CN218296862U - 一种低温再沸器冷量回收系统 - Google Patents

Abstract

一种低温再沸器冷量回收系统，包括塔设备、再沸器、容器和换热器。其特征在于：塔设备与再沸器通过第一介质通路连接，再沸器、容器和换热器通过第二介质通路连接，换热器与外界通过外部介质接口连接。各设备间按照一定的位置关系进行排列。本实用新型能够将物料与外部介质隔离，在使冷量得到充分回收的基础上，与外界实现封闭式自循环能量交换，减少能耗、提高运行安全性。

Description

一种低温再沸器冷量回收系统

技术领域

本实用新型属于化工能源回收领域，尤其涉及硅烷提纯塔、汽化塔的冷量回收装置及其组件。

背景技术

能量回收装置是实现化工领域节能减排的重要设备。多晶硅在以往的生产中需要消耗大量的能源和资源，要提高多晶硅生产中的节能效果，就必须对生产过程、生产技术进行改进。

硅烷是硅元素与氢元素形成的一系列化合物的总称，主要有：甲硅烷—SiH₄、乙硅烷—Si₂H₆、丙硅烷—Si₃H₈和丁硅烷—Si₄H₁₀。

目前人们实际研究应用的是甲硅烷—SiH₄(以下简称“硅烷”)。硅烷为一种无色无味的气体。硅烷分子由一个硅原子和四个氢原子组成。四个氢原子围绕着硅原子，由共价键结合。硅烷分子具有正四面体结构，四个氢原子配置在四面体的四个角上，硅原子位于四面体中心。

硅烷在现代高科技中被广泛应用并且越来越重要。这既与硅烷的特性息息相关，也与现代高科技的特殊需求密不可分。通过热分解或与其它气体的化学反应，可由硅烷制得单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属硅化物、氮化硅、碳化硅、氧化硅等一系列含硅物质。作为原料的硅烷，在生产工艺中可以实现最高的纯度、最精细(可达原子尺寸)的控制和最灵活多变的化学反应，从而按不同需要制成复杂精细的各种含硅材料。该含硅材料是制备特异功能元器件的基础性材料。

目前，硅烷的市场需求量越来越大，纯度要求越来越高。常用的硅烷提纯方法有很多，例如液化冷冻法、低温精馏法、吸附法、膜分离法等，最普遍的是低温精馏法。该法利用一定温度及压力下硅烷与杂质组分相对挥发度的差异，通过精馏工艺，把硅烷中的轻重组分分离去除。当下，低温精馏工艺中的冷量来源于R系列制冷剂，比如R12、R22、R23、R134。常规的低温精馏工艺一般直接使用制冷剂进行热量交换，会有一部分冷量损失，且硅烷极易泄漏到外界环境中。

专利CN204963317U公开了一种硅烷提纯塔塔顶冷冻和再沸器加热设备。该技术方案中再沸器、低温冷冻系统和增压泵通过管路连接，以实现能源的循环利用。但该技术方案存在冷量流向不平衡，实施难度大的问题。同时，该技术方案也难以防止硅烷的直接泄漏，稳定控制性较差。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种能源利用率高、安全可靠的低温再沸器冷量回收系统,以解决冷量回收和防止原料直接泄漏的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：

一种低温再沸器冷量回收系统。

所述系统包括塔设备、再沸器、容器和换热器。其特征在于：塔设备与再沸器通过第一介质通路连接，再沸器实现对物料的加热；再沸器与容器和换热器通过第二介质通路连接，换热器与外界通过外部介质接口连接，各设备间按照一定的位置关系进行组合与排列。第①介质作为中间媒介，能够实现封闭式自循环能量交换。

进一步，再沸器选用管壳式再沸器，包括管程和壳程。管程与塔设备通过第一介质通路连接，管程内介质主要为塔设备中的物料；壳程与容器和换热器通过第二介质通路连接，壳程内为第①介质。

更进一步，再沸器上管板位置不低于塔设备最低液位高度的3/4，以保证有效的蒸发空间。

更进一步，容器罐体中部不能超过再沸器的下管板位置。此外，优选钢制金属容器，其材质一般更优选304、304L、316、316L、低温碳钢等。

更进一步，换热器上管板不低于容器最低液位高度的3/4。

更进一步，介质①可选用的冷媒包括氢氟烃系列产品，如R11、R12、R13、R14、R22、R23、R32、R134R50、R123、R124、R125、R134a、R141b、R142b、R143、R152a、R402a、R402b、R404a、R406a、R407c、R408a、R409a、R410a、R502、R507、R508a、R508b等，以及、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、正丁烷、异丁烷、氨、氯乙烷、四氯化碳、汽油、三氯烷烃等。优选氢氟烃产品。

