一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统技术方案

本发明专利技术涉及电解制氢技术领域，公开了一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统。在本发明专利技术提供的系统中，通过将氯碱制氢子系统和多晶硅生产子系统耦合设置，成功实现了两个子系统之间氢气的综合利用，显著提升了氢气的综合利用效率，有效提升了氯碱制氢子系统的经济效益，降低了多晶硅生产子系统的生产成本。低了多晶硅生产子系统的生产成本。低了多晶硅生产子系统的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统


[0001]本专利技术涉及电解制氢
，具体涉及一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统。

技术介绍

[0002]氯碱工业是传统基础化工原料行业，在食品加工、建材、电力、军工和国防等多个行业中均有重要应用。氯碱制氢工艺通过电解饱和食盐水来制取烧碱和氢气，其中每生产1吨烧碱即可产生280Nm3的副产氢气。在实际生产中，60％左右的副产氢气被回收用于生产氯化氢气体、盐酸和双氧水等下游产物，而剩余40％左右的副产氢气则被排放到大气中并作为火炬气进行燃烧，很少得以充分利用。而氯碱工业属于三高行业，即能耗高、物耗高、污染高，这导致氯碱工业的经济效益较低。
[0003]同时，随着气候变化问题和能源危机问题的日益凸显，以多晶硅为代表的太阳能光伏技术逐渐受到业内的关注。当前，主流的多晶硅生产方法为改良西门子法，该方法除了生成高纯度多晶硅外，还生成四氯化硅和氯化氢等副产物。四氯化硅易水解生成盐酸，难以运输和处理，相关技术中对副产物四氯化硅应用主要集中在光纤、有机硅或者白炭黑等下游产业中，但是其市场需求量比较小，无法大量处理。目前，利用改良西门子法制备多晶硅，存在生产成本较高的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统，以解决相关技术中氯碱工业经济效益较低、多晶硅生产成本较高的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统，包括氯碱制氢子系统、多晶硅生产子系统以及氢气处理子系统；
[0006]氯碱制氢子系统包括：
[0007]氯碱制氢模块，用于通过氯碱法制备氢气、氯气和氢氧化钠；
[0008]氯化氢合成模块，用于利用氢气和氯气合成氯化氢；
[0009]多晶硅生产子系统包括：
[0010]三氯氢硅合成模块，用于利用硅氯化反应制备三氯氢硅；
[0011]多晶硅合成模块，用于对三氯氢硅进行氢还原制备多晶硅；
[0012]四氯化硅处理模块，用于对四氯化硅进行冷氢化制备三氯氢硅；
[0013]氢气处理子系统用于对输入其内的含氢气体进行纯化并储存；
[0014]其中，氢气处理子系统的气体入口分别与氯碱制氢模块的氢气出口、三氯氢硅合成模块的含氢尾气出口、多晶硅合成模块的含氢尾气出口以及四氯化硅处理模块的含氢尾气出口连通；
[0015]氢气处理子系统的气体出口分别与氯化氢合成模块的氢气入口、多晶硅合成模块的氢气入口以及四氯化硅处理模块的氢气入口连通。
[0016]在本专利技术提供的上述系统中，通过将氯碱制氢子系统和多晶硅生产子系统耦合设
置，成功实现了两个子系统之间氢气的综合利用，显著提升了氢气的综合利用效率，有效提升了氯碱制氢子系统的经济效益，降低了多晶硅生产子系统的生产成本。
[0017]具体地，由于氢气处理子系统的设置，能够将氯碱制氢模块和三氯氢硅合成模块中产生的氢气以及多晶硅合成模块和四氯化硅处理模块中未反应完全的氢气进行收集并储存，然后再根据生产需求调配至氯化氢合成模块、多晶硅合成模块以及四氯化硅处理模块等耗氢模块作为反应原料使用，几乎实现了氯碱制氢子系统和多晶硅生产子系统的氢气零排放，进而显著提升了两个子系统中氢气的综合利用效率。
[0018]在一种可选的实施方式中，氢气处理子系统包括：
[0019]氢气纯化单元，用于对输入其内的含氢气体进行纯化处理；
[0020]氢气储存单元，用于对输入其内的氢气进行储存；
[0021]其中，氢气处理子系统的气体入口设置在氢气纯化单元上，氢气处理子系统的气体出口设置在氢气储存单元上，氢气纯化单元的气体出口与氢气储存单元的气体入口连通。
[0022]在本专利技术提供的上述系统中，氢气处理子系统包括氢气纯化单元和氢气储存单元，通过对反应产物或尾气中的氢气进行纯化和储存，有利于实现氢气的综合利用和高效利用。
[0023]在一种可选的实施方式中，三氯氢硅合成模块还设有氯化氢入口，氯化氢合成模块还设有氯化氢出口，三氯氢硅合成模块的氯化氢入口与氯化氢合成模块的氯化氢出口连通；
[0024]可选地，三氯氢硅合成模块用于利用氯化氢气体与硅粉进行硅氯化反应制备三氯氢硅，同时产生副产物四氯化硅以及第一含氢尾气。
[0025]在本专利技术提供的上述系统中，通过将三氯氢硅合成模块的氯化氢入口与氯化氢合成模块的氯化氢出口连通，实现了氯化氢气体的“自产自销”，节约了氯化氢气体的运输成本和储存成本，这能够进一步提升氯碱制氢子系统的经济效益，降低多晶硅生产子系统的生产成本。
