專利名稱：用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種收集冷卻器，尤其是涉及一種用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著硅太陽能電池的發(fā)展，多晶硅市場得以迅猛增長。目前國際上采用的多晶硅制備方法均為改良的西門子法，即采用三氯氫硅氫化還原，其副產(chǎn)物主要是四氯化硅，生產(chǎn)1噸多晶硅所產(chǎn)生的副產(chǎn)物四氯化硅大約為12 18噸，因此如何處理副產(chǎn)物四氯化硅已經(jīng)成為多晶硅工業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個目的在于提出一種用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，該收集冷卻器用在用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)二氧化硅中，四氯化硅、氧氣和氫氣反應(yīng)生成的氯化氫和納米級二氧化硅在該收集冷卻器內(nèi)冷卻，且該收集冷卻器結(jié)構(gòu)簡單， 成本低，收集冷卻效果好。根據(jù)本實(shí)用新型的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器包括內(nèi)殼，所述內(nèi)殼限定有內(nèi)腔，所述內(nèi)殼的上部設(shè)有冷卻器進(jìn)料口且所述內(nèi)殼的下部設(shè)有冷卻器出料口 ；外殼，所述外殼套設(shè)在所述內(nèi)殼外面且與所述內(nèi)殼限定出冷卻介質(zhì)空間，所述外殼的下部設(shè)有冷卻介質(zhì)入口且所述外殼的上部設(shè)有冷卻介質(zhì)出口 ；和旋體，所述旋體沿上下方向設(shè)置在所述冷卻介質(zhì)空間內(nèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的收集冷卻器，用在用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)二氧化硅中， 四氯化硅、氧氣和氫氣反應(yīng)生成的氯化氫和納米級二氧化硅在該收集冷卻器內(nèi)冷卻，且該收集冷卻器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，收集冷卻效果好。另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述的收集冷卻器還可以具有如下附加的技術(shù)特征所述內(nèi)殼和所述外殼均為錐形且所述內(nèi)殼和所述外殼的徑向尺寸沿從上向下的方向逐漸減小。所述內(nèi)殼和所述外殼均為圓錐形。所述冷卻器進(jìn)料口形成在所述內(nèi)殼的頂端，所述冷卻器出料口形成在所述內(nèi)殼的底端。所述冷卻介質(zhì)入口形成在所述外殼的側(cè)面且鄰近所述外殼的上端，所述冷卻介質(zhì)出口形成在所述外殼的側(cè)面且鄰近所述外殼的下端。所述旋體包括多個支撐桿，所述多個支撐桿沿周向間隔開設(shè)置；和旋板，所述旋板與所述多個支撐桿相連且沿上下方向螺旋延伸。所述旋體進(jìn)一步包括法蘭盤，所述多個支撐桿的上端分別與所述法蘭盤相連。本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是具有根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的收集冷卻器的多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的框圖；圖2是上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的反應(yīng)器的示意圖；圖3是圖2所示反應(yīng)器的分布器的示意圖；圖4是圖3所示分布器的局部示意圖，其中示出了葉片的排列方式；圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的收集冷卻器的示意圖；圖6是圖5所示收集冷卻器的內(nèi)殼的示意圖；圖7是圖5所示收集冷卻器的旋體的示意圖；圖8是圖5所示收集冷卻器的外殼的示意圖；圖9是上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的聚集器的示意圖；圖10是圖9所示聚集器的俯視示意圖；圖11是圖9所示聚集器的聚集管的示意圖；圖12是上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的脫酸器的示意圖；圖13是圖12所示脫酸器的擴(kuò)大段的示意圖；圖14是圖12所示脫酸器的爐身的示意圖；和圖15是上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的操作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為
