專(zhuān)利名稱：多晶硅還原生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅還原生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
多晶硅制備是一個(gè)高耗能的產(chǎn)業(yè)，改進(jìn)工藝降低生產(chǎn)成本成為各企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。目前多晶硅企業(yè)還原工序通常的生產(chǎn)流程如圖1，高純?nèi)葰涔?SiHCl3)進(jìn)入汽化器被汽化后與高純氫氣(H2)進(jìn)入混合器均勻混合后分別送入多個(gè)還原爐(還原爐1，還原爐2，還原爐3…)，在還原爐內(nèi)1100°C的高溫硅芯上發(fā)生還原反應(yīng)生成多晶硅，并將副產(chǎn)物還原尾氣送入冷凝器。還原尾氣被冷凝后，將冷凝液體SiHCl3和四氯化硅(SiCl4)送入提·純塔，在提純塔中分離出SiHCl3送入三氯氫硅儲(chǔ)罐循環(huán)利用，分離出的SiCl4外售。不凝氣體H2和氯化氫(HCl)被送入分離系統(tǒng)。在分離系統(tǒng)中分離出H2送入氫氣儲(chǔ)罐循環(huán)利用，分離出的HCl外售。在現(xiàn)有的多晶硅還原工序中，至少存在如下缺陷1)余熱沒(méi)有得到充分的利用，能耗大；2)多晶娃產(chǎn)品的質(zhì)量一般。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷之一，提供一種多晶硅還原生產(chǎn)裝置，減少在多晶硅生產(chǎn)中的能耗，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，還有利于提高多晶硅產(chǎn)品的質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種多晶硅還原生產(chǎn)裝置，包括氫氣儲(chǔ)罐；三氯氫硅儲(chǔ)罐；與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第一汽化器和第二汽化器；分別與氫氣儲(chǔ)罐和第一汽化器連接的第一混合器；與第一混合器連接的第一還原爐；與第一還原爐連接的第一冷凝器；與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器；與第二混合器連接的第二還原爐；與第二還原爐連接的第二冷凝器；以及與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲(chǔ)罐。優(yōu)選地，上述的裝置還可以包括與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第三汽化器；與第三汽化器和第二冷凝器連接的第三混合器；與第三混合器連接的第三還原爐；以及與第三還原爐和四氯化硅儲(chǔ)罐連接的第三冷凝器。在一種實(shí)施方式中，上述的裝置也還可以包括[0022]與第三冷凝器連接的二級(jí)冷凝器；以及與二級(jí)冷凝器連接的分離系統(tǒng)，其中，二級(jí)冷凝器還與第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器連接，分離系統(tǒng)還與氫氣儲(chǔ)罐連接。所述分離系統(tǒng)內(nèi)可以設(shè)置有氫氣壓縮機(jī)。本實(shí)用新型至少存在以下技術(shù)效果I)僅將四氯化硅冷凝分離出來(lái)，其他組分并未冷凝，因此較傳統(tǒng)工藝?yán)淞肯墓?jié)省近70%。2)分離出四氯化硅的剩余尾氣僅需補(bǔ)充消耗掉的部分三氯氫硅即可繼續(xù)進(jìn)入下 一還原生產(chǎn)，因此大部分三氯氫硅不必重復(fù)汽化，較傳統(tǒng)工藝熱能消耗節(jié)省近70%。3)本實(shí)用新型冷凝出四氯化硅后無(wú)需用提純塔對(duì)三氯氫硅提純，相對(duì)傳統(tǒng)工藝，節(jié)省了提純塔的一次性投資，進(jìn)而節(jié)省了提純塔塔釜加熱的熱量，節(jié)省了提純塔塔頂冷卻的冷量。4)三氯氫硅和氫氣中的雜質(zhì)會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中長(zhǎng)入多晶硅中，進(jìn)而影響多晶硅的質(zhì)量，本實(shí)用新型中由于在初始階段兩者混合氣中的雜質(zhì)一部分長(zhǎng)入了第一還原爐的多晶硅中，而后續(xù)補(bǔ)充三氯氫硅量?jī)H有30%左右，因此雜質(zhì)的代入量也會(huì)減少，使得第二還原爐的多晶硅質(zhì)量會(huì)優(yōu)于第一還原爐；第三還原爐的產(chǎn)品質(zhì)量又高于第二還原爐；以此類(lèi)推，最后一臺(tái)還原爐中的多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)。5)多晶硅的質(zhì)量還受碳含量的影響，在生產(chǎn)過(guò)程中主要雜質(zhì)形式是甲基氯硅烷。由于其沸點(diǎn)與三氯氫硅接近，在三氯氫硅中較難提純甲基二氯硅烷。但在還原爐內(nèi)的高溫下，甲基二氯硅烷會(huì)裂解成甲基三氯硅烷。利用甲基三氯硅烷沸點(diǎn)高于四氯化硅沸點(diǎn)的特性，通過(guò)部分冷凝的方法能夠?qū)⒓谆裙柰殡S著四氯化硅排出多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)，而新補(bǔ)充三氯氫硅量?jī)H為30%左右，因此能夠使最終多晶硅產(chǎn)品的碳含量大幅下降，多晶硅質(zhì)量大巾畐提聞。

