CN216171038U

CN216171038U - 一种冷氢化反应中尾气处理系统

Info

Publication number: CN216171038U
Application number: CN202121854952.1U
Authority: CN
Inventors: 李兵; 向春林; 王世棋; 陶勋贵
Original assignee: Sichuan Yongxiang New Energy Co ltd
Current assignee: Sichuan Yongxiang New Energy Co ltd
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2031-08-10

Abstract

本实用新型公开了一种冷氢化反应中尾气处理系统，属于多晶硅生产技术领域，包括氢化炉、旋风分离器、过滤器和缠绕式换热器，所述氢化炉顶部设置有气体出口I，氢化炉旁侧设置有物料加入口，所述旋风分离器顶部设置有气体出口II；上部设有进料口I；底部设有出料口I，所述过滤器顶部设置有气体出口III；上部设有进料口II；底部设有出料口II，所述缠绕式换热器包括进气口，所述气体出口I连接进料口I，所述气体出口II连接进料口II，所述气体出口III连接进气口，所述出料口I与物料加入口相连，解决了现有技术中冷氢化工段排出的高温高压混合气体进入后端湿法除尘系统易堵塞道，且硅粉利用率不高、热能回收率不高的问题。

Description

一种冷氢化反应中尾气处理系统

技术领域

本实用新型属于多晶硅生产中冷氢化技术领域，具体涉及一种冷氢化反应中尾气处理系统。

背景技术

现有技术中，在生产多晶硅的冷氢化工段中，由氢化炉顶部出来的高温高压含硅粉混合气体，经两级换热后进入旋风分离器除去大颗粒的硅粉，后进入硅粉过滤器除去小颗粒的硅粉，可有效避免硅粉进入后端湿法除尘系统，降低渣浆管道堵塞的概率。为回收氢化炉顶部气相的热量，设计有多级列管式换热器进行热量回收。

这样冷氢化工段中的尾气处理系统，运行一段时间后，发现存在以下问题：

1、由氢化炉顶部出来的含硅粉的混合气体首先进入列管式换热器进行热量回收，其中携带的硅粉易附着在换热器管道的壁面，降低了传热效率；

2、列管式换热器使用时，同侧管壳程温差不宜超过150℃，现有技术中本工段中常采用多级列管式换热器进行换热，避免列管式换热器的列管易因应力而拉裂的问题，而目前冷氢化系统中列管拉裂后，只能停车处理，并更换此换热器；

3、为增加旋风分离器的耐磨性，多采用碳化硅内衬，碳化硅耐磨性好，但易碎易脱落，脱落后不但旋风本身磨穿的风险大大增加，而且影响旋风分离器的正常使用；

4、为准确计算旋风分离器的分级效率，将小颗粒的硅粉收集下来后回至氢化炉内，但小颗粒的硅粉基本不再参与反应，回到炉子后，迅速由炉子顶部带出，进入后端换热器，因小颗粒的硅粉吸附能力更强，更易吸附在换热器的列管上，进而影响换热器的换热效率，影响热量的回收。且若想排出系统内的金属杂质，必须对硅粉进行外排，旋风分离器的收集效率过高，需将旋风分离器收集的硅粉一部分外排，以达到外排金属杂质的目的，这样会将大颗粒和小颗粒一起排出去，而大颗粒是能继续利用的，这样会增加硅耗。

基于上述工艺系统存在的问题，亟需重新设计一种适用于冷氢化工段的尾气处理系统，能提高硅粉的利用率的同时，尽可能的回收热能，提高设备的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中上述问题，提出了一种冷氢化反应中尾气处理系统，能提高硅粉的利用率的同时，尽可能的回收热能，提高设备的使用寿命。

为了实现上述发明目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的有益效果：

一种冷氢化反应中尾气处理系统，包括氢化炉、旋风分离器、过滤器和缠绕式换热器，所述氢化炉顶部设置有气体出口I，氢化炉旁侧设置有物料加入口，所述旋风分离器顶部设置有气体出口II；上部设有进料口I；底部设有出料口I，所述过滤器顶部设置有气体出口III；上部设有进料口II；底部设有出料口II，所述缠绕式换热器包括进气口，所述气体出口I连接进料口I，所述气体出口II连接进料口II，所述气体出口III连接进气口，所述出料口I与物料加入口相连。

