CN102431972A

CN102431972A - 多晶硅生产中回收氯化氢的脱吸塔热能利用系统

Info

Publication number: CN102431972A
Application number: CN2011102573150A
Authority: CN
Inventors: 张高博; 黄小亮; 陈继; 庄恒亚
Original assignee: GUANGZHOU YOUHUA PROCESS TECHNOLOGY; SHANGHAI YOUHUA SYSTEM INTEGRATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU YOUHUA PROCESS TECHNOLOGY; SHANGHAI YOUHUA SYSTEM INTEGRATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102431972B

Abstract

本发明涉及多晶硅尾气回收技术领域，具体地说是一种多晶硅生产中含有H₂、HCl的还原尾气的脱吸塔换热网络的热能利用系统，其特征在于：HCl脱吸塔底部的高温氯硅烷贫液出料一路返回HCl脱吸塔内，另一路与65～75℃的水先进行换热再与吸收塔出来的经第一进料换热器换热至15～30℃的低温氯硅烷富液进行换热后再进入循环水冷却器进一步换热到40～45℃后经输送泵分两路输出；第一进料换热器换热出来后的15～30℃的低温氯硅烷富液再与70～90℃氯硅烷贫液进一步换热升温至55～75℃后再进入HCl脱吸塔上部的氯硅烷富液进口。本发明同现有技术相比，减少了再沸器的热能使用量和循环水冷却器消耗的循环水的用量。

Description

多晶硅生产中回收氯化氢的脱吸塔热能利用系统

技术领域

本发明涉及多晶硅尾气回收技术领域，具体地说是一种多晶硅生产中含有H₂、HCl的还原尾气的脱吸塔换热网络的热能利用系统。

背景技术

改良西门子法生产多晶硅的还原尾气回收一般采用吸附分离法，一般先通过降温冷凝将尾气中的氯硅烷气体冷凝成氯硅烷液体，经过冷凝分离后，其混合尾气主要成分为 H₂ 和 HCl气体，该混合尾气的回收采用吸收脱吸的分离方法，其原理是利用 HCl 可以大量溶解于氯硅烷，而H₂ 基本不溶于氯硅烷的特性，用氯硅烷将HCl吸收，然后再将HCl从氯硅烷中脱吸出来，从而达到使H₂和HCl分离的目的。吸收脱吸分离方法具体为：先采用低温氯硅烷液体吸收混合气体中的HCl，将其与 H₂ 分离，从而得到比较纯净的H₂，然后再从吸收有HCl的氯硅烷富液中分离出HCl。参见图1，工艺流程如下：

经过冷凝分离后主要成分为 H₂ 和 HCl的40～55℃的混合尾气，与吸收塔T1顶部出来的-35～-45℃的H₂经吸收塔进料冷却器换热后，降温至-15～-25℃进入吸收塔T1的近底部进口，而换热后升温至15～30℃的H₂则送往吸附柱。-35～-45℃的低温氯硅烷液体进入吸收塔内，从吸收塔T1的近顶部喷淋而下，作为喷淋液的氯硅烷此时称为“贫液”，这是因为此时的氯硅烷液体中的 HCl含量较低，可以用于吸收 HCl气体。混合尾气中的HCl被贫液吸收后，从吸收塔T1的塔顶部出去的气体基本上全是H₂，只含有极少量的HCl和氯硅烷，然后被送到吸附柱进行吸附。贫液吸收了混合尾气中的 HCl后成为富液，即富含 HCl的氯硅烷液体，-30～-40℃的富液从吸收塔T1底部出来后，进入第一进料换热器E0的管程换热至15～30℃后进入HCl脱吸塔T2；

