體的50%從流化床底部進(jìn)氣口 12進(jìn)入，氣體流速 為0.35m/s，形成軸向流動(dòng)的氣流，剩余50%氯甲烷氣體由氣體進(jìn)口 11進(jìn)氣，氣體流速為20m/s， 使氣流在原有軸向速度基礎(chǔ)上附加了切向速度，在溫度為31(TC時(shí)，將原料硅粉顆粒和銅催 化劑及助催化劑從流化床原料加料口 8加入，從而造成原料氣體夾帶固體顆粒呈螺旋狀上升， 上升原料氣在擴(kuò)大段遇擋流層，部分顆粒重新回床參與反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程原料顆粒及催化 劑等與原料氣體接觸時(shí)間延長(zhǎng)。
氯甲垸單程轉(zhuǎn)化率為36.1%， 二甲基二氯硅烷選擇性為92.2%。
實(shí)施例4
合成甲基氯硅烷
如實(shí)施例1的流化床反應(yīng)器，由上至下依次為上封頭2、擴(kuò)大段筒體3、擋流層4、上部 錐體5、筒體9、指形套管束10、原料氣導(dǎo)流裝置20、分布板15、下部封頭14和入口管道 12。流化床中擋流層安裝在擴(kuò)大段筒體3下部，擋流層的高度為擴(kuò)大段筒體高度的30%。導(dǎo) 流管20根，導(dǎo)流管與分布板法蘭的角度為30° ，導(dǎo)流管長(zhǎng)度為50mm，管徑DN為20mm， 氣體分布管的管徑DN為100mm。調(diào)節(jié)原料氣體氯甲烷的35%從流化床底部進(jìn)氣口 12進(jìn)入， 氣體流速為0.4 m/s，形成軸向流動(dòng)的氣流，剩余65%原料氣體由側(cè)向進(jìn)氣，氣體流速為30m/s， 使氣流在原有軸向速度基礎(chǔ)上附加了切向速度，在反應(yīng)溫度為33(TC時(shí)，將原料硅粉顆粒和 銅催化劑及助催化劑從流化床原料加料口 8加入，從而造成原料氣體夾帶固體顆粒呈螺旋狀
上升，上升原料氣在擴(kuò)大段遇擋流層，部分顆粒重新回床參與反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程原料顆粒及催化劑等與原料氣體接觸時(shí)間延長(zhǎng)。
氯甲垸單程轉(zhuǎn)化率為40.6%， 二甲基二氯硅烷選擇性為91.8%。
權(quán)利要求
1、一種流化床反應(yīng)器，包括筒體、擴(kuò)大段筒體、上下錐體、安裝在流化床底部的分布板、在分布板下面的入口管道、在筒體內(nèi)部的指形套管束、加料口、底部的排渣口和上、下部封頭，其特征是在分布板和下部錐體(16)間連接氣體導(dǎo)流裝置(20)，導(dǎo)流裝置的下端與分布板(15)的頂部連接，其上端與流化床筒體連接，導(dǎo)流裝置包括氣體分布管(18)、導(dǎo)流管(17)和氣體分布法蘭(19)，氣體分布管至少由2段彎管組成，彎管下端與導(dǎo)流管連接，每段彎管外端中間部分與氣體進(jìn)口(11)連接，導(dǎo)流管另一端與氣體分布法蘭連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征是導(dǎo)流管直徑與氣體分布管直徑之比為 1:2.5 1:35。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征是導(dǎo)流管數(shù)量為2 120根。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征是導(dǎo)流管直徑為8~200mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征是導(dǎo)流管長(zhǎng)度為0.2~2m。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征是導(dǎo)流管與氣體分布法蘭連接端，導(dǎo)流管 呈5° ~80°角度均勻分布在氣體分布法蘭上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征是上部筒體安裝擋流層，擋流層由波紋板 或螺旋柱體狀板構(gòu)成。
8、 一種制備甲基氯硅垸的方法，其特征是利用權(quán)利要求1的流化床反應(yīng)器，將占總重量為10-90%量的氯甲垸從導(dǎo)流裝置進(jìn)氣口 ( 11 )進(jìn)入，其余氯甲烷氣體由流化床底部進(jìn)氣口 ( 12) 進(jìn)入流化床，硅粉顆粒和銅催化劑及助催化劑從流化床筒體加料口 (8)加入，與氯甲烷 氣體混合并反應(yīng)，甲基氯硅烷混合物經(jīng)出口 (1)排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)及化工領(lǐng)域，具體涉及一種流化床反應(yīng)器，本發(fā)明在流化床反應(yīng)器的底部分布板和筒體間增設(shè)了氣體導(dǎo)流裝置，導(dǎo)流裝置包括氣體分布管、導(dǎo)流管和氣體分布法蘭，氣體分布管至少由2段彎管組成，彎管下端與導(dǎo)流管連接，每段彎管外端中間部分與氣體進(jìn)口連接，導(dǎo)流管另一端與氣體分布法蘭連接。增加導(dǎo)流裝置后可以分流部分原料氣并將此部分氣體量切向進(jìn)入流化床，切向進(jìn)氣使得流化床內(nèi)氣體在原有向上的軸向速度基礎(chǔ)上附加了切向速度，使氣體和夾帶的原料顆粒螺旋上升，形成的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)使得反應(yīng)物料接觸的時(shí)間延長(zhǎng)。本發(fā)明還涉及利用此流化床反應(yīng)器合成甲基氯硅烷的方法。
文檔編號(hào)C07F7/16GK101537329SQ20091002994
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者劉衍兵, 宮有圣, 張友林, 朱德洪, 朱恩俊, 捷 楊, 錢(qián)芬芬, 閻世城 申請(qǐng)人:江蘇宏達(dá)新材料股份有限公司