三氯氫矽精餾系統的製作方法
2023-05-01 22:04:21 3
專利名稱：三氯氫矽精餾系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及精餾技術領域，具體而言，涉及ー種三氯氫矽精餾系統。
背景技術：
多晶矽是集成電路和光伏發電的關鍵原材料，三氯氫矽作為多晶矽生產エ藝中的中間產品，其質量的好壞直接影響多晶矽產品的質量。目前，隨著多晶矽生產規模的不斷擴大，三氯氫矽精餾系統中精餾塔的塔徑也越來越大，塔徑增大帶來的放大效應嚴重影響了三氯氫矽的質量，並且大幅増加了三氯氫矽精餾系統的能耗及設備投資。
發明內容
本發明g在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的ー個目的在於提出ー種可以提高三氯氫矽產品的質量且能耗低、設備投資小的三氯氫矽精餾系統。為實現上述目的，根據本發明的實施例提出一種三氯氫矽精餾系統，所述三氯氫矽精餾系統包括第一精餾塔，所述第一精餾塔設有第一上出口、第一下出口、位於所述第一上出口和所述第一下出口之間的第一進料ロ、第一回流口和第一回氣ロ ；冷凝器，所述冷凝器的進ロ與所述第一上出口相連且所述冷凝器的出口與所述第一回流ロ相連；第二精餾塔，所述第一精餾塔的水平高度高於所述第二精餾塔的水平高度，所述第二精餾塔設有第ニ上出ロ、第二下出ロ、位於所述第二上出口和所述第二下出ロ之間的第二進料ロ、第二回流口和第二回氣ロ ；第一再沸器，所述第一再沸器的第一進ロ與所述第一下出口相連且所述第一再沸器的第一出口與所述第一回氣ロ相連，所述第一再沸器的第二進ロ與所述第二上出口相連且所述第一再沸器的第二出口與所述第二回流ロ相連；過冷器，所述過冷器的進ロ與所述第一再沸器的第二出口相連且所述過冷器的出口與所述第二回流ロ相連；和第ニ再沸器，所述第二再沸器的進ロ與所述第二下出口相連且所述第二再沸器的出口與所述第二回氣ロ相連。根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統通過將三氯氫矽原料分為兩股，並將所述兩股三氯氫矽原料分別輸入兩個精餾塔內(即所述第一精餾和所述第二精餾塔)，與採用一個精餾塔的現有技術相比，減小了精餾塔的直徑，即減小了單個精餾塔的處理能力，從而減小或消除了放大效應，提高了所述三氯氫矽精餾系統的分離效果和操作穩定性，進而提高三氯氫矽產品的質量，同時減少了設備的投資。並且，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統通過將所述第一精餾塔的水平高度設置成高於所述第二精餾塔的水平高度，且將所述第一再沸器的第二出口與所述第二精餾塔的第二上出口相連，從而可以利用所述第二精餾塔的第二塔頂蒸汽作為所述第一再沸器的熱源，使所述第一精餾塔和所述第二精餾塔的熱量耦合。也就是說，不必再消耗額外的能源來為所述第一再沸器提供熱源，降低了所述三氯 氫矽精餾系統的能源消耗。實驗表明，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統的冷負荷僅為現有技術的50. 2%、熱負荷僅為現有技術的50. 9%，整體能耗可降低48. 78%。綜上所述，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統具有產出的三氯氫矽產品質量高，能耗低、設備投資小等優點。另外，根據本發明上述實施例的三氯氫矽精餾系統還可以具有如下附加的技術特徵根據本發明的一個實施例，所述冷凝器的出口還與所述過冷器出ロ相連，所述第一精餾塔的第一下出ロ還與所述第二精餾塔的第二下出ロ相連。以便將一部分經過所述冷凝器冷凝後的第一塔頂蒸汽與一部分經過所述過冷器過冷後的冷凝液合併成最終塔頂產品、將一部分由所述第一下出ロ排除的第一塔底液與一部分由所述第二下出ロ排除的第二塔底液合併成最終塔底產品。根據本發明的一個實施例，所述第一上出口設在所述第一精餾塔的頂部，所述第一下出口設在所述第一精餾塔的底部，所述第一進料ロ設在所述第一精餾塔的中部；及所述第二上出口設在所述第二精餾塔的頂部，所述第二下出口設在所述第二精餾塔的底部，所述第二進料ロ設在所述第二精餾塔的中部。這樣可以便於三氯氫矽原料在所述第一精餾塔和所述第二精餾塔內精餾後產生的第一塔頂蒸汽上升由所述第一上出口排出、第一塔底液下沉由所述第一下出口排出、第二塔頂蒸汽上升由所述第二上出口排出、第二塔底液下沉由所述第二下出口排出。