CN219860590U - 一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收*** - Google Patents

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丁华伟
郭亮亮
马世刚
王苏俊
任杰
郑蓉
任娟
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Abstract

本实用新型公开了一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,包括氢气管线、压缩机氢气密封单元、分离罐、还原炉单元、旋风分离器以及氢气回收缓冲罐;所述压缩机氢气密封单元、分离罐、氢气回收缓冲罐通过第一氢气管线依次连接;所述还原炉单元、旋风分离器以及氢气回收缓冲罐通过第二氢气管线依次连接。本***将气密封室保护氢气回收,将少量油气引入分离罐内分离,保证较纯净氢气进入氢气回收缓冲罐,充分回收利用氢气,减少氢元素损耗。还原炉内泄压氢气进行回收,通过旋风分离器过滤后将硅粉分离,将无硅粉氢气引入氢气回收缓冲罐,实现了泄压氢气循环利用。

Description

一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***
技术领域
本实用新型属于多晶硅生产领域,具体涉及一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***。
背景技术
改良西门子法生产棒状多晶硅流程中还原炉内泄压氢气和压缩机保护氢气无法回收,将混合气体引入尾气处理装置内,混合气体经过冷凝后的少量氯硅烷气体冷凝成液体,无法冷凝的氢气全部放空,造成***氢气损耗,无法达到物料平衡,影响公司整体效益。
目前还原泄压氢气和压缩机氢气保护气存在的问题和缺点有:(1)还原泄压氢气中仅含有少量氯硅烷气体,这些气体经过-40℃氟利昂冷凝***后能够冷凝的液体很少,氢气沸点为-252.8℃无法冷凝,增加冷凝***负荷。(2)压缩机氢气保护气中存在油、氮气有串入风险。(3)氢气保护气中约98%质量分数为氢气,这部分氢气没有进行回收全部放空,造成氢气损耗。
实用新型内容
实用新型目的:本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,回收还原炉内泄压氢气和压缩机保护氢气,达到氢气循环利用的目的。
为了实现上述目的,本实用新型采取的技术方案如下:
一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,包括氢气管线、压缩机氢气密封单元、分离罐、还原炉单元、旋风分离器以及氢气回收缓冲罐;所述压缩机氢气密封单元、分离罐、氢气回收缓冲罐通过第一氢气管线依次连接;所述还原炉单元、旋风分离器以及氢气回收缓冲罐通过第二氢气管线依次连接。本***将气密封室保护氢气回收,将少量油气引入分离罐内分离,保证较纯净氢气进入氢气回收缓冲罐,充分回收利用氢气,减少氢元素损耗。还原炉内泄压氢气进行回收,通过旋风分离器过滤后将硅粉分离,将无硅粉氢气引入氢气回收缓冲罐,实现了泄压氢气循环利用。
具体地,所述压缩机氢气密封单元为一组,所述第一氢气管线连接至各压缩机氢气密封单元的氢气密封室,将氢气送入氢气密封室用于压缩机密封;各氢气密封室通过排气管道分别连接至分离罐;所述分离罐顶部排气管连接至氢气回收缓冲罐,将分离出来的氢气送入氢气回收缓冲罐内储存。
具体地,所述还原炉单元为一组,各还原炉单元将产生的氢气通过第二氢气管线送入旋风分离器内,经旋风分离器分离出来的氢气通过管线送入氢气回收缓冲罐内储存。
具体地,所述氢气密封室的前端管线上依次设有减压阀和转子流量计,氢气密封室的后端管线上设有止回阀和球阀。
具体地,所述分离罐的底部设有用于排油的旋塞阀,罐体上设有就地液位计和压力表,顶部排气管道上设有分离罐排气管球阀。
具体地,所述第二氢气管线上对应各还原炉单元分别设有球阀;第二氢气管线与旋风分离器进口处通过分离器进气总阀连接,同时第二氢气管线通过放空阀连接至外部的尾气处理单元。
