CN217808778U - 一种gcl法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，包括冷氢化急冷塔模块、低压粗分塔、高压粗分塔；冷氢化急冷塔模块的物料管线与低压粗分塔底部回流管道通过换热器连接；经换热后的冷氢化急冷塔模块冷凝物料通过料管连接至粗分塔原料罐；粗分塔原料罐通过料管分别连接至低压粗分塔和高压粗分塔；高压粗分塔的顶部气相管道与低压粗分塔的底部循环管道通过耦合再沸器连接；经换热后的高压粗分塔气相冷凝物料返回至高压粗分塔内，低压粗分塔内分离出的气相物料经顶部管道送入水冷器；高压粗分塔的底部循环管道上设置有蒸汽再沸器，利用通入的高温蒸汽对高压粗分塔内物料进行加热。

Description

一种GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统

技术领域

本实用新型属于多晶硅领域，具体涉及一种GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统。

背景技术

光伏行业迅速发展，需求的增加促进了我国多晶硅行业的发展。我国能源结构清洁化、低碳化转型的力度将进一步加大，我国推出多项政策，大力支持太阳能光伏行业产业建设。而作为多晶硅的的生产原料三氯氢硅则由冷氢化装置生产，所以冷氢化装置的生产成本直接影响多晶硅的生产成本。目前多晶硅行业中冷氢化装置热量利用率低，热量回收率低，导致能耗高，尤其是蒸汽单耗、冷媒单耗偏高。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是改善多晶硅生产工艺中冷氢化装置的换热流程，热能有效回收，降低循环水和蒸汽用量。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，包括冷氢化急冷塔模块、低压粗分塔、高压粗分塔。

其中，冷氢化急冷塔模块的物料管线与所述低压粗分塔底部回流管道通过换热器连接，通过冷氢化急冷塔模块中的热物料对低压粗分塔中物料进行预热；

所述高压粗分塔的顶部气相管道与低压粗分塔的底部循环管道通过耦合再沸器连接，利用高压粗分塔顶部出来的高温气相对低压粗分塔物料进行加热。经换热后的高压粗分塔气相冷凝物料经管道返回至高压粗分塔内。

进一步地，冷氢化急冷塔模块为一组，分别与所述低压粗分塔底部回流管道通过换热器连接；所述低压粗分塔底部对应每组冷氢化急冷塔模块分别设置回流管道和换热器，或者所有冷氢化急冷塔模块共用一套低压粗分塔底部回流管道和换热器。

进一步地，所述冷氢化急冷塔模块经所述低压粗分塔底部换热器换热后，冷凝物料通过料管连接至粗分塔原料罐；所述粗分塔原料罐通过料管分别连接至所述低压粗分塔和所述高压粗分塔，将收集的冷氢化急冷塔模块冷凝物料分别送入低压粗分塔和高压粗分塔进行分离。

具体地，每组冷氢化急冷塔模块包括急冷塔、回流罐和回流泵；所述急冷塔产生的热物料经顶部排料管道连接至所述低压粗分塔底部回流管道换热器的热端进口，换热器的热端出口通过物料管连接至回流罐；所述回流罐底部分别通过一回流管连接至急冷塔内，通过另一料管连接至所述粗分塔原料罐，顶部通过气相管连接至后续深冷器。

优选地，每组冷氢化急冷塔模块中的回流罐均通过料管连接至粗分塔原料罐，将冷凝物料汇集于粗分塔原料罐内，再分别送至低压粗分塔和高压粗分塔进行分离。

更进一步地，每组冷氢化急冷塔模块还包括废热锅炉，所述废热锅炉位于急冷塔的热物料出口处，利用热物料余热将废热锅炉中热水加热并产生闪蒸蒸汽，可供蒸汽再沸器使用，冷凝物料经回流罐返回至急冷塔内。

