王朝麗，李盈海，桑增亮（南京天華化學(xué)工程有限公司，江蘇　南京　211178）

新型漿料干燥機在冷氫化溶劑回收中的應(yīng)用

王朝麗，李盈海，桑增亮
（南京天華化學(xué)工程有限公司，江蘇南京211178）

近年來太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，冷氫化溶劑的回收利用成為可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。介紹一種采用新型漿料干燥機回收多晶硅生產(chǎn)中的冷氫化溶劑的方法以及在設(shè)計過程中需要注意的問題。

漿料干燥機；冷氫化溶劑；回收；應(yīng)用

0　引言

多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料，是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石。目前多晶硅生產(chǎn)采用的主要工藝是改良西門子法—閉環(huán)式SiHCl3氫還原法。改良西門子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣和氫氣合成HCl，HCl和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成SiHCl3，然后對SiHCl3進行分離精餾提純，提純后的SiHCl3在氫還原爐內(nèi)進行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)得到高純多晶硅［1］。在生產(chǎn)中會產(chǎn)生三廢，對生產(chǎn)企業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)。

早期西門子法生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的四氯化硅、氫氣和氯化氫，不能對這些副產(chǎn)物進行有效利用，而改良西門子法在第二代的基礎(chǔ)上增加了尾氣干法回收系統(tǒng)和四氯化硅氫化工藝，完全實現(xiàn)了閉環(huán)生產(chǎn)［2］。

四氯化硅是改良西門子法中的主要副產(chǎn)物，連同其他形式氯硅烷以及其他污染物，共同組成硅渣漿料。為了使氫化溶劑（二氯氫硅、三氯氫硅、四氯化硅等）重復(fù)利用，并減少對環(huán)境的污染，采用對硅渣漿料冷凝后再回收其中的冷氫化溶劑。本文將介紹一種采用新型漿料干燥機回收這種冷氫化溶劑的方法。

1　設(shè)計條件

待處理漿料由揮發(fā)性液體和固體硅、AlCl3等組成，其中主要的揮發(fā)液體四氯化硅（STC）占89%以上，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)沸點是57.6℃；三氯硅烷（TCS）占10%，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)沸點是31.8℃。此類揮發(fā)分按照HG 20660-2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》可將物料劃分為中度危害介質(zhì)，遇水即產(chǎn)生鹽酸，暴露在空氣中會產(chǎn)生酸霧，嚴(yán)重污染環(huán)境。另外，該硅渣漿料中還有氫氣存在，對系統(tǒng)防爆、密封性能要求都比較高，干燥機內(nèi)殼體為正壓操作。漿料干燥機主要是要把這些氫化溶劑 （揮發(fā)性氯硅烷）蒸發(fā)成氣體回收。

2　干燥方法

干燥機夾套內(nèi)通入加熱介質(zhì)，來自上游的硅渣漿料（液體+固體）進入漿料干燥機中，在漿料干燥機中與加熱介質(zhì)間接換熱。從硅渣漿料中蒸發(fā)的氫化溶劑（氯硅烷）通過袋式除塵器過濾其中的粉塵后排入下游工序循環(huán)利用，袋式除塵器脈沖噴吹的粉塵直接落入漿料干燥機內(nèi)，充分換熱后的加熱介質(zhì)回鍋爐循環(huán)利用。干燥結(jié)束后固體粉塵通過底部卸料球閥排出。為防止結(jié)露，袋式除塵器采用整體夾套結(jié)構(gòu)，夾套內(nèi)通入加熱介質(zhì)；惰性氣體經(jīng)氣體加熱器加熱后再進入袋式除塵器。其具體流程如圖1所示。

圖1　槳式干燥工藝流程圖

3　設(shè)備特點介紹

3.1漿料干燥機

漿料干燥機是一種熱傳導(dǎo)型干燥設(shè)備，也稱槳式攪拌或耙式攪拌干燥機。根據(jù)攪拌器的數(shù)量可分為單軸、雙軸和四軸三種型式；按操作方式劃分可分為連續(xù)型和間歇型兩種型式；按照加熱介質(zhì)不同可分為蒸汽型、導(dǎo)熱油型和熱水型等。它由攪拌器、殼體（含夾套）、上蓋、端板、軸端密封、傳動系統(tǒng)等部分組成。

漿料干燥機一般傾斜安裝，干燥機夾套、攪拌器都可通入加熱介質(zhì)，根據(jù)加熱介質(zhì)的不同，攪拌器的結(jié)構(gòu)也會有一定的差異。當(dāng)攪拌器不通入加熱介質(zhì)時，也可以作為單純的攪拌裝置使用，結(jié)構(gòu)可做特殊設(shè)計。該工藝方法所用新型漿料干燥機為間歇、單軸型式，水平安裝設(shè)備。由于介質(zhì)的特殊性，加熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油，常規(guī)的漿料干燥機攪拌軸和夾套均通入加熱介質(zhì)，但是由于空心攪拌軸在物料干燥過程中容易磨損、泄漏，從而產(chǎn)生事故。為避免空心攪拌軸內(nèi)發(fā)生這種泄漏，新型漿料干燥機攪拌軸內(nèi)不通入加熱介質(zhì)，僅在夾套內(nèi)通入加熱介質(zhì)，夾套焊接在干燥機內(nèi)殼體的外部，不會與干燥機內(nèi)物料接觸。

