本发明专利技术公开了一种冷氢化热能回收系统及方法，包括原料气预热机构、原料气混合汽化组、混合气加热机构、流化床、急冷塔和粗分塔；原料气预热机构设有用于热交换的第一壳程流道和第一管程流道，混合气加热机构设有用于热交换的第二壳程流道和第二管程流道；第一管程流道的进口连接供气源，第一管程流道的出口连接原料气混合汽化组的进口，原料气混合汽化组的出口连接第二壳程流道的进口，第二壳程流道的出口连接流化床的气体进口，流化床出口连接第二管程流道的进口，第二管程流道的进口连接急冷塔的进口，急冷塔的出口连接第一壳程的进口，第一壳程的出口连接粗分塔。本发明专利技术实现了冷氢化热能回收，减少了热量浪费，降低了能源损耗和生产成本。和生产成本。和生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种冷氢化热能回收系统及方法
[0001]本专利技术属于多晶硅生产
，具体涉及一种冷氢化热能回收系统及方法。
技术介绍
[0002]我国现阶段制备多晶硅的工艺技术基本上都为西门子工艺技术，该工艺技术中，一个很重要的环节是四氯化硅冷氢化生产三氯氢硅，三氯氢硅为制备多晶硅的原料之一。冷氢化系统是目前国内大多数厂家采用的系统。冷氢化法是以硅粉、氢气、四氯化硅为原料，采用铜基、镍基或铁基等催化剂，在流化床反应器中进行气固相反应，化学方程式为：3SiCl4+2H2+Si＝4SiHCl3，反应温度为500~600℃，压力为2~3MPa。从氢化反应器出来的混合气体经急冷塔，除去夹带的催化剂和硅粉，再经过急冷单元和深冷单元将氢气回收利用，最后经粗分塔分离四氯化硅和三氯氢硅。此法的四氯化硅单程转化率为15%~35%，反应温度低，较热氢化能耗大大降低，在多晶硅生产中应用较多。
[0003]但是该系统存在严重的热能浪费，如：（1）流化床反应器内出来的粗三氯氢硅经过水冷器直接进入急冷塔；（2）经过急冷塔冷却后的气体直接依次经过空冷器、水冷器以及氟利昂冷却器冷却形成氯硅烷溶液；（3）粗分塔采出的四氯化硅使用水冷器降温。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种冷氢化热能回收系统及方法，实现了冷氢化热能回收，减少了热量浪费，降低了能源损耗和生产成本。
[0005]本专利技术提供了如下的技术方案：第一方面，提供一种冷氢化热能回收系统，包括原料气预热机构、原料气混合汽化组、混合气加热机构、流化床、急冷塔和粗分塔；所述原料气预热机构设有用于热交换的第一壳程流道和第一管程流道，所述混合气加热机构设有用于热交换的第二壳程流道和第二管程流道，所述流化床设有流化床气体进口和流化床出口；所述第一管程流道的进口连接供气源，所述第一管程流道的出口连接原料气混合汽化组的进口，所述原料气混合汽化组的出口连接第二壳程流道的进口，所述第二壳程流道的出口连接流化床气体进口，所述流化床出口连接第二管程流道的进口，所述第二管程流道的出口连接急冷塔的进口，所述急冷塔的出口连接第一壳程的进口，所述第一壳程的出口连接粗分塔。
[0006]进一步的，所述原料气预热机构包括四氯化硅预热组和氢气预热组，所述四氯化硅预热组包括四氯化硅一级换热器，所述氢气预热组包括氢气一级换热器。
[0007]进一步的，所述四氯化硅预热组还包括四氯化硅二级换热器，所述四氯化硅一级换热器的管程进口连接四氯化硅供气源，所述四氯化硅一级换热器的管程出口连接四氯化硅二级换热器，所述四氯化硅二级换热器使用蒸汽加热；所述氢气预热组还包括氢气二级换热器，所述氢气一级换热器的管程进口连接氢
气供气源，所述氢气一级换热器的管程出口连接氢气二级换热器，所述氢气二级换热器使用蒸汽加热。
[0008]进一步的，所述原料气混合汽化组包括相连的静态混合器和汽化器。
[0009]进一步的，所述混合气加热机构包括混合气一级换热器、混合气二级换热器和混合气三级换热器；所述混合气一级换热器的壳程进口连接原料气混合汽化组，所述混合气一级换热器的壳程出口连接混合气二级换热器的壳程进口，所述混合气二级换热器的壳程出口连接混合气三级换热器的壳程进口，所述混合气三级换热器的壳程出口连接流化床气体进口；所述流化床出口连接混合气三级换热器的管程进口，所述混合气三级换热器的管程出口连接混合气二级换热器的管程进口，所述混合气二级换热器的管程出口连接混合气一级换热器的管程进口，所述混合气一级换热器的管程出口连接急冷塔的进口。
[0010]进一步的，还包括反应器进料过热器，所述反应器进料过热器连接于混合气三级换热器的壳程出口和流化床气体进口之间。
[0011]进一步的，还包括急冷塔回流罐、急冷单元储罐和急冷换热器；所述急冷塔的出口连接急冷塔回流罐的进口，所述急冷塔回流罐设有回流罐气体出口和回流罐液体出口，所述回流罐液体出口连接急冷单元储罐；所述回流罐气体出口连接氢气一级换热器的壳程进口，所述氢气一级换热器的壳程出口分别连接急冷单元储罐和四氯化硅一级换热器的壳程进口，所述四氯化硅一级换热器的壳程出口分别连接急冷单元储罐和急冷换热器，所述急冷换热器连接急冷单元储罐；所述急冷单元储罐设有储罐气体出口和储罐液体出口，所述储罐气体出口连接氢气供气源，所述储罐液体出口连接粗分塔。
[0012]进一步的，还包括粗分塔釜热交换器，所述粗分塔釜热交换器的管程进口连接急冷塔的出口，所述粗分塔釜热交换器的管程出口连接急冷塔回流罐的进口，所述粗分塔釜热交换器的壳程进口连接粗分塔的中下部出口，所述粗分塔釜热交换器的壳程出口连接粗分塔底部。
