專利名稱：多晶硅生產(chǎn)中回收氯化氫的脫吸塔熱能利用系統(tǒng)的制作方法
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，具體地說是一種多晶硅生產(chǎn)中含有H2、HCl 的還原尾氣的脫吸塔換熱網(wǎng)絡(luò)的熱能利用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的還原尾氣回收一般采用吸附分離法，一般先通過降溫冷凝將尾氣中的氯硅烷氣體冷凝成氯硅烷液體，經(jīng)過冷凝分離后，其混合尾氣主要成分為 H2和HCl氣體，該混合尾氣的回收采用吸收脫吸的分離方法，其原理是利用HCl可以大量溶解于氯硅烷，而吐基本不溶于氯硅烷的特性，用氯硅烷將HCl吸收，然后再將HCl從氯硅烷中脫吸出來，從而達(dá)到使H2和HCl分離的目的。吸收脫吸分離方法具體為先采用低溫氯硅烷液體吸收混合氣體中的HCl，將其與H2分離，從而得到比較純凈的H2,然后再從吸收有HCl的氯硅烷富液中分離出HC1。參見圖1，工藝流程如下
經(jīng)過冷凝分離后主要成分為吐和HCl的40 55°C的混合尾氣，與吸收塔Tl頂部出來的-35 -45°C的H2經(jīng)吸收塔進(jìn)料冷卻器換熱后，降溫至-15 _25°C進(jìn)入吸收塔Tl的近底部進(jìn)口，而換熱后升溫至15 30°C的H2則送往吸附柱。-35 _45°C的低溫氯硅烷液體進(jìn)入吸收塔內(nèi)，從吸收塔Tl的近頂部噴淋而下，作為噴淋液的氯硅烷此時稱為“貧液”， 這是因?yàn)榇藭r的氯硅烷液體中的HCl含量較低，可以用于吸收HCl氣體?；旌衔矚庵械腍Cl 被貧液吸收后，從吸收塔Tl的塔頂部出去的氣體基本上全是H2，只含有極少量的HCl和氯硅烷，然后被送到吸附柱進(jìn)行吸附。貧液吸收了混合尾氣中的HCl后成為富液，即富含HCl 的氯硅烷液體，-30 _40°C的富液從吸收塔Tl底部出來后，進(jìn)入第一進(jìn)料換熱器EO的管程換熱至15 30°C后進(jìn)入HCl脫吸塔T2 ；
HCl脫吸塔T2相當(dāng)于一個蒸餾塔，其下部設(shè)有再沸器H，熱源為蒸汽，用于給脫吸塔提供熱源。該再沸器H將進(jìn)入HCl脫吸塔T2中的富液進(jìn)行蒸餾，富液中的HCl被分離出來，以氣態(tài)形式從HCl脫吸塔T2的塔頂部出去，蒸餾出來的70°C的氣態(tài)HCl只含有少量氫氣和氯硅烷，可以直接用于SiHCl3合成，被送到合成工序。富液被脫吸出其中的大部分HCl后，又成為“貧液”，該115 140°C的貧液從HCl脫吸塔T2塔底出來后分成兩路，一路經(jīng)HCl脫吸塔T2底部的再沸器H加熱后返回HCl脫吸塔T2內(nèi)，另一路又可作為吸收塔Tl內(nèi)的淋洗液經(jīng)循環(huán)水冷卻器Cl換熱降溫至40 45°C后，由輸送泵P分兩路輸送，一路輸送至第一進(jìn)料換熱器EO的管程與第一進(jìn)料換熱器EO殼程內(nèi)的-30 _40°C的富液換熱到-15 _20°C 后，再經(jīng)氟利昂冷卻器C2深冷降溫到-35 _45°C后送回吸收塔Tl內(nèi)當(dāng)作貧液噴淋液使用；輸送泵P的另一路輸送多余的氯硅烷到下游裝置，這是由于尾氣中被冷凝下來的氯硅烷液體也會不斷進(jìn)入這個循環(huán)中，因此氯硅烷的量將會不斷增加，需要將多余的氯硅烷排出，以維持這一體系中循環(huán)氯硅烷的流量不變。因此，氯硅烷作為HCl的吸收劑，在吸收塔Tl和HCl脫吸塔T2之間不斷按照貧液 —富液一貧液一富液這樣循環(huán)。