基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。此外，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，術(shù)語“ 口，，應(yīng)作廣義理解，例如可以為開口，也可以為連接在開口上的一段管的形式。本實(shí)用新型基于本申請的實(shí)用新型人為解決多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量副產(chǎn)物-四氯化硅問題做出的，多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)出大量的副產(chǎn)物-四氯化硅，生產(chǎn)一噸多晶硅，根據(jù)不同的工藝，會產(chǎn)出12-18噸四氯化硅，傳統(tǒng)上，四氯化硅無法處理得當(dāng)應(yīng)用，嚴(yán)重制約了多晶硅生產(chǎn)的發(fā)展。本實(shí)用新型采用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)二氧化硅，不僅解決了制約多晶硅生產(chǎn)的副產(chǎn)物四氯化硅的出路，循環(huán)利用了多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅。而且， 生產(chǎn)的二氧化硅作為典型的納米粉體材料，具有廣泛的用途，例如汽車業(yè)、建筑業(yè)和電力行業(yè)，主要是作為HTV和RTV硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填料；也可以與炭黑共用生產(chǎn)滾動阻力小，防濕滑、 綜合性能優(yōu)越的輪胎。此外在其他領(lǐng)域業(yè)也有大量的應(yīng)用，而且目前全球需求總量接近15 萬噸/年，年增長率約為5%。二氧化硅目前在有機(jī)硅工業(yè)的使用量最大，占總用量的一半以上，此外在橡膠、塑料、高性能涂料和油漆、油墨、農(nóng)業(yè)、化學(xué)機(jī)械拋光、醫(yī)藥和化妝品、造紙中都有廣泛的應(yīng)用，市場需求和發(fā)展?jié)摿薮?。由此，根?jù)本實(shí)用新型，用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)二氧化硅，不但促進(jìn)了多晶硅生產(chǎn)的發(fā)展，而且生產(chǎn)的二氧化硅具有廣泛的用途，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。為了更好地理解根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，下面首先參考附圖描述具有根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的收集冷卻器的多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備。如圖1所示，具有根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的收集冷卻器的多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備包括依次連接的反應(yīng)器100，收集冷卻器200，聚集器300，分離器400，和脫酸器 500。多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅和空氣與氫氣在反應(yīng)器內(nèi)高溫燃燒水解，生成納米級的二氧化硅。二氧化硅從反應(yīng)器100進(jìn)入收集冷卻器200內(nèi)冷卻，冷卻后的二氧化硅從收集冷卻器200進(jìn)入聚集器300聚集成微米級的二氧化硅，聚集后的微米級的二氧化硅進(jìn)入分離器400進(jìn)行氣固分離，得到的固體(二氧化硅)進(jìn)入脫酸器500脫酸，脫酸后的二氧化硅打包作為產(chǎn)品。