CN216049295U - 一种多晶硅尾气的能量综合利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多晶硅尾气的能量综合利用系统，在还原尾气回收钢构系统中增加7℃的水冷换热器，所述7℃的水冷换热器与还原尾气回收钢构系统中溴化锂7℃的水冷却器并联，和/或所述7℃的水冷却器设于还原尾气回收钢构系统的钢构1级冷凝器和钢构2级冷凝器之间。通过在现有回收系统钢构中增加7℃的水冷换热器，通过能源的高效利用，可以解决现有还原产能提升后回收系统处理量提升带来的负荷问题。
Description
技术领域
本实用新型属于多晶硅生产技术领域，具体的说，是一种多晶硅尾气的能量综合利用系统。
背景技术
随着光伏产业技术水平的不断提高，多晶硅光伏产业规模逐渐扩大，多晶硅还原产能得到提升。冷氢化技术作为多晶硅生产过程中副产品的回收再利用工序，可以有效降低多晶硅生产成本，其产能随之需要提升。生产中，冷氢化工艺需要在高压低温的情况下，将多晶硅生产副产物四氯化硅（STC）转化为三氯氢硅（TCS），然后再将TCS通过歧化反应生产硅烷。随着冷氢化产能的提升，为满足产能要求，需要配套新建精馏后再通过工艺流程优化提升氢化料和精制料的处理能力。因此，为满足多晶硅还原产能的提升，配套的精馏、冷氢化和回收装置的产能随之需要提升。
但从系统平衡匹配性及运行状况来看，多晶硅还原装置产能进一步提升，但多晶硅产品综合产量提升却有限，主要原因在于：目前冷氢化单套最大STC处理能力有限，随着还原产量的提升，冷氢化产量无法进一步提升，通常表现在冰机负荷不足、硅粉过滤器进口温度高及电加热器负荷大。同时，回收系统夏季处理量受限，例如压缩机抽气量及7℃、-10℃冰机冷量不足，这些原因也造成了整个系统的产能瓶颈，无法完美匹配目前还原产能的提升。为此，需要系统化的解决以上问题才能保障系统最佳匹配，使多晶硅产品的系统产能真正进一步提升，从而做到产能最大化，成本最优化。
公布号为CN106395832A的发明专利公开了一种四氯化硅氢化方法，该方法将四氯化硅的脱氯加氢反应（第一反应器）和三氯氢硅合成反应（第二反应器）进行串联，通过对第一反应器的尾气进行急冷处理，可以抑制冷氢化反应生成三氯氢硅的分解，维持第一反应器中冷氢化反应的反应进度，提高四氯化硅的单程转化率，同时，第一反应器的尾气经急冷处理后在第二反应器中进行三氯氢硅合成反应，可以有效地回收利用冷氢化反应的副产物氯化氢，提高三氯氢硅的产量。但该方法并不适用于现有装置，由于冷氢化装置氢气循环量大，压力高，合成反应压力偏低且反应气量小，需要新增设备和管线与之匹配，增加工艺成本，同时，也并不能有效解决装置因换热不足导致的设备能力达到上限问题。
公布号为CN107311184A的发明专利公开了一种提高冷氢化生产三氯氢硅转化率的生产工艺，该工艺通过预热氯化氢气体至适当范围，充分利用化学反应的合成热流，提高了转化率的同时减少了电加热器的负荷并且减少了原材料的消耗。但该工艺在使用时，由于大量增加HCL会导致细硅粉逸出的颗粒度减小，造成换热器结垢，导致换热效能下降，加剧设备负荷从而影响产能发挥。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多晶硅尾气的能量综合利用方法，通过在现有回收系统钢构中增加7℃的水冷换热器，通过能源的高效利用，可以解决现有还原产能提升后回收系统处理量提升带来的负荷问题。
本实用新型通过下述技术方案实现：一种多晶硅尾气的能量综合利用系统，在还原尾气回收钢构系统中增加7℃的水冷换热器，所述7℃的水冷换热器与还原尾气回收钢构系统中溴化锂7℃的水冷却器并联，和/或所述7℃的水冷却器设于还原尾气回收钢构系统的钢构1级冷凝器和钢构2级冷凝器之间。
还包括在冷氢化尾气冷凝系统中增加7℃的水冷换热器，该7℃的水冷换热器设于冷氢化尾气冷凝系统的两级冷凝器的前端。
所述7℃的水冷换热器为绕管换热器。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本实用新型针对现有还原产能提升后，回收系统夏季处理量受限的问题，提出了在还原尾气回收钢构系统中增加7℃的水冷换热器，包括在溴化锂7℃的水冷却器上并联新增的7℃的水冷换热器，以及在钢构1级冷凝器和钢构2级冷凝器之间新增7℃的水冷换热器，通过能耗核算，可以解决现有回收钢构系统中压缩机抽气量及7℃、-10℃冰机冷量不足的问题，同时，增加的换热器由于采用7℃水作为冷媒，可以有效控制系统能耗，在提升回收系统处理量的同时，还能有效节约能源，降低能耗。
（2）本实用新型通过对还原尾气回收钢构系统处理量的提升，可以有效降低系统中进入吸附塔的氢气温度，通过氢气温度的降低，可以进一步提升吸附塔的处理量，同时根据吸附塔产品氢中硅烷和氯化氢的含量，提升吸附塔尾气的喷淋循环量，实现还原产能提升后还原尾气的有效处理。
（3）本实用新型针对现有还原产能提升后，冷氢化产量提升受限的问题，提出了在冷氢化尾气冷凝系统的两级冷凝器前增设7℃的水冷换热器，可以解决现有冷凝系统中-40度冷凝器冷量不足的问题，同时，增加的换热器由于采用7℃水作为冷媒，可以有效控制系统能耗，在提升-40度冷凝器处理量的同时，还能有效节约能源，降低能耗。
（4）本实用新型涉及的7℃的水冷换热器均采用绕管换热器，具有换热效率高、节能的优点，另外，还能降低因还原尾气流速提高后管内硅粉结垢的问题，可有效降低系统能耗。
