CN105502408B - 还原尾气处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种还原尾气处理系统及方法，其中处理系统包括的设备及连接如下：精馏塔塔釜出料口一路通过第二换热器后返回精馏塔，另一路依次通过第三换热器的管程、第四换热器的管程、循环泵第五换热器的壳程、第六换热器的管程和吸收塔顶部进料口；吸收塔底部出料口依次连接第五换热器的管程、第一换热器的壳程、第三换热器的壳程和精馏塔的中部进料口；精馏塔顶部依次连接第一换热器管程、储液罐和精馏塔上部进料口。本发明重复利用了系统内部的循环介质之间的热交换，降低了运行成本。

Description

还原尾气处理系统及方法
技术领域
本发明涉及三氯氢硅合成技术领域，尤其涉及一种还原尾气处理系统及方法。
背景技术
目前国内所有的西门子法多晶硅生产企业都是采用的CVD化学沉淀还原炉，在多晶硅反应过程中，随着多晶硅颗粒的沉淀，也伴随着少量(约0.3％)HCl气体的产生，这是化学反应公式决定的，是不可避免的。为保证多晶硅产品质量和成本，又必须将反应气体中的HCl组分分离出来。
还原尾气中含有的HCl必需经过精馏塔的精馏作用才能使HCl从氯硅烷液体中分离出来，由于其含量非常少，精馏塔的塔回流组分并不是纯净的HCl，而是含有HCl的氯硅烷混合物，所以其精馏出来的产物液体部分并不是纯净的HCl液体，基本不能作为产出物，其气相产出物才是含有HCl组分的氯硅烷、H2混合物。目前国内西门子法多晶硅生产的几乎所有企业，尾气回收处理过程中精馏塔塔顶的冷却方式都是采用的最早的工艺技术，即用R22氟利昂进行冷却到零下30-40℃的温度，将精馏塔顶的纯净HCl气体给冷凝下来，以达到将HCl分离出来的目的。由于还原尾气中所含的HCl总量非常稀少，将HCL分离出来就显得非常困难，但是由于其影响多晶硅产品的质量又不得不分离。这样现有的还原尾气处理系统及方法就非常不经济，不划算，浪费了大量的制冷量。并且该连续性较强，对吸收塔和精馏塔塔的压力差要求较高，需要稳定连续，如果断流，会使得精馏塔塔压力陡升。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种还原尾气处理系统及方法，主要目的是降低成本、节约能源。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种还原尾气处理系统，包括：
精馏塔，对含有HCl的氯硅烷混合物进行精馏；
第一换热器，其管程入口与精馏塔的塔顶连接，对来自精馏塔塔顶的含HCl的氯硅烷进行冷却；
储液罐，与第一换热器的管程出口连接，容纳第一换热器冷凝后的液体氯硅烷，包括HCl的气体从储液罐中排出，储液罐还与精馏塔上部进料口连接，将储液罐内的液体氯硅烷回流至精馏塔；
第二换热器，其管程入口与精馏塔的塔釜出料口连接，管程出口与精馏塔的塔釜进料口连接，第二换热器的壳程内的蒸汽对管程内的液体加热；
第三换热器，其管程入口与精馏塔的塔釜出料口连接，壳程入口与第一换热器的壳程出口连接，第三换热器的壳程出口与精馏塔的中部进料口连接；
第四换热器，其管程入口与第三换热器的管程出口连接，第四换热器的壳程中的冷却介质对管程进行冷却；
循环泵，与第四换热器的管程出口连接；
第五换热器，其壳程入口与循环泵连接，管程出口与第一换热器的壳程入口连接；
第六换热器，其管程入口与第五换热器的壳程出口连接，第六换热器的壳程内循环冷却介质与管程进行热交换；
吸收塔，其顶部的进料口与第六换热器的管程出口连接，吸收塔底部的出料口与第五换热器的管程入口连接，吸收塔下部的进气口用于通入还原尾气。
作为优选，所述第六换热器的壳程内循环的冷却介质为氟利昂。
作为优选，所述第四换热器的壳程中的冷却介质为循环冷却水。
另一方面，本发明实施例提供了一种还原尾气处理方法，采用上述实施例的处理系统，包括如下步骤：
在吸收塔塔顶部吸收了HCl后的富液在吸收塔的自身压力作用下，从吸收塔底部出料口进入第五换热器的管程，之后变为15℃，直接进入第一换热器的壳程，作为第一换热器的冷却介质，冷却从精馏塔塔顶蒸出来的含HCl的氯硅烷混合气体，沸点较高的氯硅烷就被冷凝下来进入储液罐，并作为精馏塔的塔回流，沸点较低的包括HCl和H2的组分作为气体从储液罐顶部排出进入下一个工序；第一换热器壳程出来的富液再进入第三换热器的壳程作为冷却介质，最后返回精馏塔内；精馏塔塔釜的重组分物质一部分经由第二换热器蒸汽加热后返回精馏塔内，另一部分依次经过第三换热器的管程、第四换热器的管程、循环泵、第五换热器的壳程和第六换热器的管程后进入吸收塔吸收还原尾气中的HCl。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明实施例的还原尾气处理系统及方法充分利用了系统内部循环介质的热量交换，减少了了螺杆机的热负荷，减少了现有处理系统中最大的一个R22(氟利昂)蒸发器。节省了电费。
附图说明
图1为本发明实施例的结构及流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
图1为本发明实施例的结构及流程示意图。参照图1，还原尾气处理系统，包括：