優(yōu)選地，多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備還包括制酸系統(tǒng)600，制酸系統(tǒng)600與分離器400相連，用于將與二氧化硅分離后的氯化氫制酸，從而減小了污染，增加了循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。下面參考圖2-4描述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的反應(yīng)器100。如圖2-4所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，反應(yīng)器100包括反應(yīng)器本體101，嘴套 104，環(huán)隙氫氣進(jìn)口管102，和分布器102。反應(yīng)器本體101內(nèi)限定有反應(yīng)腔，反應(yīng)器本體101的上部設(shè)有四氯化硅-空氣入口 1012和氫氣入口 1011，反應(yīng)器本體101的底部設(shè)有反應(yīng)器出口 1013。在圖2所示的示例中，反應(yīng)器本體101為沿上下方向延伸的細(xì)長筒體，氫氣入口 1011形成在反應(yīng)器本體101的頂部，氫氣入口 1011與反應(yīng)器本體101的頂部連通的一段管的形式，并且偏離反應(yīng)器本體101的中心。反應(yīng)器本體101的底端開口以構(gòu)成反應(yīng)器出口 1013，四氯化硅-空氣入口 1012形成在反應(yīng)器本體101上部的側(cè)面(圖2中為一段管的形式)。多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅與空氣的混合物從四氯化硅-空氣入口 1012進(jìn)入反應(yīng)腔， 氫氣從氫氣入口 1011進(jìn)入反應(yīng)器。嘴套104套設(shè)在反應(yīng)器本體101的下端以與反應(yīng)器本體101限定出向下開口的環(huán)形空間H。例如，嘴套104的上端套在反應(yīng)器本體101上且通過螺栓頂緊。[0044]環(huán)隙氫氣進(jìn)口管103與嘴套104相連以向環(huán)形空間H內(nèi)供給氫氣，由此進(jìn)行點(diǎn)火， 燃燒反應(yīng)在反應(yīng)器本體101的下端發(fā)生，由于環(huán)形空間H，使得火焰中心的溫度穩(wěn)定。分布器102設(shè)置在反應(yīng)腔內(nèi)，用于均勻分布從四氯化硅-空氣入口 1012和氫氣入口 1011供給到反應(yīng)腔內(nèi)的四氯化硅-空氣和氫氣，避免氣流直接從反應(yīng)腔的上部向下沖， 使得燃燒反應(yīng)效果更好。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，反應(yīng)器100的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，四氯化硅、空氣和氫氣的反應(yīng)效果好。如圖2所示，在本實(shí)用新型的一個具體實(shí)施例中，反應(yīng)器本體101為細(xì)長的筒體且包括嘴體1014，嘴身1015，和嘴尖1016。如圖2所示，在本實(shí)用新型的一些具體示例中，嘴體1014、嘴身1015和嘴尖1016也分別為圓筒形且它們的內(nèi)徑依次減小。四氯化硅-空氣入口 1012設(shè)置在嘴體1014的側(cè)面且氫氣入口 1011設(shè)置在嘴體 1014的頂部。具體地，嘴體1014的上端和下端敞開，且上端可以用頂蓋封閉，氫氣入口 1011 貫穿頂蓋形成，在氫氣入口 1011處連接一段管(也可以稱為氫氣入口管)。嘴身1015的上端與嘴體1014的下端相連，例如嘴身1015與嘴體1014螺紋連接，如圖2所示，嘴身1015的上端設(shè)有外螺紋，嘴體1014的下端設(shè)有內(nèi)螺紋，并且在嘴身 1015上配合有嘴母1017，以便在嘴母1017與嘴身1015和嘴體1014限定的空間內(nèi)設(shè)置填料 1018。嘴尖1016的上端與嘴身1015的下端相連，例如，也通過螺紋連接。嘴尖1016的下端敞開以形成反應(yīng)器出口 1013。如圖2所示，嘴套104安裝在所述嘴尖的下端且嘴套104 的下端與嘴尖1016的下端平齊。嘴套104的下部為錐形，從而環(huán)形空間H的徑向尺寸向下逐漸減小。如圖2-圖4所示，分布器102包括撐桿1021和多個葉片1022。