CN204138344U - 处理多晶硅尾气的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种处理多晶硅尾气的系统，包括：冷凝装置；吸收装置，具有混合气体入口、氯硅烷入口、混合物出口；第一加热装置，具有第一物料入口、第一物料出口、第一壳程进料口和第一壳程出料口；第二加热装置，具有第二物料入口、第二物料出口、第二壳程进料口和第二壳程出料口；解析装置，具有高温氯硅烷出口，高温氯硅烷出口与第二壳程进料口相连；水冷装置；纯化装置，具有尾气入口、第二液态氯硅烷出口和氯化氢出口；换热装置，具有管程物料入口、管程物料出口、壳程物料入口和壳程物料出口，管程物料入口与第一壳程出料口相连，壳程物料入口与氯化氢出口相连；深冷装置，深冷装置分别与管程物料出口和氯硅烷入口相连。

Description

处理多晶硅尾气的系统

技术领域

本实用新型属于多晶硅生产领域，具体而言，本实用新型涉及一种处理多晶硅尾气的系统。

背景技术

在改良西门子法生产多晶硅的工艺流程中，还原、热氢化尾气一般采用CDI干法尾气回收工艺，即由四级冷凝、吸收、解析、吸收、再生和冷冻工序组成。在氯化氢吸收塔中，经过四级冷凝后的尾气(不凝气部分)与-40℃的氯硅烷液体流接触，尾气中绝大部分的氯化氢被吸收，吸收氯化氢的氯硅烷进入氯化氢解析塔，利用精馏原理，对氯化氢进行提纯、分离，-35～-30℃的液态氯化氢由塔顶直接输送至三氯氢硅合成工序，进行回收利用。

然而，现有的处理多晶硅尾气技术中存在能耗较大等问题，使得多晶硅尾气处理成本较高，不适合现如今节能降耗的发展趋势，因此，现有的处理多晶硅技术有待进一步改善。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种处理多晶硅尾气的系统，该系统可以起到节能降耗，并显著降低多晶硅生产成本的作用。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种处理多晶硅尾气的系统，包括：

冷凝装置，所述冷凝装置具有多晶硅尾气入口、第一液态氯硅烷出口和混合气体出口；

吸收装置，所述吸收装置具有混合气体入口、氯硅烷入口、氢气出口和混合物出口，所述混合气体入口与所述混合气体出口相连；

第一加热装置，所述第一加热装置具有第一物料入口、第一物料出口、第一壳程进料口和第一壳程出料口，所述第一物料入口与所述第一液态氯硅烷出口和混合物出口相连；

第二加热装置，所述第二加热装置具有第二物料入口、第二物料出口、第二壳程进料口和第二壳程出料口，所述第二物料入口与所述第一物料出口相连；

解析装置，所述解析装置具有进料口、尾气出口和高温氯硅烷出口，所述进料口与所述第二物料出口相连，所述高温氯硅烷出口与所述第二壳程进料口相连；

水冷装置，所述水冷装置具有水冷物料入口和水冷物料出口，所述水冷物料入口与所述第二壳程出料口相连，所述水冷物料出口与所述第一壳程进料口相连；

纯化装置，所述纯化装置具有尾气入口、第二液态氯硅烷出口和氯化氢出口，所述第二液态氯硅烷出口与所述解析装置相连，所述尾气入口与所述尾气出口相连；

换热装置，所述换热装置具有管程物料入口、管程物料出口、壳程物料入口和壳程物料出口，所述管程物料入口与所述第一壳程出料口相连，所述壳程物料入口与所述氯化氢出口相连；以及

深冷装置，所述深冷装置具有深冷物料入口和深冷物料出口，所述深冷物料入口与所述管程物料出口相连，所述深冷物料出口与所述氯硅烷入口相连。

根据本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统通过将过程中产生的热量和冷量循环使用，从而可以达到能量的综合利用和节能降耗的作用。

另外，根据本实用新型上述实施例的处理多晶硅尾气的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述处理多晶硅尾气的系统进一步包括：三氯氢硅合成装置，所述三氯氢硅合成装置与所述壳程物料出口相连。

在本实用新型的一些实施例中，所述冷凝装置为四级冷凝器。由此，可以显著提高尾气的冷凝效率。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一加热装置为五级换热器。由此，可以显著提高换热效率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的处理多晶硅尾气的系统结构示意图；