根據本發明的一個實施例，所述第一和第二精餾塔的尺寸和形狀完全相同，以便於製造生產。根據本發明的一個實施例，所述第一和第二精餾塔的縱向剖面均為長圓形且所述第一和第二精餾塔的縱軸線沿豎直方向定向。所述第一和第二精餾塔的縱向剖面為長圓形可以在保證所述第一和第二精餾塔的塔內空間的情況下減少製造所述第一精餾塔和所述第二精餾塔的材料消耗，並使所述第一和第二精餾塔具有更強的承載能力。所述第一和第ニ精餾塔的縱軸線沿豎直方向定向可以使三氯氫矽原料在所述第一和第二精餾塔內精餾充分。根據本發明的一個實施例，所述第一和第二精餾塔的直徑相同。根據本發明的一個實施例，所述第一精餾塔的水平高度高於所述第二精餾塔的水平高度1-2米。這樣可以在保證所述第一精餾塔與所述第二精餾塔的熱量耦合的情況下，減小所述第一精餾塔的設置難度。根據本發明的一個實施例，所述第一精餾塔內的操作壓カ為0. 1-0. 3MPa，所述第ニ精餾塔內的操作壓カ為0. 3-0. 7MPa。這樣可以同時保證所述第一和第二精餾塔的分離效率、處理能力和熱量的有效利用。根據本發明的一個實施例，所述第一精餾塔內的理論塔板數為80-100塊且所述第二精餾塔內的理論塔板數為100-120塊。這樣可以在保證產出的三氯氫矽產品的純度的情況下進ー步減少所述第一和第二精餾塔的能耗。根據本發明的一個實施例，所述第一和第二精餾塔的回流比均為8-15。這樣既可 以保證產出的三氯氫矽產品的質量，又可以保證所述第一和第二精餾塔的生產能力。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和 優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發明的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。下面參照圖I描述根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100.如圖I所示，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100包括第一精餾塔110、冷凝器120、第二精餾塔130、第一再沸器140、過冷器150和第二再沸器160。第一精餾塔110設有第一上出口 111、第一下出口 112、位於第一上出口 111和第一下出口 112之間的第一進料ロ 113、第一回流ロ 114和第一回氣ロ 115。冷凝器120的進ロ 121與第一上出口 111相連且冷凝器120的出口 122與第一回流ロ 114相連。第一精餾塔110的水平高度高於第二精餾塔130的水平高度，換言之，第一精餾塔110的最低點(例如底端)的水平高度高於第二精餾塔130的最低點(例如底端)的水平高度，第二精餾塔130設有第二上出口 131、第二下出口 132、位於第二上出口 131和第二下出口 132之間的第二進料ロ 133、第二回流ロ 134和第二回氣ロ 135。第一再沸器140的第一進ロ 141與第一下出口 112相連且第一再沸器140的第一出口 142與第一回氣ロ 115相連，第一再沸器140的第二進ロ 143與第二上出ロ 131相連且第一再沸器140的第二出ロ 144與第二回流ロ 134相連。過冷器150的進ロ 151與第一再沸器140的第二出ロ 144相連且過冷器150的出口 152與第二回流ロ 134相連.第二再沸器160的進ロ 161與第二下出口 132相連且第二再沸器160的出口 162與第二回氣ロ 135相連。下面參照圖I描述根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100的工作過程。首先將三氯氫矽原料I分為第一原料I和第二原料2井分別通過第一進料ロ 113和第二進料ロ133供給到第一精餾塔110和第二精餾塔130內，第一精餾塔110的第一塔頂蒸汽4由第一上出口 111排出，經冷凝器120冷凝後按照第一精餾塔110的回流比分為第一回流料6和第一塔頂產品8，其中第一回流料6通過第一回流ロ 114返回第一精餾塔110。