多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备以及多晶硅生产系统的制作方法

本发明属于多晶硅生产，具体涉及一种多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备以及多晶硅生产系统。

背景技术：

1、目前，国内多晶硅的生产工艺主要采用改良西门子法，该方法中三氯氢硅在钟罩反应器内发生的还原反应往往不完全，会向下游工段排出大量未完全反应的产物。为实现各物料的有效利用，达到闭环生产，反应后各物料会经过下游分离提纯工段循环利用。

2、其中，氯化氢采用吸收解吸的方法进行分离，氯化氢的吸收剂一般采用冷的氯硅烷液体，之后再从氯硅烷中解吸氯化氢。传统的解吸过程一般在解吸塔内结合再沸器采用加热方式进行，而在此过程中普遍存在解吸塔设备大以及热量利用不合理等问题。除此之外，还存在诸如氯化氢解吸效率低、解吸工序复杂以及设备高温腐蚀等问题。

3、市面上现有的解吸设备中，虽然通过改进解吸塔的内部结构等方式起到了一定的改善效果，然而仍未避免解吸塔本身存在的问题，即设备体积大且其中热能综合利用效率仍然不理想的情况。综上，现有技术仍不能有效解决多晶硅还原尾气氯化氢解吸过程存在的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，该设备布局合理、结构简单且热量利用率高，还提供一种多晶硅生产系统。

2、本发明提供一种多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，包括微波再沸器、超声气液分离器、冷凝器、换热器和泵，所述超声气液分离器的外壁上设有夹套，夹套为中空结构，所述微波再沸器用于对待解吸的含有氯化氢的氯硅烷冷富液进行微波加热以形成氯化氢和氯硅烷的气液混合物，微波再沸器的出口连通超声气液分离器的入口，超声气液分离器用于对所述气液混合物进行超声分离，超声气液分离器的出气口连通冷凝器，超声气液分离器的出液口连通换热器，经超声分离后得到的热氯化氢气体和氯硅烷热贫液分别通入冷凝器和换热器；

3、所述泵的出口通过管道依次串接冷凝器、换热器和夹套后连接微波再沸器的入口，其中，多晶硅还原尾气中的含有氯化氢的氯硅烷，即初级冷富液由泵驱动流动，在冷凝器中通过对冷凝器中的热氯化氢气体冷凝后得到一级冷富液；一级冷富液进入换热器中与换热器中的氯硅烷热贫液换热后得到二级冷富液；二级冷富液进入夹套中与超声气液分离器中的所述气液混合物换热后得到三级冷富液；所述三级冷富液作为待解吸的含有氯化氢的氯硅烷冷富液通入到微波再沸器中。

4、优选的，所述微波再沸器包括壳体和微波馈入探头，所述微波再沸器的入口设置在壳体的上部，微波再沸器的出口设置在壳体的底部，所述微波馈入探头布置在壳体的外表面上，用于对壳体内部馈入微波。

5、优选的，所述微波再沸器还包括导流器，导流器设置在壳体的内部，位于微波再沸器的入口下方，所述导流器与外部驱动设备连接，在外部驱动设备的驱动下回转，导流器上设有多条螺旋排布的导流槽，用于对进入微波再沸器的待解吸的含有氯化氢的氯硅烷冷富液进行导流。

6、优选的，所述壳体的下部呈内壁逐渐收窄的圆锥状结构，所述导流器的导流槽底端衔接壳体的圆锥状结构顶端。

7、优选的，所述超声气液分离器包括外壳和超声波振子，所述超声气液分离器的入口、出气口和出液口从上至下依次设置在外壳上，所述超声波振子安装在外壳的外表面上，且位于超声气液分离器的入口和出气口之间，用于对外壳内馈入超声振动。

8、优选的，所述超声气液分离器还包括第一填料，所述第一填料填充在与超声波振子位置对应的外壳的内部，位于超声气液分离器的入口和出气口之间，用于在氯化氢和氯硅烷的气液混合物流经第一填料时增大其分散度。

9、优选的，所述超声气液分离器还包括液体分布器，所述液体分布器设置在外壳的内部，其顶部与超声气液分离器的入口连通，其底部拆分为多根支管，各支管上均设有多个出液孔，用于连通液体分布器内部和外壳内部，将从超声气液分离器的入口获取的氯化氢和氯硅烷的气液混合物喷出至外壳内部。

10、优选的，所述液体分布器和外壳之间存在间隙，所述超声气液分离器还包括第二填料，所述第二填料填充于外壳和液体分布器之间，且位于出气口的下方以及各个出液孔的上方，用于滤除经过气液分离后的热氯化氢气体中的氯硅烷。