圖I為傳統(tǒng)多晶硅還原生產(chǎn)工藝流程圖。圖2為本實(shí)用新型的多晶硅還原生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的多晶硅還原生產(chǎn)裝置包括氫氣儲(chǔ)罐，三氯氫硅儲(chǔ)罐，與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第一汽化器和第二汽化器，分別與氫氣儲(chǔ)罐和第一汽化器連接的第一混合器，與第一混合器連接的第一還原爐，與第一還原爐連接的第一冷凝器，與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器，與第二混合器連接的第二還原爐，與第二還原爐連接的第二冷凝器，以及與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲(chǔ)罐。本實(shí)用新型的多晶硅還原生產(chǎn)裝置，還可以包括與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第三汽化器，與第三汽化器和第二冷凝器連接的第三混合器，與第三混合器連接的第三還原爐，以及與第三還原爐和四氯化硅儲(chǔ)罐連接的第三冷凝器。工作時(shí),第一路高純?nèi)葰渫拊诘谝黄鲀?nèi)被汽化后與高純氫氣一起通入第一混合器中混合均勻后進(jìn)入第一還原爐，在爐內(nèi)1050_1150°C,優(yōu)選為1100°C的高溫娃芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，其副產(chǎn)物還原尾氣送入第一冷凝器。還原尾氣內(nèi)含有H2、HC1、SiHCl3和SiCl4，其中由于SiCl4的沸點(diǎn)最高，因此可通過(guò)控制第一冷凝器的溫度，將還原尾氣中的SiCl4液化后送入四氯化硅緩沖罐。不凝氣體SiHCl3、HCl、H2送入第二混合器，因其中所含的SiHCl3在第一還原爐中部分被消耗，需要補(bǔ)充大概30%的5111(13后能送入第二還原爐。補(bǔ)充的第二路高純SiHCl3在第二汽化器內(nèi)被汽化后送入第二混合器，與第二混合器中的SiHCl3、HC1、H2混合均勻后作為多晶硅生產(chǎn)的還原氣體原料送入第二還原爐，反應(yīng)后的還原尾氣送入第二冷凝器。將第二冷凝器中的SiCljf化后送入四氯化硅緩沖罐。不凝氣體SiHCl3、HCl、H2送入第三混合器。補(bǔ)充的第三路高純SiHCl3在第三汽化器中被汽化后與第三混合器中的不凝氣體混合均勻后作為多晶硅生產(chǎn)的還原氣體原料送入第三還原爐。在爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)后，副產(chǎn)物還原尾氣送入第三冷凝器。由于第一冷凝器和第二冷凝器僅是將還原尾氣中的SiCl4冷凝分離出，而未將還原尾氣中的HCl分離出來(lái)，在不凝氣體經(jīng)過(guò)數(shù)臺(tái)還原爐生產(chǎn)的過(guò)程中，還原尾氣中的HCl含量會(huì)不斷積累。積累的HCl會(huì)與爐內(nèi)多晶硅發(fā)生反應(yīng)腐蝕多晶硅；當(dāng)此1的含量過(guò)高時(shí)，則會(huì)影響多晶硅的產(chǎn)量或造成硅棒表面腐蝕孔現(xiàn)象；更嚴(yán)重者還會(huì)引起多晶硅棒倒棒。因此在HCl富集到一定程度的時(shí)候需要將HCl分離出來(lái)。在本實(shí)用新型中，可以通過(guò)先將SiHCl3和SiCl4冷凝分離后，再將不凝H2和HCl的混合氣體通入分離系統(tǒng)中將其分離開(kāi)來(lái)。于是在本實(shí)用新型中，具體多少數(shù)量的還原爐可以按本實(shí)用新型方式連續(xù)運(yùn)行的決定因素是HCl對(duì)多晶硅的腐蝕程度；而HCl的產(chǎn)出量和對(duì)多晶硅的腐蝕程度又與還原爐內(nèi)的溫度、混合氣內(nèi)各組分的配比等條件有關(guān)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，為了便于描述本實(shí)用新型的工作方法，將僅在3個(gè)還原爐循環(huán)并積累的還原尾氣中的HCl分離出來(lái)。在該實(shí)施例中，本實(shí)用新型的多晶硅還原生產(chǎn)裝置還可以包括與第三冷凝器連接的二級(jí)冷凝器；以及與二級(jí)冷凝器連接的分離系統(tǒng)，其中，二級(jí)冷凝器還與第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器連接，分離系統(tǒng)還與氫氣儲(chǔ)罐連接。在該實(shí)施例中，通過(guò)控制第三冷凝器的溫度，將還原尾氣中的SiCl4液化送入四氯化硅緩沖罐；而不凝氣體SiHCl3、HCl、H2則送入二級(jí)冷凝器。