新型浆料干燥机在冷氢化溶剂回收中的应用

王朝丽，李盈海，桑增亮（南京天华化学工程有限公司，江苏　南京　211178）

新型浆料干燥机在冷氢化溶剂回收中的应用

王朝丽，李盈海，桑增亮
（南京天华化学工程有限公司，江苏南京211178）

近年来太阳能光伏产业发展迅速，冷氢化溶剂的回收利用成为可持续发展的必经之路。介绍一种采用新型浆料干燥机回收多晶硅生产中的冷氢化溶剂的方法以及在设计过程中需要注意的问题。

浆料干燥机；冷氢化溶剂；回收；应用

0　引言

多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原材料，是全球电子工业及光伏产业的基石。目前多晶硅生产采用的主要工艺是改良西门子法—闭环式SiHCl3氢还原法。改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl，HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3进行分离精馏提纯，提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅［1］。在生产中会产生三废，对生产企业带来很大的挑战。

早期西门子法生产过程中会产生大量的四氯化硅、氢气和氯化氢，不能对这些副产物进行有效利用，而改良西门子法在第二代的基础上增加了尾气干法回收系统和四氯化硅氢化工艺，完全实现了闭环生产［2］。

四氯化硅是改良西门子法中的主要副产物，连同其他形式氯硅烷以及其他污染物，共同组成硅渣浆料。为了使氢化溶剂（二氯氢硅、三氯氢硅、四氯化硅等）重复利用，并减少对环境的污染，采用对硅渣浆料冷凝后再回收其中的冷氢化溶剂。本文将介绍一种采用新型浆料干燥机回收这种冷氢化溶剂的方法。

1　设计条件

待处理浆料由挥发性液体和固体硅、AlCl3等组成，其中主要的挥发液体四氯化硅（STC）占89%以上，对应的标准沸点是57.6℃；三氯硅烷（TCS）占10%，对应的标准沸点是31.8℃。此类挥发分按照HG 20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》可将物料划分为中度危害介质，遇水即产生盐酸，暴露在空气中会产生酸雾，严重污染环境。另外，该硅渣浆料中还有氢气存在，对系统防爆、密封性能要求都比较高，干燥机内壳体为正压操作。浆料干燥机主要是要把这些氢化溶剂 （挥发性氯硅烷）蒸发成气体回收。

2　干燥方法

干燥机夹套内通入加热介质，来自上游的硅渣浆料（液体+固体）进入浆料干燥机中，在浆料干燥机中与加热介质间接换热。从硅渣浆料中蒸发的氢化溶剂（氯硅烷）通过袋式除尘器过滤其中的粉尘后排入下游工序循环利用，袋式除尘器脉冲喷吹的粉尘直接落入浆料干燥机内，充分换热后的加热介质回锅炉循环利用。干燥结束后固体粉尘通过底部卸料球阀排出。为防止结露，袋式除尘器采用整体夹套结构，夹套内通入加热介质；惰性气体经气体加热器加热后再进入袋式除尘器。其具体流程如图1所示。

图1　桨式干燥工艺流程图

3　设备特点介绍

3.1浆料干燥机

浆料干燥机是一种热传导型干燥设备，也称桨式搅拌或耙式搅拌干燥机。根据搅拌器的数量可分为单轴、双轴和四轴三种型式；按操作方式划分可分为连续型和间歇型两种型式；按照加热介质不同可分为蒸汽型、导热油型和热水型等。它由搅拌器、壳体（含夹套）、上盖、端板、轴端密封、传动系统等部分组成。

浆料干燥机一般倾斜安装，干燥机夹套、搅拌器都可通入加热介质，根据加热介质的不同，搅拌器的结构也会有一定的差异。当搅拌器不通入加热介质时，也可以作为单纯的搅拌装置使用，结构可做特殊设计。该工艺方法所用新型浆料干燥机为间歇、单轴型式，水平安装设备。由于介质的特殊性，加热介质采用导热油，常规的浆料干燥机搅拌轴和夹套均通入加热介质，但是由于空心搅拌轴在物料干燥过程中容易磨损、泄漏，从而产生事故。为避免空心搅拌轴内发生这种泄漏，新型浆料干燥机搅拌轴内不通入加热介质，仅在夹套内通入加热介质，夹套焊接在干燥机内壳体的外部，不会与干燥机内物料接触。

