专利名称：多晶硅副产物四氯化硅处理设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多晶硅副产物四氯化硅处理设备，尤其是涉及一种由多晶硅副产物四氯化硅生产二氧化硅的处理设备。
背景技术：
近年来，随着硅太阳能电池的发展，多晶硅市场得以迅猛增长。目前国际上采用的多晶硅制备方法均为改良的西门子法，即采用三氯氢硅氢化还原，其副产物主要是四氯化硅，生产1吨多晶硅所产生的副产物四氯化硅大约为12 18吨，因此如何处理副产物四氯化硅已经成为多晶硅工业发展的一大瓶颈。
实用新型内容本实用新型的一个目的在于提出一种多晶硅副产物四氯化硅处理设备，利用该处理设备可以循环利用多晶硅副产物四氯化硅，既使用多晶硅副产物四氯化硅生产二氧化硅，提高了循环经济效益，促进了多晶硅生产的发展。根据本实用新型的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，包括反应器，所述反应器内限定有反应腔，所述反应器的上部设有四氯化硅-空气入口和氢气入口，所述反应器的下部设有环氢气进口且所述反应器的底部设有反应器出口 ；收集冷却器，所述收集冷却器内限定有内腔和套在内腔外面且与内腔隔开的冷却介质空间，所述收集冷却器的上部设有与所述内腔连通的冷却器进料口和与所述冷却介质空间连通的冷却介质出口，所述收集冷却器的下部设有与所述内腔连通的冷却器出料口和与所述冷却介质空间连通的冷却介质进口，其中所述收集冷却器位于所述反应器下方以便所述冷却器进料口与所述反应器出口相连；聚集器，所述聚集器具有聚集器入口和聚集器出口，其中所述聚集器入口与所述冷却器出料口相连；分离器，所述分离器具有分离器入口、气体出口和固体出口，其中所述分离器入口与所述聚集器出口相连；和脱酸器，所述脱酸器内限定有脱酸腔，所述脱酸器的上部设有尾气出口和脱酸器出料口，所述脱酸器的下部设有蒸汽入口和脱酸器进料口，其中所述脱酸器进料口与所述分离器的固体出口相连。根据本实用新型的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，可以用多晶硅副产物四氯化硅生产微米级二氧化硅，不但解决了副产物四氯化硅制约多晶硅生产，而且生产的微米级二氧化硅具有广泛的用途，提高了循环经济效果，并且结构和操作简单，成本低。另外，根据本实用新型上述多晶硅副产物四氯化硅处理设备还可以具有如下附加的技术特征根据本实用新型的多晶硅副产物四氯化硅处理设备还包括制酸系统，所述制酸系统与所述分离器的气体出口相连。所述脱酸器的尾气出口与所述分离器入口相连。所述分离器为三级旋风分离器。所述分离器还包括与最后一级旋风分离器相连的袋式过滤器。[0011]所述反应器包括反应器本体，所述反应腔限定在所述反应器本体内，所述四氯化硅-空气入口和氢气入口设在所述反应器本体的上部，所述反应器出口设在所述反应器本体的底部；嘴套，所述嘴套套设在所述反应器本体的下端以与所述反应器本体限定出向下开口的环形空间；环隙氢气进口管，所述环隙氢气进口管与所述嘴套相连以向所述环形空间内供给氢气；和分布器，所述分布器设置在所述反应腔内用于均勻分布从所述四氯化硅-空气入口和所述氢气入口供给到反应腔内的四氯化硅-空气和氢气。所述反应器本体包括嘴体，所述四氯化硅-空气入口设置在所述嘴体的侧面且所述氢气入口设置在所述嘴体的顶部；嘴身，所述嘴身的上端与所述嘴体的下端相连；嘴尖，所述嘴尖的上端与所述嘴身的下端相连，所述嘴尖的下端敞开以形成所述反应器出口。所述收集冷却器包括内壳，所述内腔限定在所述内壳内，所述冷却器进料口设在所述内壳的上部且所述冷却器出料口设在所述内壳的下部；外壳，所述外壳套设在所述内壳外面，所述冷却介质空间限定在所述内壳与所述外壳之间，所述冷却介质入口设在所述外壳的下部且所述冷却介质出口设在所述外壳的上部；和旋体，所述旋体沿上下方向设置在所述冷却介质空间内。所述聚集器包括多个聚集管，所述多个聚集管依次相连以限定出以曲线形式延伸的聚集腔，其中所述多个聚集管中的第一个聚集管的自由端用作所述聚集器入口且最后一个聚集管的自由端用作所述聚集器出口。