其中由于SiHCl3的沸點(diǎn)最高，因此可通過(guò)控制二級(jí)冷凝器的溫度，將還原尾氣中的SiHCl3液化送入第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器內(nèi)循環(huán)使用。并將不凝氣體HCl和H2送入分離系統(tǒng)，在分離系統(tǒng)中分離出HCl外售，H2則送入氫氣儲(chǔ)罐循環(huán)使用。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的常識(shí)，使氫氣循環(huán)利用必須補(bǔ)充氫氣系統(tǒng)再傳輸過(guò)程中的壓力損失，因此一般會(huì)在分離系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置氫氣壓縮機(jī)對(duì)整個(gè)氫氣系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)壓。傳統(tǒng)工藝因不同還原爐并聯(lián)因此氫氣循環(huán)總量很大，電耗、一次性投資較高；而本實(shí)用新型中數(shù)臺(tái)還原爐氫氣循環(huán)使用，氫氣循環(huán)總量大幅度減少，電耗、一次性投資也得以大幅度降低。本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中，還可以將第一混合器出氣與第一還原爐出氣進(jìn)行換熱，第二混合器出氣與第二還原爐出氣進(jìn)行換熱，以此類(lèi)推，既可以降低冷凝時(shí)所需的冷量，又能夠提高進(jìn)還原爐時(shí)的進(jìn)氣溫度。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。 例如只要是通過(guò)控溫冷凝分離出還原尾氣中的SiCl4后，其他不凝氣再進(jìn)入下臺(tái)還原爐循環(huán)使用的裝置均應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型范圍。
權(quán)利要求1.一種多晶硅還原生產(chǎn)裝置，包括 氫氣儲(chǔ)罐； 三氯氫硅儲(chǔ)罐； 與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第一汽化器和第二汽化器； 分別與氫氣儲(chǔ)罐和第一汽化器連接的第一混合器； 與第一混合器連接的第一還原爐； 與第一還原爐連接的第一冷凝器； 與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器； 與第二混合器連接的第二還原爐； 與第二還原爐連接的第二冷凝器；以及 與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲(chǔ)罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅還原生產(chǎn)裝置，其特征在于，還包括 與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第三汽化器； 與第三汽化器和第二冷凝器連接的第三混合器； 與第三混合器連接的第三還原爐；以及 與第三還原爐和四氯化硅儲(chǔ)罐連接的第三冷凝器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅還原生產(chǎn)裝置，其特征在于，還包括 與第三冷凝器連接的二級(jí)冷凝器；以及 與二級(jí)冷凝器連接的分離系統(tǒng)， 其中，二級(jí)冷凝器還與第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器連接，分離系統(tǒng)還與氫氣儲(chǔ)罐連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅還原生產(chǎn)裝置，其特征在于，所述分離系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有氫氣壓縮機(jī)。
專(zhuān)利摘要多晶硅還原生產(chǎn)裝置，包括氫氣儲(chǔ)罐；三氯氫硅儲(chǔ)罐；與三氯氫硅儲(chǔ)罐連接的第一汽化器和第二汽化器；分別與氫氣儲(chǔ)罐和第一汽化器連接的第一混合器；與第一混合器連接的第一還原爐；與第一還原爐連接的第一冷凝器；與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器；與第二混合器連接的第二還原爐；與第二還原爐連接的第二冷凝器；以及與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲(chǔ)罐。本實(shí)用新型能夠減少在多晶硅生產(chǎn)中的能耗，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)還有利于提高多晶硅產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C01B33/035GK202785670SQ20122044369
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者齊林喜, 王曉亮 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古盾安光伏科技有限公司