CN107512719B - 多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 - Google Patents
多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107512719B CN107512719B CN201610417784.7A CN201610417784A CN107512719B CN 107512719 B CN107512719 B CN 107512719B CN 201610417784 A CN201610417784 A CN 201610417784A CN 107512719 B CN107512719 B CN 107512719B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tail gas
- reduction
- cooling capacity
- liebig
- sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
- F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种多晶硅还原尾气余热利用方法，其包括如下步骤：在第一套管中利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并使第一套管冷却后的还原尾气进入所述李比希冷凝管；在所述李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被所述李比希冷凝管利用的进料气进入还原炉，以及使冷量已被所述李比希冷凝管利用的循环水进入所述第一套管。相应地，还提供一种多晶硅还原尾气余热利用系统。本发明既能降低多晶硅生产的电单耗、提高TCS的一次转化率，又能避免产品出现外观问题，还能有效降低还原尾气的温度。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅还原尾气余热利用方法，以及一种多晶硅还原尾气余热利用系统。
背景技术
多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料。目前，多晶硅生产主要采用改良西门子法(即三氯氢硅还原法)，基本原理是采用SiHCl3(三氯氢硅：trichlorosilane，简称为TCS)和H2按照一定比例在还原炉内进行气相沉积反应，反应温度为1080℃～1100℃，产生的多晶硅晶体颗粒在硅芯上进行沉积生长，从而得到棒状多晶硅。
具体反应方程式为：
3SiHCl3+H2→2Si+5HCl+SiCl4
在采用改良西门子法生产多晶硅的过程中，TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗(单炉次电耗)是控制生产成本的重要指标，其中，TCS一次转化率为9％-9.5％，电单耗为64-70kwh/TSi，而影响这两个指标的因素有很多，包括反应温度、混合气温度、物料配比等。
在实际生产过程中，为了提高TCS一次转化率，降低多晶硅生产的电单耗，往往采用向硅棒通电以提高硅棒表面的温度从而提高反应温度，以及调整物料配比的方法来达到目的。
然而，发明人发现，现有方法中虽然通过长期的工艺摸索可以寻找到合适的工艺控制，使TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗达到较佳水平，其中，TCS一次转化率可达到9.4％-9.8％，电单耗可达到60-62kwh/TSi，但在追求这些指标的过程中，由于硅棒表面的温度过高，造成炉内硅棒靠近横梁部位的多晶硅表面发生变化，导致该处硅棒表面凹凸不平，还可能夹杂某些杂质，难以符合客户对外观和硅棒纯净度的要求。因此，现有方法虽然可以降低电单耗并提高TCS的一次转化率，但随之带来的因外观问题和硅棒纯净度问题在产品出售时会导致价格偏低，从而间接地提高了生产成本。
此外，向硅棒通电以提高硅棒表面的温度，从而提高炉内的反应温度后，还会导致还原炉输出的还原尾气的温度过高(500-550℃)，而还原尾气即使经过现有的换热器进行换热，但由于还原尾气的温度过高以及换热面积有限，换热后的还原尾气的温度还是很高(220-240℃)，从而导致下游工序冷量负荷增加，进而导致生产成本随之增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种多晶硅还原尾气余热利用方法，以及一种多晶硅还原尾气余热利用系统，本发明既能降低多晶硅生产的电单耗、提高TCS的一次转化率，又能避免产品出现外观问题，还能有效降低还原尾气的温度。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种多晶硅还原尾气余热利用方法，其包括如下步骤：
在第一套管中利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并使第一套管冷却后的还原尾气进入所述李比希冷凝管；
在所述李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被所述李比希冷凝管利用的进料气进入还原炉，以及使冷量已被所述李比希冷凝管利用的循环水进入所述第一套管。