每個葉片1022的一端與撐桿1021相連且多個葉片1022沿?fù)螚U1021的周向間隔開。如圖3所示，在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，多個葉片1022分多組，每組中的葉片 1022沿?fù)螚U1021的周向間隔開布置且多組葉片1022沿上下方向間隔開。優(yōu)選地，位于最下面的一組葉片1022在上下方向上鄰近嘴套104的上端。在圖3所示的示例中，葉片1022分為三組，位于最上面的一組葉片1022鄰近嘴尖 1016的上端，位于最下面的一組葉片1022鄰近嘴套104的上端?？梢岳斫獾氖?，本實(shí)用新型并不限于此，葉片1022可以分為任何合適數(shù)量的組。如上所述，分布器102用于分布進(jìn)入到反應(yīng)器100的反應(yīng)腔內(nèi)的四氯化硅和空氣與氫氣的氣流，避免氣流直接從反應(yīng)腔上部直接沖向下部，從而改善燃燒條件來控制二氧化硅的比表面積。根據(jù)本實(shí)用新型的反應(yīng)器100，四氯化硅和空氣的混合物從四氯化硅-空氣入口 1012進(jìn)入反應(yīng)腔，氫氣從氫氣入口 1011進(jìn)入反應(yīng)腔，然后通過分配器102分布后向下流動。 此外，氫氣從環(huán)隙氫氣進(jìn)口管103供給到環(huán)形空間H內(nèi)，在反應(yīng)器100的下端(更具體地， 在嘴尖1016處)發(fā)生燃燒反應(yīng)，生產(chǎn)氯化氫氣體和納米級(例如7-40納米)的二氧化硅。 需要說明的是，反應(yīng)器100內(nèi)溫度大約為1700攝氏度，反應(yīng)腔內(nèi)的氣壓低于大氣壓，例如負(fù) 1.84千帕。下面參考圖5-8描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器200。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的收集冷卻器200與反應(yīng)器100相連，用于冷卻在反應(yīng)器 100內(nèi)燃燒反應(yīng)生成的氯化氫氣體和納米級的二氧化硅。例如，收集冷卻器200可以設(shè)在反應(yīng)器100的下方，反應(yīng)器100內(nèi)反應(yīng)生成的氯化氫氣體和納米級的二氧化硅進(jìn)入收集冷卻器200內(nèi)進(jìn)行冷卻。如圖5-8所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，收集冷卻器200包括內(nèi)殼201，外殼 203，和旋體202。內(nèi)殼201限定有內(nèi)腔，內(nèi)殼201的上部設(shè)有冷卻器進(jìn)料口 2011，內(nèi)殼201的下部設(shè)有冷卻器出料口 2012。優(yōu)選地，冷卻器進(jìn)料口 2011形成在內(nèi)殼201的頂端，冷卻器出料口 2012形成在內(nèi)殼201的底端，換言之，內(nèi)殼201的上端和下端敞開以分別構(gòu)成冷卻器進(jìn)料口 2011和冷卻器出料口 2012。如上所述，反應(yīng)器100設(shè)在收集冷卻器200的上方，且反應(yīng)器出口 1013與冷卻器進(jìn)料口 2011相對，例如相距3-5厘米。從反應(yīng)器出口 1013出來的高溫氯化氫和二氧化硅從冷卻器進(jìn)料口 2011進(jìn)入內(nèi)殼201的內(nèi)腔內(nèi)從上向下流動。外殼203套設(shè)在內(nèi)殼201外面以與內(nèi)殼201限定出冷卻介質(zhì)空間，外殼203的下部設(shè)有冷卻介質(zhì)入口 2031，外殼203的上部設(shè)有冷卻介質(zhì)出口 2032。冷卻介質(zhì)例如為空氣，空氣從冷卻介質(zhì)入口 2031進(jìn)入冷卻介質(zhì)空間內(nèi)，從下向上流動，并最終從冷卻介質(zhì)出口 2032 排出冷卻介質(zhì)空間，從而冷卻在內(nèi)殼201的內(nèi)腔內(nèi)從上向下流動的氯化氫和二氧化硅。優(yōu)選地，冷卻介質(zhì)入口 2031形成在外殼203的側(cè)面且鄰近外殼203的上端，冷卻介質(zhì)出口 2032形成在外殼203的側(cè)面且鄰近外殼203的下端。旋體202沿上下方向設(shè)置在冷卻介質(zhì)空間內(nèi)，旋體202用于將冷卻空氣均勻分布在冷卻介質(zhì)空間內(nèi)，以便提高對在內(nèi)殼201的內(nèi)腔中從上向下流動的氯化氫和二氧化硅的冷卻效果。