攪拌器是漿料干燥機的核心，由軸頭、空心軸管、攪拌槳葉等組成。其中新型漿料干燥機攪拌槳葉設(shè)計巧妙，既能避免漿料在逐漸邊干的過程中在設(shè)備內(nèi)沉積堵塞，又可以與夾套內(nèi)的加熱介質(zhì)充分換熱。由于被干燥物料的特殊性，在卸料時要求干燥機內(nèi)的固體粉料盡可能無殘留，攪拌槳葉與干燥機內(nèi)殼體的間隙要求盡可能小。

夾套采用螺旋型［3］，整個夾套分為若干個區(qū)，每個區(qū)之間采用隔板隔開，導(dǎo)熱油通過循環(huán)泵加壓后進入夾套并分布到各個區(qū)，與干燥機殼體內(nèi)的物料充分換熱后排出。由于被處理物料對密封要求較高，目前常用的密封結(jié)構(gòu)主要是填料密封和機械密封，國外的機械密封技術(shù)較好，但造價甚至比漿料干燥機主機還要高；如果采用填料密封，雖然價格低很多，而且填料密封國內(nèi)技術(shù)比較成熟，但是有一定的泄漏風(fēng)險。為了規(guī)避這種風(fēng)險，采用沖洗液、惰性氣體吹掃和填料密封組合的密封結(jié)構(gòu)，有效地防止了干燥機內(nèi)物料通過密封間隙泄漏到環(huán)境中。該技術(shù)已經(jīng)獲得相應(yīng)的專利證書。

3.2袋式除塵器

袋式除塵器用來回收尾氣中的粉塵，主要由內(nèi)殼體、夾套、封頭、過濾系統(tǒng)組成。間歇干燥，袋式除塵器安裝在干燥機上方，袋式除塵器也為正壓操作，殼體采用圓筒形。過濾系統(tǒng)主要由汽包、脈沖控制儀、濾袋、龍骨、花板等組成。

袋式除塵器脈沖噴吹系統(tǒng)所需的壓縮氣體采用惰性氣體，干燥機內(nèi)不單獨通入載氣，為防止尾氣結(jié)露，一方面，袋式除塵器采用整體夾套伴熱，夾套內(nèi)通入導(dǎo)熱油進行循環(huán)；另一方面，將脈沖惰性氣體通過電加熱器加熱至一定溫度后進入袋式除塵器進行噴吹清灰。

由于物料具有一定的毒性、腐蝕性和磨損性，濾袋選用PTFE（聚四氟乙烯），PTFE是一種結(jié)構(gòu)完全對稱的中性高分子化合物，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性和耐磨性。

3.3卸料球閥

干燥后的固體物料通過干燥機底部的氣動卸料球閥卸料。由于該物料中含有硅粉等，卸料球閥需要有一定的耐磨性和耐腐蝕性；另外，間歇干燥過程中卸料球閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，卸料球閥頂部不能集料，否則形成一定的“死區(qū)”，該區(qū)域不能被充分干燥。因此需要選用專門的釜底球閥，將“死區(qū)”降到最小，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2　卸料球閥示意圖

4　工業(yè)應(yīng)用與展望

以處理5 t/批次漿料的為例，采用槳式干燥方法設(shè)備占地面積約25 m2，總高6.5 m，該新型漿料干燥機2015年已經(jīng)在某多晶硅廠冷氫化裝置的四條生產(chǎn)線中成功應(yīng)用，設(shè)備密封性能良好，運行穩(wěn)定可靠。每批的干燥時間為10 h左右，廢渣最終的濕含量為0.5%。該廢渣可以直接丟棄而無需再進行水解處理，既滿足環(huán)保要求又節(jié)省成本。

在職業(yè)健康、環(huán)保及節(jié)能要求越來越高的今天，相信該槳式干燥方法可以在多晶硅行業(yè)推廣應(yīng)用，使企業(yè)步入可持續(xù)的良性發(fā)展道路。

［1］郭丹，王恩俊，武錦濤，等.改良西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝關(guān)鍵設(shè)備［J］.當(dāng)代化工，2013，42（7）：912-916.

［2］王恩俊，武錦濤，銀建中，等.太陽能級多晶硅生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.當(dāng)代化工，2012，41（12）：1340-1343，1347.

［3］陳志平，章序文，林興華，等.攪拌和混合設(shè)備設(shè)計選用手冊［M］，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Application of New Paddle Dryer in Recovering Cool Hydrogenated Solvent

WANG Chao-li，LI Ying-hai，SANG Zeng-liang
（Nanjing Tianhua Chemical Engineering Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 211178，China）

In recent years,PV industry has gained rapid development,and recycle of cool hydrogenated solvent is the necessary road of the sustainable development.The paper introduced a kind of method for recovering cool hydrogenated solvent using new slurry dryer and some issues in design process.

slurry dryer；cool hydrogenated solvent；recover；application

1006-4184（2016）7-0039-03

2016-04-18

王朝麗（1984-），女，工程師。E-mail：wcl20020414@163.com。