第一精餾塔110的第一塔底液11由第一下出口 112排出，其中一部分第一塔底液11通過第一再沸器140的第一進ロ 141進入第一再沸器140後經第一再沸器140加熱成第一回流蒸汽13，第一回流蒸汽13由第一出ロ 142流出第一再沸器140並通過第一回氣ロ 115返回第一精餾塔110，另一部分第一塔底液11作為第一塔底產品15流入分支。第二精餾塔130的第二塔頂蒸汽5由第二上出ロ 131排出，通過第一再沸器140的第二進ロ 143進入第一再沸器140中作為加熱第一塔底液11的熱源(即第二塔頂蒸汽5與第一塔底液11在第一再沸器140中進行熱交換)，第二塔頂蒸汽5經過換熱後冷凝成冷凝液18、冷凝液18經過過冷器150過冷後按照第二精餾塔130的回流比分為第二回流料7和第二塔頂產品9，其中第二回流料7通過第二回流ロ 134返回第二精餾塔130中，第一塔頂產品8和第二塔頂產品9合併成最終塔頂產品10。第二精餾塔130的第二塔底液12由第二下出口 132排出，其中一部分第二塔底液12經過第二再沸器160加熱成第二回流蒸汽14，第二回流蒸汽14通過第二回氣ロ 135返回第二精餾塔130，另一部分第二塔底液12作為第二塔底產品16流入分支，第一塔底產品15和第二塔底產品16合併成最終塔底產品17。根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100通過將三氯氫矽原料I分為兩股(第一原料2和第二原料3)，並將所述兩股三氯氫矽原料分別輸入兩個精餾塔內(即第一精餾塔110和第二精餾塔130)，與採用ー個精餾塔的現有技術相比，減小了精餾塔的直徑(第一精餾塔110和第二精餾塔130與現有精餾塔相比)，即減小了單個精餾塔的處理能力，從而減小或消除了放大效應，提高了三氯氫矽精餾系統100的分離效果和操作穩定性，進而提高三氯氫矽產品的質量，同時減少了設備的投資。並且，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100通過將第一精餾塔110的水平高度設置成高於第二精餾塔130的水平高度，且將第一再沸器140的第二出口 144與第二精餾塔130的第二上出口 131相連，從而可以利用第二精餾塔130的第二塔頂蒸汽5作為第一再沸器140的熱源，使第一精餾塔110和第二精餾塔130的熱量耦合。也就是說，不必再消耗額外的能源來為第一再沸器140提供熱源，降低了三氯氫矽精餾系統100的能源消耗。實驗表明，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100的冷負荷僅為現有技術的50. 2%、熱負荷僅為現有技術的50. 9%，整體能耗可降低48. 78%。綜上所述，根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100具有產出的三氯氫矽產品質量高，能耗低、設備投資小等優點。需要理解地是，第一精餾塔110的水平高度高於第二精餾塔130的水平高度可以通過調整第一精餾塔和第二精餾塔的塔底裙座高度(圖中未示出)等方式來實現。其中，第一精餾塔110和第二精餾塔130可以均為脫重塔，當第一精餾塔110和第ニ精餾塔130均為脫重塔時，最終塔頂產品10為三氯氫矽產品且最終塔底產品17為可返回三氯氫矽精餾系統100循環使用的回收料。第一精餾塔110和第二精餾塔130也可以均為脫輕塔，當第一精餾塔110和第二精餾塔130均為脫輕塔時，最終塔頂產品10為可返回三氯氫矽精餾系統100循環使用的回收料且最終塔底產品17為三氯氫矽產品。在本發明的一個實施例中，冷凝器120的出口 122還可以與過冷器150的出口 152 相連，以便將第一塔頂產品8和第二塔頂產品9合併成最終塔頂產品10。第一精餾塔110的第一下出ロ 112還可以與第二精餾塔130的第二下出ロ 132相連，以便將第一塔底產品15和第二塔底產品16合併成最終塔底產品17。