具体地,所述旋风分离器的前端进气管线上设有分离器进气总阀,后端排气管线上设有分离器排气总阀;所述旋风分离器的底部通过排料阀与下方的硅粉收集桶连接,顶部设有铝板对空口。
进一步地,各氢气密封室通过排气管道上的分管,分别连接至分离罐和氢气回收缓冲罐,各分管上对应设置球阀,将各氢气密封室中的氢气分别送入分离罐中分离,或者直接送入氢气回收缓冲罐内储存。
进一步地,各氢气密封室引出连接至氢气回收缓冲罐的分管,与分离罐顶部排气管并联至一根总管后,一并连接至氢气回收缓冲罐。
进一步地,所述氢气回收缓冲罐的后端通过设有球阀的排气管连接至尾气回收单元,通过尾气回收单元将回收的氢气送入多晶硅生产线中重复利用。
有益效果:
目前往复活塞式循环压缩机和往复活塞式吹扫压缩机一级、二级氢气密封室保护氢气全部进入尾气处理装置只能回收少量氯硅烷,绝大部分氢气全部放空,造成很大的浪费。本***在现有流程基础上进行技改,并增加分离罐,不仅将氢气回收利用还避免少量气体油和氮气进入***,提高了过程产品质量。可以提高氢气循环利用率,节约成本。每月混合氢气循环利用后间接降低制氢站电解槽启动频次,减少电解槽及零部件损坏率。还原炉中大量不被冷凝的氢气不再进入尾气处理装置,间接减少该装置制冷机负荷,提高其他尾气分离效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明,本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是该氢气回收***的整体结构示意图。
其中,各附图标记分别代表:
100第一氢气管线;101减压阀A;102减压阀B;103转子流量计A;104转子流量计B;
20一级压缩机;201一级氢气密封室;202一级止回阀;203一级总球阀;204一级分管球阀A;205一级分管球阀B;30二级压缩机;301二级氢气密封室;302二级止回阀;303二级总球阀;304二级分管球阀A;305二级分管球阀B;
40分离罐;401就地液位计;402旋塞阀;403分离罐排气管球阀;404压力表;
50氢气回收缓冲罐;501缓冲罐排气管球阀;
200第二氢气管线;61还原炉A;611还原炉A排气管球阀;62还原炉B;621还原炉B排气管球阀;63还原炉C;631还原炉C排气管球阀;64还原炉D;641还原炉D排气管球阀;
70尾气处理单元;701放空阀;
80旋风分离器;801分离器进气总阀;802排料阀;803硅粉收集桶;804铝板对空口;805分离器排气总阀;
90尾气回收单元。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本实用新型。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本实用新型可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本实用新型可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1所示,该棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***主要包括氢气管线、压缩机氢气密封单元、分离罐40、还原炉单元、旋风分离器80以及氢气回收缓冲罐50;压缩机氢气密封单元、分离罐40、氢气回收缓冲罐50通过第一氢气管线100依次连接。还原炉单元、旋风分离器80以及氢气回收缓冲罐50通过第二氢气管线200依次连接。本***将气密封室保护氢气回收,将少量油气引入分离罐内分离,保证较纯净氢气进入氢气回收缓冲罐50,充分回收利用氢气,减少氢元素损耗。还原炉内泄压氢气进行回收,通过旋风分离器过滤后将硅粉分离,将无硅粉氢气引入氢气回收缓冲罐50,实现了泄压氢气循环利用。
压缩机氢气密封单元为一组,每个压缩机氢气密封单元与对应的第一氢气管线100分管连接。第一氢气管线100连接至各压缩机氢气密封单元的氢气密封室,将氢气送入氢气密封室用于压缩机密封;各氢气密封室通过排气管道分别连接至分离罐40;所述分离罐40顶部排气管连接至氢气回收缓冲罐50,将分离出来的氢气送入氢气回收缓冲罐50内储存。