可选地，在所述第一套管中对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理之后，以及在所述李比希冷凝管中对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理之前，还包括如下步骤：
在尾气换热器中利用来自所述李比希冷凝管的进料气的剩余冷量对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使所述尾气换热器冷却后的还原尾气进入所述李比希冷凝管，以及使冷量已被所述尾气换热器利用后的进料气进入还原炉。
可选地，在所述尾气换热器中对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理之后，以及在所述李比希冷凝管中对来自所述尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理之前，还包括如下步骤：
在第二套管中利用来自所述李比希冷凝管的循环水的冷量对来自所述尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理，并使所述第二套管冷却后的还原尾气进入所述李比希冷凝管，以及使冷量已被所述第二套管利用后的循环水进入所述第一套管。
可选地，所述方法还包括如下步骤：
使来自所述第一套管的循环水依次对还原炉的底盘和炉筒进行降温后，进入循环水系统。
可选地，所述方法还包括如下步骤：
实时监测进入还原炉前的进料气的温度。
本发明还提供一种多晶硅还原尾气余热利用系统，其包括第一套管和李比希冷凝管，
所述第一套管用于利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至所述李比希冷凝管；
所述李比希冷凝管用于利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并将冷量已被其利用的进料气输出至还原炉，以及将冷量已被其利用的循环水输出至所述第一套管。
可选地，所述系统还包括尾气换热器，其用于利用来自所述李比希冷凝管的进料气的剩余冷量对来自所述第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至所述李比希冷凝管，以及将冷量已被其利用后的进料气输出至还原炉。
可选地，所述系统还包括第二套管，其用于利用来自所述李比希冷凝管的循环水的冷量对来自所述尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至所述李比希冷凝管，以及将冷量已被其利用后的循环水输出至所述第一套管。
可选地，所述系统还包括炉内降温通道，其用于使冷量已被第一套管利用的循环水依次对还原炉的底盘和炉筒进行降温后，进入循环水系统。
可选地，所述系统还包括温度测量仪，所述温度测量仪用于实时监测进入还原炉前的进料气的温度。
有益效果：
本发明所述多晶硅还原尾气余热利用方法和系统充分利用了还原尾气的余热，一方面有效提高了进入还原炉的进料气的温度，从而提高了还原炉内的反应温度，进而提高了TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗，另一方面有效降低了还原尾气的温度，从而降低了下游工序冷量负荷。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的还原尾气余热利用方法的流程图；
图2为本发明实施例2提供的还原尾气余热利用方法的流程图；
图3为本发明实施例3提供的还原尾气余热利用系统的工作原理示意图；
图4为本发明实施例4提供的还原尾气余热利用系统的工作原理示意图。
图中：1－还原炉；11－底盘；12－炉筒；2－第一套管；21－内层管；22－外层管；3－尾气换热器；4－第二套管；41－内层管；42－外层管；5－李比希冷凝管；51－内层直管；52－外层管；53－内层盘管；6－温度测量仪；a1、a2、a3、b1、b2、c－管线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种多晶硅还原尾气余热利用方法，包括如下步骤S101和S102。
S101.在第一套管中利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并使第一套管冷却后的还原尾气进入李比希冷凝管。
本步骤中，还原炉输出的还原尾气包括氢气、氯化氢和氯硅烷的混合气，其中氯硅烷包括三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅的混合气。
S102.在李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被李比希冷凝管利用的进料气进入还原炉，以及使冷量已被李比希冷凝管利用的循环水进入第一套管。
本步骤中，进料气包括氢气和三氯氢硅(TCS)的混合气。具体地，将氢气和三氯氢硅通入静态混合器中进行充分混合后，即形成所述进料气。
上述步骤中，第一套管包括内层管和外层管，且外层管套设于内层管外部；其中，内层管中流通还原尾气，外层管中流通循环水。李比希冷凝管包括内层直管、内层盘管和外层管，且内层盘管盘绕内层直管设置，外层管套设于内层直管和内层盘管外部；其中，内层直管中流通还原尾气，内层盘管中流通进料气，外层管中流通循环水。