HCl脱吸塔T2相当于一个蒸馏塔，其下部设有再沸器H，热源为蒸汽，用于给脱吸塔提供热源。该再沸器H将进入HCl脱吸塔T2中的富液进行蒸馏，富液中的HCl被分离出来，以气态形式从HCl脱吸塔T2的塔顶部出去，蒸馏出来的70℃的气态HCl只含有少量氢气和氯硅烷，可以直接用于SiHCl₃ 合成，被送到合成工序。富液被脱吸出其中的大部分 HCl后，又成为“贫液”，该115～140℃的贫液从HCl脱吸塔T2塔底出来后分成两路，一路经HCl脱吸塔T2底部的再沸器H加热后返回HCl脱吸塔T2内，另一路又可作为吸收塔T1内的淋洗液经循环水冷却器C1换热降温至40～45℃后，由输送泵P分两路输送，一路输送至第一进料换热器E0的管程与第一进料换热器E0壳程内的-30～-40℃的富液换热到-15～-20℃后，再经氟利昂冷却器C2深冷降温到-35～-45℃后送回吸收塔T1内当作贫液喷淋液使用；输送泵P的另一路输送多余的氯硅烷到下游装置，这是由于尾气中被冷凝下来的氯硅烷液体也会不断进入这个循环中，因此氯硅烷的量将会不断增加，需要将多余的氯硅烷排出，以维持这一体系中循环氯硅烷的流量不变。

因此，氯硅烷作为 HCl的吸收剂，在吸收塔T1和HCl脱吸塔T2之间不断按照贫液→富液→贫液→富液这样循环。

该工艺虽然利用了吸收塔T1底部出料的富液的冷量冷却进入吸收塔T1的贫液，但没有利用HCl脱吸塔T2底部贫液的热量，使该装置的能耗较高，不利于达到节能降耗的目的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，通过工艺流程改造，合理利用能量，达到节能降耗的目的。

为实现上述目的，设计一种多晶硅生产中回收氯化氢的脱吸塔热能利用系统，采用换热网络进行换热利用，其特征在于换热网络采用改进的换热网进行如下换热步骤：HCl脱吸塔底部115~140℃的高温氯硅烷贫液分两路出料，一路返回HCl脱吸塔塔底的再沸器后重新进入HCl脱吸塔内，另一路通过热水换热器与来自冷冻站的65～75℃的水先进行换热，65～75℃的水换热后升温为90～100℃的热水返回到冷冻站的进水管道接口，换热后被冷却至70～90℃的氯硅烷贫液进入进料换热器的壳程与吸收塔出来的经第一进料换热器换热至15～30℃的低温氯硅烷富液进行换热，换热后降温至40～50℃的氯硅烷贫液再进入循环水冷却器进一步换热降温到40～45℃后经输送泵分两路输出，输送泵一路排出多余的氯硅烷贫液，输送泵另一路将氯硅烷贫液输送至第一进料换热器的壳程与吸收塔塔底部出来的-30～-40℃低温氯硅烷富液换热并降温至-15～-20℃后，再经氟利昂冷却器深冷到-35～-45℃后进入吸收塔上部的氯硅烷贫液进口；第一进料换热器换热出来后的15～30℃的低温氯硅烷富液再进入进料换热器的管程与进料换热器壳程内的70～90℃氯硅烷贫液进一步换热升温至55～75℃后，55～75℃的氯硅烷富液再进入HCl脱吸塔上部的氯硅烷富液进口。

所述的改进的换热网为吸收塔底部出料管依次连接第一进料换热器的管程、进料换热器的管程后，再连接HCl脱吸塔上部的氯硅烷富液进口，进料换热器的壳程进出口两端分别采用管路连接热水换热器的壳程出口和循环水冷却器的壳程进口，循环水冷却器的壳程出口再依次连接输送泵、第一进料换热器的壳程、氟利昂冷却器后再连接吸收塔的氯硅烷贫液进口；热水换热器的管程进出口分别连接冷冻站的出水管道接口与冷冻站的进水管道接口；HCl脱吸塔底部的高温氯硅烷贫液出口分两路，一路连接HCl脱吸塔底部的再沸器进口，另一路连接热水换热器的壳程进口。

本发明同现有技术相比，利用改良西门子法生产多晶硅的系统中原有的冷冻站的60～75℃的低温水对HCl脱吸塔出来的高温氯硅烷贫液进行初步降温后，氯硅烷贫液再进一步与原先换热网络中吸收塔底部出来的低温氯硅烷富液进行换热实现第二次降温，再由原先的循环水冷却器降温至40～45℃，之后返回吸收塔的工艺流程与原先工艺流程一致；另外，吸收塔底出来的低温氯硅烷富液经原先工艺中第一进料换热器与高温氯硅烷贫液进行换热初步升温至15～30℃后，又通过增设的进料换热器与高温氯硅烷贫液进行第二次换热，从而使低温氯硅烷富液进一步升温至55～75℃，然后升温至55～75℃的氯硅烷富液再进入HCl脱吸塔的氯硅烷富液进口，由原先的15～30℃进料变为55～75℃的进料，减少了原先HCl脱吸塔内再沸器的热能使用量，使HCl脱吸塔底出来的高温氯硅烷贫液的热能被充分利用至吸收塔出来的低温氯硅烷富液的升温中，减少了热公用工程，即再沸器消耗的蒸汽，和冷公用工程，即循环水冷却器消耗的循环水的用量，达到了节能降耗的目的。

