一种低温液态硅烷的气化装置的制作方法

本发明涉及材料提纯，具体涉及一种低温液态硅烷的气化装置。

背景技术：

1、硅烷，又名甲硅烷、四氢化硅，分子式sih4，sih4是强还原性物质，与氧化性物质、碱或重金属盐类溶液接触，会显示出很强的活泼性，属易燃、易爆的危险性气体。硅烷是生产单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属硅化物、氮化硅、碳化硅和氧化硅等一系列硅化合物的基本原料，广泛应用电子及半导体工业中。

2、硅烷制造公司生产的硅烷通常都存储在低温储罐内，通常储罐内的硅烷保持在很低的温度：–70～–40℃，此时硅烷处在液态。当硅烷需要被运送给用户的时候，都以高压气体的方式存储在高压容器内，因此需要一个让液态硅烷气化然后增压的过程。增压过程通常选用隔膜压缩机来完成，因为隔膜压缩机能够很好保证在充装过程中不降低硅烷的纯度。存储硅烷的高压容器，例如y瓶或者鱼雷车，可以让硅烷在室温下保持安全稳定。

3、硅烷的临界温度是–3.4℃，这意味着硅烷在常态温度下储存或充装时只能是气态的。所以，在使用隔膜压缩机对硅烷进行充装前，需要一个让液态硅烷气化的过程。这个气化过程需要两步：首先需要让硅烷经过一个由低温液态到室温气体的相变过程，在这个气化相变过程中，硅烷需要吸收相当多的热量(1克硅烷由–40℃的液态相变为–40℃气态需要吸收大约280焦耳的热量)。经过以上气化相变后，硅烷还处在饱和蒸气压(或者气液共存)状态，此时压强增加或温度降低的变化都会导致部分气态硅烷转化为液态硅烷。而液态硅烷进入隔膜压缩机后，很容易造成机器的损坏。因此，还需要进一步给硅烷气体加热，让硅烷远离饱和蒸气压(或者气液共存)状态，例如让硅烷的温度在0度以上(高于硅烷的临界温度)，从而避免硅烷重新液化。

4、因此，有必要发明一种新型的低温液态硅烷的气化装置，以实现低温液态硅烷的安全、高效的气化。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种低温液态硅烷的气化装置，该装置对低温液态硅烷的气化效率高、耗能低、安全性好。

2、为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种低温液态硅烷的气化装置，包括：

4、低温泵；所述低温泵设置于装有液态硅烷的低温储罐上且通过管道与所述低温储罐连通；

5、相变器；所述相变器具有液相入口和气相出口，所述液相入口通过管道与所述低温泵连通；

6、升温器；所述升温器具有低温气相入口与产品出口，所述低温气相入口与所述气相出口连通，所述产品出口通过管道与隔膜压缩机连通，所述产品出口处设有限压阀；

7、其中，液态硅烷在所述低温泵作用下从所述低温储罐内通过管道流至所述相变器内吸热气化，气化后的气态硅烷流至所述升温器内恒压升温至

8、-3.4℃以上后，从所述产品出口流出。

9、优选地，所述气态硅烷在所述升温器内恒压升温至0℃以上后，从产品出口流出。

10、进一步地，所述相变器及所述升温器均为套管式换热器，两个所述套管式换热器串联，硅烷在所述相变器及所述升温器的管程内流动，热流体在所述相变器及所述升温器的壳程内流动。

11、进一步地，所述相变器设有4～8组套管，所述升温器设有1～3组套管，多组所述套管相互串联形成蛇形套管结构。优选地，所述相变器设有6组套管，所述升温器设有2组套管，

12、进一步地，所述升温器上设有热流体入口，所述相变器上设有热流体出口，所述热流体通过所述热流体入口流入，在所述升温器及所述相变器内与硅烷逆向流动，并通过所述热流体出口流出。

13、优选地，所述热流体为水、乙二醇、甘油、二氯甲烷中的任意一种或几种的混合物。更优选地，所述热流体为水。

14、进一步地，所述套管式换热器的壳程内径与管程内径的比值为2.0～4.0:0.8～1.2。优选地，所述套管式换热器的壳程内径与管程内径的比值为3:1。

15、进一步地，所述热流体入口处设有流量调节阀，所述产品出口处设有温度计。

16、优选地，所述相变器及所述升温器的材质为低温碳钢、低温镍钢、低温奥氏体不锈钢、低温铝合金中的任意一种。更优选地，所述相变器及所述升温器的材质为低温奥氏体不锈钢。

17、由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

18、本实用新型通过设置相变器及与之串联的升温器，得到一种结构简单、气化效率高、安全性好的低温液态硅烷的气化装置；液态硅烷在相变器内吸热气化，气化后的气态硅烷流至升温器内恒压升温至-3.4℃以上后进行充装，通过限压阀使输送到隔膜压缩机内的硅烷气体气压高于外界大气压，减少了后续充装过程的能耗；整套装置气密性良好，气化过程安全可靠。

19、上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述相变器及所述升温器均为套管式换热器，两个所述套管式换热器串联，硅烷在所述相变器及所述升温器的管程内流动，热流体在所述相变器及所述升温器的壳程内流动。

3.如权利要求2所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述相变器设有4～8组套管，所述升温器设有1～3组套管，多组所述套管相互串联形成蛇形套管结构。

4.如权利要求2所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述升温器上设有热流体入口，所述相变器上设有热流体出口，所述热流体通过所述热流体入口流入，在所述升温器及所述相变器内与硅烷逆向流动，并通过所述热流体出口流出。

5.如权利要求2所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述热流体为水。

6.如权利要求2所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述套管式换热器的壳程内径与管程内径的比值为2.0～4.0:0.8～1.2。

7.如权利要求4所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述热流体入口处设有流量调节阀，所述产品出口处设有温度计。

8.如权利要求2所述的低温液态硅烷的气化装置，其特征在于，所述相变器及所述升温器的材质为低温碳钢、低温镍钢、低温奥氏体不锈钢、低温铝合金中的任意一种。

技术总结
本技术公开了一种低温液态硅烷的气化装置，包括低温泵、相变器、及升温器。本技术通过设置相变器及与之串联的升温器，得到一种结构简单、气化效率高、安全性好的低温液态硅烷的气化装置；液态硅烷在相变器内吸热气化，气化后的气态硅烷流至升温器内恒压升温至‑3.4℃以上后进行充装，通过限压阀使输送到隔膜压缩机内的硅烷气体气压高于外界大气压，减少了后续充装过程的能耗；整套装置气密性良好，气化过程安全可靠。

技术研发人员：徐学强,鲍坚仁,刘璧
受保护的技术使用者：艾佩科（上海）气体有限公司
技术研发日：20230828
技术公布日：2024/2/25