精馏塔1，对含有HCl的氯硅烷混合物进行精馏；
第一换热器2，其管程入口与精馏塔1的塔顶连接，对来自精馏塔塔顶的含HCl的氯硅烷进行冷却；
储液罐3，与第一换热器2的管程出口连接，容纳第一换热器2冷凝后的液体氯硅烷，包括HCl的气体从储液罐中排出，储液罐3还与精馏塔1上部进料口连接，将储液罐3内的液体氯硅烷回流至精馏塔1；
第二换热器4，其管程入口与精馏塔1的塔釜出料口连接，管程出口与精馏塔1的塔釜进料口连接，第二换热器4的壳程内的蒸汽对管程内的液体加热；
第三换热器5，其管程入口与精馏塔1的塔釜出料口连接，壳程入口与第一换热器2的壳程出口连接，第三换热器5的壳程出口与精馏塔1的中部进料口连接；
第四换热器6，其管程入口与第三换热器5的管程出口连接，第四换热器6的壳程中的冷却介质对管程进行冷却；
循环泵7，与第四换热器6的管程出口连接；
第五换热器8，其壳程入口与循环泵7连接，管程出口与第一换热器2的壳程入口连接；
第六换热器9，其管程入口与第五换热器8的壳程出口连接，第六换热器9的壳程内循环冷却介质与管程进行热交换；
吸收塔10，其顶部的进料口与第六换热器9的管程出口连接，吸收塔底部的出料口与第五换热器的管程入口连接，吸收塔下部的进气口用于通入还原尾气。
本发明实施例的还原尾气处理系统及方法充分利用了系统内部循环介质的热量交换，减少了了螺杆机的热负荷，减少了现有处理系统中最大的一个R22蒸发器。节省了电费。
作为上述实施例的优选，第六换热器9的壳程内循环的冷却介质为氟利昂。本实施例的系统仅需一个氟利昂蒸发系统保证进入吸收塔的液体降至需要的温度。其他的冷却介质基本采用系统内部的循环介质，大大节省了能源。
作为上述实施例的优选，第四换热器6的壳程中的冷却介质为循环冷却水。本实施例中仅需在循环泵之前增加一个冷却水作为冷却介质即可满足循环泵的工作温度。
另一方面，本发明实施例提供了一种还原尾气处理方法，采用上述实施例的处理系统，包括如下步骤：
在吸收塔塔顶部吸收了HCl后的富液在吸收塔的自身压力作用下，从吸收塔底部出料口进入第五换热器的管程，之后变为15℃，直接进入第一换热器的壳程，作为第一换热器的冷却介质，冷却从精馏塔塔顶蒸出来的含HCl的氯硅烷混合气体，沸点较高的氯硅烷就被冷凝下来进入储液罐，并作为精馏塔的塔回流，沸点较低的包括HCl和H2的组分作为气体从储液罐顶部排出进入下一个工序；第一换热器壳程出来的富液再进入第三换热器的壳程作为冷却介质，最后返回精馏塔内；精馏塔塔釜的重组分物质一部分经由第二换热器蒸汽加热后返回精馏塔内，另一部分依次经过第三换热器的管程、第四换热器的管程、循环泵、第五换热器的壳程和第六换热器的管程后进入吸收塔吸收还原尾气中的HCl。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.还原尾气处理系统，其特征在于，包括：
精馏塔，对含有HCl的氯硅烷混合物进行精馏；
第一换热器，其管程入口与精馏塔的塔顶连接，对来自精馏塔塔顶的含HCl的氯硅烷进行冷却；
储液罐，与第一换热器的管程出口连接，容纳第一换热器冷凝后的液体氯硅烷，包括HCl的气体从储液罐中排出，储液罐还与精馏塔上部进料口连接，将储液罐内的液体氯硅烷回流至精馏塔；
第二换热器，其管程入口与精馏塔的塔釜出料口连接，管程出口与精馏塔的塔釜进料口连接，第二换热器的壳程内的蒸汽对管程内的液体加热；
第三换热器，其管程入口与精馏塔的塔釜出料口连接，壳程入口与第一换热器的壳程出口连接，第三换热器的壳程出口与精馏塔的中部进料口连接；
第四换热器，其管程入口与第三换热器的管程出口连接，第四换热器的壳程中的冷却介质对管程进行冷却；
循环泵，与第四换热器的管程出口连接；
第五换热器，其壳程入口与循环泵连接，管程出口与第一换热器的壳程入口连接；
第六换热器，其管程入口与第五换热器的壳程出口连接，第六换热器的壳程内循环冷却介质与管程进行热交换；
吸收塔，其顶部的进料口与第六换热器的管程出口连接，吸收塔底部的出料口与第五换热器的管程入口连接，吸收塔下部的进气口用于通入还原尾气。
2.根据权利要求1所述的还原尾气处理系统，其特征在于，所述第六换热器的壳程内循环的冷却介质为氟利昂。
3.根据权利要求1所述的还原尾气处理系统，其特征在于，所述第四换热器的壳程中的冷却介质为循环冷却水。
4.还原尾气处理方法，采用权利要求1所述的处理系统，包括如下步骤：
在吸收塔塔顶部吸收了HCl后的富液在吸收塔的自身压力作用下，从吸收塔底部出料口进入第五换热器的管程，之后变为15℃，直接进入第一换热器的壳程，作为第一换热器的冷却介质，冷却从精馏塔塔顶蒸出来的含HCl的氯硅烷混合气体，沸点较高的氯硅烷就被冷凝下来进入储液罐，并作为精馏塔的塔回流，沸点较低的包括HCl和H2的组分作为气体从储液罐顶部排出进入下一个工序；第一换热器壳程出来的富液再进入第三换热器的壳程作为冷却介质，最后返回精馏塔内；精馏塔塔釜的重组分物质一部分经由第二换热器蒸汽加热后返回精馏塔内，另一部分依次经过第三换热器的管程、第四换热器的管程、循环泵、第五换热器的壳程和第六换热器的管程后进入吸收塔吸收还原尾气中的HCl。
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