图2是根据本实用新型又一个实施例的处理多晶硅尾气的系统结构示意图；

图3是利用本实用新型一个实施例的处理多晶硅尾气的系统实施处理多晶硅尾气的方法流程示意图；

图4是利用本实用新型又一个实施例的处理多晶硅尾气的系统实施处理多晶硅尾气的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种处理多晶硅尾气的系统。下面参考图1～2对本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该系统包括：

冷凝装置100：根据本实用新型的实施例，冷凝装置100具有多晶硅尾气入口101、第一液态氯硅烷出口102和混合气体出口103，且用于将多晶硅尾气进行冷凝处理，从而可以得到第一液态氯硅烷和含有氯化氢、氢气、氯硅烷的混合气体。根据本实用新型的实施例，冷凝处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，冷凝处理可以在-50～-30摄氏度的温度和0.3～0.5MPa的压力条件下进行。发明人发现，该条件下进行的冷凝处理可以显著优于其它条件提高尾气的冷凝效率。具体地，冷凝装置可以为四级冷凝器。

吸收装置200：根据本实用新型的实施例，吸收装置200具有混合气体入口201、氯硅烷入口202、氢气出口203和混合物出口204，混合气体入口201与混合气体出口103相连，且用于将以上所得到的含有氯化氢、氢气、氯硅烷的混合气体与氯硅烷进行吸收处理，从而可以分别得到氢气和含有氯化氢、氯硅烷的混合物。根据本实用新型的实施例的，吸收处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，吸收处理可以在-50～-35摄氏度的温度和1.1～1.3MPa压力条件下进行。发明人发现，该条件下进行的吸收处理可以显著优于其它条件提高吸收处理效率。根据本实用新型的实施例，进行吸收处理的氯硅烷的温度可以为-50～-30℃，含有氯化氢、氯硅烷的混合物可以为-45～-40摄氏度。该步骤中，具体地，低温的液体氯硅烷通过从吸收塔的顶部进行喷淋，与含有氯化氢、氢气、氯硅烷的混合气体逆向接触，使得混合气体中氯化氢和氯硅烷被低温氯硅烷吸收，从而使得氢气得以从混合气体中分离。

第一加热装置300：根据本实用新型的实施例，第一加热装置300具有第一物料入口301、第一物料出口302、第一壳程进料口303和第一壳程出料口304，第一物料入口301与第一液态氯硅烷出口102和混合物出口204相连，且用于将得到的第一液态氯硅烷与含有氯化氢、氯硅烷的混合物进行第一加热处理，从而可以得到经过第一加热处理的混合物料。具体地，第一加热装置可以为五级换热器，经过第一加热处理的混合物料的温度为10～20摄氏度。

第二加热装置400：根据本实用新型的实施例，第二加热装置400具有第二物料入口401、第二物料出口402、第二壳程进料口403和第二壳程出料口404，第二物料入口401与第一物料出口302相连，且用于将上述得到的经过第一加热处理的混合物料进行第二加热处理，从而可以得到经过第二加热处理的混合物料。具体地，第二加热装置可以采用换热器，经过第二加热处理的混合物料的温度可以为60～70摄氏度。

解析装置500：根据本实用新型的实施例，解析装置500具有进料口501、尾气出口502和高温氯硅烷出口503，进料口501与第二物料出口402相连，且用于将上述得到的经过第二加热处理的混合物料进行解析处理，从而可以分别得到含有氯硅烷的氯化氢和高温氯硅烷，高温氯硅烷出口503与第二壳程进料口403相连，用于将上述得到的高温氯硅烷的一部分作为热源进行第二加热处理，从而可以得到一级降温氯硅烷。根据本实用新型的实施例，解析处理可以在釜温为110～150摄氏度、顶温为-35～-30摄氏度、压力为0.9-1.0MPa条件下进行。发明人发现，该条件下进行的解析处理可以优于其它条件提高解析处理效率。根据本实用新型的实施例，高温氯硅烷的温度可以为110～150℃，含有氯硅烷的氯化氢的温度可以为-35～-30℃。具体地，第二加热装置可以为换热器，其中高温氯硅烷走换热器的壳程，经过第一加热处理的混合物料走管程，经过双向换热处理，经过第一加热处理的混合物料的温度由10～20摄氏度升至60～70摄氏度，高温氯硅烷的部分热量被经过第一加热处理的混合物料使用，从而可以得到一级降温氯硅烷，其中，一级降温氯硅烷的温度可以为60～80摄氏度，而得到的一级氯硅烷的热量可以继续进行后续处理过程。发明人经过大量实验惊奇的发现，解析处理过程中产生的高温氯硅烷的热量可以用于加热经过第一加热处理的混合物料，并且通过将高温氯硅烷的热量用于对经过第一加热处理的混合物料进行加热，可以显著提高进塔氯硅烷的温度和降低出塔后氯硅烷的温度，从而减少蒸汽的热负荷和循环水的冷负荷，进而可以显著降低解析处理过程中的能耗，从而使得热量得以充分利用。根据本实用新型的实施例，高温氯硅烷的另一部分可以返回对解析塔的再沸器中蒸汽进行加热。

