多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备以及多晶硅生产系统的制作方法

本发明属于多晶硅生产，具体涉及一种多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备以及多晶硅生产系统。

背景技术：

1、西门子法多晶硅生产工艺主要是利用氢气还原三氯氢硅(sihcl3)气相沉积硅实现的，每生产一吨多晶硅，就会副产超过十五吨四氯化硅(sicl4)。sicl4是剧毒污染性物质，与水剧烈反应，因此不便于储运。在尾气处理工序中将sicl4加氢转化为三氯氢硅(sihcl3)进行循环利用是目前最佳的解决方案。

2、国内企业sicl4加氢大多采用冷氢化技术，即sicl4和硅粉、氢气在催化剂的作用下于470℃～550℃反应生成sihcl3，即：

3、sicl4+3si+2h2→4sihcl3。冷氢化技术使用的催化剂主要是以铜、镍基催化剂为代表的过渡金属催化剂，但由于在流化床中发生高温的“气-固-固”三相反应，催化剂粉体普遍易烧结团聚，催化剂颗粒与硅粉颗粒接触效率低导致反应转化率低下，且反应之后催化剂难以与气流分离，导致容易随气流夹带而流失。

4、目前，公开号为cn102814181a的中国专利申请公开了具有良好热稳定性的cuni合金催化剂；公开号为cn102114426a的中国专利申请公开了使用al2o3、sio2等结构稳定剂的催化剂；公开号为cn102350362a的中国专利申请公开了一种将cuni合金催化剂纳米化的方案，有效提高了催化剂的整体活性。虽然上述专利或多或少解决了易烧结团聚、反应转化率低下的问题，然而目前的催化剂设计方案仍旧面临着难以与气体产物分离，导致随气流夹带而流失的问题，这不仅会使催化效率降低，还会使生产成本增加，更会导致下游产物的杂质含量上升，对最终多晶硅产品的纯度和品质造成严重影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其能够利用磁性来高效分离催化剂，本发明还提供一种多晶硅生产系统。

2、本发明提供的一种多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，包括回收分离器，所述回收分离器包括主管道、第一回收支管以及回收磁体，所述主管道为90°折弯管道，包括水平管段和与水平管段连通的竖直管段，所述水平管段的端口连接流化床反应器的出气口，用于接收流化床反应器产出的携带有催化剂颗粒的四氯化硅气体；其竖直管段的底部端口作为四氯化硅气体的出口，所述第一回收支管的一端连通于竖直管段的管身上，另一端作为催化剂颗粒的出口，所述第一回收支管与竖直管段的相接处的顶部为第一平滑曲面，所述回收磁体的布置位置沿水平管段的顶部、该第一平滑曲面衔接至第一回收支管的顶部，用于利用磁性引导催化剂颗粒沿第一回收支管排出。

3、优选的，所述第一回收支管和竖直管段之间的相接处不完全贯通，二者相接处的上部开设有作为催化剂颗粒流通通孔的连通口，下部作为阻挡催化剂颗粒回流的阻挡部。

4、优选的，所述第一回收支管上设置有两道第一高压阀门，两道所述第一高压阀门间隔设置在第一回收支管的末端，用于形成与第一回收支管以及外部环境隔离开来的过渡舱。

5、优选的，所述回收分离器还包括第二回收支管，回收磁体还设置在第二回收支管处，所述竖直管段的下部形成两个分支，其中一个竖直分支的底部端口作为四氯化硅气体的出口，另一个分支为第二回收支管，所述第二回收支管的端口作为四氯化硅气体中余下的催化剂颗粒的出口，所述第二回收支管与竖直管段的相接处的顶部为第二平滑曲面，设置在第二回收支管处的所述回收磁体，其布置位置沿第二回收支管上方的竖直管段侧壁、第二平滑曲面衔接至第二回收支管的顶部，用于利用磁性引导四氯化硅气体中余下的催化剂颗粒沿第二回收支管排出。

6、优选的，所述水平管段的端口小于流化床反应器的出气口，二者通过法兰连接，所述竖直管段的下部至底部端口逐渐收缩为直径与流化床反应器的出气口一致的开口，且收缩段向一侧收缩，使该收缩段一侧为竖直面，另一侧为斜面，所述第二回收支管连通在该斜面上。

7、优选的，所述第二回收支管和斜面之间的连通开口直径为该斜面长度的0.5～1.0倍。

8、优选的，所述第二回收支管上设置有两道第二高压阀门，两道所述第二高压阀门间隔设置在第二回收支管的末端，用于形成与第二回收支管以及外部环境隔离开来的过渡舱。

9、优选的，所述回收磁体包括均布式磁体，所述均布式磁体包括多个第一电磁铁块，各个第一电磁铁块沿回收磁体的布置位置均匀排布。

10、优选的，所述均布式磁体设有两排，两排中的各第一电磁铁块相错布置。

11、优选的，所述回收磁体还包括旋转磁体，所述旋转磁体包括转轮和多个第二电磁铁块，各第二电磁铁块绕转轮的轴线均匀布置在转轮上，所述转轮的边缘与第一平滑曲面/第二平滑曲面相切，并绕自身轴线回转。