进一步地，所述高压粗分塔的底部循环管道上设置有蒸汽再沸器，所述蒸汽再沸器与废热锅炉连接，将废热锅炉中产生的闪蒸蒸汽送入蒸汽再沸器。

具体地，耦合再沸器的热端进口通过管道连接至高压粗分塔底部气相出口，热端出口通过管道与高压粗分塔回流罐连接，所述高压粗分塔回流罐通过回流管返回至高压粗分塔内。

优选地，所述低压粗分塔和高压粗分塔均采用隔板塔。采用隔板塔可以提高塔的侧线采出和塔顶采出组分的物料纯度将氢化粗产品中的细硅粉和高聚物通过塔釜排渣管线排出，减少塔釜侧出的四氯化硅中不含硅粉和高聚物，延长粗分塔釜再沸器和氢化装置内的四氯化硅汽化等相关设备使用寿命。

进一步地，所述回流罐与所述急冷塔之间的连接管道上，设有回流泵；所述高压粗分塔回流罐与所述高压粗分塔之间的回流管上设有提液泵。

有益效果：

本系统急冷塔顶物料在给废热锅炉加热过程中实现了降温，同时废热锅炉利用高温气相物料产生了蒸汽，既实现了节省冷媒又副产了蒸汽；同时通过给低压塔釜物料预热继续进行热量回收，高压塔顶高温物料通过给低压塔釜物料加热得到降温的同时也给低压塔釜物料提供了热量；同时隔板塔的结构也较普通筛板塔节省蒸汽，通过侧线采出四氯化硅和塔釜排渣的方式，提高了塔顶和侧线才出产品的品质，同时塔釜杂质的减少也延长了塔釜换热器的使用寿命，最终该套工艺实现降低能源消耗，提高能源的有效利用，延长设备使用年限，提高产品品质的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该多晶硅生产中冷氢化提纯系统的整体结构示意图。

其中，各附图标记分别代表：

10第一急冷塔、11第一废热锅炉；12第一回流罐；13第一回流泵；14第一换热器；20第二急冷塔；21第二废热锅炉；22第二回流罐；23第二回流泵；24第二换热器；30低压粗分塔；40高压粗分塔；50耦合再沸器；60蒸汽再沸器；70高压粗分塔回流罐；80提液泵；90粗分塔原料罐；100水冷器；110深冷器；120闪蒸蒸汽。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，该GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统包括冷氢化急冷塔模块、低压粗分塔30、高压粗分塔40。

其中，冷氢化急冷塔模块的物料管线与低压粗分塔30底部回流管道通过换热器连接，通过冷氢化急冷塔模块中的热物料对低压粗分塔30中物料进行预热；经换热后的冷氢化急冷塔模块冷凝物料通过料管连接至粗分塔原料罐90；所述粗分塔原料罐90 通过料管分别连接至低压粗分塔30和高压粗分塔40，将收集的冷氢化急冷塔模块冷凝物料分别送入低压粗分塔30和高压粗分塔40进行分离。

高压粗分塔40的顶部气相管道与低压粗分塔30的底部循环管道通过耦合再沸器50连接，利用高压粗分塔40顶部出来的高温气相对低压粗分塔30物料进行加热；经换热后的高压粗分塔40气相冷凝物料返回至高压粗分塔40内，低压粗分塔30内分离出的气相物料经顶部管道送入水冷器100。

高压粗分塔40的底部循环管道上设置有蒸汽再沸器60，利用外部通入的高温蒸汽对高压粗分塔40内物料进行加热。

本实施例中，冷氢化急冷塔模块为两组，分别与低压粗分塔30底部回流管道通过换热器连接；低压粗分塔30底部对应每组冷氢化急冷塔模块分别设置回流管道和换热器。

如图1所示，第一冷氢化急冷塔模块包括第一急冷塔10、第一回流罐12和第一回流泵13；第二冷氢化急冷塔模块包括第二急冷塔20、第二回流罐22和第二回流泵23。

第一急冷塔10产生的热物料经顶部排料管道连接至低压粗分塔30底部回流管道的第一换热器14的热端进口，第一换热器14的热端出口通过物料管连接至第一回流罐12；第一回流罐12底部通过一回流管连接至急冷塔内，通过一料管连接至粗分塔原料罐90，顶部通过气相管连接至后续深冷器110；第一回流泵13设置于第一回流罐12 与第一急冷塔10之间的回流管上。