收集冷卻器200內(nèi)的壓力也低于大氣壓，并且將氯化氫和二氧化硅冷卻到大約 500-800攝氏度，以便于后續(xù)處理。如圖5-8所示，在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，內(nèi)殼201和外殼203均為錐形，更具體而言，內(nèi)殼201和外殼203均為圓錐形，內(nèi)殼201和外殼203的徑向尺寸沿從上向下的方向逐漸減小。如圖5和圖7所示，旋體202包括多個支撐桿2021和旋板2022，多個支撐桿2021 沿周向間隔開設(shè)置，旋板2022與多個支撐桿2021相連且沿上下方向螺旋延伸。如上所述， 旋體202內(nèi)的旋板2022用于將冷卻空氣分布到整個冷卻空間內(nèi)，從而提高冷卻效果。與內(nèi)殼201和外殼203的形狀類似，例如形成上大下小的圓錐形。如圖7所示，旋體202進(jìn)一步包括法蘭盤2023，多個支撐桿2021的上端分別與法蘭盤2023相連，旋體202可以通過法蘭盤2023安裝到內(nèi)殼201的上端，在內(nèi)殼201的上端也形成有相應(yīng)的凸緣，法蘭盤2023放置在所述凸緣上，并用螺栓連接。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，收集冷卻器200的結(jié)構(gòu)簡單，對氯化氫和二氧化硅的冷卻效果好。下面參考圖9-11描述上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的聚集器300。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚集器300與收集冷卻器200相連，用于使冷卻后的二氧化硅在其中聚集，從而納米級的二氧化硅聚集成為微米級(例如30-50微米)的二氧化硅，以便可以作為成品使用。如圖9-11所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚集器300包括多個聚集管301，多個聚集管301依次相連以限定出以曲線形式延伸的聚集腔，其中多個聚集管301中的第一個聚集管(圖9中最下面的聚集管)的自由端用作聚集器入口 3011且最后一個聚集管(圖 9中的最上面的聚集管)的自由端用作聚集器出口 3012。換言之，多個聚集管301依次首尾相連且以曲折的方式延伸。聚集器入口 3011與收集冷卻200的冷卻器出料口 2012相連，從而冷卻后的從冷卻器出料口 2012排出的氯化氫和納米級二氧化硅從聚集器入口 3011進(jìn)入聚集腔內(nèi)，在曲折方式延伸的聚集腔內(nèi)行進(jìn)時，在圖9中，從下向上行進(jìn)，二氧化硅與聚集管301的內(nèi)壁以及彼此之間碰撞而聚集成微米級的二氧化硅。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚集器300的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，聚集效果好。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，多個聚集管301彼此連接成多個Z字形，從而所述曲線形式的聚集腔由多個Z字形構(gòu)成。如圖9所示，相鄰的兩個聚集管301在所述聚集腔延伸的方向(圖9中的上下方向)上彼此錯開。優(yōu)選地，如圖10和11所示，每個聚集管301包括直線段和位于直線段兩端的兩個彎頭段，在所述兩個彎頭段的自由端分別設(shè)有連接法蘭302，相鄰的聚集管301通過連接法蘭302相連，從而便于多個聚集管301相連。如圖10所示，優(yōu)選地，第一個聚集管和最后一個聚集管上分別設(shè)有測量口 303，測量口 303內(nèi)分別設(shè)有用于檢測所述聚集腔內(nèi)的溫度和壓力的檢測儀(未示出)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚集器300內(nèi)的壓力也可以小于大氣壓，聚集后的二氧化硅的溫度大約為150攝氏度。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，聚集器300可以用于將納米級的二氧化硅聚集成微米級的二氧化硅，并且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。下面簡單描述上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的分離器400。分離器400用于將氯化氫與微米級的二氧化硅分離，分離器400可以用本領(lǐng)域內(nèi)任何合適的氣固分離器。