一种氢化炉的制作方法

1.本发明涉及三氯氢硅生产技术领域，更具体的说是涉及一种氢化炉。


背景技术：

2.三氯氢硅是生产有机硅、单晶硅、多晶硅的主要原料，在生产三氯氢硅的过程中，会产生大量的四氯化硅，利用四氯化硅还原制取三氯氢硅，不但可以减少四氯化硅带来的环保、安全问题，也可以降低生产成本，实现原料的循环利用。
3.目前，四氯化硅还原制取三氯氢硅主要工艺有热氢化法和冷氢化法。热氢化法以四氯化硅和h2为反应原料，混合升温后按一定量配比进入反应设备氢化炉，在高温条件下氢化还原四氯化硅。热氢化炉一般由钟罩1、保温罩2、加热体3、基盘4和电极5组成。其中加热体为石墨材料的“u”型结构，保温罩一般为金属或石墨材质圆筒型结构；钟罩为带夹套水冷却的圆筒型结构。热氢化炉结构见图1。
4.但是，热氢化法工艺流程较长，反应温度高(约1100℃～1250℃)，对设备要求较高，在反应器内部需要使用石墨棒电加热，能耗也很高，并且转化率低，反应副产物对产品纯度有影响，工艺能耗整体较高。
5.冷氢化法是在热氢化法基础上改进而来，考虑到热氢化工艺对反应设备要求极高，在加入催化剂的条件下可以将反应温度降低到600℃以下，这样可以降低反应能耗，提高转化率；增加压力可以提高生产能力，由于温度提高以后，钢材的许用应力下降，设备的选材也受限，有些厂家使用347h材料，氢化炉压力不能大于3.0mpa，而且，设备长期在高温下运行，焊缝容易开裂，安全隐患较大，有些厂家使用耐温性能好的镍基合金incoloy800h，目前设备压力只能提高至4.0mpa，为了提高生产能力，设备直径已经达到国内陆路运输的极限4500mm。
6.从目前看，冷氢化炉要想提高产量，只能提高氢化炉压力，但设备材质限制了压力的提高，在设备材质没有突破的前提下，需要对氢化炉的结构进行改进，达到提高生产能力的目的。
7.因此，如何提供一种能够提高生产能力的氢化炉是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明提供了一种氢化炉，旨在解决上述背景技术中的问题之一，实现通过氢化炉结构的改进来提高氢化炉的生产能力。
9.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.一种氢化炉，包括：外壳和反应腔室，所述反应腔室设于所述外壳的内部，所述反应腔室与所述外壳固定连接，且两者之间形成环隙，所述外壳上具有与所述反应腔室连通的第一进料管和第二进料管。
11.进一步地，所述反应腔室上具有与所述环隙连通的平衡孔，所述外壳上具有与所
述环隙连通的进气管。
12.进一步地，该氢化炉还包括挡板，所述挡板设有多个，多个所述挡板沿所述氢化炉的高度方向间隔设置在所述反应腔室的内部，且所述挡板上具有透气孔。
13.更进一步地，所述透气孔为倾斜设置，且相邻所述挡板上的所述透气孔倾斜方向不同。
14.进一步地，该氢化炉还包括排料管，所述排料管的一端贯穿所述外壳并伸入所述反应腔室内，且所述排料管的下端位于所述反应腔室内最底层挡板的下方，所述排料管上设有气固分离器。
15.进一步地，该氢化炉还包括扫气管，所述扫气管的一端贯穿所述外壳并伸入所述反应腔室内与所述排料管连通，且所述扫气管与排料管的连接处位于所述气固分离器的下方。
16.进一步地，该氢化炉还包括多个压力测量管，多个所述压力测量管的一端均贯穿所述外壳并与所述反应腔室连通，且多个所述压力测量管沿所述氢化炉的高度方向间隔设置。
17.进一步地，该氢化炉还包括测温管，所述测温管的一端贯穿所述外壳并伸入所述反应腔室内，所述测温管上沿所述氢化炉的高度方向间隔设置有多个测温器。
18.进一步地，位于所述环隙区域的所述第一进料管、第二进料管、扫气管和压力测量管均为膨胀节或金属软管。
19.进一步地，所述外壳的顶部具有与所述反应腔室连通的人孔。
20.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种氢化炉，通过将反应腔室设置在外壳的内部，且两者之间形成环隙，通过该结构的设置，使得氢化炉内的部件选材对材料的高温许用应力要求降低，进而可以降低设备的采购价格；同时使氢化炉外壳的使用温度降低，进而对外壳钢材的许用应力大幅提高，可以不再选用价格较高的镍基合金，氢化炉外壳温度的降低，也消除了设备运行的安全隐患；有利于氢化炉压力的提高，氢化炉外壳温度降低以后，能够解决氢化炉的提压和制备外壳的选材问题，提高氢化炉的生产能力。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1为本发明提供的现有技术中的热氢化炉的结构示意图；