再进一步，介质②可选用冷冻水、氨、乙二醇水溶液等，优选乙二醇溶液。

本实用新型还提供了专用于硅烷提纯塔或汽化塔的冷量回收技术方案，即该系统中的塔设备为提纯塔或汽化塔，塔中物料为硅烷。再沸器用于对硅烷提纯塔或汽化塔底部进行加热，实现介质①与硅烷间的能量交换。

通过上述系统，能够顺利将塔设备的冷量传递到介质②中，实现了冷量的回收利用。

本实用新型的系统装置由于能够实现封闭式自循环能量交换，具有以下优点：

1.设置再沸器、容器和换热器组件，将冷凝与蒸发相结合，使冷量得到充分回收。

2.设置中间介质，将物料与外部介质隔离，提高运行安全性。

3.合理设置各个设备之间的位置关系，使得第①介质能在各设备间无动力自循环，减少能量消耗。

附图说明

图1为本实用新型的实施例结构示意图；

图中标记说明：1、塔设备；2、再沸器；3、容器；4、换热器。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型一种低温再沸器冷量回收系统做进一步详细的描述。

冷量回收系统包括塔设备、再沸器、容器、换热器。

塔设备是实现气相和液相或液相和液相间传质的设备。在塔设备中完成的单元过程包括但不限于精馏、吸附、解吸、萃取等。这些过程是在一定温度、压力、流量等工艺条件下，在塔设备中完成的。本实用新型中的塔设备可以选择所有传质类型的塔，包括但不限于板式塔、填料塔等。

再沸器(又称“重沸器”)是使液相再次气化的设备，通常设置在塔设备的底部。再沸器是一种能够交换热量，同时又有气化空间的特殊换热器，即通过再沸器给塔设备中的液相物料加热，使其一部分气化，成为气液两相，为塔设备中物料的传质和传热提供能量。本实用新型可以选择所有类型的再沸器，优选采用管壳式再沸器。管壳式再沸器具体包括但不限于釜式、热虹吸式、强制循环式和内置式等。

容器是用于存储物料，实现气液分离、液液分离和缓冲的设备。可以选用的材质包括：聚乙烯、聚丙烯、玻璃钢、陶瓷、橡胶、不锈钢等。本实用新型中的容器用于存储换热介质①，并具有分液体功能，可以选用所有类型的容器，优选采用钢制金属容器，包括低温碳钢、304钢等。

换热器是实现热量传递的设备，在化工领域受到广泛运用。根据换热方式，换热器包括间壁式换热器、直接接触式换热器和蓄热式换热器。本实用新型为了防止物料泄露，主要采用间壁式换热器。间壁式换热器中冷热两种流体被固体隔开，不能直接接触，热流体的热量通过固体壁传递给冷流体。间壁式换热器包括但不限于列管换热器、套管换热器、板式换热器等。

如图1所示，本实用新型第一实施例的冷量回收系统组件包括塔设备1、再沸器2、容器3和换热器4。塔设备1与再沸器2的管程之间通过至少两个第一管道进行连接，第一管道、塔设备1、再沸器2的管程组成循环，形成第一介质通路，在本实施例中，塔设备1是硅烷提纯塔，再沸器2管程以及第一介质通路中流通的介质为硅烷提纯塔中的硅烷。

再沸器2的壳程与容器3、换热器4的管程之间通过至少四个第二管道进行连接，第二管道、再沸器2的壳程、容器3、换热器4的管程组成循环，形成第二介质通路，在本实施例中，第二介质通路内含有制冷剂①，制冷剂①选用R11。

换热器4的壳程设置有外部介质接口，外部制冷介质②能够通过该通路与换热器4的壳程形成换热循环，在本实施例中，制冷剂②选用乙二醇溶液。

再沸器2设置于塔设备1与容器3之间，第一介质通路与第二介质通路分别连接至再沸器2的管程与壳程，并通过管程与壳程的隔离结构进行隔离，因此，第一介质通路与第二介质通路之间不存在物质的交换，只存在热量的交换。

外部介质接口与换热器4的壳程相连，第二介质通路连接至换热器4的管程，利用换热器4管程与壳程的隔离，第二介质通路与外部介质接口相互隔离，不存在物质的交换，只存在热量的交换。

通过设置相互隔离的再沸器2、换热器4的管程、壳程，使得第一、第二介质通路以及外部介质接口两两之间相互隔离，能够有效地利用各个循环过程中产生的热量，提高整个系统的热量利用效率。

如图1所示，本实用新型第二实施例的冷量回收系统组件包括塔设备1、再沸器2、容器3和换热器4。塔设备1与再沸器2的管程之间通过至少两个第一管道进行连接，第一管道、塔设备1、再沸器2的管程组成循环，形成第一介质通路，在本实施例中，塔设备1是硅烷提纯塔，再沸器2管程以及第一介质通路中流通的介质为硅烷提纯塔中的硅烷。

再沸器2的壳程与容器3、换热器4的壳程之间通过至少四个第二管道进行连接，第二管道、再沸器2的壳程、容器3、换热器4的壳程组成循环，形成第二介质通路，在本实施例中，第二介质通路内含有制冷剂①，制冷剂①选用R11。

