[發(fā)明專利]改進(jìn)的多晶硅制備中尾氣回收冷凝系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110254592.6
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102417183A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張高博;黃小亮;陳繼;莊恒亞
• 申請（專利權(quán)）人: 上海優(yōu)華系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司;廣州市優(yōu)華過程技術(shù)有限公司
• 主分類號: C01B33/107
• 分類號: C01B33/107;C01B3/50;C01B33/03
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11254
• 代理人: 劉伍堂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多晶硅尾氣回收技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種改進(jìn)的多晶硅制備中冷氫化尾氣回收冷凝系統(tǒng)。

背景技術(shù)

改良西門子法多晶硅生產(chǎn)中冷氫化裝置尾氣壓力較高，分離氯硅烷氣體、氫氣和氯化氫的方法為低溫冷凝。氣態(tài)混合物的分離是復(fù)雜的、耗能量大的，從某種程度上決定了多晶硅的成本和該工藝的競爭力。傳統(tǒng)的分離過程雖然利用了能量梯級利用的原理對冷氫化裝置的尾氣進(jìn)行梯級冷凝，但是沒有完全匹配好裝置內(nèi)的冷劑，仍然需要消耗大量昂貴的零下低溫冷量。該尾氣回收冷凝系統(tǒng)如下：

冷氫化裝置出來的尾氣的成份主要包括氫氣、氯硅烷、氯化氫，該尾氣溫度40～50℃、壓力1.5～2Mpa進(jìn)入乙二醇冷凝器E2與-20℃的乙二醇冷劑進(jìn)行一級換熱降溫至-8～-12℃后氣液分離；-8～-12℃的尾氣氣相再進(jìn)入氫氣冷凝器E3與來自后續(xù)經(jīng)R22冷凝器E4換熱后出來的-35～-40℃的尾氣氣相進(jìn)行二級換熱后，降溫至-20～-25℃氣液分離；二級換熱后-20～-25℃的尾氣氣相再進(jìn)入R22冷凝器E4與-45℃的R22進(jìn)行三級換熱至-35～-45℃氣液分離，其分離后的氣相主要為-35～-45℃的H₂，該-35～-45℃的氣相進(jìn)入氫氣冷凝器的管程進(jìn)口作為換熱時(shí)的冷源，而經(jīng)乙二醇冷凝器E2、氫氣冷凝器E3、R22冷凝器換熱后冷凝下來的尾氣液相均送至液相緩沖罐D(zhuǎn)。

上述尾氣回收冷凝系統(tǒng)中通過三級換熱最終冷卻到-35~-40℃的目的是把氯硅烷冷凝成液體，使氯硅烷和氫氣、氯化氫分離。由于冷氫化裝置出來的尾氣壓力較高，為1.5～2MPa左右，在該壓力下，氯硅烷的冷凝溫度小于-30℃，所以需要將尾氣的溫度降到-30℃以下才能把氯硅烷完全冷凝成液體。上述冷凝流程合理的利用最后一級冷凝器的低溫氣體的冷量冷卻前一級冷凝器中的尾氣，節(jié)約了R22的用量，但是，40～50℃的尾氣中含有較多的氯硅烷，直接進(jìn)入乙二醇冷凝器冷凝降溫到-10℃左右再氣液分離，必然會導(dǎo)致乙二醇冷劑的用量很大，能量利用不合理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，對冷源進(jìn)行梯級利用，即利用不同品味的冷量梯級冷凝尾氣的方式減少低溫制冷冷量的消耗，從而達(dá)到了節(jié)約能源的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的多晶硅制備中尾氣回收冷凝系統(tǒng)，采用冷氫化尾氣回收冷凝裝置對冷氫化裝置來的尾氣進(jìn)行冷凝分離，所述的冷氫化尾氣回收冷凝裝置包括乙二醇冷凝器、氫氣冷凝器、R22冷凝器、冷凍水冷凝器、液相緩沖罐，其特征在于冷氫化尾氣回收冷凝裝置采用改進(jìn)的冷氫化尾氣回收冷凝裝置對冷氫化裝置來的尾氣進(jìn)行如下工藝的冷凝分離：采用7℃冷凍水與冷氫化裝置來的40～50℃的尾氣進(jìn)行預(yù)換熱，使尾氣預(yù)冷卻至15～20℃后氣液分離，預(yù)換熱氣液分離后的15～20℃的尾氣氣相再采用-20℃的乙二醇冷劑進(jìn)行一級換熱使尾氣冷卻至-10～-15℃后再次氣液分離，一級換熱氣液分離后的-10～-15℃的尾氣氣相再與后續(xù)的采用-45℃的R22冷劑三級換熱后出來的-35～-40℃的尾氣氣相進(jìn)行二級換熱，使尾氣進(jìn)一步冷卻至-20～-25℃氣液分離，二級換熱氣液分離后的-20～-25℃的尾氣氣相再采用-45℃的R22冷劑進(jìn)行三級換熱降溫至-35～-40℃氣液分離，三級換熱氣液分離后分離出來的-35～-40℃的尾氣氣相作為二級換熱時(shí)所使用的冷源；而上述的預(yù)換熱至三級換熱的四個(gè)工序所冷凝下來的尾氣液相則進(jìn)入液相緩沖罐中。

所述的改進(jìn)的冷氫化尾氣回收冷凝裝置為，冷凍水冷凝器的殼程的氣相出口依次連接乙二醇冷凝器的殼程進(jìn)口、氫氣冷凝器的殼程進(jìn)口、R22冷凝器的殼程進(jìn)口，R22冷凝器的殼程的氣相出口連接氫氣冷凝器的管程進(jìn)口，冷凍水冷凝器的殼程的液相出口、乙二醇冷凝器的殼程的液相出口、氫氣冷凝器的殼程的液相出口和R22冷凝器的殼程的液相出口并聯(lián)后再連接液相緩沖罐的進(jìn)口，冷凍水冷凝器的管程進(jìn)出口分別連接7℃冷凍水的出水口與7℃冷凍水的進(jìn)水口。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，在乙二醇冷劑進(jìn)行一級換熱前，先利用廠內(nèi)已有的低品位的7℃冷凍水，將40～50℃的尾氣預(yù)冷卻至15～20℃左右，再采用乙二醇冷劑進(jìn)行一級換熱，這樣一級換熱中所使用的乙二醇冷劑的用量將可以減少60%左右，雖然需要新增7℃冷凍水的用量約為原乙二醇冷劑使用量的大約0.5倍，但零下低溫冷源的制取成本要大大高于零上低溫冷源，長期使用，會大大節(jié)約生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為原有的冷氫化尾氣回收冷凝裝置的連接示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的冷氫化尾氣回收冷凝裝置的連接示意圖。