本实施例中,压缩机氢气密封单元为一组2个,对应一级压缩机20设置一级氢气密封室201,对应二级压缩机30设置二级氢气密封室301。第一氢气管线100通过2个分管分别连接至一级氢气密封室201和二级氢气密封室301,并在一级氢气密封室201前端管道上设置减压阀A101和转子流量计A103,在二级氢气密封室301前端管道上设置减压阀B102和转子流量计B104,通过对应的减压阀控制氢气压力,通过转子流量计测定氢气流量。
一级氢气密封室201后端排气总管上设有一级止回阀202和一级总球阀203,随后排气总管一分为二,通过两个分管分别连接至分离罐40和氢气回收缓冲罐50前端进气总管上,且两个分管上对应设置有一级分管球阀A204和一级分管球阀B205,通过两个分管将一级氢气密封室201排出的氢气选择性送入分离罐40进行分离,或者直接送入氢气回收缓冲罐50。
二级氢气密封室301后端排气总管上设有二级止回阀302和二级总球阀303,随后排气总管一分为二,通过两个分管分别连接至分离罐40和氢气回收缓冲罐50前端进气总管上,且两个分管上对应设置有二级分管球阀A304和二级分管球阀B305,通过两个分管将二级氢气密封室301排出的氢气选择性送入分离罐40进行分离,或者直接送入氢气回收缓冲罐50。
分离罐40的作用是将含油氢气进行油气分离,较重的油沉积到底部,较轻的绝大部分保护氢气在上部。分离罐40的底部设有用于排油的旋塞阀402,罐体上设有就地液位计401和压力表404,顶部排气管道上设有分离罐排气管球阀403,用于将分离出来的干净氢气回收送入氢气回收缓冲罐50。
为了减少管路,各氢气密封室引出连接至氢气回收缓冲罐50的分管,与分离罐40顶部排气管并联至一根总管上,然后一并连接至氢气回收缓冲罐50。
同样,该***中还原炉单元为一组,各还原炉单元将产生的氢气通过第二氢气管线200送入旋风分离器80内,经旋风分离器80分离出来的氢气通过管线送入氢气回收缓冲罐50内储存。
本实施例中,还原炉单元为一组4个,分别为还原炉A61、还原炉B62、还原炉C63、还原炉D64。各还原炉分别通过第二氢气管线200中对应的分管连接至旋风分离器80,并在还原炉A61对应分管上设置还原炉A排气管球阀611,在还原炉B62对应分管上设置还原炉B排气管球阀621,在还原炉C63对应分管上设置还原炉C排气管球阀631,在还原炉D64对应分管上设置还原炉D排气管球阀641。
第二氢气管线与旋风分离器80进口处通过分离器进气总阀801连接,同时第二氢气管线通过放空阀701连接至外部的尾气处理单元70。
旋风分离器80的前端进气管线上设有分离器进气总阀801,后端排气管线上设有分离器排气总阀805;所述旋风分离器80的底部通过排料阀802与下方的硅粉收集桶803连接,顶部设有铝板对空口804。
氢气回收缓冲罐50的后端通过设有缓冲罐排气管球阀501的排气管连接至尾气回收单元90,通过尾气回收单元90将回收的氢气送入多晶硅生产线中重复利用。
使用时,通过第一氢气管线100将1.2MPa纯氢气送入一级氢气密封室201和二级氢气密封室301,经过对应的减压阀后压力减至0.4MPa进入转子流量计,转子流量计根据实际情况调节氢气流量,一般为4Nm3/h后进入各级氢气密封室。在实际运行过程中因为设备本身问题可能会有少量油气串入各级氢气密封室。因此,将混合的油气经分管送入分离罐40进行分离,较重的油沉积到底部,较轻的绝大部分保护氢气通过顶部排气管将分离出来的干净氢气回收送入氢气回收缓冲罐50。在分离罐40内的混合气液通过就地液位计401观察液位,当液位达到上限后打开一级分管球阀A204和二级分管球阀A304,关闭一级分管球阀B205和二级分管球阀B305,将分离罐40隔离,氢气保护气直接进入氢气回收缓冲罐50。然后打开分离罐40底部的旋塞阀402后将废油气排出,当就地液位计401液位降至0、压力表404压力表降至0.05MPa时关闭旋塞阀402。后续将保护氢气再次引入分离罐40分离。
还原炉单元中以还原炉B62为例,每台还原炉都有一个单独的排气管球阀,还原炉内氢气从0.55MPa进行泄压,所有泄压后氢气汇总至第二氢气管线200经分离器进气总阀801进入旋风分离器80内将少量固态硅粉进行过滤、分离,当硅粉贮存到一定量后打开排料阀802,将硅粉进行收集,由操作人员每天三次对硅粉进行定期清理。当旋风分离器80需要更换滤袋或检修时,打开放空阀701,将还原炉置换气引入尾气处理单元70进行处理后排放。旋风分离器80定期进行更换滤袋或检修,紧急情况下旋风分离器80可通过铝板对空口804直接排出。
