CN209922908U - 一种多晶硅冷氢化流化床反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多晶硅冷氢化流化床反应装置，包括流化床反应器、金属膜过滤器、闭锁料斗和自动反吹装置，流化床反应器分离段内设旋风分离器，顶部气固混合物进入金属膜过滤器，金属膜过滤器内包含一组烧结金属滤芯，底部硅粉出口连接闭锁料斗，闭锁料斗中的硅粉返回至流化床反应器反应段；自动反吹装置包括设置在任一滤芯上方的一组喷嘴，喷嘴分为至少二个分组，同一分组的喷嘴连接至同一反吹支管，反吹支管汇合后连接反吹气储罐，所述反吹支管上设置自动控制阀；将所述的滤芯分区安装，不同的滤芯分区对应不同的喷嘴分组。本实用新型的流化床反应装置可实现气固完全分离，有效回收冷氢化反应气中的硅粉，避免未反应的硅粉泄漏至后续装置。
Description
技术领域
本实用新型属于多晶硅生产技术领域，涉及一种流化床反应器，特别是涉及一种无硅粉泄漏的多晶硅冷氢化流化床反应装置。
背景技术
目前，多晶硅生产方法已由传统的改良西门子法发展到“改进型”改良西门子法，即增加冷氢化工序来处理还原过程副产的大量四氯化硅副产物，以实现全物料的闭路循环。
冷氢化工艺是通过四氯化硅和氢气混合加热后，通入冷氢化流化床反应器与加入的硅粉发生反应生成三氯氢硅。由于是在流化床内进行的反应，所以不可避免地有大量的细硅粉随着反应气进入下游系统。气相产物需要经过冷凝、富集后进入精馏塔精馏分离产物，而冷凝液的富集又会产生大量的渣浆(主要成分有三氯化铝、氯化氢、氯硅烷或有机氯硅烷、硅颗粒等，其中硅和氯硅烷或有机氯硅烷占绝大部分)，据国内外多家有机硅和多晶硅生产企业最新调查，每生产1吨产品会产生0.45吨以上的渣浆。而渣浆恰恰是最难治理的污染物，在过去的一段时间内，大量的渣浆都采用简单的掩埋甚至直接倾倒的方法处理，这样做的后果直接造成了严重的污染事故，土地寸草不生，水源严重破坏。
目前，冷氢化流化床反应炉都是在出口设置旋风分离器来回收硅粉，但是旋风分离器往往效果有限，对粒径较小的硅粉几乎没有分离作用，未被分离出的这部分硅粉进入后系统则会对后系统产生很大的影响。
综上所述，如何更加有效地回收冷氢化反应气中硅粉，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种无硅粉泄漏的多晶硅冷氢化流化床反应装置，解决多晶硅冷氢化流化床反应器产物气固分离中存在的上述技术问题，所述的装置将旋风分离器与金属膜过滤器耦合，可实现气固完全分离，有效回收冷氢化反应气中硅粉，防止硅粉进入后续单元；所述装置能降低冷氢化流化床反应器的物耗、能耗，且可以实现连续生产，减少生产工艺中的渣浆排放。
为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种多晶硅冷氢化流化床反应装置，包括流化床反应器(Ⅰ)，其特征在于，所述流化床反应装置还包括金属膜过滤器(Ⅱ)、闭锁料斗(Ⅲ)和自动反吹装置(Ⅳ)；
所述流化床反应器(Ⅰ)自下而上包括反应段(1)、扩张段(2)和分离段(3)，所述分离段(3)内部设置旋风分离器(4)；
所述金属膜过滤器(Ⅱ)内包括花板，将金属膜过滤器(Ⅱ)分隔为上下两个腔体，下腔体中一组金属多孔材料滤芯(7)安装在所述的花板上，腔体下部设置金属膜过滤器进料口(6)，底部设置金属膜过滤器硅粉出口(9)，上腔体中设置滤清气出口(8)；
所述旋风分离器(4)顶部的气固混合物出口(5)连接金属膜过滤器进料口(6)，金属膜过滤器硅粉出口(9)与其下方的闭锁料斗(Ⅲ)的顶部入口(10)相连，闭锁料斗(Ⅲ) 的底部出口(13)连接至所述流化床反应器(Ⅰ)的反应段(1)；