附图说明

图1为本发明的原先的工艺流程图。

图2为本发明的工艺流程图。

参见图1～图2，T1为吸收塔；T2为HCl脱吸塔；E0为第一进料换热器；E1为热水换热器；E2为进料换热器；E3为冷冻站；C1为循环水冷却器；C2为氟利昂冷却器；H为再沸器；S为截流阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

本发明中对原先的尾气回收吸收塔与HCl脱吸塔之间的换热网络进行了改造，即在原先的第一进料换热器E0与HCl脱吸塔T2的氯硅烷富液进料管路中增设了一个进料换热器E2，即氯硅烷富液进料管路连接进料换热器E2的管程；而进料换热器E2的壳程内为HCl脱吸塔T2底部出来的氯硅烷贫液，进料换热器E2的壳程的出口连接原先换热网络中的循环水冷却器C1的壳程进口，之后该氯硅烷贫液返回吸收塔T1的工艺流程与原工艺一致；进料换热器E2的壳程的进口连接另一增设的热水换热器E1的壳程出口，热水换热器E1的壳程进口连接HCl脱吸塔T2底部的氯硅烷贫液出口，而热水换热器E1的管程进口连接来自于多晶硅生产系统中原有的装置——冷冻站E3的出水管道接口，而热水换热器E1的管程出口连接冷冻站E3的进水管道接口。这样原先HCl脱吸塔T2底部的氯硅烷贫液出口与循环水冷却器C1进口之间的管道上被增设了一个截流阀S，使HCl脱吸塔T2底部出来的115～140℃的高温氯硅烷贫液先依次经热水换热器E1、进料换热器E2逐步换热降温后，再进入循环水冷却器C1降温至40～45℃,而不是HCl脱吸塔T2底部出来的115～140℃的高温氯硅烷贫液直接进循环水冷却器C1降温至40～45℃，造成热能浪费；

而吸收塔T1底部出来的-30～-40℃的低温的氯硅烷富液经过原先工艺中的第一进料换热器E0初步升温后，再经增设的进料换热器E2进行进一步的升温至55～75℃后，再进入HCl脱吸塔T2；

另外冷冻站的65～75℃的出水与HCl脱吸塔T2塔底出来的高温氯硅烷换热后，升温至90～100℃再返回冷冻站E3用于冷冻站制冷的热源，换热后温度降至65～75℃再送出冷冻站与高温氯硅烷换热形成一个循环。

这样的工艺流程，氯硅烷富液由原先的20～30℃进入HCl脱吸塔T2，改变为55～75℃进入HCl脱吸塔T2，节省了HCl脱吸塔T2底部再沸器H的10-20％的蒸汽消耗，而冷冻站E3的制冷热源由蒸汽部分改为90～100℃的热水，所以也相应减少了冷冻站3-10％的蒸汽消耗；同时还减少循环水冷却器C1的循环水用量达85％。

具体的改进的换热网为：吸收塔T1底部出料管依次连接第一进料换热器E0的管程、进料换热器E2的管程后，再连接HCl脱吸塔T2上部的氯硅烷富液进口，进料换热器E2的壳程进出口两端分别采用管路连接热水换热器E1的壳程出口和循环水冷却器C1的壳程进口，循环水冷却器C1的壳程出口再依次连接输送泵P、第一进料换热器E0的壳程、氟利昂冷却器C2后再连接吸收塔T1的氯硅烷贫液进口；热水换热器E1的管程进出口分别连接冷冻站E3的出水管道接口与冷冻站E3的进水管道接口；HCl脱吸塔T2底部的高温氯硅烷贫液出口分两路，一路连接HCl脱吸塔T2底部的再沸器H进口，另一路连接热水换热器E1的壳程进口，参见图2。

