本技術(shù)屬于多晶硅制備，涉及一種顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、多晶硅(即硅料)是以工業(yè)硅為原料，經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的非金屬材料，硅元素含量在99.9999％以上。在光伏領(lǐng)域，多晶硅加工為硅片、電池、組件，最終應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，而晶硅組件在光伏裝機(jī)中占比約97.5％，其余為薄膜組件等，因此多晶硅是光伏產(chǎn)業(yè)的重要上游。

2、目前，主流的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)為以三氯氫硅為原料的改良西門子法和以硅烷氣為原料的流化床法。針對(duì)西門子法路線，尾氣回收系統(tǒng)的出現(xiàn)提高了物料使用率，冷氫化工藝替代熱氫化顯著降低能耗，多對(duì)棒和大直徑還原爐有效降低還原爐電耗，在降本增效的主要目標(biāo)下，技術(shù)更迭是影響企業(yè)競爭力的關(guān)鍵所在。目前，具有低電耗優(yōu)勢的硅烷流化床法在順利實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后，發(fā)展?jié)摿φ鸩奖划a(chǎn)業(yè)所驗(yàn)證。

3、硅烷流化床法，是指利用甲硅烷(sih4)熱分解，在流化床反應(yīng)器(fluidized?bedreactor)中進(jìn)行的技術(shù)路線。具體來看，作為晶種的高純度籽晶(直徑約0.2-0.6mm)從流化床反應(yīng)器頂部加入，堆積形成晶種顆粒床層，硅烷和氫氣從反應(yīng)器底部通入，使床層達(dá)到流化狀態(tài)，在外部加熱器的作用下，硅烷裂解沉積在晶種表面，晶種顆粒不斷外延生產(chǎn)，達(dá)到足夠重量的顆粒硅沉降到反應(yīng)器底部排出。生產(chǎn)過程中，固體反應(yīng)物自上而下移動(dòng)，氣體反應(yīng)物自下而上流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)不間斷的連續(xù)生產(chǎn)。

4、硅烷流化床法生產(chǎn)顆粒硅過程中，所使用的反應(yīng)晶種是從顆粒硅產(chǎn)品中篩分出來的細(xì)小的顆粒硅產(chǎn)品，顆粒硅生產(chǎn)的晶種不是在線連續(xù)式生產(chǎn)，同時(shí)從顆粒硅產(chǎn)品中篩分出細(xì)小顆粒硅產(chǎn)品時(shí)，會(huì)增加晶種被雜質(zhì)污染的可能，存在質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提供一種顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠在線連續(xù)生產(chǎn)顆粒硅晶種，避免晶種的二次污染。

2、本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，包括冷氫化裝置、歧化反應(yīng)器、晶種反應(yīng)器和非均相沉積反應(yīng)器；所述冷氫化裝置的入口用于接收氫氣、硅粉和四氯化碳，冷氫化裝置的出口與歧化反應(yīng)器的入口連接，歧化反應(yīng)器的硅烷出口與晶種反應(yīng)器的入口和非均相沉積反應(yīng)器的入口分別連接，歧化反應(yīng)器的二氯二氫硅出口與晶種反應(yīng)器的入口連接；晶種反應(yīng)器的晶種出口與非均相沉積反應(yīng)器的入口連接，非均相沉積反應(yīng)器的入口還接收氫氣。

4、優(yōu)選的，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第一精餾裝置；冷氫化裝置的出口與第一精餾裝置的入口連接，第一精餾裝置的氯硅烷出口與歧化反應(yīng)器的入口連接。

5、進(jìn)一步的，所述第一精餾裝置的四氯化硅出口與冷氫化裝置的入口連接。

6、優(yōu)選的，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第二精餾裝置；歧化反應(yīng)器的硅烷出口與第二精餾裝置的入口連接，第二精餾裝置的硅烷氣出口與晶種反應(yīng)器的入口和非均相沉積反應(yīng)器的入口分別連接。

7、優(yōu)選的，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第三精餾裝置；歧化反應(yīng)器的二氯二氫硅出口與第三精餾裝置的入口連接；第三精餾裝置的二氯二氫硅出口與晶種反應(yīng)器的入口連接。

8、優(yōu)選的，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第一凈化裝置，非均相沉積反應(yīng)器的氣體出口與第一凈化裝置的入口連接，第一凈化裝置的氫氣出口與非均相沉積反應(yīng)器的入口和冷氫化裝置的入口分別連接。

9、進(jìn)一步的，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第二凈化裝置，所述非均相沉積反應(yīng)器的硅顆粒出口與第二凈化裝置的入口連接，所述第二凈化裝置的兩個(gè)固體出口分別為顆粒硅和納米硅的出口。

10、進(jìn)一步的，所述第二凈化裝置的氣體出口與第一凈化裝置的入口連接。

11、優(yōu)選的，所述歧化反應(yīng)器的四氯化硅出口與冷氫化裝置的入口連接。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

13、本實(shí)用新型顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)以硅粉、四氯化硅和氫氣作為原料，在冷氫化裝置中進(jìn)行氫化反應(yīng)，得到三氯氫硅；三氯氫硅在歧化反應(yīng)器中進(jìn)行一步歧化反應(yīng)，并分離反應(yīng)產(chǎn)物，分別得到二氯二氫硅、四氯化硅和硅烷；硅烷與二氯二氫硅在晶種反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到晶種；硅烷與氫氣在非均相沉積反應(yīng)器中反應(yīng)，生成硅，硅沉積在晶種上，得到粗顆粒硅。本實(shí)用新型通過三氯氫硅一步歧化反應(yīng)得到二氯二氫硅、四氯化硅和硅烷，將部分硅烷與二氯二氫硅反應(yīng)為非均相沉積反應(yīng)器提供晶種，相對(duì)于從硅顆粒產(chǎn)品中取晶種而言，本實(shí)用新型的這種方法可以在線連續(xù)生產(chǎn)顆粒硅晶種，避免晶種的二次污染，解決晶種質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，提高顆粒硅生產(chǎn)裝置生產(chǎn)效率。

