冷氫化裝置項目操作原則

1、工藝流程說明3.1裝置主要工序組成本裝置為千噸級太陽能級多晶硅裝置的一個組成部分。主要包括如下生產(chǎn)工 序：1）四氯化硅轉(zhuǎn)化三氯氫硅工序2）廢氣和殘液處理工序3.2工藝流程敘述本裝置工藝流程圖見附圖（一）四氯化硅轉(zhuǎn)化三氯氫硅工序四氯化硅轉(zhuǎn)化三氯氫硅，主要是在反應(yīng)爐內(nèi)，用氣態(tài)四氯化硅與硅粉及氫氣 在高溫高壓下反應(yīng)制得三氯氫硅，此外還通入少量HCL氣體與硅粉發(fā)生反應(yīng)。四氯化硅轉(zhuǎn)化三氯氫硅工序包括以下幾個系統(tǒng)：原料處理系統(tǒng)；四氯化硅轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；汽氣混合氣急冷系統(tǒng)；冷凝氯硅烷精餾系統(tǒng)；其中原料處理系統(tǒng)、四氯化硅轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及汽氣混合氣急冷系統(tǒng)設(shè)置兩條相同 生產(chǎn)線，氯硅烷精餾系統(tǒng)為一條生產(chǎn)線。1、原料處理系統(tǒng)原

2、料處理系統(tǒng)完成對原料四氯化硅的汽化和加熱，對循環(huán)氫氣和補充氫氣的 壓縮和加熱以及對轉(zhuǎn)讓轉(zhuǎn)化爐的氯化氫氣體的壓縮和加熱。來自原有多晶硅裝置罐區(qū)的精制四氯化硅貯罐（V0304）的精制四氯化硅進 入四氯化硅緩沖罐（V0905a/b），然后經(jīng)四氯化硅輸送泵（P0901a/b/c）加壓后本 別輸送到每條生產(chǎn)線的四氯化硅汽化器（E0906眺），通過電加熱汽化，然后再經(jīng) 四氯化硅電加熱器（E0906a/b）加熱到550 C，送往四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐（R0901a/b/）。來自急冷系統(tǒng)的急冷塔頂換熱器（E0907）的循環(huán)H2經(jīng)過循環(huán)氫氣壓縮機 （C0902ab）增壓到約3.1MPaG，然后再分別經(jīng)氫氣電加熱器（

3、E0901a/b）加熱 到550C，后送往四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐（R0901a/b/）。循環(huán)氫氣不能滿足轉(zhuǎn)化反 應(yīng)的需要，還要再 加入補充氫氣。來自電解制氫裝置的補充氫氣壓 縮機 （C0901ab）增壓，先分別進入氫氣電加熱器1#（E0901a/b）加熱到280C，再 經(jīng)氫氣電加熱器2# （E0902a/b）加熱到550C，然后進入四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐 （R0901a/b/）。來自原有多晶硅裝置罐區(qū)氯化氫緩沖罐的HCL（來自還原CDI的副產(chǎn)HCL） 經(jīng)過氯化氫壓縮機（C0903ab）增壓到約3.1MPaG，然后再分別經(jīng)氯化氫電加熱 器（E0902a/b）加熱到550C，送往四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐（R09

4、01a/b/）。2、四氯化硅轉(zhuǎn)化系統(tǒng)四氯化硅轉(zhuǎn)化系統(tǒng)包括以下設(shè)備：硅粉吊車（L0901）、加料料斗（V0901a/b）、 硅粉干燥罐（V0902a/b）、硅粉緩沖罐（V0903a/b）、硅粉加料罐（V0904a/b）、 四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐（R0901a/b/）和加料時的廢氣過濾器（F0901）。硅粉每四小時一次由硅粉干燥罐放入安裝于下方的硅粉緩沖罐（V0903a/b）， 再放入下方的硅粉加料罐（V0904a/b/c/d）.通入打開安裝于緩沖罐底部的開關(guān)閥 將硅粉送入四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中。硅粉每四小時一次由硅粉干燥罐放入安裝于 下方的硅粉緩沖罐（V0903a/b），再放入下方的硅粉加料罐（V09

