CN104973603A - 脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置及具有其的硅生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置及具有其的硅生产系统。该脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置包括：筒体；冷却水夹套，冷却水夹套套设在筒体上，并形成环绕筒体的冷却通道；折流组件，折流组件可拆卸地安装在筒体的连通腔内，折流组件用于延缓氯硅烷气体在连通腔内流动。应用本发明的技术方案可以解决现有技术中氯硅烷气体中的金属杂质随着温度降低析出而造成堵塞设备和管道的问题。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅生产领域，具体而言，涉及一种脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置及具有其的硅生产系统。
背景技术
目前，在多晶硅生产过程中，90％以上的多晶硅企业均采用四氯化硅冷氢化技术处理副产物，将其转化为生产多晶硅的原料三氯氢硅。四氯化硅冷氢化技术是将冶金级硅粉、氢气、四氯化硅在一定的温度、压力条件下，在催化剂作用下反应，生成三氯氢硅。由于原料冶金级硅粉中含有金属杂质，因此从氢化反应器出来的气体(即氯硅烷气体)中含有一定量的金属杂质(如铝、铁、镍等)。这些金属杂质在后续的冷凝、提纯等工艺过程中，容易析出，堵塞设备，轻则导致生产设备的使用效率降低，重则影响生产设备的稳定性。
在氯硅烷气体中，金属杂质主要以金属氯化物形式存在。高温时，这些金属氯化物以气态的方式存在于氯硅烷气体中；随着温度的降低，金属氯化物将以固态形式析出来，极易附着在生产设备和流通管道的壁面，造成堵塞设备和管道，严重影响正常生产。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置及具有其的硅生产系统，以解决现有技术中氯硅烷气体中的金属杂质随着温度降低析出而造成堵塞设备和管道的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，包括：筒体；冷却水夹套，冷却水夹套套设在筒体上，并形成环绕筒体的冷却通道；折流组件，折流组件可拆卸地安装在筒体的连通腔内，折流组件用于延缓氯硅烷气体在连通腔内流动。
进一步地，折流组件包括第一折流板组、第二折流板组，第一折流板组和第二折流板组均具有多个折流板，第一折流板组的各折流板的第一端抵接在筒体的第一侧内壁上，第一折流板组的各折流板的第二端与筒体的第二侧内壁具有间隔，第二折流板组的各折流板的第一端抵接在第二侧内壁上，第二折流板组的各折流板的第二端与第一侧内壁具有间隔，且第一折流板组的各折流板与第二折流板组的各折流板彼此交替设置。
进一步地，折流组件还包括连接杆，多个折流板间隔设置在连接杆上。
进一步地，装置具有多根连接杆，且多根连接杆之间平行设置。
进一步地，折流组件还包括夹持板和连接环圈，夹持板连接在连接杆的第一端，连接环圈连接在连接杆的第二端，夹持板和连接环圈分别与筒体固定连接。
进一步地，脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置还包括第一封头和第二封头，第一封头连接在筒体的第一端，第二封头连接在筒体的第二端，且第一封头上开设有气体进口，第二封头上开设有气体出口。
进一步地，冷却水夹套上设置有膨胀节。
进一步地，冷却水夹套的顶部开设有排气口，筒体的底部开设有冷凝液排放口。
进一步地，筒体上设置有至少两个支撑脚，支撑脚用于支撑筒体。
根据本发明的另一方面，提供了一种硅生产系统，包括脱除金属杂质的装置，脱除金属杂质的装置为前述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置。
进一步地，硅生产系统具有串联的多个脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置。
应用本发明的技术方案，该脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置具有套设在筒体上的冷却水夹套，且筒体内设置有可拆卸的折流组件，当氯硅烷气体通入筒体内并流通的过程中，折流组件可以延缓氯硅烷气体的流动速度，通过在冷却水夹套内流动的冷却水与筒体内的氯硅烷气体换热，使氯硅烷气体降温，此时，由于金属氯化物与氯硅烷的沸点不同，金属氯化物被固化析出并附着在折流组件上，然后将脱除了金属杂质的氯硅烷气体输出。这样可以将氯硅烷气体中的金属杂质在输送至加工设备和管道前脱除，避免发生设备和管道被析出的金属杂质堵塞的情况。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置的实施例的结构示意图；
图2示出了图1的折流板组件的结构示意图；
图3示出了串联的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置的硅生产系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、筒体； 11、第一封头；
12、第二封头； 20、冷却水夹套；
21、排气口； 22、冷凝液排放口；
30、折流组件； 31、第一折流板组；
32、第二折流板组； 34、夹持板；
35、连接环圈； 40、膨胀节；
