CN206069388U - 一种四氯化硅汽化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四氯化硅汽化装置，包括氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔，其中，所述静态混合器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的顶部或上部相连接；所述静态混合器的顶部通过管道与氢气加热器相连接；静态混合器的中部通过管道与四氯化硅加热器相连接。采用本实用新型所提供的四氯化硅汽化装置，液相四氯化硅与氢气在静态混合器中可以实现40％的汽化，继而在汽化器中实现完全汽化，该设备提高了四氯化硅汽化速度，极大地降低了下一工序中汽化塔的负荷，保证汽化塔运行更大处理量，同时极大降低了多晶硅的生产能耗。

Description

一种四氯化硅汽化装置

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产领域，具体涉及一种四氯化硅汽化装置。

背景技术

多晶硅材料是半导体集成电路和太阳光伏电池的原材料，处于信息产业和可再生能源产业链的最前端。国内外多晶硅企业普遍采用改良西门子法生产多晶硅，该方法能够生产高纯多晶硅材料，然而，需要消耗18～25倍的三氯氢硅，同时产生15～20倍的副产物四氯化硅，四氯化硅极易与水反应生成氯化氢，直接排放将严重污染环境。

回收处理副产四氯化硅的常见方法就是采用氯氢化或者冷氢化技术将其转化为多晶硅生产原料三氯氢硅，还可以实现生产体系的闭路循环，优化工艺流程，减少环节污染。因此，氯氢化装置是副产物料循环利用的关键，通常四氯化硅先被预热，然后采用电加热或高温导热油将其加热汽化后参与反应。现有技术中，多晶硅企业大部分采用导热油加热四氯化硅，导热油装置投资较大，且要定期更换部分导热油，运行维护成本较高。而且导热油炉使用天然气作为热源，通过燃烧加热导热油，导热油通过循环泵供给各四氯化硅汽化塔再沸器，此加热属于间接加热，能源利用效率较低，且天然气价格较高，导致装置的生产成本增加。由于四氯化硅以蒸发的方式汽化，所以当四氯化硅中含有少量重组份或高沸物时，容易导致四氯化硅汽化塔再沸器堵塞，影响装置的长周期稳定运行。

公开号为205187884U的中国专利公开了一种四氯化硅汽化装置，该装置以U型加热电棒，对嵌套在密封筒柱上的四氯化硅进气管进行加热，使四氯化硅充分汽化，但汽化装置结构复杂，无法解决高沸物在汽化塔及再沸器的堵塞问题，生产不易控制。公开号为202400856U的中国专利公开了一种四氯化硅汽化器，该装置以导热油为热源，在釜式汽化器中进行四氯化硅的汽化，需消耗大量的高温导热油，汽化成本高，热量损耗较大，而且导热油污染较大，需要严格密封，泄露后容易造成环境污染，一旦漏人***，将造成整个***污染，难以清理。因此，需要对现有的四氯化硅汽化装置进行相应的改进及优化。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供了一种改进的新型四氯化硅汽化装置，通过在四氯化硅汽化器前增加静态混合器，并在汽化塔内设置多段填料，保证进料的四氯化硅能够高效汽化。

为实现上述技术效果，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种四氯化硅汽化装置，包括氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔，其中，所述静态混合器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的顶部或上部相连接；所述静态混合器的顶部通过管道与氢气加热器相连接；静态混合器的中部通过管道与四氯化硅加热器相连接。

其中，所述静态混合器上部或顶部设置有1～5个喷头。优选1～3个喷头。进一步优选的，喷头数目为1个。

进一步优选的，所述静态混合器上部或顶部设置的喷头为螺旋喷头。

其中，所述汽化塔上部和下部均设置有填料。

进一步优选的，所述汽化塔上部和下部设置的填料为规整填料。

其中，所述四氯化硅汽化塔的塔釜连接循环加热器，汽化塔与循环加热器之间还可以增设四氯化硅循环泵。

其中，所述的循环加热器的上部通过管道与四氯化硅汽化塔的上部相连接，所述的循环加热器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的底部相连接。

其中，所述氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔的加热源均为蒸汽。

进一步优选的，所述氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔的加热源均为低压蒸汽。

与原有汽化流程及装置相比，本实用新型增加静态混合器，将预热的氢气与四氯化硅先通入静态混合器，在静态混合器中充分混合，部分四氯化硅发生汽化，混合物料再进入汽化塔，在气液相混合的过程中，进料的四氯化硅全部变为气相，与氢气一起经汽化塔顶进入后续单元。汽化塔塔釜配备四氯化硅物料循环泵，为四氯化硅的汽化不断提供热源，保证进料四氯化硅的全部汽化。

有益效果：

本实用新型在汽化塔之前增设改进的静态混合器，静态混合器的上部/顶部设置多个螺旋喷头，使进入的高压液相四氯化硅经过喷头后，转化为雾状液滴，气相氢气与雾状液滴在静态混合器中能够快速发生混合均匀，并可以实现四氯化硅的部分汽化。因此，具有高压降、高通量和高效率的特点。

