本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)，具體涉及一種冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)與調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、目前冷氫化工藝中，流化床反應(yīng)器是最重要的反應(yīng)設(shè)備，流化床反應(yīng)器內(nèi)安裝有內(nèi)置旋風(fēng)分離器簡稱內(nèi)旋風(fēng)，將流化床混合氣夾帶的硅粉顆粒與混合氣進(jìn)行分離，內(nèi)旋風(fēng)的效率決定了流化床出口硅粉的跑損量。當(dāng)內(nèi)旋風(fēng)效率偏低時，大量硅粉外排，造成原料損失，并對外旋風(fēng)、換熱器等設(shè)備造成一定磨損，后續(xù)工序渣漿處理量大等問題。而內(nèi)旋風(fēng)效率過高時，流化床上部混合器夾帶的大量失效硅粉將回落于流化床中，形成無效床層，會造成流化床轉(zhuǎn)化率下降。

2、當(dāng)前，針對流化床內(nèi)失效硅粉積累導(dǎo)致的三氯氫硅轉(zhuǎn)化率下降的問題，現(xiàn)有技術(shù)主要通過調(diào)節(jié)內(nèi)旋風(fēng)的效率來解決。專利cn

3、118577214a，提出了一種流化床反應(yīng)器及其冷氫化系統(tǒng)，流化床反應(yīng)器包括：旋風(fēng)分離器，內(nèi)置于流化床反應(yīng)器；灰斗，用于收集和存儲硅粉，灰斗連接于旋風(fēng)分離器的下端；料腿，用于排出硅粉，料腿連接于灰斗的下端；調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括排灰子系統(tǒng)，得以向灰斗內(nèi)通入吹掃氣，以調(diào)節(jié)旋風(fēng)分離器的壓降，使得流化床反應(yīng)器處于正常工況或排渣工況。在正常工況下，旋風(fēng)分離器的壓降較高，以減少被帶出旋風(fēng)分離器的硅粉量，降低硅粉消耗；在排渣工況下，旋風(fēng)分離器的壓降降低，以使大部分硅粉、失活物料以及雜質(zhì)被帶出旋風(fēng)分離器。進(jìn)而得以在流化床反應(yīng)器保持運行的基礎(chǔ)上，將流化床反應(yīng)器內(nèi)的失活物料以及雜質(zhì)排出，以提升流化床反應(yīng)器內(nèi)的有效反應(yīng)物料比例，降低三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的衰減。該專利中提出的判斷流化床內(nèi)失效硅粉積累的方法，主要通過合成氣中三氯氫硅的含量判定，當(dāng)三氯氫硅含量持續(xù)低于預(yù)設(shè)目標(biāo)時，判定流化床反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率下降，進(jìn)而調(diào)節(jié)排灰子系統(tǒng)，使其運行于排渣工況。

4、然而三氯氫硅效率的降低并非僅由硅粉的活性決定，催化劑含量、氣體流量和配比、床層高度、反應(yīng)溫度壓力等均會影響三氯氫硅的轉(zhuǎn)化效率，因此無法通過三氯氫硅含量判定硅粉失效，該方法會造成內(nèi)旋風(fēng)操作反饋錯誤，進(jìn)而造成大量有效硅粉排出，造成原料的浪費或者內(nèi)旋風(fēng)排灰操作不及時。以轉(zhuǎn)化率為依據(jù)調(diào)整內(nèi)旋風(fēng)排出硅粉，周期較長，排灰期間硅粉大量跑損，瞬時對換熱器磨損，淋洗操作和后續(xù)渣漿處理操作都會造成大幅波動和不安全風(fēng)險，整體系統(tǒng)波動較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)與調(diào)控方法，實現(xiàn)流化床反應(yīng)器內(nèi)失效硅粉穩(wěn)定可靠外排，保證系統(tǒng)穩(wěn)定并提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，可實現(xiàn)流化床內(nèi)旋風(fēng)效率的有效判別及調(diào)控。

