氢化–反应器 / 转化炉
氢化–反应器 / 转化炉
H-反应器/转换炉对于太阳能级硅的经济生产至关重要。它们的作用是在大约1100℃下使用SiCl4和H2生产SiHCl3。这种转化需要通过高效率、低能耗以及得到高纯度SiHCl3来完成。
在转换器中，STC和过量氢气连续转化为TCS。STC/H2混合物通过电石墨加热器与石墨热交换器的组合加热至反应温度（大约1100℃）。
热力学和动力学
冷的反应混合物（SiCl4/H2）进入到反应器。首先在热交换器中，原料气体通过离开设备的热的过程气体加热，然后通过电石墨加热器加热到大约 1100°C。在反应之后，过程气体通过一个冷却设施（急冷器）非常快速地冷却，避免SiHCl3逆反应回到STC。急冷器使用液体STC作为冷却剂，其由过程气体加热，然后进入到反应器的顶部。除TCS外，氢化产生的过程气体还含有未转化的原料和副产物，如氯化氢、低沸点和高沸点化合物。
热力学和动力学
反应平衡：
运行结果和要求：
- 在反应区域需要保持高的反应温度（> 1000°C），以得到高的反应转化率（动力学）
- 反应混合物需要达到热力学平衡
- 在反应结束之后，尾气需要在石墨热交换器中快速冷却（急冷），以“冻结”反应，保持产品并避免逆反应
- 高效冷却可带来高转化率
氢化方面的长期运行经验
硅产品的经测试和验证的动力学模型：
- 温度曲线
- 流率
- 热交换
- 冷却率
- 冷却时间
- 摩尔比
蒸发器-转化炉间的典型流程
转化炉设备的布置图
转化炉 type 16.5的优势
最新开发的氢化反应器已经在生产中成功测试
| 高转化率： | 17%w |
| 采用特殊石墨，内部寿命较长： | 6个月 (大约9个月) |
| 最佳能耗： | < 0.7 kWh/kg TCS |
| 处理量： | 可达15000 kg/h STC |
| 高能量回收 | |
| 设备经TÜV 验证 | |
| 根据客户需要，量身定做的设计 | |
| 成本节省 |
与竞争对手相比，我们的新转换炉type 16.5通过降低功耗而节省的成本如下：
| 大规模工厂的处理量： | 10000 t/y 硅 |
| 转化炉16.5的能耗： | 0.70 kWh/kg TCS |
| 竞争对手的能耗： | 3 kWh/kg TCS |
| 电能成本： | 0.05 US$/kWh |
| 成本节省/每公斤硅： | 2.3 US$/kg Si |
| 电能成本节省: | 23,000,000 US$/年 |
与其他技术相比，因为这些高节省，该转换炉技术的投资回报率（ROI）非常短。改变现有的旧系统需要花费很多钱来达到最低的生产成本。由于尾气回收单元的投资成本较低，将会带来更多的节省。