采用改进的换热网络的换热步骤为：HCl脱吸塔T2底部115-140℃的高温氯硅烷贫液出料分两路，一路返回HCl脱吸塔T2塔底的再沸器H后重新进入HCl脱吸塔T2内；另一路通过热水换热器E1与来自冷冻站E3的65～75℃的水先进行换热，65～75℃的水换热后升温为90～100℃的热水返回到冷冻站E3的进水管道接口作为冷冻站制冷用的热源，换热后被冷却至70～90℃的氯硅烷贫液进入进料换热器E2的壳程与吸收塔T1出来的经第一进料换热器E0换热至15～30℃的低温氯硅烷富液进行再次换热，换热后降温至40～50℃的氯硅烷贫液再进入循环水冷却器C1的壳程进一步换热降温到40～45℃后经输送泵P分两路输出，输送泵P一路排出多余的氯硅烷贫液，输送泵P另一路将氯硅烷贫液输送至第一进料换热器E0的壳程与吸收塔T1塔底部出来的-30～-40℃低温氯硅烷富液换热并降温至-15～-20℃后，再经氟利昂冷却器C2深冷到-35～-45℃后进入吸收塔T1上部的氯硅烷贫液进口；第一进料换热器E0换热出来后的15～30℃的低温氯硅烷富液再进入进料换热器E2的管程与进料换热器E2壳程内的70～90℃氯硅烷贫液进一步换热升温至55～75℃后，55～75℃的氯硅烷富液再进入HCl脱吸塔T2上部的氯硅烷富液进口。

Claims

1.一种多晶硅生产中回收氯化氢的脱吸塔热能利用系统，采用换热网络进行换热利用，其特征在于换热网络采用改进的换热网进行如下换热步骤：HCl脱吸塔（T2）底部115~140℃的高温氯硅烷贫液分两路出料，一路返回HCl脱吸塔（T2）塔底的再沸器（H）后重新进入HCl脱吸塔（T2）内，另一路通过热水换热器（E1）与来自冷冻站（E3）的65～75℃的水先进行换热，65～75℃的水换热后升温为90～100℃的热水返回到冷冻站（E3）的进水管道接口，换热后被冷却至70～90℃的氯硅烷贫液进入进料换热器（E2）的壳程与吸收塔（T1）出来的经第一进料换热器（E0）换热至15～30℃的低温氯硅烷富液进行换热，换热后降温至40～50℃的氯硅烷贫液再进入循环水冷却器（C1）进一步换热降温到40～45℃后经输送泵（P）分两路输出，输送泵（P）一路排出多余的氯硅烷贫液，输送泵（P）另一路将氯硅烷贫液输送至第一进料换热器（E0）的壳程与吸收塔（T1）塔底部出来的-30～-40℃低温氯硅烷富液换热并降温至-15～-20℃后，再经氟利昂冷却器（C2）深冷到-35～-45℃后进入吸收塔（T1）上部的氯硅烷贫液进口；第一进料换热器（E0）换热出来后的15～30℃的低温氯硅烷富液再进入进料换热器（E2）的管程与进料换热器（E2）壳程内的70～90℃氯硅烷贫液进一步换热升温至55～75℃后，55～75℃的氯硅烷富液再进入HCl脱吸塔（T2）上部的氯硅烷富液进口。

2.如权利要求1所述的一种多晶硅生产中回收氯化氢的脱吸塔热能利用系统，其特征在于：所述的改进的换热网为吸收塔（T1）底部出料管依次连接第一进料换热器（E0）的管程、进料换热器（E2）的管程后，再连接HCl脱吸塔（T2）上部的氯硅烷富液进口，进料换热器（E2）的壳程进出口两端分别采用管路连接热水换热器（E1）的壳程出口和循环水冷却器（C1）的壳程进口，循环水冷却器（C1）的壳程出口再依次连接输送泵（P）、第一进料换热器（E0）的壳程、氟利昂冷却器（C2）后再连接吸收塔（T1）的氯硅烷贫液进口；热水换热器（E1）的管程进出口分别连接冷冻站（E3）的出水管道接口与冷冻站（E3）的进水管道接口；HCl脱吸塔（T2）底部的高温氯硅烷贫液出口分两路，一路连接HCl脱吸塔（T2）底部的再沸器（H）进口，另一路连接热水换热器（E1）的壳程进口。