CN220283633U - 一种自然循环立式四氯化硅汽化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自然循环立式四氯化硅汽化系统，属于多晶硅生产技术领域。该系统包括四氯化硅汽化器和四氯化硅气液分离罐，所述四氯化硅汽化器的底部与氢气进料管线相连，四氯化硅汽化器的顶部通过四氯化硅汽化器出口管线与四氯化硅气液分离罐的中部相连，四氯化硅气液分离罐底部的输出端与四氯化硅汽化器的底部相连，四氯化硅气液分离罐的上部还与液相四氯化硅管线相连。本实用新型针对冷氢化工艺中存在的四氯化硅汽化温度高，釜式换热器震动严重的缺点，采用该方法及装置能够有效减少能耗，保证装置平稳运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，涉及一种自然循环立式四氯化硅汽化系统。
背景技术
在当今能源日趋紧张、环境压力日趋增大的情况下，可再生能源的开发利用受到各国政府重视，探寻一种无污染的绿色能源成为当务之急。与其他能源相比，太阳能具有清洁、安全、来源广泛以及资源充足等优势，因此，太阳能光伏发电是从根本上实现能源发展持续化的最佳途径之一。当前，多晶硅是生产太阳能光伏电池的主要原料，其市场占有率在90％左右。
国内外多晶硅生产主流技术路线为改良西门子法，该方法每生产1吨多晶硅需要消耗19～24吨三氯氢硅，同时副产15～20吨四氯化硅，四氯化硅遇潮湿空气反应生成硅酸和氯化氢，直接排放严重污染环境并损害人体健康。对于该副产物的回收，当前最为有效的方法是采用冷氢化技术将其转化成三氯氢硅，从而实现装置内部物料的闭路循环，优化工艺流程，达到污染物零排放效果。
四氯化硅汽化是冷氢化技术的重要组成部分，选择合理的四氯化硅汽化方式不仅可以有效的降低汽化温度、延长设备的使用寿命，而且对装置的连续运行具有重要意义。
传统的汽化方式主要包括电加热和导热油加热，由于冷氢化装置反应压力一般维持在2～3MPa，液态四氯化硅在此操作压力下完全汽化需要较高温度，采用电加热方式所需能耗较高。另外，原料四氯化硅中通常含有少量的金属氯化物等杂质，这些杂质易粘附于电加热器表面，造成汽化器传热效率下降。现有多晶硅企业大部分以导热油作为热源对四氯化硅进行加热，但导热油装置投资较大，且需要定期更换导热油，运行维护成本较高。同时导热油使用过程需要严格密封，一旦泄漏，将对整个冷氢化装置产生巨大污染，难以清除。
目前，较为优化的加热方式为将液相四氯化硅与氢气先混合再加热，由于该过程是在恒定压力下进行，因而，加入氢气可以降低四氯化硅分压，进而减小四氯化硅沸点温度，使得四氯化硅最终的汽化温度将由混合物中氢气量的大小来决定，从而显著降低生产能耗。专利CN107337211A公开了一种多晶硅冷氢化法中四氯化硅的汽化方法及汽化装置，在恒定压力下将液相四氯化硅和氢气分别加入釜式汽化器中进行混合，利用蒸汽加热四氯化硅使之完全气化。采用该汽化方法及装置能够较少的消耗电能，但两者在换热器中混合接触时导致大量液相四氯化硅瞬间汽化，造成该装置震动严重，不利于反应的稳定操作。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种自然循环立式四氯化硅汽化系统，针对冷氢化工艺中存在的四氯化硅汽化温度高，釜式换热器震动严重的缺点，采用该方法及装置能够有效减少能耗，保证装置平稳运行。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种自然循环立式四氯化硅汽化系统，该系统包括四氯化硅汽化器和四氯化硅气液分离罐，所述四氯化硅汽化器的底部与氢气进料管线相连，四氯化硅汽化器的顶部通过四氯化硅汽化器出口管线与四氯化硅气液分离罐的中部相连，四氯化硅气液分离罐底部的输出端与四氯化硅汽化器的底部相连，四氯化硅气液分离罐的上部还与液相四氯化硅管线相连。
本实用新型技术方案中：液相四氯化硅管线与四氯化硅气液分离罐相连的位置高于四氯化硅汽化器出口管线与四氯化硅气液分离罐相连的位置。
本实用新型技术方案中：氢气进料管线与氢气分布器相连。
本实用新型技术方案中：氢气分布器位于四氯化硅汽化器底部封头至下端管板处。
本实用新型技术方案中：分布器中的分布管均匀排列并向上开出300～400个出气孔。