水冷装置600：根据本实用新型的实施例，水冷装置600具有水冷物料入口601和水冷物料出口602，水冷物料入口601与第二壳程出料口404相连，水冷物料出口602与第一壳程进料口303相连，且用于将以上所得到的一级氯硅烷进行水冷处理，并将经过水冷处理的氯硅烷作为热源进行第一加热处理，从而可以得到二级降温氯硅烷。具体地，第一加热处理采用换热器，其中，经过水冷处理的氯硅烷走壳程，第一液态氯硅烷和含有氯化氢、氯硅烷的混合物走管程，经过双向换热处理，-45～-40摄氏度的第一液态氯硅烷和含有氯化氢、氯硅烷的混合物被加热至10～20摄氏度，而经过水冷处理的氯硅烷温度降至-20～-10摄氏度。

纯化装置700：根据本实用新型的实施例，纯化装置700具有尾气入口701、第二液态氯硅烷出口702和氯化氢出口703，第二液态氯硅烷出口702与解析装置500相连，尾气入口701与尾气出口502相连，且用于将解析装置中得到的含有氯硅烷的氯化氢进行纯化处理，从而可以分别得到第二液态氯硅烷和氯化氢，并将第二液态氯硅烷返回解析装置进行解析处理。根据本实用新型的实施例，纯化处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，纯化处理可以在-35～-30摄氏度的温度和0.9～1.0MPa的压力条件下进行。该步骤中，具体地，经过纯化处理可以使得氯硅烷和氯化氢得以有效分离，从而得到纯净的氯化氢。根据本实用新型的实施例，纯化处理所得到的氯化氢的温度可以为-40～-30摄氏度。

换热装置800：根据本实用新型的实施例，换热装置800具有管程物料入口801、管程物料出口802、壳程物料入口803和壳程物料出口804，管程物料入口801与第一壳程出料口304相连，壳程物料入口803与氯化氢出口703相连，且用于将纯化装置700得到的纯净氯化氢与第一加热装置300得到的二级降温氯硅烷进行换热处理，从而可以得到气态的氯化氢和三级降温氯硅烷。根据本实用新型的实施例，三级降温氯硅烷的温度可以为-25～-15摄氏度。发明人发现，经过纯化处理得到的氯化氢所携带的冷量可以用于对二级降温氯硅烷进行降温处理，并且通过换热处理，可以显著降低处理吸收液的冷量投入，同时节省了将纯化处理得到的氯化氢转化为气态氯化氢所需要的热量。

深冷装置900：根据本实用新型的实施例，深冷装置900具有深冷物料入口901和深冷物料出口902，深冷物料入口901与管程物料出口802相连，深冷物料出口902与氯硅烷入口202相连，且用于将上述得到的三级氯硅烷进行深冷处理，并将经过深冷处理的三级降温氯硅烷返回吸收装置作为淋洗液对氯化氢进行吸收。

参考图2，根据本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统进一步包括：

三氯氢硅合成装置1000：根据本实用新型的实施例，三氯氢硅合成装置1000与壳程物料出口804相连，用于将换热装置800得到的气态氯化氢用于三氯氢硅合成。具体地，将气态氯化氢与硅粉在三氯氢硅合成工序中进行反应，从而可以得到三氯氢硅。

以上对本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统进行详细描述，为了方便理解，下面参考图3-4对利用本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统实施处理多晶硅尾气的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该方法包括：

S100：冷凝处理

根据本实用新型的实施例，将多晶硅尾气进行冷凝处理，从而可以得到第一液态氯硅烷和含有氯化氢、氢气、氯硅烷的混合气体。需要说明的是，本文中的多晶硅尾气可以为多晶硅生产过程中的还原尾气或氢化尾气。根据本实用新型的实施例，冷凝处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，冷凝处理可以在-50～-30摄氏度的温度和0.3～0.5MPa的压力条件下进行。发明人发现，该条件下进行的冷凝处理可以显著优于其它条件提高尾气的冷凝效率。具体地，冷凝处理可以采用四级冷凝器进行。

