冷氫化工藝簡述

冷氫化工藝簡述（上）0世紀0室)組織研究新硅烷法工藝過程中，采用多晶硅工廠的副產(chǎn)物四氯化硅（C）作原料，將其轉(zhuǎn)化為三氯氫硅（S），然后將三氯氫硅通過0研究開發(fā)。其中高壓低溫氫化工藝（以下簡稱冷氫化）就是一項能耗最低、成本最小的C轉(zhuǎn)化為S的工藝技術(shù)。該工藝被UnionCarbideCorporation在0前C硅工廠所采用的此項工藝仍在運行中。因此，毋庸置疑，冷氫化技術(shù)是在C的！0壓C綜上比較，二者各有優(yōu)缺點，但低溫高壓冷氫化工藝耗電量低，在節(jié)能減排、降低成本方面具有一定的優(yōu)勢。國內(nèi)多晶硅新建及改、+2+4<劑>）2=2）3=2）下61、技術(shù)經(jīng)濟指標：包括，1）金屬硅、催化劑、補充氫氣、，C，；2、主裝置：包括，1）流化床反應器、2）急冷淋洗器，3）淋洗，氣提3、原料系統(tǒng)：包括，1）硅粉輸送，2）催化劑選用及制備，3），，，S：，）急冷塔出口淋洗氣的熱能回收，氯硅烷物流熱量綜合利用；熱能回收系統(tǒng)，包括：1）流化床出口氫化氣的熱量回收，2）急冷塔出口淋洗，，）脫重塔殘液中的氯硅烷回收，3）輕組分中的氯硅烷回收，4）固廢處理（中）上文說到，一個完整的冷氫化系統(tǒng)大致要考慮六個方面的因素，包括：技術(shù)經(jīng)濟指標、主裝置、原料系統(tǒng)、粗分離系統(tǒng)、熱能回收系統(tǒng)、物料處置及回收系統(tǒng)，現(xiàn)就這六個方面的因素作一些簡單的點評：技術(shù)經(jīng)濟指標是廠家最關(guān)心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在江湖上流傳的這些數(shù)據(jù)有些亂，有的低得離譜，有的高得讓人無法接受，根據(jù)目前掌握在S在S在S在S之間在9S在之間；還都算比較靠譜的數(shù)據(jù)，消耗太低了不現(xiàn)實，消耗高了就讓人無，、，)，高壓流化床反應器是冷氫化系統(tǒng)中最重要的核心設備，首先其惡國ls公司發(fā)明Y0系列具有耐高溫強度、抗氧化及高溫腐蝕性能Y0由于H可以對化學成分給予更加嚴格的限制（參見下表），，HH（0右難度大、熱處理有特殊要求。因此流化床反應器的設計需要做一些特首先要選擇合適的操作壓力和溫度，目前國內(nèi)在建和在運行的流在a率和操作壓力有重要的關(guān)聯(lián)，但是有實驗數(shù)據(jù)表明，當操作壓力達到a對材料及制造性能的要求卻會大幅增加，甚至會影響設備整體機械性能。如何平衡兩者的關(guān)系？個人認為，如果希望選用較高操作壓力的過m備的處理能力，采用大直徑設備，那就需要對轉(zhuǎn)化率作出必要的犧牲，在a（0末0得a到%。再談談流化床反應器內(nèi)部構(gòu)件的考慮，冷氫化流化床反應器的內(nèi)部構(gòu)件包括：氣體預分布器、分布板（含噴嘴）、導流擋板及內(nèi)旋風除塵。首先，內(nèi)部構(gòu)件為非承壓元件，盡管分布板在運行過程中會承受一定的壓差，但可以認為是低壓非危險性承壓元件，不必和筒體一預分布器的作用是在氣體進入分布板之前預先創(chuàng)造一個較好的流形，以減少分布板在均勻分布氣體方面的負荷。