33、连接杆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，该装置包括筒体10、冷却水夹套20和折流组件30，其中，冷却水夹套20套设在筒体10上，并且冷却水夹套20形成环绕筒体10的冷却通道，冷却水在该冷却水通道中流通以对筒体内流动的氯硅烷气体进行降温，折流组件30可拆卸地安装在筒体10的连通腔内，折流组件30用于延缓氯硅烷气体在连通腔内流动。
当氯硅烷气体通入筒体内并流通的过程中，折流组件可以延缓氯硅烷气体的流动速度，通过在冷却水夹套内流动的冷却水与筒体内的氯硅烷气体换热，并且折流组件在阻碍氯硅烷气体流动的过程中也可以吸收氯硅烷气体的热量，然后传递到冷却水中带走，使氯硅烷气体降温，此时，由于金属氯化物与氯硅烷的沸点不同，金属氯化物被固化析出并附着在折流组件上，然后将脱除了金属杂质的氯硅烷气体输出。这样可以将氯硅烷气体中的金属杂质在输送至加工设备和管道前脱除，避免发生设备和管道被析出的金属杂质堵塞的情况，同时提高了氯硅烷的纯度，使得生产的多晶硅产品的质量更好。
如图2所示，折流组件30包括第一折流板组31、第二折流板组32，第一折流板组31和第二折流板组32均具有多个折流板，第一折流板组31的各折流板与第二折流板组32的各折流板之间彼此交替设置，第一折流板组31的各折流板的第一端抵接在筒体10的第一侧内壁上(各折流板的第一端与筒体10之间可以是密封设置，也可以是接触设置，还可以设置成具有间隙的形式)，第一折流板组31的各折流板的第二端与筒体10的第二侧内壁具有间隔，第二折流板组32的各折流板的第一端抵接在第二侧内壁上(各折流板的第一端与筒体10之间可以是密封设置，也可以是接触设置，还可以设置成具有间隙的形式)，在本实施例中，筒体10的第一侧内壁与第二侧内壁是相对的两个弧形壁，第二折流板组32的各折流板的第二端与第一侧内壁具有间隔。这样，当氯硅烷气体输入筒体10内，多个折流板之间形成弯曲的流通通道，延长了氯硅烷气体的流通路径，并且氯硅烷气体在流动过程中会与折流板发生接触，从而氯硅烷气体与折流板之间发生热传递，然后折流板将吸收的热量传递到冷却水中被带走，从而使氯硅烷气体降温，这样金属杂质析出的速度更快。
结合参见如图1和图2所示，为了将各个折流板稳定地安装在筒体10内，折流组件30还包括连接杆33，多个折流板间隔设置在连接杆33上。通过连接杆33将各个折流板相连，并且稳定地放置在筒体10内以形成氯硅烷气体流动的流道。进一步地，该脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置具有多根连接杆33，且多根连接杆33之间平行设置(优选地，该装置具有四根连接杆33，四根连接杆33之间平行地设置，且四根连接杆33穿过一个四边形的四个顶点，即四根连接杆33形成矩形空间)。通过四根连接杆33对每个折流板形成四点定位来稳定连接，使得折流板在受到氯硅烷气体的不同方向的压力的时候也能够保持稳定。
在本实施例中，折流组件30还包括夹持板34和连接环圈35，夹持板34连接在连接杆33的第一端上，连接环圈35连接在连接杆33的第二端上。如图1所示，脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置还包括第一封头11和第二封头12，第一封头11连接在筒体10的第一端上，第二封头12连接在筒体10的第二端上，并且筒体10的第一端上具有第一法兰，第一封头11上也设置有与第一法兰相配合的第二法兰，当折流组件30放置在筒体10内之后，夹持板34的外边缘贴合在第一法兰上，然后将第二法兰正对第一法兰放好，其中，夹持板34的外边缘上开设有与第一法兰、第二法兰上的螺栓孔对应的通孔，这样，通过螺栓将第一法兰与第二法兰连接，从而将夹持板34夹紧。为了使第一法兰、夹持板34与第二法兰之间更好地形成密封，在第一法兰、夹持板34与第二法兰之间相应的结合处安装后密封垫圈。在筒体10的第二端处焊接有挡板，连接环圈35与挡板抵接，然后通过螺栓将连接环圈35与挡板连接固定。这样，夹持板34和连接环圈35分别与筒体10固定连接。
具体地，第一封头11上开设有气体进口A，第二封头12上开设有气体出口B。氯硅烷气体充气体进口A输入筒体10内，然后流经夹持板34，接着从各个折流板形成的弯曲流道流动至筒体10的第二端，氯硅烷气体通过连接环圈35，此时，脱除掉金属杂质的氯硅烷气体由气体出口B输出。
在氯硅烷气体通过该装置的过程中，氯硅烷气体与冷却水夹套20中的冷却水换热，冷却水的温度升高，导致冷却水夹套20发生膨胀而变形，为了减小冷却水夹套20的变形量，因此，冷却水夹套20上设置有膨胀节40。通过膨胀节40的作用来降低冷却水夹套的膨胀量。
如图1所示，冷却水夹套20的顶部开设有排气口21，在应该该装置对氯硅烷气体中金属杂质进行脱除操作之前，需要先使冷却水夹套20内充满冷却水，冷却水从冷却水夹套20的进水口C输入，换热完毕的冷却水由出水口D输出。在刚输入冷却水的时候(即在该装置开机的初始阶段)，冷却水夹套20内是空的，为了将冷却水夹套20内的空气排出，因此，先将出水口D的阀门关闭，而降排气口21的阀门打开，直到冷却水充满冷却水夹套20后冷却水从排气口21流出(由于出水口D还与多晶硅生产线的其他设备连接，为了保护其他设备的正常工作，因此，空气不能由出水口D直接排放)，工作人员将排气口21的阀门关闭，然后将出水口D的阀门打开，以进行正常脱除金属杂质操作。
本实施例的冷却水夹套20的底部也可以设置有放水口，当需要将冷却水夹套20内的冷却水全部放掉的时候(即在该装置停机的时候)，工作人员停止向冷却水夹套20内输送冷却水，并打开放水口，使冷却水夹套20内的冷却水从放水口全部放出，从而方便对冷却水夹套20进行清理。
