一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的装置，其特征在于，包括：氢化炉，与氢化炉底部相连接的尾气换热器；所述尾气换热器包括第一换热段，第一换热段包括外壳，外壳内套有双层套管，由外向内逐次为第一套管和第二套管，第一套管的第一端与氢化炉内部相连通，第二套管在尾气换热器与氢化炉相连接处的第一端设置朝向氢化炉内部的喷嘴，外壳在氢化炉底部的第一端设置与第一端相连通的排出管。在本实用新型专利技术提供的装置中，反应气体先被预热后再进入氢化炉中进行氢化反应，能够节省能源，并且使得氢化反应的反应速度较快，反应时间较短，产能大，适合大规模多晶硅的生产。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及多晶硅生产领域，具体涉及一种利用四氯化硅氢化生产三氯氢硅的装置。
技术介绍
采用改良西门子法生产多晶硅的工艺中会产生大量副产物四氯化硅，四氯化硅极 易与水反应生成二氧化硅和氯化氢，直接排放将严重影响生态环境，需要对四氯化硅进行 妥善处理。利用四氯化硅可以制备白炭黑、有机硅，但这些产品的市场容量小，无法消化数 量较庞大的四氯化硅。随着国内多晶硅产能的不断扩大，循环利用是目前解决多晶硅生产 中产生大量四氯化硅问题的较好出路，循环利用就是通过特殊工艺技术，将四氯化硅转化 为多晶硅的生产原料三氯氢硅，三氯氢硅再用于生产多晶硅，既避免环境污染，又节约了资 源。 现在常用的一种用四氯化硅生产三氯氢硅的方法，是将四氯化硅和氢气以一定比 例通入高温氢化装置中，发生氢化反应后生成三氯氢硅。高温氢化装置包括氢化炉和尾气 换热器，氢化炉的进料口在氢化炉的顶部，生成的尾气由氢化炉的底部排出，排出的尾气温 度较高，为防止发生副反应需经尾气换热器换热降温，尾气换热器为双层，尾气走内部的管 程，冷却水走外层的壳程。氢化炉内设有电极，进行氢化反应时，电极通电发出大量的热量， 可以对反应气体进行加热，但氢化反应的温度一般要求在1200°C以上，消耗电能较大。
技术实现思路
本技术解决的问题在于提供一种四氯化硅生产三氯氢硅的装置，用该装置生 产三氯氢硅耗能小，能够节省能源。 为了解决上述技术问题，本技术的技术方案为 —种利用四氯化硅生产三氯氢硅的装置，包括 氢化炉，与氢化炉底部相连接的尾气换热器； 所述尾气换热器包括第一换热段，第一换热段包括外壳，外壳内套有双层套管，由 外向内逐次为第一套管和第二套管，第一套管的第一端与氢化炉内部相连通，第二套管在 尾气换热器与氢化炉相连接处的第一端设置朝向氢化炉内部的喷嘴，外壳在氢化炉底部的 第一端设置与第一端相连通的排出管。 作为优选，所述尾气换热器还包括第二换热段，第二换热段包括外壳，外壳内套有 一层套管，第一换热段的外壳的第二端与第二换热段的外壳的第一端相连通，第一换热段 的第一套管的第二端与第二换热段的套管的第一端相连通； 所述装置还包括蒸发器，所述蒸发器包括壳体，壳体上设有反应气体进口、反应气 体出口 、蒸汽进口 、冷凝水出口 、尾气进口 、尾气出口 ，所述反应气体出口与尾气换热器的第 一换热段的第二套管的第二端相连通，所述尾气进口与尾气换热器的第二换热段的套管的 第二端相连，第二换热段的外壳在靠近蒸发器处的第二端设置与第二端相通的管口 ；[0011 ] 所述壳体内部包括连接蒸汽进口和冷凝水出口的蒸汽管路，连接尾气进口与尾气 出口的尾气管路。 作为优选，所述喷嘴的数量为4个 12个。 作为优选，所述喷嘴前后的压差可以调节。 作为优选，所述蒸汽管路为蛇型。 作为优选，所述尾气管路为U型。 作为优选，所述尾气换热器采用不锈钢316L材料。 作为优选，所述氢化炉包括发热体、内保温罩、外保温罩，均采用石墨或碳碳复合 材料。 本专利技术提供的四氯化硅生产三氯氢硅的装置，氢化炉的底部连接尾气换热器，尾 气换热器为三层，最内部的第二套管走反应气体，第一套管与第二套管之间走尾气，外壳与 第一套管之间走冷却水，这样尾气在被冷却的同时，也将余热传给反应气体，反应气体受到 预热后再进入氢化炉中，由于已经具有一定温度，所以消耗较少的电能就可以达到氢化反 应的温度，节省了能源，并且使得氢化反应的反应速度较快，反应时间较短，产能大，适合大 规模多晶硅的生产。 另外，氢化炉有双层保温罩，这样反应热量不会被钟罩冷却水带走，一方面节约了 反应所需的电能，另一方面又使反应热量充分随尾气被回收利用。 在一种优选的实施方式中，反应装置还包括蒸发器，氢化炉和蒸发器通过尾气换 热器连接，反应气体先进入蒸发器中预热，四氯化硅被蒸发为气相，然后反应气体再通过尾 气换热器进一步加热，这样反应气体的预热更加充分，进入氢化炉前温度能够达到300°C以 上，发生氢化反应时能节约更多的电能。附图说明图1为本技术一种具体实施方式所提供的利用四氯化硅生产三氯氢硅的方 法的装置。