分離器400具有分離器入口、氣體出口和固體出口，其中所述分離器入口與聚集器出口 3012相連，從而聚集后的二氧化硅和氯化氫從聚集器出口 3012通過分離器入口進(jìn)入分離器400以將氯化氫與二氧化硅分離，氯化氫從氣體出口排出，例如送到制酸系統(tǒng)600進(jìn)行制酸，從而減小了污染，提高了循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)選地，分離器400為三級旋風(fēng)分離器，三級旋風(fēng)分離器依次串聯(lián)，從而提高氯化氫與二氧化硅的分離效果。進(jìn)而，分離器400還可以包括與最后一級旋風(fēng)分離器相連的袋式過濾器，以進(jìn)一步提高分離效果。下面參考圖12-14描述上述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備的脫酸器500。從分離器400分離出的二氧化硅的表面上會附著有氯化氫，因此，從分離器400分離出的二氧化硅送到脫酸器500進(jìn)行脫酸以去除二氧化硅表面附著的氯化氫，由此得到的二氧化硅可以打包作為成品。如圖12-14所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，脫酸器500包括脫酸器本體和加熱管 503。[0085]脫酸器本體內(nèi)限定有脫酸腔，所述脫酸器本體的上部設(shè)有尾氣出口 5014和脫酸器出料口 5013，所述脫酸器本體的下部設(shè)有脫酸蒸汽入口 5011和脫酸器進(jìn)料口 5012。加熱管503，例如石英電加熱管，設(shè)置在所述脫酸器本體上且伸入所述脫酸腔內(nèi)。脫酸器進(jìn)料口 5012與分離器400的固體出口相連，從而與氯化氫分離后的二氧化硅從脫酸器進(jìn)料口 5012進(jìn)入脫酸腔內(nèi)。脫酸蒸汽從脫酸蒸汽入口 5011進(jìn)入脫酸腔，與二氧化硅一起沿從下向上的方向在脫酸腔內(nèi)運(yùn)動，在向上運(yùn)動的過程中，脫酸蒸汽脫去二氧化硅表面附著的氯化氫，而且在上升過程中，加熱管503對脫酸蒸汽和二氧化硅加熱，從而提高了脫酸效果。脫酸后的二氧化硅從脫酸器出料口 5013排出，脫酸后的尾氣從尾氣出口 5014排出，尾氣出口 5014可以與制酸系統(tǒng)600相連，從二氧化硅表面脫去的氯化氫可以用于制酸。 可選地，尾氣出口 5014也可以與分離器400的分離器入口相連，用于將尾氣中夾帶的二氧化硅與氯化氫分離，分離后的二氧化硅進(jìn)入脫酸器500脫去表面附著的氯化氫。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，脫酸器500內(nèi)的壓力也可以低于大氣壓，例如負(fù)2. 1千帕。如圖12-14所示，在本實(shí)用新型的一些具體實(shí)施例中，所述脫酸器本體包括擴(kuò)大段501、爐身502、和爐底503。例如，擴(kuò)大段501、爐身502、和爐底503可以均為回轉(zhuǎn)體，且它們的內(nèi)徑依次減小。擴(kuò)大段501的下部為截錐形，例如截圓錐形，擴(kuò)大段501的上部為圓筒形。尾氣出口 5014形成在擴(kuò)大段501的頂部且脫酸器出料口 5013形成在擴(kuò)大段501下部的斜面上。如圖12和13所示，在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，擴(kuò)大段501的側(cè)面設(shè)有料位檢測口 5017，料位檢測口 5017高于脫酸器出料口 5013，用于檢測擴(kuò)大段501內(nèi)的料位?？蛇x地，擴(kuò)大段501的側(cè)面上還設(shè)有觀察口 5016，貫穿口 5016可以與料位檢測口 5017相對。如圖12和13所述，在本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例中，擴(kuò)大段501的側(cè)面上設(shè)有平衡口 5015，平衡口 5015用于平衡脫酸腔內(nèi)的壓力，例如，平衡口 5015可以與分離器400 的分離器入口相連。爐身502可以圓筒形，爐身502的上端與擴(kuò)大段501的下端相連，其中加熱管503 安裝在爐身502上。如圖12和14所示，加熱管503可以分布在爐身502的整個表面上。爐身502的內(nèi)徑小于擴(kuò)大段501上部的內(nèi)徑，為了連接方便，爐身502的外徑和內(nèi)徑可以分別與擴(kuò)大段501的下端的外徑和內(nèi)徑相同。