[發明專利]一種多相換熱系統及方法

在審

• 申請號: 202010574065.2
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111623659A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 何鵬;冉祎;周昶利;王琴
• 申請（專利權）人: 四川永祥多晶硅有限公司
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00;B01D53/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張東梅

本發明公開了一種多相換熱系統及方法，系統包括：洗滌塔，第一換熱器，蒸汽換熱器，第二換熱器；運行時，先將氫氣和常溫的四氯化硅混合后與洗滌塔頂氣進行換熱，再將混合后的氫氣和四氯化硅氣化并與反應器的出口氣體進行換熱。該系統利用氫氣和四氯化硅混合后在洗滌塔頂氣作為熱源的情況下可以部分氣化的原理，且混合能夠產生相變汽化焓，相同的溫度上升區間可以吸收大得多的熱量；常溫的四氯化硅為液態，而液體的傳熱系數遠高于氣體，且混合相傳熱系數大于單一液相傳熱系數；并能夠利用氫氣來推動四氯化硅的流速，加強了擾動提高了熱對流的作用。較現有技術中分別對氫氣和四氯化硅進行加熱再混合的方式，提高了換熱效果和能源利用率。

技術領域

本發明涉及多晶硅生產技術領域，更具體地說，涉及一種多相換熱系統及方法。

背景技術

在多晶硅的生產工藝中，從反應器出來的氣體需要進行液相洗滌，以除去少量的硅粉和金屬雜質，反應器出口氣體溫度約為550℃。就大量的低溫熱源而言，單純使用冷卻水和制冷劑進行冷卻分離需要消耗巨大的能量，同時如何對洗滌后的氣體進行再利用亦成為困難。

對反應器出口氣體進行降溫的方式主要有兩種：一種是工藝換熱，即與界區內的物料進行熱交換；另一種是工質換熱，即利用溴化鋰機組或有機介質循環壓縮，以達到將該部分熱能轉變為0-10℃的冷源使用。其中，工質換熱存在利用率低、冷卻水消耗大、投資大的問題，且投資收益回報周期長。

就現有技術而言，最先進的界區內工藝換熱系統工作如下：反應器的出口氣體先與分別流經蒸汽換熱器的四氯化硅和氫氣的混合氣體進行換熱，而后進入洗滌塔,然后洗滌塔頂氣和常溫四氯化硅換熱，再和氫氣進行換熱，此時溫度下降至120-130℃，氣體重量下降至70-90t/h，最后用循環水冷卻至40℃。但是，氫氣的換熱系數較低，上述換熱系統會消耗較大的投資和能量，冷卻效率較低。請參見圖2。

因此，如何提高反應器出口氣體的冷卻效率，是現階段該領域亟待解決的難題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種多相換熱系統，該多相換熱系統能夠提高反應器出口氣體的冷卻效率，解決了現階段該領域的難題。本發明還提供了一種多相換熱方法，該方法應用于上述的多相換熱系統，因此，能夠提高反應器出口氣體的冷卻效率。

一種多相換熱系統，包括：

洗滌塔，所述洗滌塔用于去除反應器的出口氣體中的雜質，并得到洗滌塔頂氣；

第一換熱器，所述第一換熱器與所述洗滌塔相連通，用于使混合后的常溫的氫氣和常溫的四氯化硅與所述洗滌塔頂氣進行換熱；

蒸汽換熱器，所述蒸汽換熱器與所述第一換熱器相連通，用于加熱所述第一換熱器流出的所述氫氣和所述四氯化硅，以使所述氫氣和所述四氯化硅氣化；

第二換熱器，所述第二換熱器的一端與所述蒸汽換熱器相連通，另一端與所述反應器的出口相連通，用于使氣化后的所述氫氣和所述四氯化硅與所述出口氣體進行換熱，以使所述出口氣體完成第一次降溫；

且所述第二換熱器與所述洗滌塔相連通，用于對完成第一次降溫的所述出口氣體進行洗滌，并得到所述洗滌塔頂氣；所述洗滌塔頂氣在所述第一換熱器與混合后的常溫的氫氣和常溫的四氯化硅完成第二次降溫。

優選的，所述的多相換熱系統，還包括：

常溫四氯化硅換熱器，所述常溫四氯化硅換熱器與所述第一換熱器相連通，用于對完成第二次降溫后的所述出口氣體進行第三次降溫；

循環水換熱器，所述循環水換熱器的入口與所述常溫四氯化硅換熱器相連通，用于將完成第三次降溫后的所述出口氣體降溫至40℃。

優選的，所述的多相換熱系統，還包括：