具体实施方式为了进一步了解本技术，下面结合实施例对本技术优选实施方案进行描 述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本技术的特征和优点，而不是对本实用 新型权利要求的限制。 本技术提供的利用四氯化硅生产三氯氢硅的装置包括氢化炉，与氢化炉底部 相连接的尾气换热器。氢化炉为本领域技术人员所熟知，用于四氯化硅和氢气进行氢化反 应。请参考图1，图1为本技术一种具体实施方式所提供的利用四氯化硅生产三氯氢硅 的方法的装置。其中的氢化炉1包括钟罩11、设置在钟罩11内部的外保温罩12、内保温罩 13、钟罩底部的底盘15、安装在底盘15上的电极16、与电极16相连位于内保温罩13里面 的发热体14。钟罩11和底盘15采用不锈钢316L或复合材料316L/CC，电极16采用铜材 料，表面镀银，电极16数量为36个或48个，发热体14和外保温罩12、内保温罩13采用石 墨或碳碳复合材料。进行氢化反应时，电极16通电，发热体14发出大量的热量，加热位于 发热体14附近的四氯化硅和氢气混合的反应气体，温度升至1200°C 1300°C，四氯化硅与氢气发生反应生成三氯氢硅，反应方程式为SiCl4+H2 = SiHCl3+HCl。 氢化反应产生的尾气是氢气、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅等气体的 混合气体，刚从氢化炉1排出的尾气温度较高，能达到800°C ，为防止发生副反应，需要将尾 气通过尾气换热器2进行冷却。本专利技术中的尾气换热器2既能将尾气冷却，还能对反应气体 进行预热。尾气换热器2包括外壳211，外壳211内套有双层套管，由外向内逐次为第一套 管212和第二套管213。尾气换热器2与氢化炉1的底盘15相连，其中第一套管212与氢 化炉1的底盘15相连通，相连通的一端为第一套管212的第一端，另外一端为第二端。第 二套管213在尾气换热器2与氢化炉1相连处的一端为第一端，另外一端为第二端，第二套 管213的第一端设置朝向氢化炉1内部的喷嘴2132，喷嘴2132的数量优选为4个 12个， 喷嘴2132前后的压差可以调节，喷嘴2132用来进料。外壳211在氢化炉1的底盘15处的 第一端设置与第一端相连通的排出管2212，排出管2212设置在底盘15内，外壳211的另一 端为第二端。 尾气换热器2进行工作时，第二套管213内走四氯化硅和氢气混合的反应气体，反 应气体由第二套管213的第二端流向第一端，由喷嘴2132喷入氢化炉1内，喷嘴2132前后 的压差可以调节，通过调节压差可以控制进料压力使进入的反应气体在氢化炉1内合理分 配并优化炉内流场，保证反应气体能与发热体14充分接触后发生反应。第一套管212与第 二套管213之间走尾气，尾气在氢化炉1中生成后，由第一套管212的第一端流向第二端， 与第二套管213内的反应气体的流向相反，当反应气体流向氢化炉1时，尾气同时由氢化炉 1流出，尾气将热量传给反应气体。外壳211与第一套管212之间走冷却水，冷却水由外壳 211的第二端流向第一端，最后由与第一端相连的排出管2212排出。冷却水的流向与尾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的装置，其特征在于，包括：　　氢化炉，与氢化炉底部相连接的尾气换热器；　　所述尾气换热器包括第一换热段，第一换热段包括外壳，外壳内套有双层套管，由外向内逐次为第一套管和第二套管，第一套管的第一端与氢化炉内部相连通，第二套管在尾气换热器与氢化炉相连接处的第一端设置朝向氢化炉内部的喷嘴，外壳在氢化炉底部的第一端设置与第一端相连通的排出管。

【技术特征摘要】
一种利用四氯化硅生产三氯氢硅的装置，其特征在于，包括氢化炉，与氢化炉底部相连接的尾气换热器；所述尾气换热器包括第一换热段，第一换热段包括外壳，外壳内套有双层套管，由外向内逐次为第一套管和第二套管，第一套管的第一端与氢化炉内部相连通，第二套管在尾气换热器与氢化炉相连接处的第一端设置朝向氢化炉内部的喷嘴，外壳在氢化炉底部的第一端设置与第一端相连通的排出管。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述尾气换热器还包括第二换热段，第二 换热段包括外壳，外壳内套有一层套管，第一换热段的外壳的第二端与第二换热段的外壳 的第一端相连通，第一换热段的第一套管的第二端与第二换热段的套管的第一端相连通；所述装置还包括蒸发器，所述蒸发器包括壳体，壳体上设有反应气体进口 、反应气体出 口 、蒸汽进口 、冷凝水出口 、尾气进口 、尾气出口 ，所述反应气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国平，潘和平，夏进京，刘兴国，
申请(专利权)人：重庆大全新能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]