具体的工作过程为：原料四氯化硅预热后输送至四氯化硅气液分离罐，大量四氯化硅循环液在推动力密度差的作用下进入四氯化硅汽化器，同时，预热后的氢气经氢气分布器进入该汽化器，采用蒸汽作为热源，最终四氯化硅与氢气以气液两相的形式从汽化器顶部采出，并输送至四氯化硅气液分离罐，在罐中实现气液两相分离，气相从罐顶采用输送至下游设备进行反应，液相循环进入汽化器中进行加热汽化。
本实用新型的有益效果：
(1)在汽化器底部设置氢气分布器，实现四氯化硅和氢气在汽化器中均匀混合；
(2)采用氢气在四氯化硅液相中混合汽化的方式降低四氯化硅汽化温度；
(3)采用1.0MPag饱和蒸汽作为热源，显著降低能耗，简化工艺流程；
(4)本系统安全性高，设备投资较低；
(5)氢气分布器上均匀分布小孔控制氢气流速，以避免大量氢气进入汽化器产生设备剧烈震动。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种自然循环立式四氯化硅汽化系统工艺流程图。
其中，1-液相四氯化硅管线；2-四氯化硅汽化器入口管线；3-氢气进料管线；4-四氯化硅汽化器出口管线；5-四氯化硅气相出口管线；6-四氯化硅汽化器；7-四氯化硅气液分离罐。
图2是氢气分布器结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
如图1.一种自然循环立式四氯化硅汽化系统，该系统包括四氯化硅汽化器6和四氯化硅气液分离罐7，所述四氯化硅汽化器6的底部与氢气进料管线3相连，四氯化硅汽化器6的顶部通过四氯化硅汽化器出口管线4与四氯化硅气液分离罐7的中部相连，四氯化硅气液分离罐7底部的输出端与四氯化硅汽化器6的底部相连，四氯化硅气液分离罐7的上部还与液相四氯化硅管线1相连。
液相四氯化硅管线1与四氯化硅气液分离罐7相连的位置高于四氯化硅汽化器出口管线4与四氯化硅气液分离罐7相连的位置。氢气进料管线3与氢气分布器相连。氢气分布器位于四氯化硅汽化器6底部封头至下端管板处。分布器中的分布管均匀排列并向上开出300～400个出气孔。
具体的工作过程为：原料四氯化硅经预热后以液相形式输送至四氯化硅气液分离罐7，分离罐中的四氯化硅液体由底部经管线2进入四氯化硅汽化器6底部封头，同时，原料氢气经管线3输送至四氯化硅汽化器6内，氢气分布器位于汽化器底部封头至下端管板处，分布器中的分布管均匀排列并向上开出302个Φ15的出气孔，从而使氢气在四氯化硅液相中均匀鼓泡射出，增强汽化器汽化效果。采用蒸汽作为热源，在汽化器6中对四氯化硅与氢气的混合物进行加热，加热后的混合物从汽化器6管程顶部回到四氯化硅气液分离罐7中，在分离罐7中实现气液两相分离，四氯化硅和氢气混合气从分离罐7顶部经管线5输送至反应器进行反应。
本装置的优势在于可以根据氢气使用量灵活调节四氯化硅的汽化温度，在系统恒定压力下，氢气的加入可以降低气相中四氯化硅的分压，从而降低其汽化温度。各多晶硅生产单位可以根据本企业蒸汽等级，采用适当氢气用量，灵活调节四氯化硅汽化温度。此外，为了进一步减低该汽化器震动问题，可以通过改变氢气分布器中孔道数量来调节氢气流速，避免气液两相接触时因大量四氯化硅瞬间汽化而引起的震动现象，使冷氢化装置一直处于稳定操作状态。
Claims (5)
1.一种自然循环立式四氯化硅汽化系统，其特征在于：该系统包括四氯化硅汽化器(6)和四氯化硅气液分离罐(7)，所述四氯化硅汽化器(6)的底部与氢气进料管线(3)相连，四氯化硅汽化器(6)的顶部通过四氯化硅汽化器出口管线(4)与四氯化硅气液分离罐(7)的中部相连，四氯化硅气液分离罐(7)底部的输出端与四氯化硅汽化器(6)的底部相连，四氯化硅气液分离罐(7)的上部还与液相四氯化硅管线(1)相连。
2.根据权利要求1所述的自然循环立式四氯化硅汽化系统，其特征在于：液相四氯化硅管线(1)与四氯化硅气液分离罐(7)相连的位置高于四氯化硅汽化器出口管线(4)与四氯化硅气液分离罐(7)相连的位置。
3.根据权利要求1所述的自然循环立式四氯化硅汽化系统，其特征在于：氢气进料管线(3)与氢气分布器相连。
4.根据权利要求3所述的自然循环立式四氯化硅汽化系统，其特征在于：氢气分布器位于四氯化硅汽化器(6)底部封头至下端管板处。
5.根据权利要求3所述的自然循环立式四氯化硅汽化系统，其特征在于：分布器中的分布管均匀排列并向上开出300～400个出气孔。
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