CN102417183A - 改进的多晶硅制备中尾气回收冷凝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多晶硅尾气回收技术领域，具体地说是一种改进的多晶硅制备中冷氢化尾气回收冷凝系统，其特征在于：采用7℃冷冻水与冷氢化装置来的40～50℃的尾气进行预换热，使尾气预冷却至15～20℃后气液分离，预换热气液分离后的15～20℃的尾气气相再分别进行一至三级换热。本发明同现有技术相比，先利用厂内已有的低品位的7℃冷冻水，将40～50℃的尾气预冷却至15～20℃左右，再采用乙二醇冷剂进行一级换热，这样一级换热中所使用的乙二醇冷剂的用量将可以减少60%左右，大大节约生产成本。

Description

改进的多晶硅制备中尾气回收冷凝系统
技术领域
本发明涉及多晶硅尾气回收技术领域，具体地说是一种改进的多晶硅制备中冷氢化尾气回收冷凝系统。
背景技术
改良西门子法多晶硅生产中冷氢化装置尾气压力较高，分离氯硅烷气体、氢气和氯化氢的方法为低温冷凝。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。传统的分离过程虽然利用了能量梯级利用的原理对冷氢化装置的尾气进行梯级冷凝，但是没有完全匹配好装置内的冷剂，仍然需要消耗大量昂贵的零下低温冷量。该尾气回收冷凝系统如下：
冷氢化装置出来的尾气的成份主要包括氢气、氯硅烷、氯化氢，该尾气温度40～50℃、压力1.5～2Mpa进入乙二醇冷凝器E2与-20℃的乙二醇冷剂进行一级换热降温至-8～-12℃后气液分离；-8～-12℃的尾气气相再进入氢气冷凝器E3与来自后续经R22冷凝器E4换热后出来的-35～-40℃的尾气气相进行二级换热后，降温至-20～-25℃气液分离；二级换热后-20～-25℃的尾气气相再进入R22冷凝器E4与-45℃的R22进行三级换热至-35～-45℃气液分离，其分离后的气相主要为-35～-45℃的H2，该-35～-45℃的气相进入氢气冷凝器的管程进口作为换热时的冷源，而经乙二醇冷凝器E2、氢气冷凝器E3、R22冷凝器换热后冷凝下来的尾气液相均送至液相缓冲罐D。
上述尾气回收冷凝系统中通过三级换热最终冷却到-35~-40℃的目的是把氯硅烷冷凝成液体，使氯硅烷和氢气、氯化氢分离。由于冷氢化装置出来的尾气压力较高，为1.5～2MPa左右，在该压力下，氯硅烷的冷凝温度小于-30℃，所以需要将尾气的温度降到-30℃以下才能把氯硅烷完全冷凝成液体。上述冷凝流程合理的利用最后一级冷凝器的低温气体的冷量冷却前一级冷凝器中的尾气，节约了R22的用量，但是，40～50℃的尾气中含有较多的氯硅烷，直接进入乙二醇冷凝器冷凝降温到-10℃左右再气液分离，必然会导致乙二醇冷剂的用量很大，能量利用不合理。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，对冷源进行梯级利用，即利用不同品味的冷量梯级冷凝尾气的方式减少低温制冷冷量的消耗，从而达到了节约能源的效果。
为实现上述目的，设计一种改进的多晶硅制备中尾气回收冷凝系统，采用冷氢化尾气回收冷凝装置对冷氢化装置来的尾气进行冷凝分离，所述的冷氢化尾气回收冷凝装置包括乙二醇冷凝器、氢气冷凝器、R22冷凝器、冷冻水冷凝器、液相缓冲罐，其特征在于冷氢化尾气回收冷凝装置采用改进的冷氢化尾气回收冷凝装置对冷氢化装置来的尾气进行如下工艺的冷凝分离：采用7℃冷冻水与冷氢化装置来的40～50℃的尾气进行预换热，使尾气预冷却至15～20℃后气液分离，预换热气液分离后的15～20℃的尾气气相再采用-20℃的乙二醇冷剂进行一级换热使尾气冷却至-10～-15℃后再次气液分离，一级换热气液分离后的-10～-15℃的尾气气相再与后续的采用-45℃的R22冷剂三级换热后出来的-35～-40℃的尾气气相进行二级换热，使尾气进一步冷却至-20～-25℃气液分离，二级换热气液分离后的-20～-25℃的尾气气相再采用-45℃的R22冷剂进行三级换热降温至-35～-40℃气液分离，三级换热气液分离后分离出来的-35～-40℃的尾气气相作为二级换热时所使用的冷源；而上述的预换热至三级换热的四个工序所冷凝下来的尾气液相则进入液相缓冲罐中。
所述的改进的冷氢化尾气回收冷凝装置为，冷冻水冷凝器的壳程的气相出口依次连接乙二醇冷凝器的壳程进口、氢气冷凝器的壳程进口、R22冷凝器的壳程进口，R22冷凝器的壳程的气相出口连接氢气冷凝器的管程进口，冷冻水冷凝器的壳程的液相出口、乙二醇冷凝器的壳程的液相出口、氢气冷凝器的壳程的液相出口和R22冷凝器的壳程的液相出口并联后再连接液相缓冲罐的进口，冷冻水冷凝器的管程进出口分别连接7℃冷冻水的出水口与7℃冷冻水的进水口。
本发明同现有技术相比，在乙二醇冷剂进行一级换热前，先利用厂内已有的低品位的7℃冷冻水，将40～50℃的尾气预冷却至15～20℃左右，再采用乙二醇冷剂进行一级换热，这样一级换热中所使用的乙二醇冷剂的用量将可以减少60%左右，虽然需要新增7℃冷冻水的用量约为原乙二醇冷剂使用量的大约0.5倍，但零下低温冷源的制取成本要大大高于零上低温冷源，长期使用，会大大节约生产成本。
附图说明
图1为原有的冷氢化尾气回收冷凝装置的连接示意图。
图2为本发明实施例中的冷氢化尾气回收冷凝装置的连接示意图。
参见图1～图2，E1为冷冻水冷凝器；E2为乙二醇冷凝器；E3为氢气冷凝器；E4为R22冷凝器；D为液相缓冲罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
本发明中对原有的冷氢化尾气回收冷凝装置进行改进，即增加了一个冷冻水冷凝器E1，具体连接结构为：冷冻水冷凝器E1的壳程的气相出口依次连接乙二醇冷凝器E2的壳程进口、氢气冷凝器E3的壳程进口、R22冷凝器E4的壳程进口，R22冷凝器E4的壳程的气相出口连接氢气冷凝器E3的管程进口，冷冻水冷凝器E1的壳程的液相出口、乙二醇冷凝器E2的壳程的液相出口、氢气冷凝器E3的壳程的液相出口和R22冷凝器E4的壳程的液相出口并联后再连接液相缓冲罐D的进口，冷冻水冷凝器E1的管程进出口分别连接7℃冷冻水的出水口与7℃冷冻水的进水口；E2的管程与E4的管程与原工艺一样，仍旧分别通入-20℃的乙二醇冷剂和-45℃的R22冷剂。
采用上述改进的冷氢化尾气回收冷凝装置，对冷氢化装置来的尾气进行如下工艺的冷凝分离：采用7℃冷冻水与冷氢化装置来的40～50℃的尾气进行预换热，使40～50℃的尾气预冷却至15～20℃后气液分离，预换热气液分离后的15～20℃的尾气气相再采用-20℃的乙二醇冷剂进行一级换热使尾气冷却至-10～-15℃后再次气液分离，一级换热气液分离后的-10～-15℃的尾气气相再与后续的采用-45℃的R22冷剂三级换热后出来的-35～-40℃的尾气气相进行二级换热，使尾气进一步冷却至-20～-25℃气液分离，二级换热气液分离后的-20～-25℃的尾气气相再采用-45℃的R22冷剂进行三级换热降温至-35～-40℃气液分离，三级换热气液分离后分离出来的-35～-40℃的尾气气相作为二级换热时所使用的冷源进入R22冷凝器E4的管程中；而上述的预换热至三级换热的四个工序所冷凝下来的尾气液相则分别进入液相缓冲罐D中。
采用本发明后，冷冻水冷凝器先将部分尾气冷凝为液相直接进液相缓冲罐D，这样余下来的进入乙二醇冷凝器的尾气量只有原来的约80%，并且温度也降低了一半，所以所需的乙二醇冷剂量只要原来的40%。另外，新增冷冻水冷凝器的冷却负荷为原工艺中乙二醇冷凝器负荷的50%。最后，节约的成本体现在少用了60%乙二醇冷剂和多用了50%负荷的7℃冷冻水的差价上。因为，乙二醇冷剂的制取成本大大高于7℃冷水的制取成本，因此，长期使用，会大大节约生产成本。