該工藝雖然利用了吸收塔Tl底部出料的富液的冷量冷卻進(jìn)入吸收塔Tl的貧液，但沒有利用HCl脫吸塔T2底部貧液的熱量，使該裝置的能耗較高，不利于達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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，通過工藝流程改造，合理利用能量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種多晶硅生產(chǎn)中回收氯化氫的脫吸塔熱能利用系統(tǒng)，采用換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行換熱利用，其特征在于換熱網(wǎng)絡(luò)采用改進(jìn)的換熱網(wǎng)進(jìn)行如下?lián)Q熱步驟HCl 脫吸塔底部115 140°C的高溫氯硅烷貧液分兩路出料，一路返回HCl脫吸塔塔底的再沸器后重新進(jìn)入HCl脫吸塔內(nèi)，另一路通過熱水換熱器與來自冷凍站的65 75 °C的水先進(jìn)行換熱，65 75°C的水換熱后升溫為90 100°C的熱水返回到冷凍站的進(jìn)水管道接口，換熱后被冷卻至70 90°C的氯硅烷貧液進(jìn)入進(jìn)料換熱器的殼程與吸收塔出來的經(jīng)第一進(jìn)料換熱器換熱至15 30°C的低溫氯硅烷富液進(jìn)行換熱，換熱后降溫至40 50°C的氯硅烷貧液再進(jìn)入循環(huán)水冷卻器進(jìn)一步換熱降溫到40 45°C后經(jīng)輸送泵分兩路輸出，輸送泵一路排出多余的氯硅烷貧液，輸送泵另一路將氯硅烷貧液輸送至第一進(jìn)料換熱器的殼程與吸收塔塔底部出來的-30 -40°C低溫氯硅烷富液換熱并降溫至-15 -20°C后，再經(jīng)氟利昂冷卻器深冷到-35 _45°C后進(jìn)入吸收塔上部的氯硅烷貧液進(jìn)口 ；第一進(jìn)料換熱器換熱出來后的 15 30°C的低溫氯硅烷富液再進(jìn)入進(jìn)料換熱器的管程與進(jìn)料換熱器殼程內(nèi)的70 90°C氯硅烷貧液進(jìn)一步換熱升溫至陽 75°C后，55 75°C的氯硅烷富液再進(jìn)入HCl脫吸塔上部的氯硅烷富液進(jìn)口。所述的改進(jìn)的換熱網(wǎng)為吸收塔底部出料管依次連接第一進(jìn)料換熱器的管程、進(jìn)料換熱器的管程后，再連接HCl脫吸塔上部的氯硅烷富液進(jìn)口，進(jìn)料換熱器的殼程進(jìn)出口兩端分別采用管路連接熱水換熱器的殼程出口和循環(huán)水冷卻器的殼程進(jìn)口，循環(huán)水冷卻器的殼程出口再依次連接輸送泵、第一進(jìn)料換熱器的殼程、氟利昂冷卻器后再連接吸收塔的氯硅烷貧液進(jìn)口 ；熱水換熱器的管程進(jìn)出口分別連接冷凍站的出水管道接口與冷凍站的進(jìn)水管道接口 ；HCl脫吸塔底部的高溫氯硅烷貧液出口分兩路，一路連接HCl脫吸塔底部的再沸器進(jìn)口，另一路連接熱水換熱器的殼程進(jìn)口。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，利用改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的系統(tǒng)中原有的冷凍站的 60 75°C的低溫水對HCl脫吸塔出來的高溫氯硅烷貧液進(jìn)行初步降溫后，氯硅烷貧液再進(jìn)一步與原先換熱網(wǎng)絡(luò)中吸收塔底部出來的低溫氯硅烷富液進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)第二次降溫，再由原先的循環(huán)水冷卻器降溫至40 45°C，之后返回吸收塔的工藝流程與原先工藝流程一致； 另外，吸收塔底出來的低溫氯硅烷富液經(jīng)原先工藝中第一進(jìn)料換熱器與高溫氯硅烷貧液進(jìn)行換熱初步升溫至15 