12、优选的，多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备还包括壳体，所述壳体罩设在回收分离器的外部，壳体的侧壁上设有多个散热风扇，至少一个散热风扇位于壳体的顶部，作为出气风扇，另有至少一个散热风扇位于壳体的中部，与回收磁体位置相对，作为进气风扇。

13、本发明还提供一种多晶硅生产系统，包括流化床反应器、催化剂回收罐、原料线以及上述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，所述原料线连接流化床反应器的入口，流化床反应器的出气口连接所述多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备的催化剂颗粒的出口连接所述催化剂回收罐。

14、本发明中的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其回收分离器主管道为90°的折弯管道，因此四氯化硅气体的大致流向也是沿该主管道的走向形成折弯流线。而用于回收催化剂颗粒的第一回收支管连通在主管道的竖直管段上，与主管道走向并不一致，故可以将四氯化硅气体与催化剂颗粒的走向分离。

15、回收磁体的布置位置沿水平管段的顶部、第一平滑曲面衔接至第一回收支管的顶部，用于利用磁性引导催化剂颗粒沿第一回收支管排出。当四氯化硅气体进入主管道时，首先沿着水平管段到达折弯位置，之后沿着折弯处拐入到竖直管段中，这一过程中，四氯化硅气体中的催化剂颗粒受到回收磁体的磁性作用，先是会自动向着水平管段的顶部靠近，之后沿着折弯处到达第一平滑曲面，由于竖直管段和第一回收支管之间没有折角，催化剂颗粒会在回收磁体的作用下自动滑入第一回收支管中，实现催化剂的回收分离，而四氯化硅气体不受磁力影响，会沿着原本的竖直管段流线流出。

16、可见，本设备解决了现有高活性多晶硅冷氢化催化剂易被流化床气流夹带流失的问题，该设备利用催化剂颗粒具有一定磁性的规律，在流化床反应器出气口处施加强磁场，采用磁场力高效吸附分离流化床出气口管道中流失的磁性催化剂，诱导气流中夹带的磁性催化剂颗粒偏离流场线运动，进而使其进入收集储存通道完成催化剂的分离回收，达到回收利用催化剂、降低生产成本以及提高产品纯度的目的，有效保证了后续产品的质量。

技术特征：

1.一种多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：包括回收分离器(1)，所述回收分离器(1)包括主管道(11)、第一回收支管(12)以及回收磁体(13)，

2.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述第一回收支管(12)和竖直管段(112)之间的相接处不完全贯通，二者相接处的上部开设有作为催化剂颗粒流通通孔的连通口(122)，下部作为阻挡催化剂颗粒回流的阻挡部(123)。

3.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述第一回收支管(12)上设置有两道第一高压阀门(121)，两道所述第一高压阀门(121)间隔设置在第一回收支管(12)的末端，用于形成与第一回收支管(12)以及外部环境隔离开来的过渡舱。

4.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述回收分离器(1)还包括第二回收支管(14)，回收磁体(13)还设置在第二回收支管(14)处，

5.根据权利要求4所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述水平管段(111)的端口小于流化床反应器(2)的出气口，二者通过法兰连接，

6.根据权利要求5所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述第二回收支管(14)和斜面(114)之间的连通开口直径为该斜面(114)长度的0.5～1.0倍。

7.根据权利要求4所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述第二回收支管(14)上设置有两道第二高压阀门(141)，两道所述第二高压阀门(141)间隔设置在第二回收支管(14)的末端，用于形成与第二回收支管(14)以及外部环境隔离开来的过渡舱。

8.根据权利要求1或4所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述回收磁体(13)包括均布式磁体(131)，所述均布式磁体(131)包括多个第一电磁铁块，各个第一电磁铁块沿回收磁体(13)的布置位置均匀排布。

9.根据权利要求8所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述均布式磁体(131)设有两排，两排中的各第一电磁铁块相错布置。

10.根据权利要求8所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：所述回收磁体(13)还包括旋转磁体(132)，所述旋转磁体(132)包括转轮(1321)和多个第二电磁铁块，各第二电磁铁块绕转轮(1321)的轴线均匀布置在转轮(1321)上，

11.根据权利要求1所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，其特征在于：还包括壳体(3)，所述壳体(3)罩设在回收分离器(1)的外部，

12.一种多晶硅生产系统，包括流化床反应器(2)、催化剂回收罐(4)和原料线，其特征在于：还包括权利要求1至11中任一项所述的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，

技术总结
本发明公开了一种多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备，包括回收分离器，回收分离器包括主管道、第一回收支管以及回收磁体，主管道包括水平管段和与水平管段连通的竖直管段，水平管段的端口连接流化床反应器的出气口，竖直管段的底部端口作为四氯化硅气体的出口，第一回收支管的一端连通于竖直管段的管身上，另一端作为催化剂颗粒的出口，第一回收支管与竖直管段的相接处的顶部为第一平滑曲面，回收磁体的布置位置沿水平管段的顶部、该第一平滑曲面衔接至第一回收支管的顶部。本发明的多晶硅冷氢化催化剂回收分离设备可以利用磁性高效分离催化剂，降低生产成本，降低产物杂质含量，从而保障产品的纯度品质，本发明还提供一种多晶硅生产系统。

技术研发人员：施杰,刘兴平,苏国良,齐婷婷,黄金锋,杨昊,徐迪
受保护的技术使用者：新特能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13