本实施例中，来自循环水系统的循环水依次经过李比希冷凝管的外层管和第一套管的外层管后再次进入循环水系统；来自静态混合器的进料气经过李比希冷凝管的内层盘管后进入还原炉中参与还原反应；来自还原炉的还原尾气依次经过第一套管的内层管和李比希冷凝管的内层直管后进入下游CDI工序。其中，CDI工序的作用主要是，根据各自沸点不同，通过冷冻机将还原尾气中的氢气和氯化氢与氯硅烷分离，从而得到纯净的氯硅烷。
可以看出，进料气在李比希冷凝管中吸收了还原尾气的热量后，自身的温度得以升高，而温度升高的还原尾气进入还原炉后，提高了还原炉内的反应温度，因而能提高TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗；从还原炉输出的还原尾气先在第一套管中被循环水冷却，然后在李比希冷凝管中被进料气和循环水二者共同冷却，相比于从还原炉输出的还原尾气的温度，从李比希冷凝管输出的还原尾气的温度得以大幅度降低，从而降低了下游CDI工序的冷量负荷，进而降低了下游CDI工序的生产成本。
实施例2：
如图2所示，本实施例以12对棒还原炉生产多晶硅的生产过程为例，提供一种多晶硅还原尾气余热利用方法，包括如下步骤S201和S205。
S201.在第一套管中利用来自第二套管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并使第一套管冷却后的还原尾气进入尾气换热器，以及使冷量已被第一套管利用的循环水进入还原炉。
S202.使来自第一套管的循环水依次对还原炉的底盘和炉筒进行降温后，进入循环水系统。
S203.在尾气换热器中利用来自李比希冷凝管的进料气的冷量对来自第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使尾气换热器冷却后的还原尾气进入第二套管，以及使冷量已被尾气换热器利用后的进料气进入还原炉。
本步骤中，在冷量已被尾气换热器利用后的进料气进入还原炉之前，采用温度测量仪实时监测进料气的温度。在进料气的温度低于预设值时，如果进料气直接进入还原炉的反应区域，会导致还原炉内反应温度低于规定值，此时可以采用现有工艺对进料气进行加热，以使其温度达到预设温度，然后再送入还原炉，从而使还原炉内的反应温度达到规定值；还可以结合向硅棒通电以提高硅棒表面的温度的方式，提高还原炉内的反应温度，从而使还原炉内的反应温度达到规定值。
S204.在第二套管中利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对来自尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理，并使第二套管冷却后的还原尾气进入李比希冷凝管，以及使冷量已被第二套管利用后的循环水进入第一套管。
S205.在李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第二套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被李比希冷凝管利用的进料气进入尾气换热器，以及使冷量已被李比希冷凝管利用的循环水进入第二套管。
上述步骤中，第二套管也包括内层管和外层管，且外层管套设于内层管外部；其中，内层管中流通还原尾气，外层管中流通循环水。而关于第一套管、李比希冷凝管的结构已在实施例1中描述，此处不再赘述。
本实施例中，来自循环水系统的循环水依次经过李比希冷凝管的外层管、第二套管的外层管、第一套管的外层管后再次进入循环水系统。其中，来自循环水系统的循环水的温度范围为130-132℃，在李比希冷凝管中吸收了还原尾气的热量后，其温度升高至132-136℃，然后在第二套管中继续吸收还原尾气的热量，其温度升高至136-140℃，接着在第一套管中继续吸收还原尾气的热量后，其温度升高至140-145℃，最后进入还原炉，在还原炉中对还原炉底盘进行降温，其温度升高至145-150℃，再对还原炉炉筒进行降温，其温度升高至150-155℃，然后进入循环水系统。
来自静态混合器的进料气依次经过李比希冷凝管的内层盘管、尾气换热器的壳程后进入还原炉的反应区域内。其中，来自静态混合器的进料气的温度范围为25-40℃，在李比希冷凝管中吸收了还原尾气的热量后，其温度升高至80-100℃，然后在尾气换热器中继续吸收还原尾气的热量，其温度升高至220-260℃，最后使换热完成的进料气进入还原炉的反应区域，与未进行换热的进料气相比，温度提高了近200℃，从而提高了还原炉内的反应温度，因而能提高TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗。
从还原炉输出的还原尾气依次经过第一套管的内层管、尾气换热器的管程、第二套管的内层管、李比希冷凝管的内层直管后进入下游CDI工序。其中，还原炉输出的还原尾气的温度范围为500-550℃，在第一套管中与循环水进行换热、被循环水冷却后，其温度降至440-480℃(即温度降低100℃左右，而降温后的还原尾气的温度可以满足尾气换热器的安全工作温度的要求，提高了本实施例所述方法使用过程中的安全性)，然后在尾气换热器中与进料气进行换热、被进料气冷却(可根据尾气换热器的安全工作温度，通过调整其套管长度而调整从尾气换热器输出的还原尾气的温度)，其温度降至380-460℃，接着在第二套管中与循环水进行换热、被循环水冷却后，其温度降至300-350℃，最后在李比希冷凝管中与进料气和循环水进行换热、被进料气和循环水二者共同冷却，其温度降至180-190℃，较现有技术中换热后的还原尾气的温度降低了30-50℃，再送入下游CDI工序，在提高了进入还原炉的进料气的温度的同时也降低了下游CDI工序的冷量负荷，进而降低了下游CDI工序的生产成本。
