一种用于颗粒硅生产的氢气分离系统的制作方法

本技术涉及一种用于颗粒硅生产的氢气分离系统，属于硅生产。

背景技术：

1、多晶硅是集成电路和太阳能光伏产业中最为关键的基础原材料。相较于改良西门子法，使用硅烷流化床法制备多晶硅的工艺具有低反应温度、低能耗、沉积效率高等优势，其生产的颗粒硅品质高、流动性好，大幅降低生产成本并提高了产品的下游应用优势。

2、在硅烷流化床生产工艺中，合成的硅烷气与氢气按一定比例混合后进入流化床反应器，与反应器中的籽晶接触，形成流化态，硅烷气在高温下分解生成硅和氢气。整个生产工艺中氢气的消耗量较大，不仅作为反应原料参与氢化反应，同时作为吹扫气、换热气、稳定气等参与多种工艺过程。硅烷气分解后产生的氢气可以为氢气系统提供补充。因此，对于尾气中氢气的分离提纯对颗粒硅生产过程至关重要，实现氢气的循环使用、提高氢气的利用率能够大幅提高环境效益和生产效益。

3、在高纯硅的生产过程中，由于气体组分的特殊性及对产品质量的高要求，对氢纯度提出的很高的要求。例如在流化床反应器工段，氢气中杂质组分含量需控制在1 ppm以下，设计开发高效、节能且绿色的氢气分离系统已成为亟待解决的重大挑战。

4、目前，氢气分离技术所用设备复杂、装置投资大、氢气回收率和纯度较低、环境污染较大、操作复杂也要求较高。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于颗粒硅生产的氢气分离系统，提高了分离氢气的纯度，有效提高了设备使用寿命，具备设备投资少，能耗低的优点。

2、为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：一种用于颗粒硅生产的氢气分离系统，包括除尘模块、膜分离模块和变压吸附模块；

3、所述除尘模块用于脱除颗粒硅生产生成的含氢尾气中的硅粉及其余固体颗粒，其包括依次相连的换热器和气固分离器，所述换热器的进口与流化床反应器的出口相连；

4、所述膜分离模块用于对含氢尾气进行膜分离提纯，其包括依次相连的第一压缩机和膜分离装置，所述第一压缩机的进口与气固分离器的出口相连；

5、所述变压吸附模块用于对膜分离提纯后的含氢尾气进行再次提纯，其包括依次相连的第二压缩机和吸附塔，所述第二压缩机的进口与膜分离装置的出口相连。

6、可选的，所述换热器用于对含氢尾气进行换热，经换热后的含氢尾气温度范围为0~100℃。

7、可选的，所述气固分离器的粉体出口与粉体收集罐连接，所述粉体收集罐用于收集含氢尾气中的硅粉及其余固体颗粒。

8、可选的，所述气固分离器采用旋风分离器。

9、可选的，还包括用于对含氢尾气进行降速缓冲的第一缓冲罐和第二缓冲罐，所述第一缓冲罐设于气固分离器与第一压缩机连通的管路上，所述第二缓冲罐设于膜分离装置和第二压缩机连通的管路上。

10、可选的，所述第一压缩机和第二压缩机均采用往复式压缩机、回转式压缩机、轴流式压缩机、隔膜式压缩机以及离子压缩机中的一种，压缩类型为一级压缩。

11、可选的，所述吸附塔采用多层吸附床层，其吸附剂为α氧化铝，β氧化铝，γ氧化铝，活性炭，碳分子筛，沸石分子筛，聚丙烯酰胺，微晶材料中的一种或几种。

12、可选的，所述膜分离处理中所用的分离膜包括聚酰亚胺、聚砜或碳化硅陶瓷。

13、与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

14、本实用新型提供的用于颗粒硅生产的氢气分离系统设置有换热器和气固分离器，换热冷却便于热量的回收，防止气体温度过高对后续分离膜造成损害；

15、本实用新型使用气固分离便于滤除硅粉及其余固体颗粒，避免分离膜堵塞，延长分离膜寿命，通过膜分离和吸附处理的两极处理，大大提高了氢气回收率和纯度，分离出的氢气可提纯至99.9999%，送入循环氢系统进一步利用，氢气的有效利用率大幅提高；

16、本实用新型由于膜分离装置的处理，大幅降低了吸附塔的处理压力，使得吸附剂的再生周期以及寿命延长，吸附剂更换频率大幅降低，可保证处理系统的连续性运行，降低生产运营成本。

技术特征：

1.一种用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，包括除尘模块、膜分离模块和变压吸附模块；

2.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，所述换热器用于对含氢尾气进行换热，经换热后的含氢尾气温度范围为0~100℃。

3.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，所述气固分离器的粉体出口与粉体收集罐连接，所述粉体收集罐用于收集含氢尾气中的硅粉及其余固体颗粒。

4.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，所述气固分离器采用旋风分离器。

5.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，还包括用于对含氢尾气进行降速缓冲的第一缓冲罐和第二缓冲罐，所述第一缓冲罐设于气固分离器与第一压缩机连通的管路上，所述第二缓冲罐设于膜分离装置和第二压缩机连通的管路上。

6.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，所述第一压缩机和第二压缩机均采用往复式压缩机、回转式压缩机、轴流式压缩机、隔膜式压缩机以及离子压缩机中的一种，压缩类型为一级压缩。

7.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，所述吸附塔采用多层吸附床层，其吸附剂为α氧化铝，β氧化铝，γ氧化铝，活性炭，碳分子筛，沸石分子筛，聚丙烯酰胺，微晶材料中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其特征在于，所述膜分离处理中所用的分离膜包括聚酰亚胺、聚砜或碳化硅陶瓷。

技术总结
本技术公开了一种硅生产技术领域的用于颗粒硅生产的氢气分离系统，其包括除尘模块、膜分离模块和变压吸附模块；除尘模块用于脱除颗粒硅生产生成的含氢尾气中的硅粉及其余固体颗粒，其包括依次相连的换热器和气固分离器，换热器的进口与流化床反应器的出口相连；膜分离模块用于对含氢尾气进行膜分离提纯，其包括依次相连的第一压缩机和膜分离装置，第一压缩机的进口与气固分离器的出口相连；变压吸附模块用于对膜分离提纯后的含氢尾气进行再次提纯，其包括依次相连的第二压缩机和吸附塔，所述第二压缩机的进口与膜分离装置的出口相连。本技术提高了分离氢气的纯度，有效提高了设备使用寿命，具备设备投资少，能耗低的优点。

技术研发人员：吴钰哲,蒋立民,刘美丽,樊晓冬,范津津
受保护的技术使用者：江苏中能硅业科技发展有限公司
技术研发日：20240322
技术公布日：2024/12/5