5、04a/b/c/d）.通 入打開安裝于緩沖罐底部的開關(guān)閥將硅粉送入四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中。加熱并預(yù)熱后的氫氣與四氯化硅氣體通過底部的分布器連續(xù)進入四氯化硅 轉(zhuǎn)化三氯氫硅反應(yīng)爐（流化床反應(yīng)器）與硅粉發(fā)生反應(yīng)，生成三氯氫硅，同時生 成二氯氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷等副產(chǎn)物。反應(yīng)壓力為3MPaG，反應(yīng)溫度 為 540550 C。主要反應(yīng)式如下：Si+3 SiCl4+2 H2 =4 SiHCl3Si+ SiCl4+2 H2 =2SiH2Cl2同時，加壓并預(yù)熱后的氯氫化氣體也從底部進入反應(yīng)器，與硅粉發(fā)生反應(yīng)， 同時生成三氯氫硅、二氯氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷等副產(chǎn)物。主要反應(yīng)式如 下：Si+3 HCl =

6、 SiHCl3+ H2+QSi+2 HCl = SiH2Cl2+QSi+ 4HCl = SiCl4+ 2H2+QSiHCl3+ HCl = SiCl4+ H2反應(yīng)產(chǎn)物以汽氣混合物的形式出合成爐頂，去急冷系統(tǒng)。3、汽氣混合氣急冷系統(tǒng)汽氣混合氣急冷系統(tǒng)主要由兩級旋風(fēng)分離器（S0901a/b、S0902a/b）、急 冷塔（E0907、E0908）和氯硅烷貯罐（V0909ab、V0910）等組成，其中旋風(fēng)分 離器、急冷塔、塔頂換熱器和釜液罐分別為兩個系列，這兩個系統(tǒng)共用深冷換熱 器和氯硅烷貯罐。出四氯化硅轉(zhuǎn)化爐的夾帶有硅粉的汽氣混合氣依次進入旋風(fēng)除塵器1#（S0901a/b）和旋風(fēng)除塵器2#（S090

7、2），氣體中的硅粉被分離下來。所得旋風(fēng)分 離器收集的硅粉在壓力平衡后通過重力進入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器循環(huán)使用。混合氣在轉(zhuǎn)化爐的出口管路上用來自急冷塔氯硅烷貯罐（V0910 ）的一股氯 硅烷液體迅速降溫至450C以下（目的是提高三氯氫硅的收率），然后進經(jīng)兩級 旋風(fēng)分離器（S0901a/b、S0902a/b ）進入急冷塔（T0901a/b）的塔釜。來自急冷 塔氯硅烷貯罐的氯硅烷液體經(jīng)急冷塔頂回流泵（P0903ab/cd）打回到急冷塔頂回 流。出塔頂?shù)臍怏w現(xiàn)經(jīng)過四氯化硅熱交換器（E0905a/b） 與作為轉(zhuǎn)化爐進料的四 氯化硅進行換熱，然后再進入急冷塔換熱器（E09070） 與冷的循環(huán)氫氣（來自 E0908）

8、換熱，在進入急冷塔頂深冷器（E0908）被-50C的R22進一步冷卻，冷 凝液進入急冷氯硅烷貯罐，不凝氣主要是氫氣，作為循環(huán)氫氣先在E0907換熱 器后再經(jīng)壓縮返回到四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)爐。急冷塔斧采出的氯硅烷中含有未被出去的硅粉等雜質(zhì)，先通過急冷塔斧緩沖 罐（V0922a/b）泄壓后再進入急冷塔釜液蒸發(fā)槽（V0907a/b），蒸發(fā)出的氣體進 入氯硅烷蒸汽冷凝器（E0909）冷凝后經(jīng)過氯硅烷冷凝緩沖罐（V0908）再送去 氯硅烷冷凝液中間槽（V0909ab），殘液直接送去廢氣處理工序的廢氣洗滌塔 （T403ab）進行處理。來自急冷塔氯硅烷貯槽的部分氯硅烷靠壓差壓入氯硅烷冷凝液中間槽，然后 通過氯硅

9、烷冷凝液輸送泵（P0902ab）送去冷凝氯硅烷精餾系統(tǒng)進一步精制。4、冷凝氯硅烷精餾系統(tǒng)本系統(tǒng)的主要的主要功能是通過二級精餾，將來自汽氣混合氣急冷系統(tǒng)的氯 硅烷冷凝液進行精制，得到精制的四氯化硅作為四氯化硅轉(zhuǎn)化的原料，同時得到 粗三氯氫硅送去原有多晶硅裝置的精餾工序繼續(xù)精制。本部分流程由兩級精餾塔組成，流程詳述如下：（1）氫化精餾一級塔（T0902）分離氯硅烷中的重組分及高沸點雜質(zhì)一級精餾的目的是分離循環(huán)氯硅烷中的重組分及高沸點雜質(zhì)（主要是SiCl4 和硼、磷（氯化物）的高沸點雜質(zhì)以及高沸點甲基氯硅烷等），這些高沸點雜質(zhì) 主要是在四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)中生成的。氫化精餾一級塔塔徑為1600毫米，塔板