发明人发现，在硅棒的生长前期，由于进料气温度较高，向硅棒通入的生长电流可适当降低甚至不通入，有利于电单耗的降低，而在硅棒的生长后期，可逐渐增大向硅棒通入的生长电流，以提高生产效率，在输出同等生长电流的情况下，本实施例所述方法相比于现有技术单纯采用向硅棒通电以提高反应温度的方式，单炉产量得到很大程度提高。
本实施例中，步骤S202至步骤S204为可选步骤。
其中，若无步骤S202，则步骤S201中使冷量已被第一套管利用的循环水直接进入循环水系统。
若无步骤S203和步骤S204，则步骤S201中使第一套管冷却后的还原尾气直接进入李比希冷凝管的内层直管，而步骤S205中，在李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被李比希冷凝管利用的进料气进入还原炉，以及使冷量已被李比希冷凝管利用的循环水进入第一套管。
若无步骤S204，则步骤S203中使尾气换热器冷却后的还原尾气直接进入李比希冷凝管的内层直管，而步骤S205中，在李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被李比希冷凝管利用的进料气进入尾气换热器，以及使冷量已被李比希冷凝管利用的循环水进入第一套管。
当然，本领域技术人员还可根据实际情况和经验对上述可选步骤进行任意组合，此处不再赘述。
本实施例所述方法与实施例1所述方法中的相关特征可以相互参考，此处不再赘述。
本实施例所述多晶硅还原尾气余热利用方法在不改变现有多晶硅生产工艺的基础上，针对现有技术的不足，对现有设备管线加以改造，并增加了套管和尾气换热器等换热设备，有效增加了换热面积，换热较为充分，还充分利用了还原尾气的余热以提高进料气的温度，有效解决了还原炉内反应温度不足而影响TCS一次转化率和多晶硅电单耗的问题，同时还大幅降低了去往下游CDI工序的还原尾气的温度，从而进一步降低了生产成本，实现节能降耗的目的。
发明人经实际应用发现，在12对棒还原炉生产多晶硅的生产过程中，若还原炉的运行周期为100小时，则采用本实施例所述方法后，可使TCS一次转化率提高到10％以上，而多晶硅生产的电单耗只有57kwh/kg，与现有技术相比降低了约12％，从而既提高了TCS一次转化率，又降低了多晶硅生产的电单耗。
实施例3：
如图3所示，本实施例提供一种多晶硅还原尾气余热利用系统，包括第一套管2和李比希冷凝管5。
第一套管2用于利用来自李比希冷凝管5的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至李比希冷凝管5。
如图3所示，第一套管2包括内层管21和外层管22，且外层管22套设于内层管21外部。其中，内层管21中流通还原尾气，外层管22中流通循环水。而还原炉输出的还原尾气包括氢气、氯化氢和氯硅烷的混合气，其中氯硅烷包括三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅的混合气。
李比希冷凝管5用于利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第一套管2的还原尾气再次进行冷却处理，并将冷量已被其利用的进料气输出至还原炉1，以及将冷量已被其利用的循环水输出至第一套管2。
如图3所示，李比希冷凝管5包括内层直管51、内层盘管53和外层管52，且内层盘管53盘绕内层直管51设置，外层管52套设于内层直管51和内层盘管53外部；其中，内层直管51中流通还原尾气，内层盘管53中流通进料气，外层管52中流通循环水。而进料气包括氢气和三氯氢硅(TCS)的混合气。具体地，将氢气和三氯氢硅通入静态混合器中进行充分混合后，即形成所述进料气。
本实施例中，来自循环水系统的循环水依次经过李比希冷凝管5的外层管52和第一套管2的外层管22后再次进入循环水系统；来自静态混合器的进料气经过李比希冷凝管5的内层盘管53后进入还原炉1中参与还原反应；来自还原炉1的还原尾气依次经过第一套管2的内层管21和李比希冷凝管5的内层直管51后进入下游CDI工序。其中，CDI工序的作用主要是，根据各自沸点不同，通过冷冻机将还原尾气中的氢气和氯化氢与氯硅烷分离，从而得到纯净的氯硅烷。
可以看出，进料气在李比希冷凝管5中吸收了还原尾气的热量后，自身的温度得以升高，而温度升高的还原尾气进入还原炉1后，提高了还原炉内的反应温度，因而能提高TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗；从还原炉1输出的还原尾气先在第一套管2中被循环水冷却，然后在李比希冷凝管5中被进料气和循环水二者共同冷却，相比于从还原炉1输出的还原尾气的温度，从李比希冷凝管5输出的还原尾气的温度得以大幅度降低，从而降低了下游CDI工序的冷量负荷，进而降低了下游CDI工序的生产成本。
实施例4：
如图4所示，本实施例以12对棒还原炉生产多晶硅的生产过程为例，提供一种多晶硅还原尾气余热利用系统，包括第一套管2、尾气换热器3、第二套管4和李比希冷凝管5，还原炉1内设置有炉内降温通道(图中未示出)。