S200：吸收处理

根据本实用新型的实施例，将以上所得到的含有氯化氢、氢气、氯硅烷的混合气体与氯硅烷进行吸收处理，从而可以分别得到氢气和含有氯化氢、氯硅烷的混合物。根据本实用新型的实施例的，吸收处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，吸收处理可以在-50～-35摄氏度的温度和1.1～1.3MPa压力条件下进行的。发明人发现，该条件下进行的吸收处理可以显著优于其它条件提高吸收处理效率。根据本实用新型的实施例，进行吸收处理的氯硅烷的温度可以为-50～-30℃，含有氯化氢、氯硅烷的混合物可以为-45～-40℃。该步骤中，具体地，低温的液体氯硅烷通过从吸收塔的顶部进行喷淋，与含有氯化氢、氢气、氯硅烷的混合气体逆向接触，使得混合气体中氯化氢和氯硅烷被低温氯硅烷吸收，从而使得氢气得以从混合气体中分离。

S300：第一加热处理

根据本实用新型的实施例，将步骤S100得到的第一液态氯硅烷与步骤S200得到的含有氯化氢、氯硅烷的混合物进行第一加热处理，从而可以得到经过第一加热处理的混合物料。具体地，第一加热处理可以采用五级换热器进行加热，经过第一加热处理的混合物料的温度为10～20℃。

S400：第二加热处理

根据本实用新型的实施例，将上述得到的经过第一加热处理的混合物料进行第二加热处理，从而可以得到经过第二加热处理的混合物料。具体地，第二加热处理可以采用换热器处理，经过第二加热处理的混合物料的温度可以为60～70℃。

S500：解析处理

根据本实用新型的实施例，将上述得到的经过第二加热处理的混合物料进行解析处理，从而可以分别得到含有氯硅烷的氯化氢和高温氯硅烷。根据本实用新型的实施例，解析处理可以在釜温为110～150摄氏度、顶温为-35～-30摄氏度、压力为0.9-1.0MPa条件下进行。发明人发现，该条件下进行的解析处理可以优于其它条件提高解析处理效率。具体地，解析处理在解析塔中进行，塔釜再沸器内的蒸汽对经过第二加热处理的混合物料进行加热，通过传热传质，使得氯硅烷与氯化氢分离，得到的高温氯硅烷的温度可以为110～150℃，含有氯硅烷的氯化氢的温度可以为-35～-30℃。

S600：将高温氯硅烷一部分作为热源进行第二加热处理

根据本实用新型的实施例，将上述得到的高温氯硅烷的一部分作为热源进行第二加热处理，从而可以得到一级降温氯硅烷。具体地，第二加热处理可以采用换热器进行，其中高温氯硅烷走换热器的壳程，经过第一加热处理的混合物料走管程，经过双向换热处理，经过第一加热处理的混合物料的温度由10～20℃升至60～70℃，高温氯硅烷的部分热量被经过第一加热处理的混合物料吸收，从而可以得到一级降温氯硅烷，其中，一级降温氯硅烷的温度可以为60～80℃，而得到的一级氯硅烷的热量可以继续进行后续处理过程。发明人经过大量实验惊奇的发现，解析处理过程中产生的高温氯硅烷的热量可以用于加热经过第一加热处理的混合物料，并且通过将高温氯硅烷的热量用于对经过第一加热处理的混合物料进行加热，可以显著提高进塔氯硅烷的温度和降低出塔后氯硅烷的温度，从而减少蒸汽的热负荷和循环水的冷负荷，进而可以显著降低解析处理过程中的能耗，从而使得热量得以充分利用。根据本实用新型的实施例，高温氯硅烷的另一部分可以返回对解析塔的再沸器中蒸汽进行加热。

S700：水冷处理，并将水冷处理得到的氯硅烷一部分作为热源进行第一加热处理

根据本实用新型的实施例，将以上所得到的一级氯硅烷进行水冷处理，并将经过水冷处理的氯硅烷作为热源进行第一加热处理，从而可以得到二级降温氯硅烷。具体地，第一加热处理采用换热器，其中，经过水冷处理的氯硅烷走壳程，第一液态氯硅烷和含有氯化氢、氯硅烷的混合物走管程，经过双向换热处理，-45～-40℃的第一液态氯硅烷和含有氯化氢、氯硅烷的混合物被加热至10～20℃，而经过水冷处理的氯硅烷温度降至-20～-10℃。