所述脱酸器包括脱酸器本体，所述脱酸腔限定在所述脱酸器本体内，所述尾气出口和脱酸器出料口设在所述脱酸器本体的上部，所述蒸汽入口和脱酸器进料口设在所述脱酸器本体的下部；和加热管，所述加热管设置在所述脱酸器本体上且伸入所述脱酸腔内。所述脱酸器本体包括扩大段，所述扩大段的下部为截锥形，所述尾气出口形成在所述扩大段的顶部且所述脱酸器出料口形成在所述扩大段下部的斜面上；炉身，所述炉身的上端与所述扩大段的下端相连，其中所述加热管安装在所述炉身上；和炉底，所述炉底的上端与所述炉身相连且所述脱酸蒸汽入口和所述脱酸器进料口分别形成在炉底的侧面上。所述炉底的底端设有排渣口，所述炉身的侧面上分别设有吹扫口和测温口，所述吹扫口邻近所述炉身的上端和下端，所述扩大段的侧面上设有平衡口。本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的框图；图2是根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的反应器的示意图；图3是图2所示反应器的分布器的示意图；图4是图3所示分布器的局部示意图，其中示出了叶片的排列方式；图5是根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的收集冷却器的示意5[0025]图6是图5所示收集冷却器的内壳的示意图；图7是图5所示收集冷却器的旋体的示意图；图8是图5所示收集冷却器的外壳的示意图；图9是根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的聚集器的示意图；图10是图9所示聚集器的俯视示意图；图11是图9所示聚集器的聚集管的示意图；图12是根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的脱酸器的示意图；图13是图12所示脱酸器的扩大段的示意图；图14是图12所示脱酸器的炉身的示意图；和图15是根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的操作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的实施例中，术语“ 口，，应作广义理解，例如可以为开口，也可以为连接在开口上的一段管的形式。本实用新型基于本申请的实用新型人为解决多晶硅生产中产生的大量副产物-四氯化硅问题做出的，多晶硅生产中产出大量的副产物-四氯化硅，生产一吨多晶硅， 根据不同的工艺，会产出12-18吨四氯化硅，传统上，四氯化硅无法处理得当应用，严重制约了多晶硅生产的发展。本实用新型采用多晶硅副产物四氯化硅生产二氧化硅，不仅解决了制约多晶硅生产的副产物四氯化硅的出路，循环利用了多晶硅副产物四氯化硅。而且， 生产的二氧化硅作为典型的纳米粉体材料，具有广泛的用途，例如汽车业、建筑业和电力行业，主要是作为HTV和RTV硅橡胶的补强填料；也可以与炭黑共用生产滚动阻力小，防湿滑、 综合性能优越的轮胎。此外在其他领域业也有大量的应用，而且目前全球需求总量接近15 万吨/年，年增长率约为5%。二氧化硅目前在有机硅工业的使用量最大，占总用量的一半以上，此外在橡胶、塑料、高性能涂料和油漆、油墨、农业、化学机械抛光、医药和化妆品、造纸中都有广泛的应用，市场需求和发展潜力巨大。由此，根据本实用新型，用多晶硅副产物四氯化硅生产二氧化硅，不但促进了多晶硅生产的发展，而且生产的二氧化硅具有广泛的用途，实现了循环经济效益。下面参考附图描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备。如图1所示，根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备包括依次连接的反应器100，收集冷却器200，聚集器300，分离器400，和脱酸器500。