第二急冷塔20产生的热物料经顶部排料管道连接至低压粗分塔30底部回流管道的第二换热器24的热端进口，第二换热器24的热端出口通过物料管连接至第二回流罐22；第二回流罐22底部通过一回流管连接至急冷塔内，通过一料管连接至粗分塔原料罐90，顶部通过气相管连接至后续深冷器110；第二回流泵23设置于第二回流罐22 与第二急冷塔20之间的回流管上。

进一步地，第一、第二冷氢化急冷塔模块还包括第一废热锅炉11和第二废热锅炉21，废热锅炉位于急冷塔的热物料出口处，利用热物料余热将废热锅炉中热水加热并产生闪蒸蒸汽120，供蒸汽再沸器60使用，冷凝物料经回流罐返回至急冷塔内。

耦合再沸器50的热端进口通过管道连接至高压粗分塔40底部气相出口，热端出口通过管道与高压粗分塔回流罐70连接，所述高压粗分塔回流罐70通过回流管返回至高压粗分塔40内，该回流管上设置有提液泵80。

每组冷氢化急冷塔模块中的回流罐均通过料管连接至粗分塔原料罐90，将冷凝物料汇集于粗分塔原料罐90内，再分别送至低压粗分塔30和高压粗分塔40进行分离。

低压粗分塔30和高压粗分塔40均采用隔板塔。采用隔板塔可以提高塔的侧线采出和塔顶采出组分的物料纯度将氢化粗产品中的细硅粉和高聚物通过塔釜排渣管线排出，减少塔釜侧出的四氯化硅中不含硅粉和高聚物，延长粗分塔釜再沸器和氢化装置内的四氯化硅汽化等相关设备使用寿命。

该系统包含2套冷氢化模块并共用高低压耦合高低压粗分塔，将粗分塔采用隔板塔并且现在工艺中增加了热交换、耦合、闪蒸方式，对冷氢化装置的粗产品进行粗溜、回收，提高热量回收，降低运行能耗。2套急冷塔顶物料分别经过2套废热锅炉，利用急冷塔顶的热物料给废热锅炉中热水加热并闪蒸出2公斤蒸汽；经过废热锅炉回收过热量的物料进入低压粗分塔的2台热交换器，给低压粗分塔釜物料加热，低压粗分塔设置3台热交换器，其中2台是利用废热锅炉后物料通过低压塔釜热交换器给低压塔釜物料加热，另外一台低压塔釜热交换器则是利用高压塔顶的高温物料通过低压塔釜耦合再沸器给低压塔釜物料加热，采用该新系统不仅将蒸汽能耗降低，减少冷媒的输入。

具体过程如下：将急冷塔顶155℃气相物料先通入废热锅炉对热水进行升温，高温气相物料使热水汽化并产生2公斤蒸汽，产生的2公斤蒸汽供蒸汽再沸器使用；经废热锅炉热交换后，急冷塔顶的气相物料冷却至140℃后，进入低压粗分塔釜物料热交换器对低压塔釜内物料加热到100℃，被低压塔釜物料冷却至120℃的急冷塔物料进入氢气、四氯化硅换热器，给进入电热器前的氢气和四氯化硅预热，随后急冷塔后物料进入空冷器、循环水冷凝器进行逐级换热冷凝，物料最终全部冷凝至80℃，冷凝后的物料大部分进入回流罐，回流供急冷塔降温、除尘，降温、降尘效果未因回流物料温度的提升而变化。另一部分进入粗分塔进行分离、提纯，因粗分塔的进料温度提高，加热物料用的蒸汽也相应减少。该冷氢化提纯系统配有2个粗分塔即高、低压隔板塔，2 个塔采用耦合方式；上述80℃冷凝物料，一部分进入低压塔，一部分进入高压塔，高压塔釜配有蒸汽再沸器给高压塔釜物料加热，高压塔顶的高温物料进入低压塔釜耦合再沸器，给低压塔釜物料加热同时高压塔顶物料得到降温、冷凝，少量未被完全冷凝下来的物料继续使用循环水进行冷凝。