但是試驗表明直徑較小流化床，預分布器對流態(tài)化沒有明顯的影響，所以對于直徑在m分布板是流化床最最重要的一個內(nèi)部構(gòu)件，分布板由多孔板和噴嘴兩部分組成，國外（C）也曾采取不加噴嘴的錯疊式分布板在S合成裝置上使用，取得良好的運行效果。用于多晶硅的流化床反應器的噴嘴從結(jié)構(gòu)上來看大體上可以分為側(cè)噴式和直噴式兩種，就工對于S（i良好的運行效果。而用于冷氫化的流化床多采用側(cè)噴式氣態(tài)噴嘴。要注意的是，用于冷氫化的高壓流化床靠近筒體的最外圈側(cè)噴式噴嘴結(jié)證做到氣流不直接沖刷筒體，以免對筒體造成損傷。國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)公司已經(jīng)設計了多種形式的高壓流化床噴嘴，在實際使用中均能分布板的布氣和穩(wěn)定性能與分布板的壓降有很大的關(guān)聯(lián)，而壓降又主要由開孔率和硅粉床層的高度所決定。開孔率涉及到流化床分布板的結(jié)構(gòu)，而硅粉的床層高度取決于流化床的運行工藝。一般情況下，增大分布板的壓降和減少開孔率，可以起到改善流化床布氣和穩(wěn)定性能的作用，但是這就要加大氫壓機的負荷，增加電力的消耗，同時也容易增加氫壓機的故障率。所以如何確定分布板的開孔率和硅粉的一次填加重量（即硅粉的床層高度），是冷氫化流化床設計的重要考慮因素之一。而計算冷氫化高壓流化床分布板的開孔率和所選用的側(cè)噴式噴嘴的壓降，卻是很多冷氫化工藝包提供商需要保密的核心技術(shù)之一。冷氫化流化床反應器一般都設有導流擋板，用來抑制并破碎氣泡延長停留時間、強化氣固兩相接觸、減輕返混、改善氣體在流化床內(nèi)部的分布。導流擋板設在稀相層，并選擇內(nèi)旋結(jié)構(gòu)，且左旋與右旋相互交錯分布。導流擋板的設置不僅延長了停留時間，同時也減少了硅粉的帶出量。導流擋板的使用，實際上降低了流化床的分離空間，從而也降低了流化床的重量及造價。一般流化床設計手冊上均有關(guān)于導流化床氣固分離是由兩部分完成：1）流化床分離空間，2）旋風比S段距離之后，固體顆粒的濃度很小，隨之維持不變，這就是形成了流化床的分離空間。分離空間高度基本確定了流化床的長徑比，從理論上來說較大的長徑比和擴大段的設置對固體顆粒的沉降是有利的，碳鋼材質(zhì)的低壓流化床可以這樣考慮。對于采用H的高壓流化床，這樣做就未免有點奢侈，而且設置擴大段，材料的損耗及制作難度均、、內(nèi)置旋風分離裝置由三部分組成：旋風分離器、料腿及料腿密封裝置。它的優(yōu)點是：設備緊湊、配管少、收集的顆粒直接返回床層、屬非承壓設備。但缺點也相當顯著：安裝困難、檢修不易、分離效果頂置式旋風分離裝置依然由三部分組成：旋風分離器、料腿及料腿密封裝置。雖可以部分克服內(nèi)旋風的部分缺點，但其料腿仍然要穿過導流擋板至濃相段，萬一料腿密封裝置有故障，就會影響分離效果。而且頂部安裝的旋風分離器屬于承壓設備，造價較高，設備比較笨重。外置式旋風分離裝置目前基本不采納，主要原因是，）回料困難，有一定的磨損，）增加了氫化氣出口至淋洗塔進口的流程，有可能一部分S成此外，還有第4種方案，就是不采用旋風分離裝置的工藝，早期C的E和C1）考慮到各種特殊的因素，高壓流化床的流化高度趨小，即膨脹比較小，分離空間較大，提高一些長徑比，就可以取得較好的分離效2）不設旋風分離，系統(tǒng)阻力小、流程短，