第一套管2用于利用来自第二套管4的循环水的冷量对还原炉1输出的还原尾气进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至尾气换热器3，以及将冷量已被其利用的循环水输出至还原炉。
炉内降温通道用于使来自第一套管2的循环水依次对还原炉1的底盘11和炉筒12进行降温后，进入循环水系统。当然，所述炉内降温通道需要依次经过底盘11和炉筒12。
尾气换热器3用于利用来自李比希冷凝管5的进料气的冷量对来自第一套管2的还原尾气再次进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至第二套管4，以及将冷量已被其利用后的进料气输出至还原炉1。
本实施例中，在冷量已被尾气换热器3利用后的进料气进入还原炉之前，采用温度测量仪6实时监测进料气的温度。当进料气的温度低于预设值时，如果进料气直接进入还原炉的反应区域，会导致还原炉内反应温度低于规定值，此时可以采用现有工艺对进料气进行加热，以使其温度达到预设温度，然后再送入还原炉，从而使还原炉内的反应温度达到规定值；还可以结合向硅棒通电以提高硅棒表面的温度的方式，提高还原炉内的反应温度，从而使还原炉内的反应温度达到规定值。
第二套管4用于利用来自李比希冷凝管5的循环水的冷量对来自尾气换热器3的还原尾气再次进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至李比希冷凝管5，以及将冷量已被其利用后的循环水输出至第一套管2。
李比希冷凝管5用于利用来自静态混合器(图中未示出)的进料气和来自循环水系统(图中未示出)的循环水的冷量对来自第二套管4的还原尾气再次进行冷却处理，并将冷量已被其利用的进料气输出至尾气换热器3，以及将冷量已被其利用的循环水输出至第二套管4。
其中，第二套管4包括内层管41和外层管42，且外层管42套设于内层管41外部；其中，内层管41中流通还原尾气，外层管42中流通循环水。而关于第一套管2、李比希冷凝管5的结构已在实施例3中描述，此处不再赘述。
本实施例中，来自循环水系统的循环水通过管线b1输入，然后依次经过李比希冷凝管5的外层管52、第二套管4的外层管42、管线b2、第一套管2的外层管21后再次进入循环水系统。其中，来自循环水系统的循环水的温度范围为130-132℃，在李比希冷凝管5中吸收了还原尾气的热量后，其温度升高至132-136℃，然后在第二套管4中继续吸收还原尾气的热量，其温度升高至136-140℃，接着在第一套管2中继续吸收还原尾气的热量后，其温度升高至140-145℃，最后进入还原炉1，在还原炉1中对还原炉底盘11进行降温，其温度升高至145-150℃，再对还原炉炉筒12进行降温，其温度升高至150-155℃，然后进入循环水系统。
来自静态混合器的进料气通过管线a1输入，然后依次经过李比希冷凝管5的内层盘管53、管线a2、尾气换热器3的壳程、管线a3后进入还原炉1的反应区域内。其中，来自静态混合器的进料气的温度范围为25-40℃，在李比希冷凝管5中吸收了还原尾气的热量后，其温度升高至80-100℃，然后在尾气换热器3中继续吸收还原尾气的热量，其温度升高至220-260℃，最后使换热完成的进料气进入还原炉1的反应区域，与未进行换热的进料气相比，温度提高了近200℃，从而提高了还原炉1内的反应温度，因而能提高TCS一次转化率和多晶硅生产的电单耗。
从还原炉1输出的还原尾气依次经过第一套管2的内层管21、尾气换热器3的管程、第二套管4的内层管41、李比希冷凝管5的内层直管51，然后经过管线c进入下游CDI工序。其中，还原炉1输出的还原尾气的温度范围为500-550℃，在第一套管2中与循环水进行换热、被循环水冷却后，其温度降至440-480℃(即温度降低100℃左右，而降温后的还原尾气的温度可以满足尾气换热器3的安全工作温度的要求，提高了本实施例所述系统使用过程中的安全性)，然后在尾气换热器3中与进料气进行换热、被进料气冷却(可根据尾气换热器3的安全工作温度，通过调整其套管长度而调整从尾气换热器3输出的还原尾气的温度)，其温度降至380-460℃，接着在第二套管4中与循环水进行换热、被循环水冷却后，其温度降至300-350℃，最后在李比希冷凝管5中与进料气和循环水进行换热、被进料气和循环水二者共同冷却，其温度降至180-190℃，较现有技术中换热后的还原尾气的温度降低了30-50℃，再送入下游CDI工序，在提高了进入还原炉1的进料气的温度的同时也降低了下游CDI工序的冷量负荷，进而降低了下游CDI工序的生产成本。
发明人发现，在硅棒的生长前期，由于进料气温度较高，向硅棒通入的生长电流可适当降低甚至不通入，有利于电单耗的降低，而在硅棒的生长后期，可逐渐增大向硅棒通入的生长电流，以提高生产效率，在输出同等生长电流的情况下，本实施例所述系统相比于现有技术单纯采用向硅棒通电以提高反应温度的方案，单炉产量得到很大程度提高。
本实施例中，炉内降温通道、尾气换热器3和第二套管4为可选部件。
其中，若无炉内降温通道，则第一套管2将冷量已被其利用的循环水直接输出至循环水系统。