搅拌器是浆料干燥机的核心，由轴头、空心轴管、搅拌桨叶等组成。其中新型浆料干燥机搅拌桨叶设计巧妙，既能避免浆料在逐渐边干的过程中在设备内沉积堵塞，又可以与夹套内的加热介质充分换热。由于被干燥物料的特殊性，在卸料时要求干燥机内的固体粉料尽可能无残留，搅拌桨叶与干燥机内壳体的间隙要求尽可能小。

夹套采用螺旋型［3］，整个夹套分为若干个区，每个区之间采用隔板隔开，导热油通过循环泵加压后进入夹套并分布到各个区，与干燥机壳体内的物料充分换热后排出。由于被处理物料对密封要求较高，目前常用的密封结构主要是填料密封和机械密封，国外的机械密封技术较好，但造价甚至比浆料干燥机主机还要高；如果采用填料密封，虽然价格低很多，而且填料密封国内技术比较成熟，但是有一定的泄漏风险。为了规避这种风险，采用冲洗液、惰性气体吹扫和填料密封组合的密封结构，有效地防止了干燥机内物料通过密封间隙泄漏到环境中。该技术已经获得相应的专利证书。

3.2袋式除尘器

袋式除尘器用来回收尾气中的粉尘，主要由内壳体、夹套、封头、过滤系统组成。间歇干燥，袋式除尘器安装在干燥机上方，袋式除尘器也为正压操作，壳体采用圆筒形。过滤系统主要由汽包、脉冲控制仪、滤袋、龙骨、花板等组成。

袋式除尘器脉冲喷吹系统所需的压缩气体采用惰性气体，干燥机内不单独通入载气，为防止尾气结露，一方面，袋式除尘器采用整体夹套伴热，夹套内通入导热油进行循环；另一方面，将脉冲惰性气体通过电加热器加热至一定温度后进入袋式除尘器进行喷吹清灰。

由于物料具有一定的毒性、腐蚀性和磨损性，滤袋选用PTFE（聚四氟乙烯），PTFE是一种结构完全对称的中性高分子化合物，具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性和耐磨性。

3.3卸料球阀

干燥后的固体物料通过干燥机底部的气动卸料球阀卸料。由于该物料中含有硅粉等，卸料球阀需要有一定的耐磨性和耐腐蚀性；另外，间歇干燥过程中卸料球阀一直处于关闭状态，卸料球阀顶部不能集料，否则形成一定的“死区”，该区域不能被充分干燥。因此需要选用专门的釜底球阀，将“死区”降到最小，结构示意如图2所示。

图2　卸料球阀示意图

4　工业应用与展望

以处理5 t/批次浆料的为例，采用桨式干燥方法设备占地面积约25 m2，总高6.5 m，该新型浆料干燥机2015年已经在某多晶硅厂冷氢化装置的四条生产线中成功应用，设备密封性能良好，运行稳定可靠。每批的干燥时间为10 h左右，废渣最终的湿含量为0.5%。该废渣可以直接丢弃而无需再进行水解处理，既满足环保要求又节省成本。

在职业健康、环保及节能要求越来越高的今天，相信该桨式干燥方法可以在多晶硅行业推广应用，使企业步入可持续的良性发展道路。

［1］郭丹，王恩俊，武锦涛，等.改良西门子法多晶硅生产工艺关键设备［J］.当代化工，2013，42（7）：912-916.

［2］王恩俊，武锦涛，银建中，等.太阳能级多晶硅生产工艺的现状与发展［J］.当代化工，2012，41（12）：1340-1343，1347.

［3］陈志平，章序文，林兴华，等.搅拌和混合设备设计选用手册［M］，北京:化学工业出版社，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

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