所述自动反吹装置(Ⅳ)包括一组设置在任一滤芯(7)上方的喷嘴(17)，所述的喷嘴 (17)分为至少二个分组，同一分组的喷嘴(17)连接至同一反吹支管(18)，所述反吹支管(18)上设置自动控制阀(19)，各组喷嘴(17)的反吹支管(18)经过气体分流装置(14) 汇合后连接反吹气储罐(20)。
进一步地，所述的滤芯(7)为金属粉末烧结滤芯，优选为管状滤芯。所述滤芯(7)的孔径范围优选为0.1～10μm。
优选地，所述喷嘴(17)距离所对应的滤芯(7)垂直距离为20～40mm。
所述的金属膜过滤器可以实现自动分区吹扫。根据不同的喷嘴分组，可将所述的金属膜过滤器滤芯进行分区，每个区域中均含有一定数量的滤芯，同一分区中金属膜过滤器滤芯上方的喷嘴属于同一喷嘴分组。分区方式可根据需要或设备制造的要求进行选择，例如按角度分为扇形区，或根据半径分为环形区等。所述的自动反吹装置在每根滤芯上方均有一对应喷嘴并将喷嘴分组，同一分组的喷嘴连接同一反吹支管，将不同的滤芯分区对应不同的喷嘴分组，根据滤芯的分区进行分区反吹。
进一步地，所述的金属膜过滤器(Ⅱ)配备压差计(15)，两端分别连接金属膜过滤器的上腔体和下腔体。
进一步地，所述流化床反应器(Ⅰ)的反应段(1)底部设原料入口(16)。
进一步地，所述闭锁料斗(Ⅲ)上包括充压口(11)和泄压口(12)。
进一步地，流化床反应器(Ⅰ)、金属膜过滤器(Ⅱ)、闭锁料斗(Ⅲ)之间的连接管道上设有程控阀。
根据本实用新型的多晶硅冷氢化流化床反应装置，将内置的旋风分离器与金属膜过滤器耦合，流化床反应器出来的高温反应气经过内置旋风分离器后，较大固体颗粒被拦截重新进入反应器；气体进入金属膜过滤器后，粒径大于金属膜过滤器滤芯孔径的固体颗粒在滤芯的表面拦截下来形成滤饼，洁净气体经滤清气出口进入下一工序，滤饼经反吹脱落后，细硅粉等固体颗粒物由闭锁料斗返回流化床反应器。所述的装置中，金属膜过滤器滤芯采用能耐高温高压且过滤精度高的金属粉末烧结滤芯，并配备压差传感器，通过监测过滤器进出口压差判断滤芯是否需要再生。通过装置中的自动反吹装置，金属膜过滤器采用分区反吹的方式，当压差达到设定值或者达到周期时间后，自动反吹装置分区反吹部分滤芯，未被反吹滤芯仍处于过滤状态。所述的金属膜过滤器可以实现自动分区吹扫，在过滤的同时对金属膜滤芯进行再生，实现连续生产，保证金属膜过滤器的稳定连续工作。
有益效果：本实用新型的多晶硅冷氢化流化床反应装置，将内置的旋风分离器与金属膜过滤器耦合，利用旋风分离器设备简单、耐高温的特点进行预处理，同时利用金属膜滤芯优异的强度与过滤精度，将气相产物与固体颗粒的完全分离，利用装置中的自动反吹装置，实现金属膜过滤器的自动分区吹扫。根据本实用新型的多晶硅冷氢化流化床反应装置，流化床反应器出口气体中夹带的硅粉全部被回收后返回至流化床反应器，无硅粉进入后续单元，金属膜过滤器采用分区在线反吹，可实现连续过滤。所述的装置气固分离完全，极大地降低后续工序处理量和渣浆排放，降低能耗的同时减少反应产物浪费，切实有效消除安全环保压力，具有显著的经济效益和环境效益。
附图说明
图1本实用新型的无硅粉泄漏的多晶硅冷氢化流化床反应装置的结构示意图。