如圖12和圖14所示，在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，爐身502的側(cè)面上分別設(shè)有吹掃口 5018和測溫口，吹掃口分別鄰近爐身502的上端和下端，吹掃口 5018用于對爐身 502內(nèi)腔進(jìn)行吹掃，避免二氧化硅在爐身502內(nèi)累積。測溫口內(nèi)設(shè)有測溫元件504，用于測量爐身502內(nèi)的溫度。爐底503的上端與爐身502相連且脫酸蒸汽入口 5011和脫酸器進(jìn)料口 5012分別形成在爐底503的側(cè)面上。如圖12所示，爐底503上部為圓筒段，爐底503的下部為圓錐段，為了連接方便，爐底503的圓筒段的外徑和內(nèi)徑分別與爐身502的下端的外徑和內(nèi)徑相同。如圖12所示，爐底503的底端設(shè)有排渣口 5019，用于排出較大的二氧化硅顆粒。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，與氯化氫氣體分離的微米級的二氧化硅從脫酸器進(jìn)料口 5012進(jìn)入脫酸腔內(nèi)，蒸汽從脫酸蒸汽入口 5011進(jìn)入脫酸腔內(nèi)，二氧化硅與蒸汽在脫酸腔內(nèi)從下向上運(yùn)動，在運(yùn)動的過程中，蒸汽脫去二氧化硅表面附著的氯化氫，脫去表面附著的氯化氫的二氧化硅從脫酸器出料口 5013排出，作為成品打包。蒸汽和從二氧化硅表面脫去的氯化氫從尾氣出口 5014排出，可以送到制酸系統(tǒng) 600制酸，也可以送到分離器400內(nèi)以分離出尾氣中夾帶的二氧化硅。在此過程中，平衡口 5015可以與分離器400相連，以平衡脫酸腔內(nèi)的壓力，而從平衡口 5015出來的蒸汽在分離器400內(nèi)與其中夾帶的二氧化硅分離。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理設(shè)備可以處理多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅，生產(chǎn)具有多種用途的微米級二氧化硅，不但解決的制約多晶硅生產(chǎn)的問題，而且提高了循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，處理過程可以負(fù)壓下進(jìn)行，從而便于物料在處理設(shè)備的各個組成部分之間流動和輸送。下面參考圖15描述多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅的處理流程。首先，向反應(yīng)器100中供給四氯化硅、氫氣和含氧氣體，四氯化硅與氫氣混合供給到反應(yīng)器100內(nèi)，含氧氣體例如為空氣。四氯化硅、氫氣和氧氣在反應(yīng)器100中發(fā)生高溫燃燒水解反應(yīng)，以生成包含氯化氫氣體和納米級二氧化硅的第一氣固混合物。具體地，反應(yīng)器100內(nèi)的溫度可以控制為大約1700攝氏度，壓力可以控制為比大氣壓低1. 8千帕。二氧化硅的粒度例如為7-40納米。接下來，將第一氣固混合物引入收集冷卻器200內(nèi)以冷卻所述第一氣固混合物， 例如將第一氣固混合物冷卻至大約500-800攝氏度。將冷卻后的所述第一氣固混合物引入聚集器300中，所述納米級二氧化硅在聚集器300內(nèi)通過碰撞而聚集，得到包含氯化氫氣體和微米級二氧化硅的第二氣固混合物。例如，微米級的二氧化硅的粒度為30-50微米。將所述第二氣固混合物引入分離器400中進(jìn)行分離，得到微米級二氧化硅和含有氯化氫的第一尾氣。如上所述，分離器400可以為旋風(fēng)分離器，例如，所述第二氣固混合物可以進(jìn)行三級旋風(fēng)分離得到所述微米級二氧化硅和含有氯化氫氣體的第一尾氣。可選地， 三級旋風(fēng)分離后的第一尾氣可以再通過布袋式分離器進(jìn)行再次分離。最后，將所述微米級的二氧化硅引入脫酸器500中，以通過蒸汽氣提脫酸處理除去所述微米級二氧化硅表面附著的氯化氫，得到二氧化硅成品和含有氯化氫氣體的第二尾氣。所述二氧化硅成品的比表面積可以為大約150-380m2/g，二氧化硅成品可以打包外售。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述第一尾氣和第二尾氣可以送到制酸系統(tǒng)進(jìn)行制備鹽酸，可選地，所述第二尾氣可以返回至分離器400進(jìn)行二次分離。優(yōu)選地，反應(yīng)器100、收集冷卻器200、聚集器300、旋風(fēng)分離器400，脫酸器500內(nèi)的壓力均低于大氣壓，換言之，燃燒反應(yīng)，冷卻，聚集，分離和脫酸都在負(fù)壓下進(jìn)行，從而有利于物料在上升容器內(nèi)的輸送。