一种硅烷生产的气相进料装置及方法与流程

本发明涉及硅烷生产，具体涉及一种硅烷生产的气相进料装置及方法。

背景技术：

1、硅烷生产时，是通过三氯氢硅及二氯二氢硅的歧化反应来实现硅烷的生产。传统工艺为液相进料，需要将气相产物先进行冷凝，冷凝后的液相物料再进入后续的dcs及硅烷反应器中，反应后的气相产物冷凝后再进入精馏塔中进行提纯。其中，将气相冷凝为液相需要通过与冷剂进行换热，而液相进入反应器时，反应器为保证良好的产品转化率，需要维持相对较高的反应温度，此时较冷的液相进入反应器，反应器需要蒸汽或电加热，使物料升温至所需的温度，故导致了传统工艺的耗能较高。此外，传统工艺中，液相物料与催化剂进行反应时，所产生的气相产物，会因压力的关系富集在催化剂周围，导致后续的物料与催化剂的接触面积减少。同时，液相物料需要缓冲罐或喂料罐，才能维持稳定的反应器液位及反应的连续性。传统工艺在汽液转换过程中，需要多个换热器，而换热器内的热交换管道长期经过物料的冲刷及腐蚀，可能会存在泄漏的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅烷生产的气相进料装置及方法，该装置及方法有利于减少生产过程中的能源消耗，并简化装置组成结构，降低装置泄漏风险。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种硅烷生产的气相进料装置，包括tcs精馏塔、stc缓冲罐、第一换热器、dcs反应器、第一过滤器、第二换热器、第一缓冲罐、气体压缩机、dcs精馏塔、第三换热器、硅烷反应器、第二缓冲罐、第二过滤器、第四换热器、分离塔、粗硅烷缓冲罐、硅烷脱轻塔、硅烷脱重塔、硅烷储罐及相应的连接管道；所述tcs精馏塔的气相出口连接第一换热器进口，所述第一换热器出口连接tcs精馏塔的回流口，所述第一换热器进口前引出管道连接dcs反应器进口，所述dcs反应器的液相出口连接第一缓冲罐，所述dcs反应器的气相出口依次经第一过滤器、第二换热器连接气体压缩机，所述第二换热器的冷凝液出口连接第一缓冲罐，所述气体压缩机出口连接dcs精馏塔，所述dcs精馏塔的气相出口连接第三换热器进口，所述第三换热器出口连接dcs精馏塔的回流口，所述第三换热器进口前引出管道连接硅烷反应器进口，所述硅烷反应器的液相出口连接第二缓冲罐，所述硅烷反应器的气相出口依次经第二过滤器、第四换热器连接粗硅烷缓冲罐，所述第四换热器的冷凝液出口连接第二缓冲罐，所述粗硅烷缓冲罐出口连接硅烷脱轻塔，所述硅烷脱轻塔出口连接硅烷脱重塔，所述硅烷脱重塔出口连接硅烷储罐；所述第一缓冲罐出口连接tcs精馏塔，所述tcs精馏塔的液相出口连接stc缓冲罐，所述第二缓冲罐出口连接分离塔，所述分离塔的气相出口连接dcs精馏塔，所述分离塔的液相出口连接tcs精馏塔。

3、进一步地，所述tcs精馏塔的气相出口设于tcs精馏塔顶部；所述dcs反应器的进口设于dcs反应器下旁侧，液相出口设于dcs反应器底部，气相出口设于dcs反应器顶部；所述dcs精馏塔的气相出口设于dcs精馏塔顶部；所述硅烷反应器的进口设于硅烷反应器下旁侧，液相出口设于硅烷反应器底部，气相出口设于硅烷反应器顶部。

4、进一步地，所述第一过滤器、第二过滤器均为篮式过滤器。

5、进一步地，所述dcs反应器和硅烷反应器的结构相同，气相物料从反应器下旁侧的管道进入反应器，经过反应器内下侧的气体分布器，将物料分布均匀向上飘逸；反应器内的催化剂由特氟龙布包裹扎紧，避免因气流上升时扰动催化剂相互摩擦，造成催化剂粉化；反应器底部的液相出口连接卸料管，所述卸料管由两个u型管道连接形成，用于实现液封，避免气相产物反窜入缓冲罐。