在本發明的一個示例中，第一上出口 111可以設在第一精餾塔110的頂部，第一下出口 112可以設在第一精餾塔110的底部，第一進料ロ 113可以設在第一精餾塔110的中部，這樣可以便於第一原料2在第一精餾塔110內精餾後產生的第一塔頂蒸汽4上升由第一上出口 111排出、第一塔底液11下沉由第一下出口 112排出。第二上出口 131可以設在第二精餾塔130的頂部，第二下出ロ 132可以設在第二精餾塔130的底部，第二進料ロ 133可以設在第二精餾塔130的中部，這樣可以便於第二原料3在第二精餾塔130內精餾後產生的第二塔頂蒸汽5上升由第二上出口 131排出、第二塔底液12下沉由第二下出口 132排出。其中，第一進料ロ 113的口徑可以等於第二進料ロ 133的口徑，由此可以便於將三氯氫矽原料I等分為供給到第一精餾塔110內的第一原料2和供給到第二精餾塔130內的第二原料3。在本發明的ー個具體示例中，第一精餾塔110和第二精餾塔130的尺寸和形狀可以完全相同，以便於製造生產。具體而言，第一精餾塔110和第二精餾塔130的直徑可以相同，第一精餾塔110和第二精餾塔130的縱向剖面可以均為長圓形，由此可以在保證第一精餾塔110和第二精餾塔130的塔內空間的情況下減少製造第一精餾塔110和第二精餾塔130的材料消耗，並使第一精餾塔110和第二精餾塔130具有更強的承載能力。其中，第一精餾塔110和第二精餾塔130的縱軸線可以沿豎直方向定向，以便於第一原料2和第二原料3分別在第一精餾塔110和第二精餾塔130內精餾充分。可選地，第一精餾塔110的水平高度可以高於第二精餾塔130的水平高度1-2米，這樣可以在保證第一精餾塔110與第二精餾塔130的熱量耦合的情況下，減小第一精餾塔110的設置難度(第一精餾塔110的水平高度高於第二精餾塔130的水平高度越多，第一精餾塔Iio的設置難度越大)。換言之，若第一精餾塔110的水平高度高於第二精餾塔130的水平高度的值小於I米，則會影響第一精餾塔110與第二精餾塔130的熱量耦合。若第一精餾塔110的水平高度高於第二精餾塔130的水平高度的值大於2米，則第一精餾塔110的設置難度過大。在本發明的一個實施例中，第一精餾塔110內的操作壓カ可以為0. 1-0. 3MPa，第ニ精餾塔130內的操作壓カ可以為0. 3-0. 7MPa。這樣可以同時保證第一精餾塔110和第二精餾塔130的分離效率、處理能力和熱量的有效利用。換言之，若第一精餾塔110的操作壓カ小於0. IMPa，則第一精餾塔110內第一原料2的組分的重度減小，第一精餾塔110的處理能力變小而不能滿足實際生產需要。若第一精餾塔110的操作壓カ大於0. 3MPa，則第一精餾塔110內的第一原料2的組分間的相對揮發度降低，第一精餾塔110的分離效率下降，影響三氯氫矽產品的質量和生產效率。若第二精餾塔130的操作壓カ小於0. 3MPa，則第二精餾塔130內第二原料3的組分的重度減小，第二精餾塔130的處理能力變小而不能滿足實際生產需要。若第二精餾塔130的操作壓カ大於0. 7MPa，則第二精餾塔130內的第二原料3的組分間的相對揮發度降低，第二精餾塔130的分離效率下降，影響三氯氫矽產品的質量和生產效率。
可選地，第一精餾塔110內的理論塔板數可以為80-100塊且第二精餾塔130內的理論塔板數可以為100-120塊。這樣可以在保證產出的三氯氫矽的純度的情況下進ー步減少所述第一和第二精餾塔的能耗。也就是說，若第一精餾塔110的理論塔板數小於80塊，則產出的三氯氫矽產品的純度過低，不能達到技術要求。若第一精餾塔110的理論塔板數大於100塊，三氯氫矽產品的純度沒有顯著提高，但增加第一精餾塔110的設備投資。若第ニ精餾塔130的理論塔板數小於100塊，則產出的三氯氫矽產品的純度過低，不能達到技術要求。若第二精餾塔130的理論塔板數大於120塊，三氯氫矽產品的純度沒有顯著提高，但増加第二精餾塔130的設備投資。有利地，第一精餾塔110和第二精餾塔130的回流比可以均為8-15。這樣既可以保證產出的三氯氫矽的質量，還可以保證第一精餾塔110和第二精餾塔130的生產能力。換言之，若第一精餾塔110第二精 餾塔130的回流比均小於8，則會造成氣液傳質不好，將重組分帶到塔頂而影響三氯氫矽產品的質量。若第一精餾塔110第二精餾塔130的回流比均大於15，則第一精餾塔110和第二精餾塔130的生產能力過低，進而增加能耗。根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統100具有產出的三氯氫矽質量高且能耗低、設備投資小等優點。