2、解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，包括：

3、流化床反應(yīng)器，包括流化床反應(yīng)器本體、設(shè)置于流化床反應(yīng)器本體上的硅粉入口、混合氣入口、合成氣出口、管道貫穿孔，硅粉入口用于通入硅粉，混合氣入口用于通入反應(yīng)氣，合成氣出口用于排出冷氫化反應(yīng)的合成氣；

4、內(nèi)置旋風(fēng)分離器，設(shè)置于流化床內(nèi)，內(nèi)置旋風(fēng)分離器的氣體出口與合成氣出口連接；

5、進(jìn)氣元件，與內(nèi)置旋風(fēng)分離器連接；

6、進(jìn)氣管道，貫穿管道貫穿孔與進(jìn)氣元件連接，通過進(jìn)氣管道向內(nèi)置旋風(fēng)分離器內(nèi)通入調(diào)整氣；

7、控制器，通過控制進(jìn)氣元件控制其開閉以及調(diào)整氣流量，控制調(diào)整氣流量在預(yù)設(shè)流量范圍內(nèi)，使得流化床反應(yīng)器內(nèi)的硅粉的粒徑在預(yù)設(shè)粒徑范圍內(nèi)，硅粉的濃度在預(yù)設(shè)濃度范圍內(nèi)。

8、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

9、混合氣電加熱器，與混合氣入口連接，混合氣電加熱器用于對通入流化床反應(yīng)器的反應(yīng)氣加熱。

10、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

11、換熱器，換熱器的管程與合成氣出口連接，換熱器的殼程與混合氣入口連接，用于使用合成氣出口高溫混合氣加熱送入流化床反應(yīng)器的混合氣。

12、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

13、在線粒度檢測儀，設(shè)置于合成氣出口連接的管道上，在線粒度檢測儀將檢測到的硅粉粒徑發(fā)送給控制器；

14、在線粉塵濃度檢測儀，設(shè)置于合成氣出口連接的管道上，在線粉塵濃度檢測儀將檢測到的硅粉濃度發(fā)送給控制器；

15、當(dāng)硅粉粒徑小于預(yù)設(shè)粒徑范圍或硅粉濃度小于預(yù)設(shè)濃度時，通過控制器控制進(jìn)氣元件調(diào)整氣流量增加；

16、當(dāng)硅粉粒徑大于預(yù)設(shè)粒徑或硅粉濃度大于預(yù)設(shè)濃度時，通過控制器控制進(jìn)氣元件調(diào)整氣流量降低。

17、優(yōu)選的是，在線粉塵濃度檢測儀為插入式安裝。

18、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

19、密封保護(hù)箱體，設(shè)置于在線粉塵濃度檢測儀外。

20、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

21、壓力檢測器，設(shè)置于密封保護(hù)箱體外，壓力檢測器用于檢測密封保護(hù)箱體內(nèi)的壓力。

22、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：報警器，壓力檢測器將檢測到的壓力值發(fā)送給控制器，當(dāng)壓力值大于預(yù)設(shè)壓力值，則控制器控制報警器報警。

23、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

24、外置除塵裝置，與合成氣出口連接，外置除塵裝置用于除塵。優(yōu)選的是，外置除塵裝置為旋風(fēng)分離器、過濾式除塵器、文丘里除塵器、濕法洗滌除塵器中的任意一種。

25、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

26、外置除塵硅粉接受罐，與外置除塵裝置連接，外置除塵硅粉接受罐用于接收粉塵。

27、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

28、料位計，設(shè)置于外置除塵硅粉接受罐內(nèi)，料位計用于檢測外置除塵硅粉接受罐內(nèi)固體物料高度發(fā)送給控制器。

29、優(yōu)選的是，所述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，還包括：

30、灰斗，與內(nèi)置旋風(fēng)分離器的下錐部連接，內(nèi)置旋風(fēng)分離器的下錐部、灰斗均為夾層結(jié)構(gòu)，夾層結(jié)構(gòu)與內(nèi)置旋風(fēng)分離器的用于旋風(fēng)分離的腔體聯(lián)通，通過進(jìn)氣管道向夾層結(jié)構(gòu)通入調(diào)整氣再通過進(jìn)氣元件進(jìn)入到內(nèi)置旋風(fēng)分離器的用于旋風(fēng)分離的腔體內(nèi)。