图1中Ⅰ-流化床反应器，Ⅱ-金属膜过滤器，Ⅲ-闭锁料斗，Ⅳ-自动反吹装置，(1)为反应段，(2)为扩张段，(3)为分离段，(4)为内置旋风分离器，(5)为气固混合物出口，(6)为金属膜过滤器进料口，(7)为金属粉末烧结滤芯，(8)为金属膜过滤器滤清气出口，(9)为金属膜过滤器硅粉出口，(10)闭锁料斗顶部入口，(11)为闭锁料斗充压口，(12)为闭锁料斗泄压口，(13)为闭锁料斗底部出口，(14)为气体分流装置， (15)为压差计，(16)为原料入口,(17)为喷嘴，(18)为反吹支管，(19)为自动控制阀， (20)为反吹气储罐。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。
附图1为本实用新型的无硅粉泄漏的多晶硅冷氢化流化床反应装置的结构示意图，如图所示，根据本实用新型的一种无硅粉泄漏的多晶硅冷氢化流化床反应装置由流化床反应器Ⅰ、金属膜过滤器Ⅱ、自动反吹装置Ⅳ和闭锁料斗Ⅲ组成。
所述流化床反应器Ⅰ自下而上包括反应段1、扩张段2和分离段3，所述分离段3内包括内置的旋风分离器4；反应段1底部为原料入口16，旋风分离器4顶部为气固混合物出口5。
所述金属膜过滤器Ⅱ内的花板将金属膜过滤器Ⅱ分隔为上下两个腔体，下腔体中，在所述的花板上安装一组管状的滤芯7，滤芯7为金属粉末烧结材料，孔径范围优选0.1～10μm。在下腔体的下部设置金属膜过滤器进料口6，底部设置金属膜过滤器硅粉出口9；上腔体中设置滤清气出口8。所述的金属膜过滤器进料口6连接旋风分离器4的气固混合物出口5。配备压差计15，两端分别连接金属膜过滤器Ⅱ的上腔体和下腔体。
所述的闭锁料斗Ⅲ位于金属膜过滤器Ⅱ下方，包括顶部入口10和底部出口13，以及斗体上的充压口11和泄压口12。所述的闭锁料斗Ⅲ的顶部入口10连接金属膜过滤器硅粉出口9，底部出口13连接至所述流化床反应器Ⅰ的反应段1。
所述自动反吹装置Ⅳ包括设置在滤芯7上方的一组喷嘴17，每根滤芯7上方均有一对应喷嘴17，垂直距离为20～40mm。所述的喷嘴17分为至少二个分组，同一分组的喷嘴17连接至同一反吹支管18的末端，每一根反吹支管18上设置自动控制阀19；各组喷嘴17的反吹支管18经过气体分流装置14汇合后连接反吹气储罐20。
将所述的金属膜过滤器Ⅱ的滤芯7进行分区，例如按角度分为扇形区，每个区域中均含有一定数量的滤芯7，同一分区中滤芯7上方的喷嘴17属于同一喷嘴分组，连接同一反吹支管 18，将不同的滤芯分区对应不同的喷嘴分组，可根据滤芯的分区进行分区反吹。
根据本实用新型的无硅粉泄漏的多晶硅冷氢化流化床反应装置，原料气自原料入口16进入反应段1，夹带未反应的硅粉向上运动进入扩张段2，经扩张段后，气固混合物流速降低，部分大颗粒沉降返回反应段1，气体夹带剩余颗粒进入分离段，分离段设有内置旋风分离器4，固体受离心力的作用被分离，气体夹带剩余小颗粒经气固混合物出口5流出流化床反应器Ⅰ，通过金属膜过滤器进料口6进入金属膜过滤器Ⅱ，气体穿过金属粉末烧结滤芯7后，清洁气体经过滤器气滤清气出口8排出，硅粉被拦截在滤芯7表面形成滤饼。
运行一段时间后，滤芯7表面的滤饼积累到一定厚度，金属膜过滤器Ⅱ压差增加到一定值后，自动打开某一组喷嘴的反吹支管18上的自动控制阀19，自动反吹装置Ⅳ开始反吹烧结金属滤芯7，破碎其表面的滤饼，滤芯实现再生。金属膜过滤器Ⅱ采用分区反吹的方式，处于反吹的滤芯7始终只有一组，其余组滤芯7仍处于过滤状态，无需停工或人工切换过滤器。被反吹下来的滤饼堆积在金属膜过滤器Ⅱ底部，金属膜过滤器硅粉出口9至闭锁料斗Ⅲ顶部入口 10的程控阀自动打开，硅粉全部落入闭锁料斗Ⅲ后，上述阀门关闭，闭锁料斗充压口11打开，闭锁料斗充压至流化床反应段1压力，关闭闭锁料斗充压口11，打开闭锁料斗Ⅲ底部出口13，硅粉靠重力落入反应段1，实现硅粉循环，关闭闭锁料斗Ⅲ底部出口13，打开闭锁料斗泄压口 12，闭锁料斗Ⅲ进行泄压，泄压完毕后闭锁料斗Ⅲ进入备用状态。