在本說明書的描述中，參考術語「ー個實施例」、「一些實施例」、「ー個示例」、「具體示例」、或「ー些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少ー個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗g的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，包括 第一精餾塔，所述第一精餾塔設有第一上出口、第一下出口、位於所述第一上出口和所述第一下出口之間的第一進料ロ、第一回流口和第一回氣ロ ； 冷凝器，所述冷凝器的進ロ與所述第一上出ロ相連且所述冷凝器的出口與所述第一回流ロ相連； 第二精餾塔，所述第二精餾塔設有第二上出口、第二下出口、位於所述第二上出口和所述第二下出口之間的第二進料ロ、第二回流口和第二回氣ロ，所述第一精餾塔的水平高度高於所述第二精餾塔的水平高度； 第一再沸器，所述第一再沸器的第一進ロ與所述第一下出口相連且所述第一再沸器的第一出口與所述第一回氣ロ相連，所述第一再沸器的第二進ロ與所述第二上出口相連且所述第一再沸器的第二出口與所述第二回流ロ相連； 過冷器，所述過冷器的進ロ與所述第一再沸器的第二出口相連且所述過冷器的出口與所述第二回流ロ相連；和 第二再沸器，所述第二再沸器的進ロ與所述第二下出口相連且所述第二再沸器的出口與所述第二回氣ロ相連。
2.根據權利要求I所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述冷凝器的出ロ還與所述過冷器出ロ相連，所述第一精餾塔的第一下出ロ還與所述第二精餾塔的第二下出ロ相連。
3.根據權利要求I或2所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一上出ロ設在所述第一精餾塔的頂部，所述第一下出口設在所述第一精餾塔的底部，所述第一進料ロ設在所述第一精餾塔的中部；及 所述第二上出口設在所述第二精餾塔的頂部，所述第二下出ロ設在所述第二精餾塔的底部，所述第二進料ロ設在所述第二精餾塔的中部。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一和第ニ精餾塔的尺寸和形狀完全相同。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一和第ニ精餾塔的縱向剖面均為長圓形且所述第一和第二精餾塔的縱軸線沿豎直方向定向。
6.根據權利要求5所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一和第二精餾塔的直徑相同。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一精餾塔的水平高度高於所述第二精餾塔的水平高度1-2米。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一精餾塔內的操作壓カ為0. 1-0. 3MPa，所述第二精餾塔內的操作壓カ為0. 3-0. 7MPa。
9.根據權利要求7所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一精餾塔內的理論塔板數為80-100塊且所述第二精餾塔內的理論塔板數為100-120塊。
10.根據權利要求8所述的三氯氫矽精餾系統，其特徵在於，所述第一和第二精餾塔的回流比均為8-15。
全文摘要
本發明公開了一種三氯氫矽精餾系統，包括第一精餾塔；冷凝器，冷凝器的進口與第一精餾塔的第一上出口相連、出口與第一精餾塔的第一回流口相連；第二精餾塔；第一再沸器，第一再沸器的第一進口與第一精餾塔的第一下出口相連、第一出口與第一精餾塔的第一回氣口相連、第二進口與第二精餾塔的第二上出口相連、第二出口與第二精餾塔的第二回流口相連；過冷器，過冷器的進口與第一再沸器的第二出口相連、出口與第二精餾塔的第二回流口相連；第二再沸器，第二再沸器的進口與第二精餾塔的第二下出口相連、出口與第二精餾塔的第二回氣口相連。根據本發明實施例的三氯氫矽精餾系統具有產出的三氯氫矽質量高、能耗低、設備投資小等優點。
文檔編號B01D3/14GK102649019SQ20121011410
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者嚴大洲, 姜利霞, 楊永亮, 毋克力, 湯傳斌, 肖榮暉, 趙雄 申請人:中國恩菲工程技術有限公司, 洛陽中矽高科技有限公司