30°C后，又通過增設(shè)的進(jìn)料換熱器與高溫氯硅烷貧液進(jìn)行第二次換熱，從而使低溫氯硅烷富液進(jìn)一步升溫至陽 75°C，然后升溫至55 75°C的氯硅烷富液再進(jìn)入HCl脫吸塔的氯硅烷富液進(jìn)口，由原先的15 30°C進(jìn)料變?yōu)?5 75°C的進(jìn)料，減少了原先HCl脫吸塔內(nèi)再沸器的熱能使用量，使HCl脫吸塔底出來的高溫氯硅烷貧液的熱能被充分利用至吸收塔出來的低溫氯硅烷富液的升溫中，減少了熱公用工程，即再沸器消耗的蒸汽，和冷公用工程，即循環(huán)水冷卻器消耗的循環(huán)水的用量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。


圖1為本發(fā)明的原先的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明的工藝流程圖。參見圖1 圖2，T1為吸收塔；Τ2為HCl脫吸塔；EO為第一進(jìn)料換熱器；El為熱水換熱器；Ε2為進(jìn)料換熱器；Ε3為冷凍站；Cl為循環(huán)水冷卻器；C2為氟利昂冷卻器；H為再沸器；S為截流閥。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。本發(fā)明中對原先的尾氣回收吸收塔與HCl脫吸塔之間的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改造，即在原先的第一進(jìn)料換熱器EO與HCl脫吸塔Τ2的氯硅烷富液進(jìn)料管路中增設(shè)了一個進(jìn)料換熱器Ε2，即氯硅烷富液進(jìn)料管路連接進(jìn)料換熱器Ε2的管程；而進(jìn)料換熱器Ε2的殼程內(nèi)為 HCl脫吸塔Τ2底部出來的氯硅烷貧液，進(jìn)料換熱器Ε2的殼程的出口連接原先換熱網(wǎng)絡(luò)中的循環(huán)水冷卻器Cl的殼程進(jìn)口，之后該氯硅烷貧液返回吸收塔Tl的工藝流程與原工藝一致； 進(jìn)料換熱器Ε2的殼程的進(jìn)口連接另一增設(shè)的熱水換熱器El的殼程出口，熱水換熱器El的殼程進(jìn)口連接HCl脫吸塔Τ2底部的氯硅烷貧液出口，而熱水換熱器El的管程進(jìn)口連接來自于多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中原有的裝置——冷凍站Ε3的出水管道接口，而熱水換熱器El的管程出口連接冷凍站Ε3的進(jìn)水管道接口。這樣原先HCl脫吸塔Τ2底部的氯硅烷貧液出口與循環(huán)水冷卻器Cl進(jìn)口之間的管道上被增設(shè)了一個截流閥S，使HCl脫吸塔Τ2底部出來的 115 140°C的高溫氯硅烷貧液先依次經(jīng)熱水換熱器Ε1、進(jìn)料換熱器Ε2逐步換熱降溫后，再進(jìn)入循環(huán)水冷卻器Cl降溫至40 45°C，而不是HCl脫吸塔T2底部出來的115 140°C 的高溫氯硅烷貧液直接進(jìn)循環(huán)水冷卻器Cl降溫至40 45°C，造成熱能浪費(fèi)；
而吸收塔Tl底部出來的-30 -40°C的低溫的氯硅烷富液經(jīng)過原先工藝中的第一進(jìn)料換熱器EO初步升溫后，再經(jīng)增設(shè)的進(jìn)料換熱器E2進(jìn)行進(jìn)一步的升溫至55 75°C后，再進(jìn)入HCl脫吸塔T2 ；