以上应用具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心技术构思。以上所述仅是本实用新型的一种优选的实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理及其构思的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种多晶硅冷氢化流化床反应装置，包括流化床反应器(Ⅰ)，其特征在于，所述流化床反应装置还包括金属膜过滤器(Ⅱ)、闭锁料斗(Ⅲ)和自动反吹装置(Ⅳ)；
所述流化床反应器(Ⅰ)自下而上包括反应段(1)、扩张段(2)和分离段(3)，所述分离段(3)内部设置旋风分离器(4)；
所述金属膜过滤器(Ⅱ)内包括花板，将金属膜过滤器(Ⅱ)分隔为上下两个腔体，下腔体中一组金属多孔材料滤芯(7)安装在所述的花板上，腔体下部设置金属膜过滤器进料口(6)，底部设置金属膜过滤器硅粉出口(9)，上腔体中设置滤清气出口(8)；
所述旋风分离器(4)顶部的气固混合物出口(5)连接金属膜过滤器进料口(6)，金属膜过滤器硅粉出口(9)与其下方的闭锁料斗(Ⅲ)的顶部入口(10)相连，闭锁料斗(Ⅲ)的底部出口(13)连接至所述流化床反应器(Ⅰ)的反应段(1)；
所述自动反吹装置(Ⅳ)包括一组设置在任一滤芯(7)上方的喷嘴(17)，所述的喷嘴(17)分为至少二个分组，同一分组的喷嘴(17)连接至同一反吹支管(18)，所述反吹支管(18)上设置自动控制阀(19)，各组喷嘴(17)的反吹支管(18)经过气体分流装置(14)汇合后连接反吹气储罐(20)。
2.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述的滤芯(7)为金属粉末烧结滤芯。
3.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述的滤芯(7)为管状滤芯。
4.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述的滤芯(7)的孔径范围为0.1～10μm。
5.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述的滤芯(7)分区设置，同一分区中滤芯(7)上方的喷嘴(17)属于同一喷嘴分组。
6.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述喷嘴(17)与对应的滤芯(7)垂直距离为20～40mm。
7.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述的金属膜过滤器(Ⅱ)配备压差计(15)，两端分别连接金属膜过滤器的上腔体和下腔体。
8.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述流化床反应器(Ⅰ)的反应段(1)底部设原料入口(16)。
9.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，所述闭锁料斗(Ⅲ)上包括充压口(11)和泄压口(12)。
10.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化流化床反应装置，其特征在于，流化床反应器(Ⅰ)、金属膜过滤器(Ⅱ)、闭锁料斗(Ⅲ)之间的连接管道上设有程控阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200110 |