氢气回收缓冲罐50设定压力为0.05MPa,缓冲罐内的回收气体通过缓冲罐排气管球阀501送入尾气回收单元90,通过尾气回收单元90将回收的氢气送入多晶硅生产线中重复利用。
本实用新型提供了一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,包括氢气管线、压缩机氢气密封单元、分离罐(40)、还原炉单元、旋风分离器(80)以及氢气回收缓冲罐(50);所述压缩机氢气密封单元、分离罐(40)、氢气回收缓冲罐(50)通过第一氢气管线依次连接;所述还原炉单元、旋风分离器(80)以及氢气回收缓冲罐(50)通过第二氢气管线依次连接。
2.根据权利要求1所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述压缩机氢气密封单元为一组,所述第一氢气管线连接至各压缩机氢气密封单元的氢气密封室,将氢气送入氢气密封室用于压缩机密封;各氢气密封室通过排气管道分别连接至分离罐(40);所述分离罐(40)顶部排气管连接至氢气回收缓冲罐(50),将分离出来的氢气送入氢气回收缓冲罐(50)内储存。
3.根据权利要求1所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述还原炉单元为一组,各还原炉单元将产生的氢气通过第二氢气管线送入旋风分离器(80)内,经旋风分离器(80)分离出来的氢气通过管线送入氢气回收缓冲罐(50)内储存。
4.根据权利要求2所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述氢气密封室的前端管线上依次设有减压阀和转子流量计,氢气密封室的后端管线上设有止回阀和球阀。
5.根据权利要求1所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述分离罐(40)的底部设有用于排油的旋塞阀(402),罐体上设有就地液位计(401)和压力表(404),顶部排气管道上设有分离罐排气管球阀(403)。
6.根据权利要求3所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述第二氢气管线上对应各还原炉单元分别设有球阀;第二氢气管线与旋风分离器(80)进口处通过分离器进气总阀(801)连接,同时第二氢气管线通过放空阀(701)连接至外部的尾气处理单元(70)。
7.根据权利要求1所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述旋风分离器(80)的前端进气管线上设有分离器进气总阀(801),后端排气管线上设有分离器排气总阀(805);所述旋风分离器(80)的底部通过排料阀(802)与下方的硅粉收集桶(803)连接,顶部设有铝板对空口(804)。
8.根据权利要求2所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,各氢气密封室通过排气管道上的分管,分别连接至分离罐(40)和氢气回收缓冲罐(50),各分管上对应设置球阀,将各氢气密封室中的氢气分别送入分离罐(40)中分离,或者直接送入氢气回收缓冲罐(50)内储存。
9.根据权利要求8所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,各氢气密封室引出连接至氢气回收缓冲罐(50)的分管,与分离罐(40)顶部排气管并联至一根总管后,一并连接至氢气回收缓冲罐(50)。
10.根据权利要求1所述的棒状多晶硅还原炉与压缩机氢气回收***,其特征在于,所述氢气回收缓冲罐(50)的后端通过设有球阀的排气管连接至尾气回收单元(90),通过尾气回收单元(90)将回收的氢气送入多晶硅生产线中重复利用。
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