另外冷凍站的65 75°C的出水與HCl脫吸塔T2塔底出來的高溫氯硅烷換熱后，升溫至90 100°C再返回冷凍站E3用于冷凍站制冷的熱源，換熱后溫度降至65 75°C再送出冷凍站與高溫氯硅烷換熱形成一個循環(huán)。這樣的工藝流程，氯硅烷富液由原先的20 30°C進(jìn)入HCl脫吸塔T2，改變?yōu)?5 75°C進(jìn)入HCl脫吸塔T2，節(jié)省了 HCl脫吸塔T2底部再沸器H的10-20 %的蒸汽消耗，而冷凍站E3的制冷熱源由蒸汽部分改為90 100°C的熱水，所以也相應(yīng)減少了冷凍站3-10% 的蒸汽消耗；同時還減少循環(huán)水冷卻器Cl的循環(huán)水用量達(dá)85%。具體的改進(jìn)的換熱網(wǎng)為吸收塔Tl底部出料管依次連接第一進(jìn)料換熱器EO的管程、進(jìn)料換熱器E2的管程后，再連接HCl脫吸塔T2上部的氯硅烷富液進(jìn)口，進(jìn)料換熱器E2 的殼程進(jìn)出口兩端分別采用管路連接熱水換熱器El的殼程出口和循環(huán)水冷卻器Cl的殼程進(jìn)口，循環(huán)水冷卻器Cl的殼程出口再依次連接輸送泵P、第一進(jìn)料換熱器EO的殼程、氟利昂冷卻器C2后再連接吸收塔Tl的氯硅烷貧液進(jìn)口 ；熱水換熱器El的管程進(jìn)出口分別連接冷凍站E3的出水管道接口與冷凍站E3的進(jìn)水管道接口 ；HCl脫吸塔T2底部的高溫氯硅烷貧液出口分兩路，一路連接HCl脫吸塔T2底部的再沸器H進(jìn)口，另一路連接熱水換熱器El的殼程進(jìn)口，參見圖2。 采用改進(jìn)的換熱網(wǎng)絡(luò)的換熱步驟為HC1脫吸塔T2底部115_140°C的高溫氯硅烷貧液出料分兩路，一路返回HCl脫吸塔T2塔底的再沸器H后重新進(jìn)入HCl脫吸塔T2內(nèi) ’另一路通過熱水換熱器El與來自冷凍站E3的65 75°C的水先進(jìn)行換熱，65 75°C的水換熱后升溫為90 100°C的熱水返回到冷凍站E3的進(jìn)水管道接口作為冷凍站制冷用的熱源， 換熱后被冷卻至70 90°C的氯硅烷貧液進(jìn)入進(jìn)料換熱器E2的殼程與吸收塔Tl出來的經(jīng)第一進(jìn)料換熱器EO換熱至15 30°C的低溫氯硅烷富液進(jìn)行再次換熱，換熱后降溫至40 50°C的氯硅烷貧液再進(jìn)入循環(huán)水冷卻器Cl的殼程進(jìn)一步換熱降溫到40 45°C后經(jīng)輸送泵P分兩路輸出，輸送泵P —路排出多余的氯硅烷貧液，輸送泵P另一路將氯硅烷貧液輸送至第一進(jìn)料換熱器EO的殼程與吸收塔Tl塔底部出來的-30 _40°C低溫氯硅烷富液換熱并降溫至-15 _20°C后，再經(jīng)氟利昂冷卻器C2深冷到-35 _45°C后進(jìn)入吸收塔Tl上部的氯硅烷貧液進(jìn)口 ；第一進(jìn)料換熱器EO換熱出來后的15 30°C的低溫氯硅烷富液再進(jìn)入進(jìn)料換熱器E2的管程與進(jìn)料換熱器E2殼程內(nèi)的70 90°C氯硅烷貧液進(jìn)一步換熱升溫至 55 75°C后，55 75°C的氯硅烷富液再進(jìn)入HCl脫吸塔T2上部的氯硅烷富液進(jìn)口。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅生產(chǎn)中回收氯化氫的脫吸塔熱能利用系統(tǒng)，采用換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行換熱利用，其特征在于換熱網(wǎng)絡(luò)采用改進(jìn)的換熱網(wǎng)進(jìn)行如下?lián)Q熱步驟=HCl脫吸塔(T2)底部 115 140°C的高溫氯硅烷貧液分兩路出料，一路返回HCl脫吸塔(T2)塔底的再沸器(H)后重新進(jìn)入HCl脫吸塔(T2)內(nèi)，另一路通過熱水換熱器(El)與來自冷凍站(E3)的65 75°C的水先進(jìn)行換熱，65 75°C的水換熱后升溫為90 100°C的熱水返回到冷凍站(E3)的進(jìn)水管道接口，換熱后被冷卻至70 