多晶硅副产物四氯化硅和空气与氢气在反应器内高温燃烧水解，生成纳米级的二氧化硅。二氧化硅从反应器100进入收集冷却器200内冷却，冷却后的二氧化硅从收集冷却器200进入聚集器300聚集成微米级的二氧化硅，聚集后的微米级的二氧化硅进入分离器400进行气固分离，得到的固体(二氧化硅)进入脱酸器500脱酸，脱酸后的二氧化硅打包作为产品。优选地，根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备还包括制酸系统600，制酸系统600与分离器400相连，用于将与二氧化硅分离后的氯化氢制酸，从而减小了污染，增加了循环经济效益。下面首先参考图2-4描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的反应器100。如图2-4所示，根据本实用新型的实施例，反应器100包括反应器本体101，嘴套 104，环隙氢气进口管102，和分布器102。反应器本体101内限定有反应腔，反应器本体101的上部设有四氯化硅-空气入口 1012和氢气入口 1011，反应器本体101的底部设有反应器出口 1013。在图2所示的示例中，反应器本体101为沿上下方向延伸的细长筒体，氢气入口 1011形成在反应器本体101的顶部，氢气入口 1011与反应器本体101的顶部连通的一段管的形式，并且偏离反应器本体101的中心。反应器本体101的底端开口以构成反应器出口 1013，四氯化硅-空气入口 1012形成在反应器本体101上部的侧面(图2中为一段管的形式)O多晶硅副产物四氯化硅与空气的混合物从四氯化硅-空气入口 1012进入反应腔， 氢气从氢气入口 1011进入反应器。嘴套104套设在反应器本体101的下端以与反应器本体101限定出向下开口的环形空间H。例如，嘴套104的上端套在反应器本体101上且通过螺栓顶紧。环隙氢气进口管103与嘴套104相连以向环形空间H内供给氢气，由此进行点火， 燃烧反应在反应器本体101的下端发生，由于环形空间H，使得火焰中心的温度稳定。分布器102设置在反应腔内，用于均勻分布从四氯化硅-空气入口 1012和氢气入口 1011供给到反应腔内的四氯化硅-空气和氢气，避免气流直接从反应腔的上部向下冲， 使得燃烧反应效果更好。根据本实用新型的实施例，反应器100的结构简单，操作方便，四氯化硅、空气和氢气的反应效果好。如图2所示，在本实用新型的一个具体实施例中，反应器本体101为细长的筒体且包括嘴体1014，嘴身1015，和嘴尖1016。如图2所示，在本实用新型的一些具体示例中，嘴体1014、嘴身1015和嘴尖1016也分别为圆筒形且它们的内径依次减小。四氯化硅-空气入口 1012设置在嘴体1014的侧面且氢气入口 1011设置在嘴体 1014的顶部。具体地，嘴体1014的上端和下端敞开，且上端可以用顶盖封闭，氢气入口 1011 贯穿顶盖形成，在氢气入口 1011处连接一段管(也可以称为氢气入口管)。嘴身1015的上端与嘴体1014的下端相连，例如嘴身1015与嘴体1014螺纹连接，如图2所示，嘴身1015的上端设有外螺纹，嘴体1014的下端设有内螺纹，并且在嘴身 1015上配合有嘴母1017，以便在嘴母1017与嘴身1015和嘴体1014限定的空间内设置填料 1018。嘴尖1016的上端与嘴身1015的下端相连，例如，也通过螺纹连接。嘴尖1016的下端敞开以形成反应器出口 1013。如图2所示，嘴套104安装在所述嘴尖的下端且嘴套104 的下端与嘴尖1016的下端平齐。嘴套104的下部为锥形，从而环形空间H的径向尺寸向下逐渐减小。如图2-图4所示，分布器102包括撑杆1021和多个叶片1022。每个叶片1022的一端与撑杆1021相连且多个叶片1022沿撑杆1021的周向间隔开。如图3所示，在本实用新型的一些实施例中，多个叶片1022分多组，每组中的叶片 1022沿撑杆1021的周向间隔开布置且多组叶片1022沿上下方向间隔开。优选地，位于最下面的一组叶片1022在上下方向上邻近嘴套104的上端。