附图说明
图1为本发明所述还原尾气回收钢构系统的工艺流程示意图。
图2为本发明所述还原尾气回收钢构系统中钢构1-7级冷却器的工艺流程示意图。
图3为本发明所述冷氢化尾气冷凝系统的工艺流程图。
图4为本发明所述绕管换热器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例是一种多晶硅尾气的能力综合利用系统。该系统主要针对现有还原产能提升后，还原尾气量随之增加，后续针对还原尾气的回收系统和冷氢化系统因能耗提升而造成的处理量无法进一步提升的问题。解决方法包括：在还原尾气回收钢构系统中增加7℃的水冷换热器，以及在冷氢化尾气冷凝系统中增加7℃的水冷换热器。
首先，还原尾气回收钢构系统是将还原尾气中的氯硅烷（三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅）、H2及HCl进行分离的工艺系统，氯硅烷送至回收精馏装置，H2送至吸附装置提纯后送到还原装置，HCl送至三氯氢硅合成装置作为原料气使用，工艺流程如图1、图2所示。
随着还原尾气处理量的不断增加，在现有回收钢构系统中，由于压缩机抽气量及7℃、-10℃冰机的冷量不足，使得回收钢构系统在夏季处理量受限，为精准的解决系统夏季冷量不足及其处理受限的问题，本实施例从能源利用效率出发，对热能利用进行综合模拟测算和设计，在现有还原尾气回收钢构系统的溴化锂7℃的水冷却器上并联新增的7℃的水冷换热器，利用7℃的水冷换热器解决了压缩机抽气量及溴化锂7℃的水冷却器冷量不足的问题，同时，在现有还原尾气回收钢构系统的钢构1级冷凝器和钢构2级冷凝器之间新增7℃的水冷换热器，解决钢构3级冷却器的-10℃冰机冷量不足的问题。另一方面，还可以降低还原尾气回收钢构系统中进入吸附塔的氢气温度，由-36℃降低至-40℃，可保证吸附塔进气负荷增大的情况下H2的净化能力，从而达到提升吸附塔处理能力的目的。
在实际运行过程中，随着吸附塔处理量的增加，通过降低吸附塔氢气进气温度，吸附塔得到的产品氢气中硅烷和氯硅烷含量可基本维持不变，如适当提高喷淋循环量，氢气中氯化氢含量将有较大幅度下降，硅烷含量略有减小。
随着还原尾气处理量的不断增加，在冷氢化装置生产过程中，因工艺特性节能换热器存在硅粉结垢后导致换热量下降，对应进入电加热器的混合气体（H2和四氯化硅）温度偏低，进入硅粉过滤器的反应气体温度升高，冷氢化后冷系统换热器进口温度升高（同时循环水换热器结垢换热衰减）导致深冷换热器负荷增大（冰机负荷需求量大），这些因素都使得冷氢化产量无法进一步得到提升。为精准的解决冷氢化系统中因其工艺特性而造成的冰机负荷增加的问题，本实施例同样从能源利用效率出发，对热能利用进行综合模拟测算和设计，在现有冷氢化尾气冷凝系统中增加7℃的水冷换热器，如图3所示。 冷氢化尾气冷凝系统目前采用两级冷凝器，分别是一级冷却器（E0212），为循环水冷却器，二级冷却器（E0213），冷凝温度为-40℃。通过在两级冷凝器前新增7℃的水冷换热器，可以有效的解决两级冷凝器中-40℃冷凝器冷量不足的问题。
为进一步解决还原尾气流速提升后管内硅粉结垢问题，本实施例所述7℃的水冷换热器均采用绕管高效换热器，如图4所示。
本实施例通过对热能利用进行综合模拟测算和设计，分别在回收钢构系统和冷氢化尾气冷凝系统中增加7℃的水冷换热器，在大幅降低电耗和保证系统安全前提下，解决多晶硅主体装置的产能瓶颈，使多晶硅生产系统平衡达到最优化，保持产能提升后的成本和单耗竞争优势。
（一）实现经济效益如下表5。
表5 经济效益
（二）节能效益
冷氢化（3+1套）合计可节约电耗约760-912万元/年，回收钢构和冷氢化冰机机组合计节约电耗约150-170万元/年，合计效益可达1000万元/年，节电效益明显。
（三）提产效益如下表6。
表6 提产效益
整体装置提产下，单套STC进料量可提升至68-70t/h，冷氢化总进料量可提升10-15t/h至224-229t/h，对应还原产能66.5t/天，在现有产量基础上可增产3.5t/天，年综合效益可达1000+1740=2740万元。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多晶硅尾气的能量综合利用系统，其特征在于：在还原尾气回收钢构系统中增加7℃的水冷换热器，所述7℃的水冷换热器与还原尾气回收钢构系统中溴化锂7℃的水冷却器并联，和/或所述7℃的水冷却器设于还原尾气回收钢构系统的钢构1级冷凝器和钢构2级冷凝器之间。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅尾气的能量综合利用系统，其特征在于：还包括在冷氢化尾气冷凝系统中增加7℃的水冷换热器，该7℃的水冷换热器设于冷氢化尾气冷凝系统的两级冷凝器的前端。
3.根据权利要求1所述的一种多晶硅尾气的能量综合利用系统，其特征在于：所述7℃的水冷换热器为绕管换热器。
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- 2021-09-30 CN CN202122392187.2U patent/CN216049295U/zh active Active
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