14、進(jìn)一步的，本實(shí)用新型設(shè)置了三個(gè)精餾裝置，分別用于三氯氫硅、硅烷和二氯二氫硅的純化，從而能為歧化反應(yīng)器、晶種反應(yīng)器和非均相沉積反應(yīng)器提供純度較高的原料氣，從而提高產(chǎn)物的純度。

15、進(jìn)一步的，本實(shí)用新型設(shè)置了第一凈化裝置，用于對(duì)非均相沉積反應(yīng)器出來的氣體進(jìn)行純化，去除硅烷、微硅粉的氫氣返回非均相沉積反應(yīng)器和冷氫化裝置進(jìn)行循環(huán)利用，可以提高原料利用率。

16、進(jìn)一步的，硅烷流化床法生產(chǎn)顆粒硅過程中，顆粒硅產(chǎn)品內(nèi)部有氫氣附著，以懸掛鍵的形式存在，通常稱之為溶融氫，溶融氫在下游拉單晶過程中會(huì)造成氫跳，影響硅單晶拉制的連續(xù)及穩(wěn)定性。同時(shí)，顆粒硅表面會(huì)沾污大量微硅粉，表面容易吸附雜質(zhì)，降低產(chǎn)品質(zhì)量。為此，本實(shí)用新型設(shè)置了第二凈化裝置，用于對(duì)非均相沉積反應(yīng)器出來的顆粒硅產(chǎn)品進(jìn)行純化，脫除顆粒硅表面的微硅粉及顆粒硅產(chǎn)品中包覆的氫氣，能夠有效降低顆粒硅的殘氫濃度和顆粒硅中的微硅粉含量，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

17、進(jìn)一步的，本實(shí)用新型將第一精餾裝置的四氯化硅出口與冷氫化裝置的入口連接，歧化反應(yīng)器的四氯化硅出口與冷氫化裝置的入口連接，從而將分離出來的四氯化硅返回冷氫化裝置進(jìn)行循環(huán)利用，提高原料利用效率。

技術(shù)特征：

1.一種顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括冷氫化裝置(1)、歧化反應(yīng)器(3)、晶種反應(yīng)器(6)和非均相沉積反應(yīng)器(7)；所述冷氫化裝置(1)的入口用于接收氫氣、硅粉和四氯化碳，冷氫化裝置(1)的出口與歧化反應(yīng)器(3)的入口連接，歧化反應(yīng)器(3)的硅烷出口與晶種反應(yīng)器(6)的入口和非均相沉積反應(yīng)器(7)的入口分別連接，歧化反應(yīng)器(3)的二氯二氫硅出口與晶種反應(yīng)器(6)的入口連接；晶種反應(yīng)器(6)的晶種出口與非均相沉積反應(yīng)器(7)的入口連接，非均相沉積反應(yīng)器(7)的入口還接收氫氣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第一精餾裝置(2)；冷氫化裝置(1)的出口與第一精餾裝置(2)的入口連接，第一精餾裝置(2)的氯硅烷出口與歧化反應(yīng)器(3)的入口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一精餾裝置(2)的四氯化硅出口與冷氫化裝置(1)的入口連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第二精餾裝置(4)；歧化反應(yīng)器(3)的硅烷出口與第二精餾裝置(4)的入口連接，第二精餾裝置(4)的硅烷氣出口與晶種反應(yīng)器(6)的入口和非均相沉積反應(yīng)器(7)的入口分別連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第三精餾裝置(5)；歧化反應(yīng)器(3)的二氯二氫硅出口與第三精餾裝置(5)的入口連接；第三精餾裝置(5)的二氯二氫硅出口與晶種反應(yīng)器(6)的入口連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第一凈化裝置(8)，非均相沉積反應(yīng)器(7)的氣體出口與第一凈化裝置(8)的入口連接，第一凈化裝置(8)的氫氣出口與非均相沉積反應(yīng)器(7)的入口和冷氫化裝置(1)的入口分別連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)還包括第二凈化裝置(9)，所述非均相沉積反應(yīng)器(7)的硅顆粒出口與第二凈化裝置(9)的入口連接，所述第二凈化裝置(9)的兩個(gè)固體出口分別為顆粒硅和納米硅的出口。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二凈化裝置(9)的氣體出口與第一凈化裝置(8)的入口連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述歧化反應(yīng)器(3)的四氯化硅出口與冷氫化裝置(1)的入口連接。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供一種顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，所述顆粒硅生產(chǎn)系統(tǒng)，包括冷氫化裝置、歧化反應(yīng)器、晶種反應(yīng)器和非均相沉積反應(yīng)器；所述冷氫化裝置的入口用于接收氫氣、硅粉和四氯化碳，冷氫化裝置的出口與歧化反應(yīng)器的入口連接，歧化反應(yīng)器的硅烷出口與晶種反應(yīng)器的入口和非均相沉積反應(yīng)器的入口分別連接，歧化反應(yīng)器的二氯二氫硅出口與晶種反應(yīng)器的入口連接；晶種反應(yīng)器的晶種出口與非均相沉積反應(yīng)器的入口連接，非均相沉積反應(yīng)器的入口還接收氫氣。本技術(shù)能夠在線連續(xù)生產(chǎn)顆粒硅晶種，避免晶種的二次污染。

技術(shù)研發(fā)人員：張旭,彭江華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西綠能能源科技集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240524
技術(shù)公布日：2025/1/6