[实用新型]用于连续生产液体硅的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种硅的装置系统，更具体地说涉及一种适用于连续生产液体硅的装置系统。

背景技术

目前，绝大多数的多晶硅生产方法是改良西门子工艺，主要使用钟罩型反应器和与电极相连的8mm左右的硅芯作为沉积基底，采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl₃在H₂气氛中还原沉积而生成多晶硅。

上述化学气相沉积过程是在钟罩型的还原炉中进行的，该反应容器是密封的，底盘上安装有出料口和进料口以及若干对电极，电极上连接着直径5-10mm、长度1500-3000mm的硅芯，每对电极上的两根硅棒又在另一端通过一较短的硅棒相互连接，对电极上施加6～12kV左右的高压时，硅棒被击穿导电并加热至1000-1150℃发生反应，经氢还原，硅在硅棒的表面沉积，使硅棒的直径逐渐增大，最终达到120-200mm左右。通常情况下，生产直径为120-200mm的高纯硅棒，所需的反应时间大约为150-300小时。

然而，这种改良西门子生产工艺存在以下缺点：1)由于硅棒沉积比表面积小，反应器内空间利用率低，原料一次转化率低，产量受到限制。以实收率为8％计算，每千克三氯氢硅只能得到16.5克单质硅，大部分三氯氢硅在沉积过程中转换为四氯化硅，副产物四氯化硅经过分离后，又重新合成三氯氢硅作为原材料，这样的循环过程耗能耗电，效率低下。2)裂解过程产生的尾气成分复杂，分离成本高。3)由于采用钟罩型反应器，在硅棒长大一定尺寸(如100-200mm)后必须使反应器降温，取出产品。因此只能间歇生产，热量损失大，能耗高。4)由于产品为棒状多晶硅，增加了破碎、包装的工序和成本，还可能会带入新的杂质。

为克服西门子工艺的缺点，能耗更低的流化床多晶硅生产工艺被开发出来。中国专利申请CN101318654公开了一种流化床制备高纯度多晶硅颗粒的方法及流化床反应器，其特征在于加热区和反应区在结构上相互隔开，在反应器的加热区，通入不含硅流化气体使加热区的多晶硅颗粒处于流化状态，并通过加热装置将多晶硅颗粒加热至1000～1410℃；加热后的多晶硅颗粒输送到反应区，在反应区通入含硅气体，含硅气体在多晶硅颗粒表面发生热分解或还原，产生单质硅并沉积在颗粒表面；在反应器下部将部分粒径为0.1～10mm的多晶硅颗粒作为产品取出；在反应区上部，加入作为晶种的直径为0.01～1.0mm的多晶硅细颗粒以维持反应器内多晶硅颗粒的量。

但流化床工艺也存在诸如反应器壁沉积硅致使流化床内部空间减小，并且随着内壁厚度的变化，内壁热应力不均导致材质损坏，流化床气体分布器容易由于硅沉积而堵塞导致停工等缺陷，并且，流化床工艺的一次转化率也仍有待提高。

同时，不论是西门子工艺还是流化床工艺，生产的棒状硅或粒状硅均需要熔融成液态后进行铸锭或直拉单晶。考虑到液态硅具有极高的温度可以促使含硅气体反应生成硅，可直接利用液态硅具有的能量进行沉积反应。因此，本实用新型采用板式塔作为反应器，使高温液态硅在塔内与原料气体充分接触并直接对原料气体加热使原料气体反应后向液态硅中沉积硅。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于连续生产液体硅的装置，该装置利用气液吸收塔的原理，使高温液态硅对原料气体加热引发反应，生成的硅熔入液态硅后流出，液态硅可以对多晶铸锭炉或单晶拉制炉连续供料直接生产多晶硅锭或单晶硅棒。

技术方案：本实用新型公开了一种用于连续生产液体硅的装置，包括反应塔，在反应塔的上部连接有液态硅加料器和尾气排放管，在反应塔的下部连接有气体混合器以及液态硅收集器，所述尾气排放管与气体混合器连通；液态硅由液态硅加料器通入反应塔，并从塔底流出进入液态硅收集器，原料气或附加尾气在气体混合器混合后通入反应塔。

本实用新型中，优选地，所述反应塔包括外壳、独立内衬、一个以上的上层塔板、底层塔板、降液管、与液态硅收集器连通的液态硅出口、与液态硅加料器连通的液态硅进口、与气体混合器连通的原料气进口以及与尾气排放管连通的尾气出口；所述独立内衬设置在外壳内部；所述上层塔板、底层塔板、降液管设置在独立内衬内部；所述底层塔板位于上层塔板最下方且位于液态硅出口以及原料气进口的上方；所述降液管连通底层塔板与上层塔板。所述独立内衬的材质由石墨、石英、氮化硼、氮化硅及碳化硅中的一种或几种组成。所述上层塔板和底层塔板的材质由石墨、氮化硼、氮化硅及碳化硅中的一种或几种组成。所述液态硅出口及液态硅进口设有内衬，内衬材质为石墨、氮化硅、碳化硅中的一种或几种。