进一步地，所述旋风分离器分离50µm的颗粒的分级效率为80%~90%。

进一步地，所述过滤器的过滤精度为不大于1µm。

进一步地，所述出料口I与物料加入口连接的管线上设有硅粉收集罐I。

进一步地，所述硅粉收集罐I与氢化炉连接的管线上设有硅粉收集罐II，所述硅粉收集罐I上设有料位计，所述硅粉收集罐I与硅粉收集罐II连接的管线上设有阀门。

进一步地，所述旋风分离器采用龟甲网中填有刚玉的内衬。

进一步地，所述出料口II连接废硅粉处理系统。

进一步地，所述缠绕式换热器还连接有湿法除尘系统。

一、本实用新型中，该尾气处理系统将旋风分离器与过滤器设置在换热器前方的管线上，通过旋风分离器除去大颗粒的硅粉，并将这部分大颗粒的硅粉送至氢化炉回用，通过过滤器除去小颗粒硅粉，保证没有或极少的小颗粒硅粉进入换热器，使换热器能够充分的进行热量回收。另外，本系统中采用了缠绕式换热器，可消除列管式换热器应力拉裂的风险。另外，因采用缠绕式换热管，单位体积内换热面积更大，且换热管方向在随时改变，管道内形成湍流，传热系数更高，使得相同大小的缠绕式换热器换热能力远远大于列管式换热器。但因缠绕式换热管方向在随时改变，若进入该换热器中的原料气体中含有硅粉，易将转弯处的换热管冲穿，而本系统是先将氢化炉顶部出来的高温高压含硅粉混合气体先进行除硅粉处理，即不存在这样的问题，采用本系统，热能回用率可提高10%~15%，硅粉利用率可提高3%~5%，杂质含量符合生产要求。

二、本实用新型中，所述旋风分离器分离50µm颗粒的分级效率为80%~90%，即旋风分离器可截留粒径在50µm以上的大部分硅粉颗粒，这部分硅粉颗粒可回收至氢化炉中，参与反应。

三、本实用新型中，所述过滤器的过滤精度为不大于1µm，即过滤器可截留粒径在1µm及以上的硅粉颗粒，并且这部分小颗粒的硅粉即使回至氢化炉也不参与反应或者说反应率非常低，则这部分小颗粒硅粉可收集后外排。将过滤器的过滤精度控制在1µm以下，可尽可能减少硅粉进入缠绕式换热器和湿法除尘系统，以减小这部分硅粉对系统中设备的影响，同时也能达到降低系统中金属杂质含量的目的。

四、本实用新型中，所述出料口I与物料加入口连接的管线上设有硅粉收集罐I，由于旋风分离器中的自带灰斗较小，能暂存的硅粉较少，设计有硅粉收集罐I可用于暂存硅粉，便于本系统稳定、连续运行。

五、本实用新型中，所述硅粉收集罐I与氢化炉连接的管线上设有硅粉收集罐II，这里设计的硅粉收集罐II用于压料，将硅粉从物料加入口送入氢化炉中并参与反应，保证系统连续、稳定运行，所述硅粉收集罐I上设有料位计，用于监测硅粉收集罐I中的料位，所述硅粉收集罐I与硅粉收集罐II连接的管线上设有阀门，用于控制该管线的开闭。

六、本实用新型中，所述旋风分离器采用龟甲网中填有刚玉的内衬，可解决碳化硅内衬易脱落问题的同时，保证内衬的耐磨性。

七、本实用新型中，所述出料口II连接废硅粉处理系统，即从过滤器中拦截的硅粉送至废硅粉处理系统中进一步处理。

八、本实用新型中，所述缠绕式换热器还连接有湿法除尘系统，即送入后端系统的洗涤塔中用产品液从顶部进行喷淋，对从缠绕式换热器出来进入洗涤塔的高温气体进行降温、洗涤，主要是洗掉本系统未除去的少量硅粉及金属氯化物。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2是另一种实施方式的结构示意图。

图3是又一种实施方式的结构示意图。

图4是另一种较优实施方式的结构示意图。

其中，1、氢化炉；2、旋风分离器；3、过滤器；4、缠绕式换热器；5、硅粉收集罐I；6、硅粉收集罐II；7、阀门；8、废硅粉处理系统；9、湿法除尘系统；10、电加热器；1.1、气体出口I；1.2、物料加入口；2.1、气体出口II；2.2、进料口I；2.3、出料口I；3.1、气体出口III；3.2、进料口II；3.3、出料口II；4.1、进气口；5.1、料位计。

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1

一种冷氢化反应中尾气处理系统，属于多晶硅生产中冷氢化技术领域，包括氢化炉、旋风分离器、过滤器和缠绕式换热器，所述氢化炉顶部设置有气体出口I，氢化炉旁侧设置有物料加入口，所述旋风分离器顶部设置有气体出口II；上部设有进料口I；底部设有出料口I，所述过滤器顶部设置有气体出口III；上部设有进料口II；底部设有出料口II，所述缠绕式换热器包括进气口，所述气体出口I连接进料口I，所述气体出口II连接进料口II，所述气体出口III连接进气口，所述出料口I与物料加入口相连。