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)微米級二氧化硅 (也可以稱為氣相二氧化硅)，微米級二氧化硅具有廣泛的用途，尾氣可以用于制酸，不但解決了制約多晶硅生產(chǎn)的制約因素，為副產(chǎn)物四氯化硅找到了出路，而且生產(chǎn)的二氧化硅是具有廣泛用途的產(chǎn)品，提高了循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。 盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解 在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，其特征在于，包括內(nèi)殼，所述內(nèi)殼限定有內(nèi)腔，所述內(nèi)殼的上部設(shè)有冷卻器進(jìn)料口且所述內(nèi)殼的下部設(shè)有冷卻器出料口；外殼，所述外殼套設(shè)在所述內(nèi)殼外面且與所述內(nèi)殼限定出冷卻介質(zhì)空間，所述外殼的下部設(shè)有冷卻介質(zhì)入口且所述外殼的上部設(shè)有冷卻介質(zhì)出口 ；和旋體，所述旋體沿上下方向設(shè)置在所述冷卻介質(zhì)空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，其特征在于，所述內(nèi)殼和所述外殼均為錐形且所述內(nèi)殼和所述外殼的徑向尺寸沿從上向下的方向逐漸減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，其特征在于，所述內(nèi)殼和所述外殼均為圓錐形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，其特征在于，所述冷卻器進(jìn)料口形成在所述內(nèi)殼的頂端，所述冷卻器出料口形成在所述內(nèi)殼的底端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)入口形成在所述外殼的側(cè)面且鄰近所述外殼的上端，所述冷卻介質(zhì)出口形成在所述外殼的側(cè)面且鄰近所述外殼的下端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器， 其特征在于，所述旋體包括多個支撐桿，所述多個支撐桿沿周向間隔開設(shè)置；和旋板，所述旋板與所述多個支撐桿相連且沿上下方向螺旋延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器，其特征在于，所述旋體進(jìn)一步包括法蘭盤，所述多個支撐桿的上端分別與所述法蘭盤相連。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種用于多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅處理的收集冷卻器包括內(nèi)殼，所述內(nèi)殼限定有內(nèi)腔，所述內(nèi)殼的上部設(shè)有冷卻器進(jìn)料口且所述內(nèi)殼的下部設(shè)有冷卻器出料口；外殼，所述外殼套設(shè)在所述內(nèi)殼外面且與所述內(nèi)殼限定出冷卻介質(zhì)空間，所述外殼的下部設(shè)有冷卻介質(zhì)入口且所述外殼的上部設(shè)有冷卻介質(zhì)出口；和旋體，所述旋體沿上下方向設(shè)置在所述冷卻介質(zhì)空間內(nèi)。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的收集冷卻器，用在用多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)二氧化硅中，四氯化硅、氧氣和氫氣反應(yīng)生成的氯化氫和納米級二氧化硅在該收集冷卻器內(nèi)冷卻，且該收集冷卻器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，收集冷卻效果好。
文檔編號C01B7/01GK202054618SQ201120073848
公開日2011年11月30日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
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