在图3所示的示例中，叶片1022分为三组，位于最上面的一组叶片1022邻近嘴尖 1016的上端，位于最下面的一组叶片1022邻近嘴套104的上端。可以理解的是，本实用新型并不限于此，叶片1022可以分为任何合适数量的组。如上所述，分布器102用于分布进入到反应器100的反应腔内的四氯化硅和空气与氢气的气流，避免气流直接从反应腔上部直接冲向下部，从而改善燃烧条件来控制二氧化硅的比表面积。根据本实用新型的反应器100，四氯化硅和空气的混合物从四氯化硅-空气入口 1012进入反应腔，氢气从氢气入口 1011进入反应腔，然后通过分配器102分布后向下流动。 此外，氢气从环隙氢气进口管103供给到环形空间H内，在反应器100的下端(更具体地， 在嘴尖1016处)发生燃烧反应，生产氯化氢气体和纳米级(例如7-40纳米)的二氧化硅。 需要说明的是，反应器100内温度大约为1700摄氏度，反应腔内的气压低于大气压，例如负 1.84千帕。下面参考图5-8描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的收集冷却器200。收集冷却器200与反应器100相连，用于冷却在反应器100内燃烧反应生成的氯化氢气体和纳米级的二氧化硅。例如，收集冷却器200可以设在反应器100的下方，反应器 100内反应生成的氯化氢气体和纳米级的二氧化硅进入收集冷却器200内进行冷却。如图5-8所示，根据本实用新型的实施例，收集冷却器200包括内壳201，外壳 203，和旋体202。内壳201限定有内腔，内壳201的上部设有冷却器进料口 2011，内壳201的下部设有冷却器出料口 2012。优选地，冷却器进料口 2011形成在内壳201的顶端，冷却器出料口 2012形成在内壳201的底端，换言之，内壳201的上端和下端敞开以分别构成冷却器进料口 2011和冷却器出料口 2012。如上所述，反应器100设在收集冷却器200的上方，且反应器出口 1013与冷却器进料口 2011相对，例如相距3-5厘米。从反应器出口 1013出来的高温氯化氢和二氧化硅从冷却器进料口 2011进入内壳201的内腔内从上向下流动。外壳203套设在内壳201外面以与内壳201限定出冷却介质空间，外壳203的下部设有冷却介质入口 2031，外壳203的上部设有冷却介质出口 2032。冷却介质例如为空气，空气从冷却介质入口 2031进入冷却介质空间内，从下向上流动，并最终从冷却介质出口 2032 排出冷却介质空间，从而冷却在内壳201的内腔内从上向下流动的氯化氢和二氧化硅。优选地，冷却介质入口 2031形成在外壳203的侧面且邻近外壳203的上端，冷却介质出口 2032形成在外壳203的侧面且邻近外壳203的下端。旋体202沿上下方向设置在冷却介质空间内，旋体202用于将冷却空气均勻分布在冷却介质空间内，以便提高对在内壳201的内腔中从上向下流动的氯化氢和二氧化硅的冷却效果。收集冷却器200内的压力也低于大气压，并且将氯化氢和二氧化硅冷却到大约 500-800摄氏度，以便于后续处理。如图5-8所示，在本实用新型的一些实施例中，内壳201和外壳203均为锥形，更具体而言，内壳201和外壳203均为圆锥形，内壳201和外壳203的径向尺寸沿从上向下的方向逐渐减小。如图5和图7所示，旋体202包括多个支撑杆2021和旋板2022，多个支撑杆2021 沿周向间隔开设置，旋板2022与多个支撑杆2021相连且沿上下方向螺旋延伸。如上所述， 旋体202内的旋板2022用于将冷却空气分布到整个冷却空间内，从而提高冷却效果。与内壳201和外壳203的形状类似，例如形成上大下小的圆锥形。如图7所示，旋体202进一步包括法兰盘2023，多个支撑杆2021的上端分别与法兰盘2023相连，旋体202可以通过法兰盘2023安装到内壳201的上端，在内壳201的上端也形成有相应的凸缘，法兰盘2023放置在所述凸缘上，并用螺栓连接。根据本实用新型的实施例，收集冷却器200的结构简单，对氯化氢和二氧化硅的冷却效果好。