本实用新型汽化塔内设置多段填料，结合温度梯度的变化，发生液体循环加热的气液接触传质传热过程，能够在短时间内实现气液两相在填料中接触，发生传热过程，进而实现四氯化硅的全部高效汽化。

此外，本实用新型采用的喷头和填料抗堵、耐磨，抗风险能力较强，显著延长了汽化装置的运行周期。

附图说明

图1为本实用新型所述的四氯化硅汽化装置示意图。

其中，1-四氯化硅加热器；2-氢气加热器；3-静态混合器；4-四氯化硅汽化塔；5-循环加热器。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明，必需说明的是，本实用新型的保护范围并不受下述具体实施方式的限制，下述所涉及的具体构造及连接关系是为说明本实用新型而列举，并不是对本实用新型的任何限制。

如图1所示，本实用新型四氯化硅汽化装置包括氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔，其中，所述静态混合器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的顶部或上部相连接；所述静态混合器的顶部通过管道与氢气加热器相连接；静态混合器的中部通过管道与四氯化硅加热器相连接。静态混合器上部或顶部设置有1～5个喷头，优选1～3个。进一步优选的，所述静态混合器上部或顶部设置的喷头为螺旋喷头。所述汽化塔上部和下部均设置有填料。进一步优选的，所述汽化塔上部和下部设置的填料为规整填料。所述四氯化硅汽化塔的塔釜设置有循环加热器，汽化塔与循环加热器之间设有四氯化硅循环泵。所述的循环加热器的上部通过管道与四氯化硅汽化塔的上部相连接，所述的循环加热器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的底部相连接。所述氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔的加热源均为蒸汽。进一步优选的，所述氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔的加热源均为低压蒸汽。

在实际操作中，本实用新型所提供的四氯化硅汽化装置的工作流程如下：首先，循环氢经压缩机加压后送入循环氢加热器。然后从静态混合器顶部/上部进入静态混合器。另一方面，来自原料罐的四氯化硅经进料泵加压后送入进料预热器急冷气体热交换器进行预热，再进入四氯化硅加热器进料预热器，接着从静态混合器中部进入，与加热完成后的氢气进行充分混合，在混合的过程中，部分四氯化硅发生汽化，其他物料从静态混合器底部出料，再从四氯化硅汽化塔上部进入，此外，汽化塔塔釜收集的液态四氯化硅物料经过循环泵送入汽化塔塔釜物料换热器循环加热后，回流至四氯化硅汽化塔塔顶进行喷淋，与上升的气流混合后在填料中继续汽化，直至四氯化硅发生完全汽化，该液体循环加热的方式，为四氯化硅的汽化进一步提供热源。汽化后的四氯化硅气相从汽化塔塔顶排出、收集，进入下一工段。

改造后的静态混合器内不仅仅发生物料混合的过程，还包含一部分物料的汽化过程，其中，高压的四氯化硅经过螺旋喷头形成雾状液滴，与氢气进行混合后，能够实现部分四氯化硅的汽化过程，平均可以实现40％的汽化，显著提高了四氯化硅物料的汽化速度，极大地降低了下一工序中汽化塔的负荷，保证了汽化塔能够运行更大的处理量，同时极大降低了多晶硅生产的能耗。

现有技术中采用导热油进行汽化的工艺，整体开车过程需要24小时以上，且原有的汽化通常为普通蒸发，涉及传质过程；而采用本实用新型所提供的四氯化硅汽化装置，并配合利用低压蒸汽作为加热源，将气液两相混合汽化，开车时间只需要4小时，整体装置提量(处理、收集物料)更加平稳。且在汽化塔内的汽化过程为气液接触，塔釜的液态回流至塔内，上部和下部均采用规整填料，结合温度梯度的变化，实现气液两相在填料中接触，发生传热过程，进而实现四氯化硅的全部汽化。

尽管上文已结合实施例对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，但是需要指明的是，本实用新型的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由权利要求书来确定。

Claims (9)

1.一种四氯化硅汽化装置，其特征在于，包括氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔，其中，所述静态混合器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的顶部或上部相连接；所述静态混合器的顶部通过管道与氢气加热器相连接；静态混合器的中部通过管道与四氯化硅加热器相连接。

2.根据权利要求1所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述静态混合器上部或顶部设置有1～5个喷头。

3.根据权利要求2所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述静态混合器上部或顶部设置的喷头为螺旋喷头，数目为1～3个。

4.根据权利要求1-3任一项所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述汽化塔上部和下部均设置有填料。

5.根据权利要求4所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述汽化塔内上部和下部设置的填料为规整填料。

6.根据权利要求1所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述四氯化硅汽化塔的塔釜连接循环加热器。

7.根据权利要求6所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述循环加热器的上部通过管道与四氯化硅汽化塔的上部相连接，所述的循环加热器的底部通过管道与四氯化硅汽化塔的底部相连接。

8.根据权利要求1所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述氢气加热器、四氯化硅加热器、静态混合器和四氯化硅汽化塔的加热源均为蒸汽。

9.根据权利要求8所述的四氯化硅汽化装置，其特征在于，所述蒸汽为低压蒸汽。