[0026]在一种可选的实施方式中，三氯氢硅合成模块还设有四氯化硅出口，四氯化硅处理模块还设有四氯化硅入口，三氯氢硅合成模块的四氯化硅出口与四氯化硅处理模块的四氯化硅入口连通；
[0027]可选地，四氯化硅处理模块用于利用四氯化硅、硅粉与氢气进行冷氢化反应，将四氯化过转化为三氯氢硅，同时产生第二含氢尾气。
[0028]在本专利技术提供的上述系统中，四氯化硅处理模块能够从氢气处理子系统中获得纯化后的氢气，并将其用于三氯氢硅合成模块副产物四氯化硅的冷氢化反应，这一方面能够提升系统中氢气的利用率，另一方面能够节约副产物四氯化硅的运输成本并降低处理成本。
[0029]在一种可选的实施方式中，三氯氢硅合成模块还设有三氯氢硅出口，多晶硅合成模块还设有三氯氢硅入口，四氯化硅处理模块还设有三氯氢硅出口，多晶硅合成模块的三氯氢硅入口分别与三氯氢硅合成模块的三氯氢硅出口以及四氯化硅处理模块的三氯氢硅出口连通；
[0030]可选地，多晶硅合成模块用于利用三氯氢硅与氢气进行氢还原反应，生成多晶硅，
同时产生第三含氢气体。
[0031]在本专利技术提供的上述系统中，四氯化硅处理模块的三氯氢硅出口与多晶硅合成模块的三氯氢硅入口连通，能够将四氯化硅处理模块中制取的三氯氢硅重新用于生产多晶硅，实现了多晶硅的清洁生产和闭式循环。
[0032]在一种可选的实施方式中，氯化氢合成模块还设有氯气入口，氯碱制氢模块还设有氯气出口，氯碱制氢模块的氯气出口与氯化氢合成模块的氯气入口连通；
[0033]可选地，氯化氢合成模块用于利用氯气和氢气进行燃烧反应制备氯化氢气体。
[0034]在一种可选的实施方式中，上述系统还包括热能利用子系统，热能利用子系统包括：
[0035]低热能利用模块，用于对氯碱制氢模块以及三氯氢硅合成模块的余热进行回收及利用；
[0036]高热能利用模块，用于对氯化氢合成模块、三氯氢硅合成模块、多晶硅合成模块以及四氯化硅处理模块的余热进行回收及利用。
[0037]在本专利技术提供的上述系统中，还设置有热能利用子系统，一方面有利于快速降低产品尾气和/或产品液体的温度，提升生产效率；另一方面能够实现余热的回收及重复利用，降低生产系统的能耗水平，进而降低生产成本。并且，通过低热能利用模块和高热能利用模块的划分，实现了余热的分级利用，这能够提升热能利用子系统对工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯碱制氢耦合多晶硅生产的系统，其特征在于，包括氯碱制氢子系统、多晶硅生产子系统以及氢气处理子系统；所述氯碱制氢子系统包括：氯碱制氢模块，用于通过氯碱法制备氢气、氯气和氢氧化钠；氯化氢合成模块，用于利用氢气和氯气合成氯化氢；所述多晶硅生产子系统包括：三氯氢硅合成模块，用于利用硅氯化反应制备三氯氢硅；多晶硅合成模块，用于对三氯氢硅进行氢还原制备多晶硅；四氯化硅处理模块，用于对四氯化硅进行冷氢化制备三氯氢硅；所述氢气处理子系统用于对输入其内的含氢气体进行纯化并储存；其中，所述氢气处理子系统的气体入口分别与所述氯碱制氢模块的氢气出口、所述三氯氢硅合成模块的含氢尾气出口、所述多晶硅合成模块的含氢尾气出口以及所述四氯化硅处理模块的含氢尾气出口连通；所述氢气处理子系统的气体出口分别与所述氯化氢合成模块的氢气入口、所述多晶硅合成模块的氢气入口以及所述四氯化硅处理模块的氢气入口连通。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢气处理子系统包括：氢气纯化单元，用于对输入其内的含氢气体进行纯化处理；氢气储存单元，用于对输入其内的氢气进行储存；其中，所述氢气处理子系统的气体入口设置在所述氢气纯化单元上，所述氢气处理子系统的气体出口设置在所述氢气储存单元上，所述氢气纯化单元的气体出口与所述氢气储存单元的气体入口连通。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述三氯氢硅合成模块还设有氯化氢入口，所述氯化氢合成模块还设有氯化氢出口，所述三氯氢硅合成模块的氯化氢入口与所述氯化氢合成模块的氯化氢出口连通；可选地，所述三氯氢硅合成模块用于利用氯化氢气体与硅粉进行硅氯化反应制备三氯氢硅，同时产生副产物四氯化硅以及第一含氢尾气。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述三氯氢硅合成模块还设有四氯化硅出口，所述四氯化硅处理模块还设有四氯化硅入口，所述三氯氢硅合成模块的四氯化硅出口与所述四氯化硅处理模块的四氯化硅入口连通；可选地，所述四氯化硅处理模块用于利用四氯化硅、硅粉与氢气进行冷氢化反应，将所述四氯化过转化为三氯氢硅，同时产生第二含氢尾气。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述三氯氢硅合成模块还设有三氯氢硅出口，所述多晶硅合成模块还设有三氯氢硅入口，所述四氯化硅处理模块还设有三氯氢硅出口，所述多晶硅合成模块的三氯氢硅入口分别与所述三氯氢硅合成模块的三氯氢硅出口以及所述四氯化硅处理模块的三氯氢硅出口连通；可选地，所述多晶硅合成模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，赵雄，杨阳，刘峻，赵汪，沈国强，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：