下面参考图9-11描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的聚集器300。根据本实用新型的实施例，聚集器300与收集冷却器200相连，用于使冷却后的二氧化硅在其中聚集，从而纳米级的二氧化硅聚集成为微米级(例如30-50微米)的二氧化硅，以便可以作为成品使用。如图9-11所示，根据本实用新型的实施例，聚集器300包括多个聚集管301，多个聚集管301依次相连以限定出以曲线形式延伸的聚集腔，其中多个聚集管301中的第一个聚集管(图9中最下面的聚集管)的自由端用作聚集器入口 3011且最后一个聚集管(图 9中的最上面的聚集管)的自由端用作聚集器出口 3012。换言之，多个聚集管301依次首尾相连且以曲折的方式延伸。聚集器入口 3011与收集冷却200的冷却器出料口 2012相连，从而冷却后的从冷却器出料口 2012排出的氯化氢和纳米级二氧化硅从聚集器入口 3011进入聚集腔内，在曲
9折方式延伸的聚集腔内行进时，在图9中，从下向上行进，二氧化硅与聚集管301的内壁以及彼此之间碰撞而聚集成微米级的二氧化硅。根据本实用新型的实施例，聚集器300的结构简单，制造方便，聚集效果好。在本实用新型的一些实施例中，多个聚集管301彼此连接成多个Z字形，从而所述曲线形式的聚集腔由多个ζ字形构成。如图9所示，相邻的两个聚集管301在所述聚集腔延伸的方向(图9中的上下方向)上彼此错开。优选地，如图10和11所示，每个聚集管301包括直线段和位于直线段两端的两个弯头段，在所述两个弯头段的自由端分别设有连接法兰302，相邻的聚集管301通过连接法兰302相连，从而便于多个聚集管301相连。如图10所示，优选地，第一个聚集管和最后一个聚集管上分别设有测量口 303，测量口 303内分别设有用于检测所述聚集腔内的温度和压力的检测仪(未示出)。根据本实用新型的实施例，聚集器300内的压力也可以小于大气压，聚集后的二氧化硅的温度大约为150摄氏度。根据本实用新型实施例，聚集器300可以用于将纳米级的二氧化硅聚集成微米级的二氧化硅，并且结构简单，成本低。下面简单描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的分离器400。分离器400用于将氯化氢与微米级的二氧化硅分离，分离器400可以用本领域内任何合适的气固分离器。分离器400具有分离器入口、气体出口和固体出口，其中所述分离器入口与聚集器出口 3012相连，从而聚集后的二氧化硅和氯化氢从聚集器出口 3012通过分离器入口进入分离器400以将氯化氢与二氧化硅分离，氯化氢从气体出口排出，例如送到制酸系统600进行制酸，从而减小了污染，提高了循环经济效益。优选地，分离器400为三级旋风分离器，三级旋风分离器依次串联，从而提高氯化氢与二氧化硅的分离效果。进而，分离器400还可以包括与最后一级旋风分离器相连的袋式过滤器，以进一步提高分离效果。下面参考图12-14描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅处理设备的脱酸器500。从分离器400分离出的二氧化硅的表面上会附着有氯化氢，因此，从分离器400分离出的二氧化硅送到脱酸器500进行脱酸以去除二氧化硅表面附着的氯化氢，由此得到的二氧化硅可以打包作为成品。如图12-14所示，根据本实用新型的实施例，脱酸器500包括脱酸器本体和加热管 503。脱酸器本体内限定有脱酸腔，所述脱酸器本体的上部设有尾气出口 5014和脱酸器出料口 5013，所述脱酸器本体的下部设有脱酸蒸汽入口 5011和脱酸器进料口 5012。加热管503，例如石英电加热管，设置在所述脱酸器本体上且伸入所述脱酸腔内。脱酸器进料口 5012与分离器400的固体出口相连，从而与氯化氢分离后的二氧化硅从脱酸器进料口 5012进入脱酸腔内。脱酸蒸汽从脱酸蒸汽入口 5011进入脱酸腔，与二氧化硅一起沿从下向上的方向在脱酸腔内运动，在向上运动的过程中，脱酸蒸汽脱去二氧化硅表面附着的氯化氢，而且在上升过程中，加热管503对脱酸蒸汽和二氧化硅加热，从而提高了脱酸效果。