[发明专利]多晶硅还原生产装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，具体涉及一种多晶硅还原生产装置及方法。

背景技术

多晶硅制备是一个高耗能的产业，改进工艺降低生产成本成为各企业可持续发展的重点。目前多晶硅企业还原工序通常的生产流程如图1，高纯三氯氢硅（SiHCl₃）进入汽化器被汽化后与高纯氢气（H₂）进入混合器均匀混合后分别送入多个还原炉（还原炉1，还原炉2，还原炉3…），在还原炉内1100℃的高温硅芯上发生还原反应生成多晶硅，并将副产物还原尾气送入冷凝器。还原尾气被冷凝后，将冷凝液体SiHCl₃和四氯化硅（SiCl₄）送入提纯塔，在提纯塔中分离出SiHCl₃送入三氯氢硅储罐循环利用，分离出的SiCl₄外售。不凝气体H₂和氯化氢（HCl）被送入分离系统。在分离系统中分离出H₂送入氢气储罐循环利用，分离出的HCl外售。

在现有的多晶硅还原工序中，至少存在如下缺陷：1）余热没有得到充分的利用，能耗大；2）多晶硅产品的质量一般。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷之一，提供一种多晶硅还原生产装置及方法，减少在多晶硅生产中的能耗，降低生产成本的同时，还有利于提高多晶硅产品的质量。

根据本发明的一个方面，提供了一种多晶硅还原生产方法，包括：将第一路高纯三氯氢硅气体与高纯氢气混合均匀后送入第一还原炉发生还原反应，排出包括三氯氢硅、氢气、四氯化硅以及氯化氢的一级尾气，通过冷凝分离出一级尾气中的四氯化硅，剩余一级尾气作为多晶硅生产的还原气体原料。

优选地，上述的方法中，所述分离出四氯化硅的一级尾气与第二路高纯三氯氢硅气体混合均匀后送至第二还原炉发生还原反应，排出包括三氯氢硅、氢气、四氯化硅以及氯化氢的二级尾气，通过冷凝分离出二级尾气中的四氯化硅。

在一种实施方式中，分离出四氯化硅的二级尾气与第三路高纯三氯氢硅气体混合均匀后作为多晶硅生产的还原气体原料送入第三还原炉。

在另一种实施方式中，分离出四氯化硅的二级尾气冷凝分离为三氯氢硅液体和氢气、氯化氢气体，其中，三氯化氢作为多晶硅生产的还原气体原料送入其他的还原炉。进一步地，将氢气和氯化氢分离，并将分离后的氢气存储起来或直接作为多晶硅生产的还原气体原料。

根据本发明的另一个方面，还提供一种多晶硅还原生产装置，包括：

氢气储罐；

三氯氢硅储罐；

与三氯氢硅储罐连接的第一汽化器和第二汽化器；

分别与氢气储罐和第一汽化器连接的第一混合器；

与第一混合器连接的第一还原炉；

与第一还原炉连接的第一冷凝器；

与第二汽化器和第一冷凝器连接的第二混合器；

与第二混合器连接的第二还原炉；

与第二还原炉连接的第二冷凝器；以及

与第一冷凝器和第二冷凝器连接的四氯化硅储罐。

优选地，上述的装置还可以包括：

与三氯氢硅储罐连接的第三汽化器；

与第三汽化器和第二冷凝器连接的第三混合器；

与第三混合器连接的第三还原炉；以及

与第三还原炉和四氯化硅储罐连接的第三冷凝器。

在一种实施方式中，上述的装置也还可以包括：

与第三冷凝器连接的二级冷凝器；以及

与二级冷凝器连接的分离系统，

其中，二级冷凝器还与第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器连接，分离系统还与氢气储罐连接。

所述分离系统内可以设置有氢气压缩机。

本发明至少存在以下技术效果：

1）仅将四氯化硅冷凝分离出来，其他组分并未冷凝，因此较传统工艺冷量消耗节省近70％。

2）分离出四氯化硅的剩余尾气仅需补充消耗掉的部分三氯氢硅即可继续进入下一还原生产，因此大部分三氯氢硅不必重复汽化，较传统工艺热能消耗节省近70％。

3）本发明冷凝出四氯化硅后无需用提纯塔对三氯氢硅提纯，相对传统工艺，节省了提纯塔的一次性投资，进而节省了提纯塔塔釜加热的热量，节省了提纯塔塔顶冷却的冷量。