31、優(yōu)選的是，進(jìn)氣元件的進(jìn)氣方向反向于內(nèi)置旋風(fēng)分離器內(nèi)的內(nèi)置旋風(fēng)旋流方向且向上傾斜，向上垂直傾斜角度為0°～75°，水平方向逆向與內(nèi)置旋風(fēng)分離器內(nèi)壁切線夾角為15°～90°。

32、本發(fā)明還提供一種使用上述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控方法，包括以下步驟：

33、通過控制器調(diào)整進(jìn)氣元件處調(diào)整氣流量，每個進(jìn)氣元件的調(diào)整氣流量為q，其中，100nm3/h＜q＜2000nm3/h，使得流化床反應(yīng)器內(nèi)的硅粉的粒徑d50在預(yù)設(shè)粒徑范圍內(nèi)，其中，30μm＜d50＜70μm，硅粉的濃度c在預(yù)設(shè)濃度范圍內(nèi)，其中，0.5g/nm3＜c＜1.4g/nm3。

34、優(yōu)選的是，使用上述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，所述的調(diào)控方法還包括以下步驟：

35、當(dāng)硅粉粒徑d50小于30微米或硅粉濃度小于0.5g/nm3時，通過控制器控制進(jìn)氣元件調(diào)整氣流量增加；

36、當(dāng)硅粉粒徑d50大于70微米或硅粉濃度大于1.4g/nm3時，通過控制器控制進(jìn)氣元件調(diào)整氣流量降低。

37、優(yōu)選的是，使用上述的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)，所述的調(diào)控方法還包括以下步驟：

38、控制器根據(jù)接收到的外置除塵硅粉接受罐內(nèi)的料位計檢測到的料位高度，計算硅粉濃度csi，

39、其中，混合氣流量為qvn，其單位為標(biāo)準(zhǔn)立方米每小時nm3/h，外置除塵硅粉接受罐料位在一個排灰周期內(nèi)經(jīng)過時間x，其單位為小時h，料位上漲δh，其單位為米m，對應(yīng)料位體積變化為δ

40、v，其單位為立方米m3，計算的硅粉濃度csi，其單位為克每標(biāo)準(zhǔn)立方米g/nm3，csi為：

41、

42、。硅粉在罐內(nèi)的堆積密度1200kg/m3，換算成1200000g/m3。

43、本發(fā)明中的冷氫化流化床反應(yīng)系統(tǒng)與調(diào)控方法，具有如下有

44、益效果：

45、1.該方案可實現(xiàn)失效硅粉的有效判別：本專利通過實驗驗證，獲取了硅粉活性與粒徑的關(guān)系，基于此設(shè)計了一種冷氫化流化床調(diào)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)失效硅粉的精準(zhǔn)外排。利用在線粒度檢測儀和在線粉塵濃度檢測儀，實時監(jiān)測外排硅粉的粒徑和濃度，根據(jù)上位機(jī)內(nèi)邏輯判別程序，自動準(zhǔn)確判斷硅粉是否失效。

46、2.減少設(shè)備泄露風(fēng)險，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性：本系統(tǒng)提供的在線粉塵濃度檢測儀采用插入式安裝，并在外側(cè)焊接密封保護(hù)箱體，有效降低了設(shè)備泄露的風(fēng)險。通過監(jiān)控硅粉粒徑和濃度，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)節(jié)異常狀態(tài)，從而提高了整個流化床反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。