23.图2为本发明提供的氢化炉的结构示意图。
24.其中：1为钟罩；2为保温罩；3为加热体；4为基盘；5为电极；6为外壳；7为反应腔室；8为环隙；9为第一进料管；10为第二进料管；11为平衡孔；12为进气管；13为挡板；14为透气孔；15为排料管；16为扫气管；17为气固分离器；18为压力测量管；19为测温管；20为人孔。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.参见图2，本发明实施例公开了一种氢化炉，包括：外壳6和反应腔室7，反应腔室7设于外壳6的内部，反应腔室7与外壳6固定连接，且两者之间形成环隙8，外壳6上具有与反应腔室7连通的第一进料管9和第二进料管10，具体地，第一进料管9设置在外壳6的底部，第二进料管10设置在外壳6的侧壁，外壳6和反应腔室7均采用圆筒形结构，且外壳6和反应腔室7的两端均采用圆弧结构，圆弧结构的端部能够提升氢化炉的耐压，优选地，在反应腔室7的外侧设有保温材料，用以对反应腔室7内进行保温，外壳6的内壁也设有保温材料，以降低外壳6的温度，外壳6的顶部具有与反应腔室7连通的人孔20。
27.在本实施例中，反应腔室7上具有与环隙8连通的平衡孔11，外壳6上具有与环隙8连通的进气管12，通过平衡孔11和进气管12的设置，向环隙8中通入氢气，以保证外壳6和反应腔室7之间的环隙8压力和反应腔室7内的压力不超过设定压力。
28.在本实施例中，该氢化炉还包括挡板13，挡板13设有多个，多个挡板13沿氢化炉的高度方向间隔设置在反应腔室7的内部，且挡板13上具有透气孔14，优选地，透气孔14为倾斜设置，且相邻挡板13上的透气孔14倾斜方向不同，第二进料管10与反应腔室7的连接处低于反应腔室7内最底层挡板13，通过多个挡板13的设置，有利于从第一进料管9通入反应腔室7内的四氯化硅和氢气将由第二进料管10通入的硅粉形成硫化态并充分接触。
29.在本实施例中，该氢化炉还包括排料管15和扫气管16，排料管15的一端贯穿外壳6并伸入反应腔室7内，且排料管15的下端位于反应腔室7内最底层挡板13的下方，排料管15上设有气固分离器17，扫气管16的一端贯穿外壳6并伸入反应腔室7内与排料管15连通，且扫气管16与排料管15的连接处位于气固分离器17的下方，优选地，排料管15为竖直设置，气固分离器17位于反应腔室7内最顶层挡板13的上方。
30.在上述实施例中，该氢化炉还包括多个压力测量管18和测温管19，多个压力测量管18的一端均贯穿外壳6并与反应腔室7连通，且多个压力测量管18沿氢化炉的高度方向间隔设置，测温管19的一端贯穿外壳6并伸入反应腔室7内，测温管19上沿氢化炉的高度方向间隔设置有多个测温器。多个压力测量管18的设置，用以测量反应腔室7内不同点的压力，优选地，测温管19为竖直设置，多个测温器的设置能够测量反应腔室7内不同高度处的温度。
31.在上述实施例中，位于环隙8区域的第一进料管9、第二进料管10、扫气管16和压力测量管18均为膨胀节或金属软管，膨胀节或金属软管的设置能够吸收反应腔室7和外壳6的膨胀，进而保证第一进料管9、第二进料管10、扫气管16和压力测量管18与反应腔室7和外壳6的连接密封性。
32.工作原理：硅粉通过载气由第二进料管10进入反应腔室7，载气为氢气，四氯化硅和氢气的混合气从第一进料口进入反应腔室7内，硅粉与四氯化硅和氢气的混合气在反应腔室7内件的作用下，进行充分接触，发生还原反应，部分四氯化硅、氢气和硅粉反应生成三氯氢硅，同时也会发生部分副反应生成二氯二氢硅等，反应生成的气相物料和部分固体物
料经气固分离器17初步分离后由排料管15从反应腔室7的上部排出，送往后处理工序，未反应的硅粉等固体物料在氢化炉内继续反应。
33.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
34.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。