[发明专利]多晶硅生产过程中的带旋流板的传热传质装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅生产中的三氯氢硅生成的高温混合气及多晶硅尾气处理的传热传质装置。

背景技术

进入二十世纪以来，科学技术的迅速发展，世界人口的急剧膨胀，人类对能源的需求越来越大，急需太阳能、风能、核能、地热能等新的可持续能源。而在风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能和核能等诸多新能源中，太阳能作为无污染、储量最丰富的可再生能源，无论是从安全性、地域限制、配置灵活等各方面比较，太阳能的利用越来越受到广泛的重视。

此前日本发生的核电站泄漏事故引发的核电安全问题，引起了世界各国的重视，中国全面审查在建核电站，暂停审批核电项目。德国方面已经明确表示将加快退出核电步伐，德国有可能是第一个退出核电的发达国家，一些国家虽无明确的态度，但对核电站的建设实行更为严格的标准是毫无疑问的。

    光伏产业近10年来的增长幅度都维持在30%以上，尤其是2010年全球新增光伏装机17.5GW，同比增幅达130%，根据相关机构的预计，未来10年光伏产业仍将维持30%左右的增幅，如此持久而迅速增长的行业是非常少见的。

中国是产硅大国，是世界上产能最大的冶金硅生产国，但我国的多晶硅生产技术落后，在国外硅业巨头的把持下，严重依赖国外，仅在2010年，国内的多晶硅产量为3.5万吨，进口量达到4万吨。高纯度多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料，在未来的50年里，还不可能有其它材料替代硅材料而成为电子和光伏产业的主要原材料。截止到2010年12月底，全国16省市共投资52个多晶硅项目，33家公司规划多晶硅产能146750吨。根据中国的可再生能源发展态势，多晶硅材料的需求猛长，供需失衡，因此中国是多晶硅最短缺的国家。

目前多晶硅的生产工艺主要有西门子改良法（硅芯沉积法）、硅烷热分解法、流化床法和冶金法。西门子改良法是目前使用最多的工艺，是在三氯氢硅制备过程中，纯度较高的硅粉和液氯在沸腾炉内发生反应，产生三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯化硅及氯化氢等高温混合气，需要对这些混合气体进行冷却处理，再输往精馏塔进行精馏，精馏得到的三氯氢硅在还原炉内生产多晶硅。

传统的用于多晶硅生产能过程中用于冷却的淋洗塔一般采用的是空淋塔，顶部设有喷嘴，冷凝液从顶部喷嘴喷洒下来将高温硅烷气等混合气体进行冷却处理。

然而传统的淋洗塔存在着许多不足：

1、冷凝效果不好，冷凝液直接从顶部喷嘴喷下，直接与高温混合气体接触，气液接触不充分，造成冷凝液用量过大，但冷却效率仍然低下。

2、由于冷凝液从喷嘴喷下，混合气体中含有高温硅粉，硅粉很细，很容易使喷嘴堵塞，增加了设备的运行难度，需要对喷嘴进行定期清理或更换。

3、由于高温混合气的上升，与从顶部喷嘴喷洒下来的冷凝液接触后，很容易形成雾气，造成气液传热和传质不高，最终影响冷凝效率。

4、硅粉颗粒冷却后容易吸附在淋洗塔内壁，容易造成淋洗塔底部堵塞。

发明内容

本发明的目的是针对传统淋洗塔存在的一系列问题，提供一种多晶硅生产过程中的带旋流板的传热传质装置，本发明用于多晶硅生产中冷却三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和氯化氢等高温混合气体，冷凝效果好，同时也解决了高温混合气夹带的金属硅粉使喷嘴容易堵塞的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多晶硅生产过程中的带旋流板的传热传质装置，它包括：塔筒、冷凝器、旋流除雾板和若干旋流装置，其中，所述旋流装置包括旋流板、异形接管、圆形溢流管和环形集液槽；旋流板主要由中心盲板和固定在中心盲板上的旋流叶片组成；气体出口在塔筒顶部，冷凝器固定在塔筒内，旋流除雾板位于冷凝器下方，并固定在塔筒内，塔筒侧壁在旋流除雾板下方开有进液口，若干旋流装置在进液口下方依次固定在塔筒内，塔筒侧壁在最底层旋流装置的下方开有进气口，塔筒底部开有液体出口；旋流板下接异形接管，圆形溢流管与异形接管相连，圆形溢流管的底部联结，环形集液槽位于塔筒的壁面与旋流板之间。

本发明装置比起传统的空淋洗塔和带折板的淋洗塔，具有以下技术效果：

1、冷凝效率更高：旋流板提供了良好的气液接触机会，高温混合气与冷凝液接触充分完全，冷凝效果大大改善；

2、解决了金属硅粉及杂质的堵塞问题：本发明装置直接通过管道进行淋洗，无喷嘴装置，解决了金属硅粉容易对喷嘴造成堵塞的问题；