6、本发明还提供了基于上述装置的一种硅烷生产的气相进料方法，包括：

7、1）前置工序产生的tcs输入tcs精馏塔进行提纯，从tcs精馏塔的气相出口输出气相，经第一换热器输入tcs精馏塔的回流口形成回流，并从第一换热器前引出管道，其中气相成分为提纯后的tcs；

8、2）提纯后的tcs经管道进入dcs反应器，气相自下而上，经过催化剂堆料，生成液相的stc和气相的dcs，液相的stc从dcs反应器的液相出口流入第一缓冲罐，气相的dcs从dcs反应器的气相出口输出；

9、3）dcs反应器采出的dcs通过第一过滤器将气相中可能存在的催化剂粉末过滤掉，再通过第二换热器将气相中存在的除dcs外的其他成分冷凝，并汇入第一缓冲罐；

10、4）气相的dcs输入气体压缩机提升压力，然后进入dcs精馏塔进行提纯，从dcs精馏塔的气相出口输出气相，经第三换热器输入dcs精馏塔的回流口形成回流，并从第三换热器前引出管道，其中气相成分为提纯后的dcs；

11、5）提纯后的dcs经管道进入硅烷反应器，由下向上飘逸，经过催化剂堆料，生成气相的ms和液相的tcs，液相的tcs从硅烷反应器的液相出口流入第二缓冲罐，气相的ms从硅烷反应器的气相出口输出；

12、6）硅烷反应器采出的ms通过第二过滤器将气相中可能存在的催化剂粉末过滤掉，再通过第四换热器将气相中可能存在的除ms外的其他成分冷凝，并汇入第二缓冲罐中；

13、7）气相的粗硅烷输入粗硅烷缓冲罐中，然后通过硅烷脱轻塔，脱除其中夹杂的轻组分杂质，再通过硅烷脱重塔，脱除其中夹杂的重组分；

14、8）经过精馏提纯后，即得到高纯的硅烷气体，并输入硅烷储罐中进行储存。

15、进一步地，第二缓冲罐中主要存储tcs和dcs，将其输入分离塔中，加热使dcs气化，气相的dcs回流至dcs精馏塔中重新进行提纯并参与后续的反应，液相的tcs回流至tcs精馏塔中，重新进行提纯并参与后续的反应；第一缓冲罐中的液体回流至tcs精馏塔中进行分离提纯，分离出的stc汇入stc缓冲罐中，可输送至其他工序进行重复利用。

16、进一步地，步骤1）中，所述tcs精馏塔以工作温度60-75℃、工作压力0.15-0.35mpa进行提纯。

17、进一步地，步骤2）中，控制dcs反应器的工作温度为65-75℃，工作压力为0.25-0.4mpa，以使stc为液相，而dcs为气相。

18、进一步地，步骤4）中，气相的dcs输入气体压缩机，使其压力提升至0.50-0.65mpa。

19、进一步地，步骤5）中，控制硅烷反应器的工作温度为65-75℃，工作压力为0.55-0.7mpa，以使tcs液化，而ms为气相。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种创新设计的硅烷生产的气相进料装置及方法，该装置及方法减少了深冷换热器及喂料罐，将前段生成的气相物料维持气相状态直接通入dcs及硅烷反应器中，气相物料与催化剂进行反应，气相物料在催化剂表面吸附并能快速的向催化剂内部扩散，可提高催化剂的转化效率；相较于液相物料，液相物料包裹住了催化剂，其产生的生成物会在催化剂周围产生小气泡，阻止了物料与催化剂的进一步接触；气相进料时的温度也较液相高，反应速率与反应温度成正比，即反应速率向正向移动，可提高催化的效果，从而减少了生产过程中的能源消耗；此外，本发明减少了罐体及管道，简化了装置整体的组成结构，进而降低了装置整体的泄漏风险。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。