本实用新型提供了一种GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，包括冷氢化急冷塔模块、低压粗分塔(30)、高压粗分塔(40)；

所述冷氢化急冷塔模块的物料管线与所述低压粗分塔(30)底部回流管道通过换热器连接；

所述高压粗分塔(40)的顶部气相管道与低压粗分塔(30)的底部循环管道通过耦合再沸器(50)连接，经换热后的高压粗分塔(40)气相冷凝物料经管道返回至高压粗分塔(40)内。

2.根据权利要求1所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，所述冷氢化急冷塔模块为一组，分别与所述低压粗分塔(30)底部回流管道通过换热器连接；所述低压粗分塔(30)底部对应每组冷氢化急冷塔模块分别设置回流管道和换热器，或者所有冷氢化急冷塔模块共用一套低压粗分塔(30)底部回流管道和换热器。

3.根据权利要求1所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，所述冷氢化急冷塔模块经所述低压粗分塔(30)底部换热器换热后，冷凝物料通过料管连接至粗分塔原料罐(90)；所述粗分塔原料罐(90)通过料管分别连接至所述低压粗分塔(30)和所述高压粗分塔(40)，将收集的冷氢化急冷塔模块冷凝物料分别送入低压粗分塔(30)和高压粗分塔(40)进行分离。

4.根据权利要求3所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，每组冷氢化急冷塔模块包括急冷塔、回流罐和回流泵；所述急冷塔产生的热物料经顶部排料管道连接至所述低压粗分塔(30)底部回流管道换热器的热端进口，换热器的热端出口通过物料管连接至回流罐；所述回流罐底部分别通过一回流管连接至急冷塔内，通过另一料管连接至所述粗分塔原料罐(90)，顶部通过气相管连接至后续深冷器(110)。

5.根据权利要求4所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，每组冷氢化急冷塔模块中的回流罐均通过料管连接至粗分塔原料罐(90)，将冷凝物料汇集于粗分塔原料罐(90)内，再分别送至低压粗分塔(30)和高压粗分塔(40)进行分离。

6.根据权利要求2所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，每组冷氢化急冷塔模块还包括废热锅炉，所述废热锅炉位于急冷塔的热物料出口处，利用热物料余热将废热锅炉中热水加热并产生闪蒸蒸汽(120)。

7.根据权利要求6所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，所述高压粗分塔(40)的底部循环管道上设置有蒸汽再沸器(60)，所述蒸汽再沸器(60)与废热锅炉连接，将废热锅炉中产生的闪蒸蒸汽(120)送入蒸汽再沸器(60)。

8.根据权利要求4所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，所述耦合再沸器(50)的热端进口通过管道连接至高压粗分塔(40)底部气相出口，热端出口通过管道与高压粗分塔回流罐(70)连接，所述高压粗分塔回流罐(70)通过回流管返回至高压粗分塔(40)内。

9.根据权利要求1所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，所述低压粗分塔(30)和高压粗分塔(40)均采用隔板塔。

10.根据权利要求8所述的GCL法多晶硅生产中节能冷氢化产品提纯系统，其特征在于，所述回流罐与所述急冷塔之间的连接管道上，设有回流泵；所述高压粗分塔回流罐(70)与所述高压粗分塔(40)之间的回流管上设有提液泵(80)。

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