若无尾气换热器3和第二套管4，则第一套管2将其冷却后的还原尾气直接输出至李比希冷凝管5的内层直管51，而李比希冷凝管5利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第一套管2的还原尾气再次进行冷却处理，并将冷量已被其利用的进料气输出至还原炉1，以及将冷量已被其利用的循环水输出至第一套管2。
若无第二套管4，则尾气换热器3将其冷却后的还原尾气直接输出至李比希冷凝管5的内层直管51，而李比希冷凝管5利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自尾气换热器3的还原尾气再次进行冷却处理，并将冷量已被其利用的进料气输出至尾气换热器3，以及将冷量已被其利用的循环水输出至第一套管2。
当然，本领域技术人员还可根据实际情况和经验对上述可选部件进行任意组合，此处不再赘述。
本实施例所述系统与实施例3所述系统中的相关特征可以相互参考，此处不再赘述。
本实施例所述多晶硅还原尾气余热利用系统在不改变现有多晶硅生产工艺的基础上，针对现有技术的不足，对现有设备管线加以改造，并增加了套管和尾气换热器等换热设备，有效增加了换热面积，换热较为充分，还充分利用了还原尾气的余热以提高进料气的温度，有效解决了还原炉内反应温度不足而影响TCS一次转化率和多晶硅电单耗的问题，同时还大幅降低了去往下游CDI工序的还原尾气的温度，从而进一步降低了生产成本，实现节能降耗的目的。
发明人经实际应用发现，在12对棒还原炉生产多晶硅的生产过程中，若还原炉的运行周期为100小时，则采用本实施例所述系统后，可使TCS一次转化率提高到10％以上，而多晶硅生产的电单耗只有57kwh/kg，与现有技术相比降低了约12％，从而既提高了TCS一次转化率，又降低了多晶硅生产的电单耗。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多晶硅还原尾气余热利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
在第一套管中利用来自第二套管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并使第一套管冷却后的还原尾气进入尾气换热器，以及使冷量已被第一套管利用的循环水进入还原炉；
在尾气换热器中利用来自李比希冷凝管的进料气的冷量对来自第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使尾气换热器冷却后的还原尾气进入第二套管，以及使冷量已被尾气换热器利用后的进料气进入还原炉；
在第二套管中利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对来自尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理，并使第二套管冷却后的还原尾气进入李比希冷凝管，以及使冷量已被第二套管利用后的循环水进入第一套管；
在李比希冷凝管中利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第二套管的还原尾气再次进行冷却处理，并使冷量已被李比希冷凝管利用的进料气进入尾气换热器，以及使冷量已被李比希冷凝管利用的循环水进入第二套管。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
使来自所述第一套管的循环水依次对还原炉的底盘和炉筒进行降温后，进入循环水系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
实时监测进入还原炉前的进料气的温度。
4.一种多晶硅还原尾气余热利用系统，其特征在于，包括第一套管、尾气换热器、第二套管和李比希冷凝管，
第一套管用于利用来自第二套管的循环水的冷量对还原炉输出的还原尾气进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至尾气换热器，以及将冷量已被其利用的循环水输出至还原炉；
尾气换热器用于利用来自李比希冷凝管的进料气的冷量对来自第一套管的还原尾气再次进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至第二套管，以及将冷量已被其利用后的进料气输出至还原炉；
第二套管用于利用来自李比希冷凝管的循环水的冷量对来自尾气换热器的还原尾气再次进行冷却处理，并将其冷却后的还原尾气输出至李比希冷凝管，以及将冷量已被其利用后的循环水输出至第一套管；
李比希冷凝管用于利用来自静态混合器的进料气和来自循环水系统的循环水的冷量对来自第二套管的还原尾气再次进行冷却处理，并将冷量已被其利用的进料气输出至尾气换热器，以及将冷量已被其利用的循环水输出至第二套管。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括炉内降温通道，其用于使冷量已被第一套管利用的循环水依次对还原炉的底盘和炉筒进行降温后，进入循环水系统。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括温度测量仪，所述温度测量仪用于实时监测进入还原炉前的进料气的温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610417784.7A CN107512719B (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610417784.7A CN107512719B (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107512719A CN107512719A (zh) | 2017-12-26 |