10、 數(shù)為60塊，塔板形式為固定浮閥類。塔底再沸器用0.5MPa（G）的蒸汽加熱， 塔頂冷凝器用循環(huán)冷卻水冷卻。氫化精餾一級塔的工況：塔頂壓力（表）0.5MPa；塔底壓力（表）0.56MPa；塔頂溫度94C；塔底溫度130C；來自氯硅烷冷凝液輸送泵的循環(huán)氯硅烷，送入氫化精餾一級塔的第30塊塔 板或第35塊塔板或第45塊塔板（預(yù)設(shè)三個進料位置）。氫化精餾一級塔塔頂蒸汽經(jīng)氫化精餾一級塔冷凝器（E0911）用循環(huán)水冷卻， 冷凝液流入氫化精餾一級塔回流罐（V0911）。出回流罐的液體經(jīng)氫化精餾一級 塔回流泵（P0904ab）大部分作為回流液送入精餾塔頂部，一部分從回流泵出口 引出作為塔頂采出液，送至原多晶

11、硅雜質(zhì)的精餾系統(tǒng)繼續(xù)精制。從氫化精餾一級塔塔頂冷凝液排出的尾氣帶出了部分三氯氫硅和SiH2Cl2, 與從氫化精餾2級塔冷凝器中排出的尾氣一起，進入尾氣冷凝器（E0915），用 -50C的R22進一步冷凝其中的氯硅烷，冷凝液靠位差流入尾氣冷凝液槽 （V0910），不凝氣送至廢氣處理工序進行處理。氫化精餾一級塔塔釜液為四氯化硅等高沸點組分，送去氫化精餾2級塔繼 續(xù)精餾。（二）氫化精餾二級塔（T0903）四氯化硅中高沸點雜質(zhì)的脫除2級精餾的目的是脫除四氯化硅中的高沸點雜質(zhì)，得到精制的四氯化硅作為四氯化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)的原料。氫化精餾2級塔塔徑為1600毫米，塔板數(shù)為60 塊，塔板形式為固定浮閥類。塔底再沸

12、器用0.5MPa （G）的蒸汽加熱，塔頂冷 凝器用循環(huán)冷卻水冷卻。氫化精餾2級塔的工況：塔頂壓力（表）0.05MPa；塔底壓力（表）0.11MPa；塔頂溫度70C；塔底溫度86C；來自氫化精餾1級塔塔釜的粗四氯化硅直接進入氫化精餾2級塔的第30塊 塔板或第35塊塔板或第45塊塔板（預(yù)設(shè)三個進料位置）。氫化精餾2級塔塔頂蒸汽經(jīng)氫化精餾2級塔冷凝器（E0913）用循環(huán)水冷卻， 冷凝液為精制四氯化硅，流入氫化精餾2級塔回流罐（V0912）。出回流罐的液 體經(jīng)氫化精餾2級塔回流泵（P0906ab）大部分作為回流液送入精餾塔頂部，一 部分從回流泵出口引出作為塔頂采出液，送至原多晶硅裝置的罐區(qū)的精制四氯化

13、 硅貯槽，或者直接送去四氯化硅緩沖罐（V0905）。氫化精餾2級塔塔釜液為含有磷、硼（氯化物）的等高沸點雜質(zhì)的四氯化硅， 送去廢氣和殘液處理工序的淋洗塔進行處理。（三）廢氣和殘液處理工序四氯化硅轉(zhuǎn)化三氯氫硅工序排放的廢氣被送進本工序，分別進入廢氣洗滌 塔（T0403ab、T0404ab）中。該塔為2套雙塔，一開一備，塔下部置于水槽中 用水液封。塔頂用NaOH發(fā)生以下反應(yīng)而被除去：SiHCl3+3 H2O= H2SiO3+3 HCl+ H2H2SiO3+3 NaOH= Na2SiO3+2H2OHCl+ NaOH = NaCl+H2O除去氯硅烷和氯化氫的廢氣經(jīng)安全液封罐（V0406ab）放空。廢氣洗滌塔釜的洗滌液中含有SiO2等漂浮物，從水槽中排入地溝，然后沿地 溝排入廢液接收地槽（Z0404ab）。