S800：纯化处理

根据本实用新型的实施例，将步骤S500得到的含有氯硅烷的氯化氢进行纯化处理，从而可以分别得到第二液态氯硅烷和氯化氢，并将第二液态氯硅烷返回S500进行解析处理。根据本实用新型的实施例，纯化处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，纯化处理可以在-35～-30摄氏度的温度和0.9～1.0MPa的压力条件下进行。该步骤中，具体地，经过纯化处理可以使得氯硅烷和氯化氢得以有效分离，从而得到纯净的氯化氢。根据本实用新型的实施例，纯化处理所得到的氯化氢的温度可以为-40～-30摄氏度。

S900：换热处理

根据本实用新型的实施例，将S800得到的纯净氯化氢与S700得到的二级降温氯硅烷进行换热处理，从而可以得到气态的氯化氢和三级降温氯硅烷。根据本实用新型的实施例，三级降温氯硅烷的温度可以为-25～-15摄氏度。发明人发现，经过纯化处理得到的氯化氢所携带的冷量可以用于对二级降温氯硅烷进行降温处理，并且通过换热处理，可以显著降低处理吸收液的冷量投入，同时节省了将纯化处理得到的氯化氢转化为气态氯化氢所需要的热量。

S1000：深冷处理

根据本实用新型的实施例，将上述得到的三级氯硅烷进行深冷处理，并将经过深冷处理的三级降温氯硅烷返回S200作为淋洗液对氯化氢进行吸收。

利用本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统实施处理多晶硅尾气的方法通过将过程中产生的热量和冷量循环使用，从而可以达到能量的综合利用和节能降耗的作用。

参考图4，利用本实用新型实施例的处理多晶硅尾气的系统实施处理多晶硅尾气的方法进一步包括：

S1100：三氯氢硅合成

根据本实用新型的实施例，将S900得到的气态氯化氢用于三氯氢硅合成。具体地，将气态氯化氢与硅粉在三氯氢硅合成工序中进行反应，从而可以得到三氯氢硅。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种处理多晶硅尾气的系统，其特征在于，包括：

冷凝装置，所述冷凝装置具有多晶硅尾气入口、第一液态氯硅烷出口和混合气体出口；

吸收装置，所述吸收装置具有混合气体入口、氯硅烷入口、氢气出口和混合物出口，所述混合气体入口与所述混合气体出口相连；

第一加热装置，所述第一加热装置具有第一物料入口、第一物料出口、第一壳程进料口和第一壳程出料口，所述第一物料入口与所述第一液态氯硅烷出口和所述混合物出口相连；

第二加热装置，所述第二加热装置具有第二物料入口、第二物料出口、第二壳程进料口和第二壳程出料口，所述第二物料入口与所述第一物料出口相连；

解析装置，所述解析装置具有进料口、尾气出口和高温氯硅烷出口，所述进料口与所述第二物料出口相连，所述高温氯硅烷出口与所述第二壳程进料口相连；

水冷装置，所述水冷装置具有水冷物料入口和水冷物料出口，所述水冷物料入口与所述第二壳程出料口相连，所述水冷物料出口与所述第一壳程进料口相连；

纯化装置，所述纯化装置具有尾气入口、第二液态氯硅烷出口和氯化氢出口，所述第二液态氯硅烷出口与所述解析装置相连，所述尾气入口与所述尾气出口相连；

换热装置，所述换热装置具有管程物料入口、管程物料出口、壳程物料入口和壳程物料出口，所述管程物料入口与所述第一壳程出料口相连，所述壳程物料入口与所述氯化氢出口相连；以及

深冷装置，所述深冷装置具有深冷物料入口和深冷物料出口，所述深冷物料入口与所述管程物料出口相连，所述深冷物料出口与所述氯硅烷入口相连。

2.根据权利要求1所述的处理多晶硅尾气的系统，其特征在于，进一步包括：

三氯氢硅合成装置，所述三氯氢硅合成装置与所述壳程物料出口相连。

3.根据权利要求1所述的处理多晶硅尾气的系统，其特征在于，所述冷凝装置为四级冷凝器。

4.根据权利要求1所述的处理多晶硅尾气的系统，其特征在于，所述第一加热装置为五级换热器。