| CN107512719B true CN107512719B (zh) | 2019-11-12 |
Family
ID=60719800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610417784.7A Active CN107512719B (zh) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107512719B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108314051A (zh) * | 2018-02-22 | 2018-07-24 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 多晶硅还原系统及其应用 |
| CN108726520B (zh) * | 2018-08-31 | 2024-01-05 | 内蒙古通威高纯晶硅有限公司 | 一种还原炉余热回收系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201125165Y (zh) * | 2007-12-19 | 2008-10-01 | 朱青松 | 有双重冷却系统的多晶硅还原炉 |
| CN201770487U (zh) * | 2010-08-19 | 2011-03-23 | 天威四川硅业有限责任公司 | 还原炉/氢化炉尾气预热进料装置 |
| CN202400852U (zh) * | 2011-12-24 | 2012-08-29 | 江苏双良锅炉有限公司 | 多晶硅氢化炉尾气节能系统 |
| CN202400853U (zh) * | 2011-12-24 | 2012-08-29 | 江苏双良锅炉有限公司 | 多晶硅还原炉尾气节能系统 |
| CN102730695A (zh) * | 2012-06-19 | 2012-10-17 | 内蒙古盾安光伏科技有限公司 | 多晶硅还原工艺中热能的回收利用方法、系统及利用该方法和系统的多晶硅还原工艺 |
| CN202625863U (zh) * | 2012-06-11 | 2012-12-26 | 江苏双良新能源装备有限公司 | 多晶硅还原炉尾气节能系统 |
| CN103449443A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-18 | 上海森松环境技术工程有限公司 | 一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统及工艺 |
| CN103466629A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-25 | 上海森松环境技术工程有限公司 | 一种多晶硅还原炉控温节能系统及工艺 |
| CN105253889A (zh) * | 2014-07-17 | 2016-01-20 | 新特能源股份有限公司 | 一种多晶硅生产系统及方法 |
-
2016
- 2016-06-15 CN CN201610417784.7A patent/CN107512719B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201125165Y (zh) * | 2007-12-19 | 2008-10-01 | 朱青松 | 有双重冷却系统的多晶硅还原炉 |
| CN201770487U (zh) * | 2010-08-19 | 2011-03-23 | 天威四川硅业有限责任公司 | 还原炉/氢化炉尾气预热进料装置 |
| CN202400852U (zh) * | 2011-12-24 | 2012-08-29 | 江苏双良锅炉有限公司 | 多晶硅氢化炉尾气节能系统 |
| CN202400853U (zh) * | 2011-12-24 | 2012-08-29 | 江苏双良锅炉有限公司 | 多晶硅还原炉尾气节能系统 |
| CN202625863U (zh) * | 2012-06-11 | 2012-12-26 | 江苏双良新能源装备有限公司 | 多晶硅还原炉尾气节能系统 |
| CN102730695A (zh) * | 2012-06-19 | 2012-10-17 | 内蒙古盾安光伏科技有限公司 | 多晶硅还原工艺中热能的回收利用方法、系统及利用该方法和系统的多晶硅还原工艺 |
| CN103449443A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-18 | 上海森松环境技术工程有限公司 | 一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统及工艺 |
| CN103466629A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-25 | 上海森松环境技术工程有限公司 | 一种多晶硅还原炉控温节能系统及工艺 |