[0092]脱酸后的二氧化硅从脱酸器出料口 5013排出，脱酸后的尾气从尾气出口 5014排出，尾气出口 5014可以与制酸系统600相连，从二氧化硅表面脱去的氯化氢可以用于制酸。 可选地，尾气出口 5014也可以与分离器400的分离器入口相连，用于将尾气中夹带的二氧化硅与氯化氢分离，分离后的二氧化硅进入脱酸器500脱去表面附着的氯化氢。根据本实用新型的实施例，脱酸器500内的压力也可以低于大气压，例如负2. 1千帕。如图12-14所示，在本实用新型的一些具体实施例中，所述脱酸器本体包括扩大段501、炉身502、和炉底503。例如，扩大段501、炉身502、和炉底503可以均为回转体，且它们的内径依次减小。扩大段501的下部为截锥形，例如截圆锥形，扩大段501的上部为圆筒形。尾气出口 5014形成在扩大段501的顶部且脱酸器出料口 5013形成在扩大段501下部的斜面上。如图12和13所示，在本实用新型的一些实施例中，扩大段501的侧面设有料位检测口 5017，料位检测口 5017高于脱酸器出料口 5013，用于检测扩大段501内的料位。可选地，扩大段501的侧面上还设有观察口 5016，贯穿口 5016可以与料位检测口 5017相对。如图12和13所述，在本实用新型的一个优选实施例中，扩大段501的侧面上设有平衡口 5015，平衡口 5015用于平衡脱酸腔内的压力，例如，平衡口 5015可以与分离器400 的分离器入口相连。炉身502可以圆筒形，炉身502的上端与扩大段501的下端相连，其中加热管503 安装在炉身502上。如图12和14所示，加热管503可以分布在炉身502的整个表面上。炉身502的内径小于扩大段501上部的内径，为了连接方便，炉身502的外径和内径可以分别与扩大段501的下端的外径和内径相同。如图12和图14所示，在本实用新型的优选实施例中，炉身502的侧面上分别设有吹扫口 5018和测温口，吹扫口分别邻近炉身502的上端和下端，吹扫口 5018用于对炉身 502内腔进行吹扫，避免二氧化硅在炉身502内累积。测温口内设有测温元件504，用于测量炉身502内的温度。炉底503的上端与炉身502相连且脱酸蒸汽入口 5011和脱酸器进料口 5012分别形成在炉底503的侧面上。如图12所示，炉底503上部为圆筒段，炉底503的下部为圆锥段，为了连接方便，炉底503的圆筒段的外径和内径分别与炉身502的下端的外径和内径相同。如图12所示，炉底503的底端设有排渣口 5019，用于排出较大的二氧化硅颗粒。根据本实用新型的实施例，与氯化氢气体分离的微米级的二氧化硅从脱酸器进料口 5012进入脱酸腔内，蒸汽从脱酸蒸汽入口 5011进入脱酸腔内，二氧化硅与蒸汽在脱酸腔内从下向上运动，在运动的过程中，蒸汽脱去二氧化硅表面附着的氯化氢，脱去表面附着的氯化氢的二氧化硅从脱酸器出料口 5013排出，作为成品打包。蒸汽和从二氧化硅表面脱去的氯化氢从尾气出口 5014排出，可以送到制酸系统 600制酸，也可以送到分离器400内以分离出尾气中夹带的二氧化硅。在此过程中，平衡口 5015可以与分离器400相连，以平衡脱酸腔内的压力，而从平衡口 5015出来的蒸汽在分离器400内与其中夹带的二氧化硅分离。根据本实用新型的实施例，多晶硅副产物四氯化硅处理设备可以处理多晶硅副产物四氯化硅，生产具有多种用途的微米级二氧化硅，不但解决的制约多晶硅生产的问题，而且提高了循环经济效益。此外，根据本实用新型的实施例，处理过程可以负压下进行，从而便于物料在处理设备的各个组成部分之间流动和输送。下面参考图15描述根据本实用新型实施例的多晶硅副产物四氯化硅的处理流程。首先，向反应器100中供给四氯化硅、氢气和含氧气体，四氯化硅与氢气混合供给到反应器100内，含氧气体例如为空气。四氯化硅、氢气和氧气在反应器100中发生高温燃烧水解反应，以生成包含氯化氢气体和纳米级二氧化硅的第一气固混合物。