三氯氢硅合成流化床反应器工艺改造

2014-08-15 00:46翟记川常淑霞
中国氯碱 2014年4期
关键词:形管硅粉导热油

翟记川,常淑霞

(1.邢台矿业集团有限责任公司,河北 邢台 055150;2.河北邢矿硅业科技有限公司,河北 邢台 055150)

1 研发背景及概况

1.1 流化床反应器结构

河北邢矿硅业科技有限公司 (以下简称邢矿硅业公司)采用改良西门子法生产三氯氢硅,合成装置采用大型流化床反应器,单台年生产能力可达1.5万t。大型流化床反应器的结构是,流化床顶部为直径扩大段(气固分离段),上设出料口,中部圆柱形筒体为反应段,下部设有硅粉加料口,底部为锥形下封头,上设氯化氢入口,中部筒体与底部锥体之间由法兰连接,并设有布风板,高速的氯化氢气体由流化床底部进入,经布风板均匀分布后,将布风板上部的硅粉吹起,产生流化效果。

流化床反应器中部筒体壁外分布大量蛇形管道,保证流化床反应段边缘与内部反应温度一致。流化床内部分布85根指形管,指形管通过抱箍统一固定,从扩大段一直延伸到反应段底部,用于流化床各个床层温度的调节。蛇形管与指形管内均有导热油循环,并与废热锅炉等设备构成导热油循环系统。

1.2 流化床反应器使用中存在的问题

在流化床反应器正常工作时,氯化氢气体经过布风板将硅粉吹起达到高速流化状态,高速流化态的硅粉对指形管形成强力冲刷,使用不到1个月,便出现指形管破损漏油现象,对产品造成污染,产生火灾隐患,严重影响生产安全稳定。

为解决指形管漏油问题,邢矿硅业公司成立了“延长流化床反应器使用时间攻关小组”,对流化床内部结构进行了改造,并制定了漏油监测方案,实现了长周期连续、安全、稳定生产。

2 流化床工艺改造

通过对使用一段时间后的指形管壁厚进行测量、分析,发现处于流化床中心位置的指形管(1-19号)磨损比较严重,且破损位置多为抱箍附近。由此找出造成指形管磨破漏油的主要原因为,流化床内气流分布不均匀,产生局部涡流,对指形管局部造成强力冲刷。主要从以下5方面进行了工艺改进。

2.1 布风板改造

通过对气体流速、布风板开孔率进行计算[1],对所有出气孔增设了布风帽,布风帽上的开孔数量及方向随位置改变,中心位置开孔少,边缘位置开孔多,达到以下效果。

(1)增加了布风板边缘气流通过孔洞,减小了中心部分通过孔洞,改变了布风板出气口的喷气方向,确保物料在分布板上均匀流化。

(2)延长了出气孔的高度,避免布风板上积累的硅粉将出气口堵塞,利于系统压力控制,增强流化效果。

2.2 指形管改造

依据壁厚测量数据,对中间位置易于磨损的指形管,在其外部增设耐磨套管(套管壁厚为5 mm),并根据实际磨损情况确定耐磨套管的高度。该方法使指形管耐磨周期延长,但指形管的换热效果有所降低,需根据实际情况调整工艺参数。

2.3 制作备用指形管

指形管因磨损发生漏油后,需对流化床反应器采取降温、反压导热油、吊装、壁厚检测、修补指形管、安装等措施,整个过程历时较长,为了实现连续生产,提出了制作备用指形管方案。备用指形管在原指形管的基础上,主要进行了以下改进。

(1)将指形管壁厚由5 mm增加至6 mm;

(2)相对于原指形管,减少12根指形管,更有利于增强内部流化效果;

(3)在每根指形管磨损严重区域(抱箍附近)喷涂耐磨涂层,经过调查发现,镍鉻合金在流化床合成炉内的工况下具有较强的耐磨性;

(4)加长原指形。

2.4 消除局部涡流

流化床反应器内夹带着大量硅粉的气流沿着指形管管壁高速运行,当遇到管箍或耐磨套管边缘时,部分气流改变方向,引起局部涡流。局部涡流区域对指形管的冲击力来自于管道的非平行方向,对指形管的磨损特别严重。

根据涡流产生的原因,将管箍与套管边缘制作成平滑过渡,避免了直径突变,将涡流降至最低限度。

2.5 将中心位置磨损严重区指形管相互固定

指形管在流化床合成炉内依靠抱箍进行固定,为避免热胀冷缩,抱箍与指形管之间存在一定的间隙。当指形管处于高速流化的气体中时,最下部抱箍与指形管之间发生摩擦,也严重影响指形管的使用寿命。因此,将下部抱箍去除后,将1~7号指形管使用扁铁焊接,将带套管的指形管连成整体,以缓解指形管与抱箍之间的摩擦。

3 密切进行漏油监测

流化床正常运行过程中,为避免指形管漏油带来的巨大损失,提出以下2种漏油监测方案。

(1)密切监测热油膨胀槽液位。热油膨胀槽与导热油运行系统相连,如果指形管漏油,热油膨胀槽的液位则会相应降低,因此,可通过观测热油膨胀槽液位判断指形管是否漏油。

(2)定期观察集尘罐排出的硅尘。若指形管发生漏油,合成气会将泄漏的导热油与部分硅尘带到三氯氢硅合成后系统,硅尘被过滤后进入硅尘集尘罐。因此,定期对集尘罐中的硅尘进行取样观测便可得知指形管是否漏油。

4 结论

(1)对分布板进行改造后,优化了流化床内的流化效果,一方面,减轻了中心位置指形管的磨损;另一方面,实现了流化床内各床层温度的一致,提高了粗品收率,粗品收率由改造前的88%提高至90%。

(2)有效避免了局部涡流并加强了易磨损区的保护,指形管的使用寿命由改造前的20天延长3个月。降低了流化床维修费用、导热油、硅粉等的消耗,降低了生产成本。

(3)通过采用备用指形管,实现了连续生产。

(4)通过严格漏油监测,有效避免了安全隐患。

[1]杜龙.气体分布板对三氯氢硅合成的影响.氯碱工业,2011(7):26-27.

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