90°C的氯硅烷貧液進(jìn)入進(jìn)料換熱器(E2)的殼程與吸收塔 (Tl)出來的經(jīng)第一進(jìn)料換熱器(EO)換熱至15 30°C的低溫氯硅烷富液進(jìn)行換熱，換熱后降溫至40 50°C的氯硅烷貧液再進(jìn)入循環(huán)水冷卻器(Cl)進(jìn)一步換熱降溫到40 45°C后經(jīng)輸送泵(P)分兩路輸出，輸送泵(P) —路排出多余的氯硅烷貧液，輸送泵(P)另一路將氯硅烷貧液輸送至第一進(jìn)料換熱器(EO)的殼程與吸收塔(Tl)塔底部出來的-30 -40°C低溫氯硅烷富液換熱并降溫至-15 _20°C后，再經(jīng)氟利昂冷卻器(C2)深冷到-35 _45°C后進(jìn)入吸收塔(Tl)上部的氯硅烷貧液進(jìn)口 ；第一進(jìn)料換熱器(EO)換熱出來后的15 30°C的低溫氯硅烷富液再進(jìn)入進(jìn)料換熱器(E2)的管程與進(jìn)料換熱器(E2)殼程內(nèi)的70 90°C氯硅烷貧液進(jìn)一步換熱升溫至陽 75°C后，55 75°C的氯硅烷富液再進(jìn)入HCl脫吸塔(T2) 上部的氯硅烷富液進(jìn)口。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅生產(chǎn)中回收氯化氫的脫吸塔熱能利用系統(tǒng)，其特征在于所述的改進(jìn)的換熱網(wǎng)為吸收塔(Tl)底部出料管依次連接第一進(jìn)料換熱器(EO)的管程、進(jìn)料換熱器(E2)的管程后，再連接HCl脫吸塔(T2)上部的氯硅烷富液進(jìn)口，進(jìn)料換熱器(E2)的殼程進(jìn)出口兩端分別采用管路連接熱水換熱器(El)的殼程出口和循環(huán)水冷卻器 (Cl)的殼程進(jìn)口，循環(huán)水冷卻器(Cl)的殼程出口再依次連接輸送泵(P)、第一進(jìn)料換熱器 (EO)的殼程、氟利昂冷卻器(C2)后再連接吸收塔(Tl)的氯硅烷貧液進(jìn)口 ；熱水換熱器(El) 的管程進(jìn)出口分別連接冷凍站(E3)的出水管道接口與冷凍站(E3)的進(jìn)水管道接口 ；HCl脫吸塔(T2)底部的高溫氯硅烷貧液出口分兩路，一路連接HCl脫吸塔(T2)底部的再沸器(H) 進(jìn)口，另一路連接熱水換熱器(El)的殼程進(jìn)口。
全文摘要
本發(fā)明涉及多晶硅尾氣回收技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種多晶硅生產(chǎn)中含有H2、HCl的還原尾氣的脫吸塔換熱網(wǎng)絡(luò)的熱能利用系統(tǒng)，其特征在于HCl脫吸塔底部的高溫氯硅烷貧液出料一路返回HCl脫吸塔內(nèi)，另一路與65～75℃的水先進(jìn)行換熱再與吸收塔出來的經(jīng)第一進(jìn)料換熱器換熱至15～30℃的低溫氯硅烷富液進(jìn)行換熱后再進(jìn)入循環(huán)水冷卻器進(jìn)一步換熱到40～45℃后經(jīng)輸送泵分兩路輸出；第一進(jìn)料換熱器換熱出來后的15～30℃的低溫氯硅烷富液再與70～90℃氯硅烷貧液進(jìn)一步換熱升溫至55～75℃后再進(jìn)入HCl脫吸塔上部的氯硅烷富液進(jìn)口。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，減少了再沸器的熱能使用量和循環(huán)水冷卻器消耗的循環(huán)水的用量。
文檔編號C01B7/07GK102431972SQ20111025731
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者莊恒亞, 張高博, 陳繼, 黃小亮 申請人: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