具体地，反应器100内的温度可以控制为大约1700摄氏度，压力可以控制为比大气压低1. 8千帕。二氧化硅的粒度例如为7-40纳米。接下来，将第一气固混合物引入收集冷却器200内以冷却所述第一气固混合物， 例如将第一气固混合物冷却至大约500-800摄氏度。将冷却后的所述第一气固混合物引入聚集器300中，所述纳米级二氧化硅在聚集器300内通过碰撞而聚集，得到包含氯化氢气体和微米级二氧化硅的第二气固混合物。例如，微米级的二氧化硅的粒度为30-50微米。将所述第二气固混合物引入分离器400中进行分离，得到微米级二氧化硅和含有氯化氢的第一尾气。如上所述，分离器400可以为旋风分离器，例如，所述第二气固混合物可以进行三级旋风分离得到所述微米级二氧化硅和含有氯化氢气体的第一尾气。可选地， 三级旋风分离后的第一尾气可以再通过布袋式分离器进行再次分离。最后，将所述微米级的二氧化硅引入脱酸器500中，以通过蒸汽气提脱酸处理除去所述微米级二氧化硅表面附着的氯化氢，得到二氧化硅成品和含有氯化氢气体的第二尾气。所述二氧化硅成品的比表面积可以为大约150-380m2/g，二氧化硅成品可以打包外售。在本实用新型的一些实施例中，所述第一尾气和第二尾气可以送到制酸系统进行制备盐酸，可选地，所述第二尾气可以返回至分离器400进行二次分离。优选地，反应器100、收集冷却器200、聚集器300、旋风分离器400，脱酸器500内的压力均低于大气压，换言之，燃烧反应，冷却，聚集，分离和脱酸都在负压下进行，从而有利于物料在上升容器内的输送。根据本实用新型的实施例，可以用多晶硅副产物四氯化硅生产微米级二氧化硅 (也可以称为气相二氧化硅)，微米级二氧化硅具有广泛的用途，尾气可以用于制酸，不但解决了制约多晶硅生产的制约因素，为副产物四氯化硅找到了出路，而且生产的二氧化硅是具有广泛用途的产品，提高了循环经济效益。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求1.一种多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，包括反应器，所述反应器内限定有反应腔，所述反应器的上部设有四氯化硅-空气入口和氢气入口，所述反应器的下部设有环氢气进口且所述反应器的底部设有反应器出口 ；收集冷却器，所述收集冷却器内限定有内腔和套在内腔外面且与内腔隔开的冷却介质空间，所述收集冷却器的上部设有与所述内腔连通的冷却器进料口和与所述冷却介质空间连通的冷却介质出口，所述收集冷却器的下部设有与所述内腔连通的冷却器出料口和与所述冷却介质空间连通的冷却介质进口，其中所述收集冷却器位于所述反应器下方以便所述冷却器进料口与所述反应器出口相连；聚集器，所述聚集器具有聚集器入口和聚集器出口，其中所述聚集器入口与所述冷却器出料口相连；分离器，所述分离器具有分离器入口、气体出口和固体出口，其中所述分离器入口与所述聚集器出口相连；和脱酸器，所述脱酸器内限定有脱酸腔，所述脱酸器的上部设有尾气出口和脱酸器出料口，所述脱酸器的下部设有蒸汽入口和脱酸器进料口，其中所述脱酸器进料口与所述分离器的固体出口相连。
2.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，还包括制酸系统，所述制酸系统与所述分离器的气体出口相连。
3.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述脱酸器的尾气出口与所述分离器入口相连。
4.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述分离器为三级旋风分离器。
5.根据权利要求4所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述分离器还包括与最后一级旋风分离器相连的袋式过滤器。