本实施例是最基本的实施方式，参考图1，从氢化炉顶部出来的高温高压混合气体，先进入旋风分离器中，除去大颗粒的硅粉，这部分大颗粒的硅粉从出料口I排出后再经物料加入口进入氢化炉参与反应，得到的气体再从气体出口II排出后经进料口II后进入过滤器；过滤拦截大部分小颗粒硅粉，并从出料口II排出这部分小颗粒硅粉，最后得到的较纯净的气体经气体出口III进入缠绕式换热器进行换热，再进入下一步处理。

采用本系统与之前的处理系统相比，热能回用率可提高10%~15%，硅粉回用率提高3%~5%，设备连续运行不出现故障，未出现故障；杂质含量符合生产要求。

实施例2

本实施例是在实施例1上的进一步优化，所述旋风分离器分离50µm颗粒的分级效率为80%~90%。

进一步地，所述过滤器的过滤精度为1µm。

实施例3

本实施例与实施例1-2相比，参考图2，区别在于，所述出料口I与物料加入口连接的管线上设有硅粉收集罐I，使用时，需将旋风分离器和储罐之间的阀门关闭，再进行下料操作。

实施例4

本实施例与实施例1-3相比，参考图3，区别在于，所述硅粉收集罐I与氢化炉连接的管线上设有硅粉收集罐II，所述硅粉收集罐I上设有料位计，所述硅粉收集罐I与硅粉收集罐II连接的管线上设有阀门。

这样的装置与管线设计，与实施例3相比，可避免实施例3中，当关闭阀门后，由于旋风分离器本身自带的收集灰斗较小，很快就盛满硅粉后，影响系统的稳定运行的问题。

以硅粉收集罐I与氢化炉连接的管线上设有硅粉收集罐II为例，实际使用时，可在硅粉收集罐II上设有充高压氢气的管线和放空管线，当硅粉收集罐I中的硅粉达到一定的物位后（比如60%的物位），需要将硅粉收集罐I中的硅粉下至硅粉收集罐II，这时可将硅粉收集罐II的压力通过充高压氢气和放空这两种方式配合下，控制硅粉收集罐II的压力比硅粉收集罐I低0.3MPa左右，在此压差下，可将硅粉收集罐I中的硅粉下放至硅粉收集罐II中，下放完毕后，对硅粉收集罐II用高压氢气充压至比氢化炉的压力高0.3MPa左右，这样硅粉收集罐II与氢化炉之间有一定压差，再将硅粉收集罐II中的硅粉下到氢化炉中。

这样的结构与管线设计，可保证整个系统连续稳定进行。

实施例5

本实施例与实施例1-4相比，区别在于，所述旋风分离器采用龟甲网中填有刚玉的内衬。

实施例6

本实施例与实施例1-5相比，参考图4，区别在于，所述出料口II连接废硅粉处理系统。

实施例7

本实施例与实施例1-6相比，参考图4，区别在于，所述缠绕式换热器还连接有湿法除尘系统。

Claims

1.一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：包括氢化炉（1）、旋风分离器（2）、过滤器（3）和缠绕式换热器（4），所述氢化炉（1）顶部设置有气体出口I（1.1），氢化炉（1）旁侧设置有物料加入口（1.2），所述旋风分离器（2）顶部设置有气体出口II（2.1）；上部设有进料口I（2.2）；底部设有出料口I（2.3），所述过滤器（3）顶部设置有气体出口III（3.1）；上部设有进料口II（3.2）；底部设有出料口II（3.3），所述缠绕式换热器（4）包括进气口（4.1），所述气体出口I（1.1）连接进料口I（2.2），所述气体出口II（2.1）连接进料口II（3.2），所述气体出口III（3.1）连接进气口（4.1），所述出料口I（2.3）与物料加入口（1.2）相连。

2.根据权利要求1所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述旋风分离器（2）分离50µm的颗粒的分级效率为80%~90%。

3.根据权利要求2所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述过滤器（3）的过滤精度为不大于1µm。

4.根据权利要求3所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述出料口I（2.3）与物料加入口（1.2）连接的管线上设有硅粉收集罐I（5）。

5.根据权利要求4所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述硅粉收集罐I（5）与氢化炉（1）连接的管线上设有硅粉收集罐II（6），所述硅粉收集罐I（5）上设有料位计（5.1），所述硅粉收集罐I（5）与硅粉收集罐II（6）连接的管线上设有阀门（7）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述旋风分离器（2）采用龟甲网中填有刚玉的内衬。

7.根据权利要求6所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述出料口II（3.3）连接废硅粉处理系统（8）。

8.根据权利要求7所述的一种冷氢化反应中尾气处理系统，其特征在于：所述缠绕式换热器（4）还连接有湿法除尘系统（9）。