排气口21只在该装置开始运行而充入冷却水的初始阶段开启，当冷却水夹套20中充满冷却水后，工作人员则关闭排气口21，从而装置进入正常的运行阶段。在装置正常运行的阶段过程中，放水口也是关闭的，只有在装置停机后，工作人员为了放空冷却水夹套20中的冷却水才开启放水口。
具体地，筒体10的底部开设有冷凝液排放口22。当该装置停机后，随着筒体10内的温度逐渐下降，筒体10内会有冷凝有冷凝液，这时，工作人员将冷凝液排放口22的阀门打开，从而将冷凝液全部放掉。
本实施例的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置的筒体10为圆柱形筒体。
为了稳定地安装该装置，筒体10上相对地设置有至少两个支撑脚，支撑脚用于支撑筒体10，即支撑脚设置在筒体10的底部。
根据本发明的另一方面，提供了一种硅生产系统，该硅生产系统包括前述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置。
在进行生产多晶硅的过程中，先应用该装置对含油金属杂质的氯硅烷气体进行脱除金属杂质的操作，然后将纯度高的氯硅烷气体输送至加工设备进行冶炼多晶硅的工序。
为了将金属杂质脱除的彻底，如图3所示，硅生产系统具有串联的多个脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置。在该硅生产系统中，以两个脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置之间的连接为例，第一个装置与第二个装置之间通过在各自的筒体10上设置连接用的支撑脚以连接固定，然后将第一个装置的气体出口B与第二个装置的气体进口A连接，将第一个装置的出水口D与第二个装置的进水口C连接，其余组成构件的连接方式以及工作方式与单个装置的相同。这样，经过串联的脱除金属杂质的装置的多次冷凝析出金属杂质，从而得到高纯度的氯硅烷气体。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，包括：
筒体(10)；
冷却水夹套(20)，所述冷却水夹套(20)套设在所述筒体(10)上，并形成环绕所述筒体(10)的冷却通道；
折流组件(30)，所述折流组件(30)可拆卸地安装在所述筒体(10)的连通腔内，所述折流组件(30)用于延缓氯硅烷气体在所述连通腔内流动。
2.根据权利要求1所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述折流组件(30)包括第一折流板组(31)、第二折流板组(32)，所述第一折流板组(31)和所述第二折流板组(32)均具有多个折流板，所述第一折流板组(31)的各所述折流板的第一端抵接在所述筒体(10)的第一侧内壁上，所述第一折流板组(31)的各所述折流板的第二端与所述筒体(10)的第二侧内壁具有间隔，所述第二折流板组(32)的各所述折流板的第一端抵接在所述第二侧内壁上，所述第二折流板组(32)的各所述折流板的第二端与所述第一侧内壁具有间隔，且所述第一折流板组(31)的各所述折流板与所述第二折流板组(32)的各所述折流板彼此交替设置。
3.根据权利要求2所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述折流组件(30)还包括连接杆(33)，所述多个折流板间隔设置在所述连接杆(33)上。
4.根据权利要求3所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述装置具有多根所述连接杆(33)，且多根所述连接杆(33)之间平行设置。
5.根据权利要求3所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述折流组件(30)还包括夹持板(34)和连接环圈(35)，所述夹持板(34)连接在所述连接杆(33)的第一端，所述连接环圈(35)连接在所述连接杆(33)的第二端，所述夹持板(34)和所述连接环圈(35)分别与所述筒体(10)固定连接。
6.根据权利要求1所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置还包括第一封头(11)和第二封头(12)，所述第一封头(11)连接在所述筒体(10)的第一端，所述第二封头(12)连接在所述筒体(10)的第二端，且所述第一封头(11)上开设有气体进口，所述第二封头(12)上开设有气体出口。
7.根据权利要求1所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述冷却水夹套(20)上设置有膨胀节(40)。
8.根据权利要求1所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述冷却水夹套(20)的顶部开设有排气口(21)，所述筒体(10)的底部开设有冷凝液排放口(22)。
9.根据权利要求1所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置，其特征在于，所述筒体(10)上设置有至少两个支撑脚，所述支撑脚用于支撑所述筒体(10)。
10.一种硅生产系统，包括脱除金属杂质的装置，其特征在于，所述脱除金属杂质的装置为权利要求1至9中任一项所述的脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置。
11.根据权利要求10所述的硅生产系统，其特征在于，所述硅生产系统具有串联的多个所述脱除氯硅烷气体的金属杂质的装置。
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