6.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述反应器包括反应器本体，所述反应腔限定在所述反应器本体内，所述四氯化硅-空气入口和氢气入口设在所述反应器本体的上部，所述反应器出口设在所述反应器本体的底部；嘴套，所述嘴套套设在所述反应器本体的下端以与所述反应器本体限定出向下开口的环形空间；与所述嘴套相连以向所述环形空间内供给氢气的环隙氢气进口管；和分布器，所述分布器设置在所述反应腔内用于均勻分布从所述四氯化硅-空气入口和所述氢气入口供给到反应腔内的四氯化硅-空气和氢气。
7.根据权利要求6所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述反应器本体包括嘴体，所述四氯化硅-空气入口设在所述嘴体侧面且所述氢气入口设在所述嘴体顶部；嘴身，所述嘴身的上端与所述嘴体的下端相连；和嘴尖，所述嘴尖的上端与所述嘴身的下端相连，所述嘴尖的下端敞开以形成所述反应器出口。
8.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述收集冷却器包括内壳，所述内腔限定在所述内壳内，所述冷却器进料口设在所述内壳的上部且所述冷却器出料口设在所述内壳的下部；外壳，所述外壳套设在所述内壳外面，所述冷却介质空间限定在所述内壳与外壳之间， 所述冷却介质入口设在所述外壳的下部且所述冷却介质出口设在所述外壳的上部；和旋体，所述旋体沿上下方向设置在所述冷却介质空间内。
9.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述聚集器包括多个聚集管，所述多个聚集管依次相连以限定出以曲线形式延伸的聚集腔，其中所述多个聚集管中的第一个聚集管的自由端用作所述聚集器入口且最后一个聚集管的自由端用作所述聚集器出口。
10.根据权利要求1所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述脱酸器包括脱酸器本体，所述脱酸腔限定在所述脱酸器本体内，所述尾气出口和脱酸器出料口设在所述脱酸器本体的上部，所述蒸汽入口和脱酸器进料口设在所述脱酸器本体的下部；和加热管，所述加热管设置在所述脱酸器本体上且伸入所述脱酸腔内。
11.根据权利要求10所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述脱酸器本体包括扩大段，所述扩大段的下部为截锥形，所述尾气出口形成在所述扩大段的顶部且所述脱酸器出料口形成在所述扩大段下部的斜面上；炉身，所述炉身的上端与所述扩大段的下端相连，所述加热管安装在所述炉身上；和炉底，所述炉底的上端与所述炉身相连且所述脱酸蒸汽入口和所述脱酸器进料口分别形成在所述炉底的侧面上。
12.根据权利要求11所述的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，其特征在于，所述炉底的底端设有排渣口，所述炉身的侧面上分别设有吹扫口和测温口，所述吹扫口邻近所述炉身的上端和下端，所述扩大段的侧面上设有平衡口。
专利摘要本实用新型公开一种多晶硅副产物四氯化硅处理设备，包括反应器，收集冷却器，聚集器，分离器，和脱酸器，收集冷却器位于反应器下方以便冷却器进料口与反应器出口相连；聚集器入口与冷却器出料口相连；分离器具有分离器入口、气体出口和固体出口，分离器入口与聚集器出口相连；脱酸器的上部设有尾气出口和脱酸器出料口，脱酸器的下部设有蒸汽入口和脱酸器进料口，其中脱酸器进料口与分离器的固体出口相连。根据本实用新型的多晶硅副产物四氯化硅处理设备，可以用多晶硅副产物四氯化硅生产微米级二氧化硅，不但解决了副产物四氯化硅制约多晶硅生产，而且生产的微米级二氧化硅具有广泛的用途，提高了循环经济效果，并且结构和操作简单，成本低。
文档编号C01B33/12GK202054617SQ20112007341
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者严大洲, 杜俊平, 毋克力, 汤传斌, 汪绍芬, 肖荣晖, 谢冬晖, 谢正和, 郭富东 申请人:中国恩菲工程技术有限公司