[0013]进一步的，还包括粗分塔进料热交换器，所述粗分塔进料热交换器的管程进口连接储罐液体出口，所述粗分塔进料热交换器的管程出口连接粗分塔的进口，所述粗分塔进料热交换器的壳程进口连接粗分塔的中上部出口，所述粗分塔进料热交换器的壳程出口连接四氯化硅供气源。
[0014]第二方面，提供一种第一方面所述系统进行冷氢化热能回收的方法，包括以下步骤：来自供气源的四氯化硅和氢气通入原料气预热机构的第一管程流道的进口，经原料气预热机构预加热后通过第一管程流道的出口进入原料气混合汽化组进行混合和汽化，获得混合气；混合气通入混合气加热机构的第二壳程流道的进口，经混合气加热机构加热后通过第二壳程流道的出口、流化床气体进口通入流化床，向流化床中添加硅粉进行反应，反应生成粗三氯氢硅；粗三氯氢硅经流化床出口、第二管程流道的进口进入混合气加热机构，混合气加热机构利用粗三氯氢硅加热来自原料气混合汽化组的混合气，同时，预降温后的粗三氯氢
硅通过第二管程流道的出口和急冷塔的进口进入急冷塔进行二次降温；二次降温后的粗三氯氢硅通过第一壳程的进口进入原料气预热机构，原料气预热机构利用二次降温后的粗三氯氢硅预加热来自供气源的四氯化硅和氢气，降温后的粗三氯氢硅经第一壳程的出口进入粗分塔进行分离。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术包括原料气预热机构和混合气加热机构；其中，混合气加热机构能够利用来自流化床出口的粗产物加热来自原料气混合汽化组的混合气，并将升温后的混合气送至流化床气体进口进行反应，同时将预降温后的粗产物送至急冷塔进行二次降温；原料气预热机构能够利用来自急冷塔二次降温后的粗产物预加热来自供气源的原料气体，并将预加热后的原料气体送至原料气混合汽化组进行混合和汽化，同时将降温后的粗产物送至粗分塔进行分离；本专利技术提供的冷氢化热能回收系统及方法，实现了冷氢化热能回收，减少了热量浪费，降低了能源损耗和生产成本。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例中冷氢化热能回收系统的结构示意图；图中标记为：1、四氯化硅一级换热器；2、氢气一级换热器；3、急冷换热器；4、急冷单元储罐；5、四氯化硅二级换热器；6、氢气二级换热器；7、静态混合器；8、汽化器；9、流化床；10、反应器进料过热器；11、混合气三级换热器；12、混合气二级换热器；13、混合气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冷氢化热能回收系统，其特征在于，包括原料气预热机构、原料气混合汽化组、混合气加热机构、流化床、急冷塔和粗分塔；所述原料气预热机构设有用于热交换的第一壳程流道和第一管程流道，所述混合气加热机构设有用于热交换的第二壳程流道和第二管程流道，所述流化床设有流化床气体进口和流化床出口；所述第一管程流道的进口连接供气源，所述第一管程流道的出口连接原料气混合汽化组的进口，所述原料气混合汽化组的出口连接第二壳程流道的进口，所述第二壳程流道的出口连接流化床气体进口，所述流化床出口连接第二管程流道的进口，所述第二管程流道的出口连接急冷塔的进口，所述急冷塔的出口连接第一壳程的进口，所述第一壳程的出口连接粗分塔。2.根据权利要求1所述的冷氢化热能回收系统，其特征在于，所述原料气预热机构包括四氯化硅预热组和氢气预热组，所述四氯化硅预热组包括四氯化硅一级换热器，所述氢气预热组包括氢气一级换热器。3.根据权利要求2所述的冷氢化热能回收系统，其特征在于，所述四氯化硅预热组还包括四氯化硅二级换热器，所述四氯化硅一级换热器的管程进口连接四氯化硅供气源，所述四氯化硅一级换热器的管程出口连接四氯化硅二级换热器，所述四氯化硅二级换热器使用蒸汽加热；所述氢气预热组还包括氢气二级换热器，所述氢气一级换热器的管程进口连接氢气供气源，所述氢气一级换热器的管程出口连接氢气二级换热器，所述氢气二级换热器使用蒸汽加热。4.根据权利要求1所述的冷氢化热能回收系统，其特征在于，所述原料气混合汽化组包括相连的静态混合器和汽化器。5.根据权利要求1所述的冷氢化热能回收系统，其特征在于，所述混合气加热机构包括混合气一级换热器、混合气二级换热器和混合气三级换热器；所述混合气一级换热器的壳程进口连接原料气混合汽化组，所述混合气一级换热器的壳程出口连接混合气二级换热器的壳程进口，所述混合气二级换热器的壳程出口连接混合气三级换热器的壳程进口，所述混合气三级换热器的壳程出口连接流化床气体进口；所述流化床出口连接混合气三级换热器的管程进口，所述混合气三级换热器的管程出口连接混合气二级换热器的管程进口，所述混合气二级换热器的管程出口连接混合气一级换热器的管程进口，所述混合气一级换热器的管程出口连接急冷塔的进口。6.根据权利要求5所述的冷氢化热能回收系统，其特征在于，还包括反应器进料过热器，所述反应器进料过热器连接于混合气三级换热器的壳程出口...
【专利技术属性】
技术研发人员：付绪光，李磊，李啸天，
申请(专利权)人：江苏中能硅业科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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