Claims (2)

1.一种改进的多晶硅制备中尾气回收冷凝系统，采用冷氢化尾气回收冷凝装置对冷氢化装置来的尾气进行冷凝分离，所述的冷氢化尾气回收冷凝装置包括乙二醇冷凝器、氢气冷凝器、R22冷凝器、冷冻水冷凝器、液相缓冲罐，其特征在于冷氢化尾气回收冷凝装置采用改进的冷氢化尾气回收冷凝装置对冷氢化装置来的尾气进行如下工艺的冷凝分离：采用7℃冷冻水与冷氢化装置来的40～50℃的尾气进行预换热，使尾气预冷却至15～20℃后气液分离，预换热气液分离后的15～20℃的尾气气相再采用-20℃的乙二醇冷剂进行一级换热使尾气冷却至-10～-15℃后再次气液分离，一级换热气液分离后的-10～-15℃的尾气气相再与后续的采用-45℃的R22冷剂三级换热后出来的-35～-40℃的尾气气相进行二级换热，使尾气进一步冷却至-20～-25℃气液分离，二级换热气液分离后的-20～-25℃的尾气气相再采用-45℃的R22冷剂进行三级换热降温至-35～-40℃气液分离，三级换热气液分离后分离出来的-35～-40℃的尾气气相作为二级换热时所使用的冷源；而上述的预换热至三级换热的四个工序所冷凝下来的尾气液相则进入液相缓冲罐（D）中。
2.如权利要求1所述的一种改进的多晶硅制备中尾气回收冷凝系统，其特征在于：所述的改进的冷氢化尾气回收冷凝装置为，冷冻水冷凝器（E1）的壳程的气相出口依次连接乙二醇冷凝器（E2）的壳程进口、氢气冷凝器（E3）的壳程进口、R22冷凝器（E4）的壳程进口，R22冷凝器（E4）的壳程的气相出口连接氢气冷凝器（E3）的管程进口，冷冻水冷凝器（E1）的壳程的液相出口、乙二醇冷凝器（E2）的壳程的液相出口、氢气冷凝器（E3）的壳程的液相出口和R22冷凝器（E4）的壳程的液相出口并联后再连接液相缓冲罐（D）的进口，冷冻水冷凝器（E1）的管程进出口分别连接7℃冷冻水的出水口与7℃冷冻水的进水口。
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