11、优选的，所述出液孔朝向外壳的内壁。

12、优选的，所述外壳的内壁上设有截面呈锯齿状的褶皱。

13、本发明还提供一种多晶硅生产系统，包括钟罩反应器和吸收塔，还包括上述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，所述钟罩反应器、吸收塔和多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备依次连接，所述吸收塔通过氯硅烷液体对钟罩反应器排出的氯化氢气体吸收分离，得到多晶硅还原尾气中待解吸的含有氯化氢的氯硅烷冷富液，所述多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备对吸收塔排出的待解吸的含有氯化氢的氯硅烷冷富液进行解吸处理。

14、本发明公开的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，采用微波再沸器和超声气液分离器代替传统的解吸塔设备，因此设备整体更加小型化、结构简单化，且正是由于结构更加简单，所以拆卸维护时更加方便快捷。

15、通过微波加热能够使待解吸冷富液快速加热到指定温度，避免温度过高导致的设备高温腐蚀情况。超声气液分离器利用超声使溶解于液体中的微气泡运动加剧，同时超声带来的热效应还可减小气体在液体中的溶解度，提高气液分离效率。

16、而泵依次串通各个装置，首先将初级冷富液与冷凝器中的热氯化氢气体换热，得到升温后的一级冷富液，在此过程中，热氯化氢气体降温后，其内含有的少量氯硅烷液滴也因降温分离出来，不仅提高了解吸程度，提升氯化氢气体纯度，还有效利用了热量。

17、之后一级冷富液与换热器中的热贫液换热得到二级冷富液，充分利用热贫液中本来无用、会浪费掉的多余热量对冷富液进行加热。

18、再之后二级冷富液通入夹套中，与超声气液分离器中的气液混合物换热得到三级冷富液，充分利用了超声气液分离器原本通过外壁散发至空气中的热量，对冷富液进行加热，同时实现对气液混合物的降温，加速氯硅烷与氯化氢之间的气液分离。

19、最终将三级冷富液作为待解吸冷富液通入微波再沸器中进行微波加热处理。由于冷富液经过了三级换热升温，因此其本身的温度得到了一定提高，降低了微波加热的负担，减小了微波加热输出。

20、泵的串连结构中，由于初级冷富液是温度最低的状态，以此与热氯化氢气体换热的效果最佳，之后利用热贫液中的无用余热，最后利用气液混合物发散的余热，可见本设备结构布局十分合理，通过多级合理排布的换热充分利用热量，有效提高了解吸效率。

技术特征：

1.一种多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：包括微波再沸器(1)、超声气液分离器(2)、冷凝器(3)、换热器(4)和泵(5)，所述超声气液分离器(2)的外壁上设有夹套(21)，夹套(21)为中空结构，

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述微波再沸器(1)包括壳体(11)和微波馈入探头(12)，

3.根据权利要求2所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述微波再沸器(1)还包括导流器(13)，导流器(13)设置在壳体(11)的内部，位于微波再沸器(1)的入口下方，

4.根据权利要求3所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述壳体(11)的下部呈内壁逐渐收窄的圆锥状结构，所述导流器(13)的导流槽底端衔接壳体(11)的圆锥状结构顶端。

5.根据权利要求1所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述超声气液分离器(2)包括外壳(24)和超声波振子(25)，

6.根据权利要求5所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述超声气液分离器(2)还包括第一填料(27)，

7.根据权利要求5所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述超声气液分离器(2)还包括液体分布器(26)，

8.根据权利要求7所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述液体分布器(26)和外壳(24)之间存在间隙，所述超声气液分离器(2)还包括第二填料(28)，

9.根据权利要求7所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述出液孔(262)朝向外壳(24)的内壁。

10.根据权利要求5所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，其特征在于：所述外壳(24)的内壁上设有截面呈锯齿状的褶皱。

11.一种多晶硅生产系统，包括钟罩反应器和吸收塔，其特征在于：还包括权利要求1至10中任一项所述的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，所述钟罩反应器、吸收塔和多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备依次连接，

技术总结
本发明提供的一种多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备，包括微波再沸器、超声气液分离器、冷凝器、换热器和泵，超声气液分离器的外壁上设有夹套，夹套为中空结构，微波再沸器的出口连通超声气液分离器的入口，超声气液分离器的出气口连通冷凝器，超声气液分离器的出液口连通换热器，泵的出口通过管道依次串接冷凝器、换热器和夹套后连接微波再沸器的入口，含有氯化氢的氯硅烷初级冷富液由泵驱动流动。本发明的多晶硅还原尾气氯化氢解吸设备布局合理、结构简单、工序简易、解吸效率高、热量利用率高且延长设备使用寿命，本发明还提供一种多晶硅生产系统。

技术研发人员：齐婷婷,刘兴平,苏国良,施杰,黄金锋,高霞
受保护的技术使用者：新特能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12