换热器4的管程设置有外部介质接口，外部制冷介质②能够通过该通路与换热器4的管程形成换热循环，在本实施例中，制冷剂②选用乙二醇溶液。

再沸器2设置于塔设备1与容器3之间，第一介质通路与第二介质通路分别连接至再沸器2的管程与壳程，并通过管程与壳程的隔离结构进行隔离，因此，第一介质通路与第二介质通路之间不存在物质的交换，只存在热量的交换。

外部介质接口与换热器4的管程相连，第二介质通路连接至换热器4的壳程，利用换热器4管程与壳程的隔离，第二介质通路与外部介质接口相互隔离，不存在物质的交换，只存在热量的交换。

通过设置相互隔离的再沸器2、换热器4的管程、壳程，使得第一、第二介质通路以及外部介质接口两两之间相互隔离，能够有效地利用各个循环过程中产生的热量，提高整个系统的热量利用效率。

再沸器2用于对硅烷提纯塔底部进行加热，再沸器2的上管板位置略高于提纯塔1最低液位高度的3/4，通过这样的设置，能够保证有效的蒸发空间；容器3罐体中部略低于再沸器2的下管板位置，通过这样的设置，能够使得制冷剂①在再沸器2和容器3间形成自循环；换热器4的上管板略高于容器3最低液位高度的3/4，通过这样的设置，能够使得制冷剂①在容器3和换热器4间形成自循环。

如图1所示，本实用新型第三实施例的冷量回收系统组件包括塔设备1、通过第一介质通路与塔设备相连接的再沸器2、通过第二介质通路与再沸器相连接的容器3和换热器4，换热器4与外部环境通过外部介质接口连接。塔设备1是硅烷汽化塔。再沸器2管程内介质为硅烷汽化塔中的硅烷，壳程内为制冷剂①；换热器4管程内介质为制冷剂①，壳程内介质为制冷剂②。制冷剂①选用乙烯，制冷剂②选用冷冻水。容器的材质选用304钢。

再沸器2用于对硅烷汽化塔底部进行加热，再沸器2的上管板位置位于汽化塔1最低液位高度的4/5处；容器3罐体中部较低于再沸器2的下管板位置；换热器4的上管板位于容器3最低液位高度的5/6处。

如图1所示，本实用新型第三实施例的冷量回收系统组件包括塔设备1、通过第一介质通路与塔设备相连接的再沸器2、通过第二介质通路与再沸器相连接的容器3和换热器4，换热器4与外部环境通过外部介质接口连接。塔设备1是硅烷汽化塔。再沸器2管程内介质为硅烷汽化塔中的硅烷，壳程内为制冷剂①；换热器4管程内介质为制冷剂①，壳程内介质为制冷剂②。制冷剂①选用R32，制冷剂②选用氨。容器的材质选用316L钢。

再沸器2用于对硅烷汽化塔底部进行加热，再沸器2的上管板位置位于汽化塔1最低液位高度的5/6处；容器3罐体中部较低于再沸器2的下管板位置；换热器4的上管板位于容器3最低液位高度的4/5处。

综上所述，本实用新型一种低温再沸器冷量回收系统通过在再沸器与换热器间设置容器，并合理安排各个组件之间的位置关系、选择特定的制冷介质和设备材料，从而实现冷量的高效回收以及对塔设备中物料泄漏的安全控制。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种低温再沸器冷量回收系统，包括塔设备(1)、再沸器(2)、容器(3)和换热器(4)，其特征在于：

塔设备(1)、再沸器(2)通过第一管道连接，在所述塔设备(1)与再沸器(2)之间建立第一介质通路；

再沸器(2)、容器(3)和换热器(4)之间通过第二管道连接，在所述再沸器(2)、容器(3)和换热器(4)之间建立第二介质通路；

所述再沸器(2)设置在所述塔设备(1)与所述容器(3)之间；

所述第一介质通路与所述第二介质通路相互隔离；

所述换热器(4)设置有外部介质接口，所述外部介质接口与所述第一介质通路、第二介质通路之间相互隔离。

2.根据权利要求1所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，再沸器(2)上管板位置不低于塔设备(1)最低液位高度的3/4。

3.根据权利要求1所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，容器(3)罐体中部不超过再沸器(2)的下管板位置。

4.根据权利要求1所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，换热器(4)上管板不低于容器(3)最低液位高度的3/4。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，塔设备(1)为硅烷提纯塔或汽化塔。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，再沸器(2)为管壳式再沸器，包括管程和壳程，管程与塔设备(1)通过第一介质通路相连；壳程与容器(3)和换热器(4)通过第二介质通路连接。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，容器(3)为钢制金属容器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的低温再沸器冷量回收系统，其特征在于，换热器(4)为间壁式换热器。

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