| CN105253889A (zh) * | 2014-07-17 | 2016-01-20 | 新特能源股份有限公司 | 一种多晶硅生产系统及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 多晶硅尾气的热量利用浅谈;高利;《化工管理》;20160229;全文 * |
| 多晶硅还原中三氯氢硅几种汽化方式的比较;杨志国;《科协论坛》;20090725;第2.3节 * |
| 多晶硅还原工段余热回收;彭灯平;《安徽化工》;20121231;第38卷(第6期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107512719A (zh) | 2017-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103466629B (zh) | 一种多晶硅还原炉控温节能系统及工艺 | |
| CN103741210B (zh) | 一种电子束熔炼多晶硅除氧与连续铸锭的方法及设备 | |
| CN107512719B (zh) | 多晶硅还原尾气余热利用方法及系统 | |
| CN201125165Y (zh) | 有双重冷却系统的多晶硅还原炉 | |
| CN105253889B (zh) | 一种多晶硅生产系统及方法 | |
| CN108910890A (zh) | 一种多晶硅还原炉及其使用方法 | |
| CN205687570U (zh) | 一种45对棒紧凑型多晶硅还原炉 | |
| CN202594789U (zh) | Cvd反应炉产高位能蒸汽系统 | |
| CN202808380U (zh) | 一种四氯化硅氢化装置 | |
| CN104016350A (zh) | 一种多晶硅还原炉底盘和尾气冷却系统及其方法 | |
| CN104891499A (zh) | 一种硅烷法制备多晶硅的工艺方法 | |
| CN104651929B (zh) | 一种电子束熔炼多晶硅除氧与铸锭耦合的方法及设备 | |
| CN207243476U (zh) | 电子级多晶硅还原炉 | |
| CN109231216A (zh) | 工业硅炉外提纯精炼工艺 | |
| CN101830467B (zh) | 一种多晶硅分解炉 | |
| CN109112624A (zh) | 一种用于生产太阳能级高效多晶硅片的多晶炉 | |
| CN102674360B (zh) | 带有多晶硅片的节能型多晶硅还原炉的保温内胆及实施方法 | |
| CN201678457U (zh) | 一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置 | |
| CN204138354U (zh) | 等离子体加热流化床制备三氯氢硅的装置 | |
| CN207109143U (zh) | 一种用于生产太阳能级高效多晶硅片的多晶炉 | |
| CN103880009B (zh) | 一种尾气出口连接内伸管的多晶硅还原炉及连接方法 | |
| CN107352545A (zh) | 采用多晶硅还原系统生产多晶硅的方法及多晶硅还原系统 | |
| CN104803388A (zh) | 一种多晶硅还原装置 | |
| CN204848284U (zh) | 冷却装置和四氯化硅氢化系统 | |
| CN101830466B (zh) | 一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20171226 Assignee: Inner Mongolia Xinte silicon material Co.,Ltd. Assignor: XINTE ENERGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2022990000326 Denomination of invention: Waste heat utilization method and system of polysilicon reduction tail gas Granted publication date: 20191112 License type: Common License Record date: 20220627 Application publication date: 20171226 Assignee: Xinte silicon based new materials Co.,Ltd. Assignor: XINTE ENERGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2022990000325 Denomination of invention: Waste heat utilization method and system of polysilicon reduction tail gas Granted publication date: 20191112 License type: Common License Record date: 20220627 |