[发明专利]一种利用三氯氢硅制备颗粒多晶硅的方法及系统

说明书

技术领域

本申请涉及化工领域，尤其涉及一种利用三氯氢硅制备颗粒多晶硅的方法及系统。

背景技术

多晶硅是制备太阳能电池的原材料，是全世界光伏产业的基础。当今世界上生产高纯度多晶硅的主流技术为改良的西门子法。改良西门子法主要利用三氯氢硅发生化学沉积反应制备棒状多晶硅，其优点是技术成熟，产品质量稳定可靠，缺点是工艺流程长，生产成本偏高。近年来，随着直拉单晶硅连续控制技术的发展和成熟，颗粒多晶硅制备工艺成为一种很有前途的新技术，将得到快速发展，并有可能成为部分替代改良西门子法准备多晶硅的技术工艺。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供了一种利用三氯氢硅制备颗粒多晶硅的方法及系统，目的是通过利用三氯氢硅歧化制备硅烷气并进而利用流化床化制备颗粒多晶硅，从而提供一种能耗低、反应尾气不需要大量分离，可以循环的连续化生产方法来制备高纯度颗粒多晶硅。

具体来说，本发明提供了一种利用三氯氢硅制备颗粒多晶硅的系统，所述系统包括：三氯氢硅歧化塔，利用催化剂使通入的三氯氢硅发生两步歧化反应，生成二氯二氢硅、所述硅烷和四氯化硅；再通过精馏提纯将所述二氯二氢硅、所述硅烷和所述四氯化硅进行分离；硅烷分离器，和所述三氯氢硅歧化塔连接，用于接收所述二氯二氢硅、所述硅烷，并通过精馏分离将所述硅烷和所述二氯二氢硅进行分离；硅烷流化床反应器，和所述硅烷分离器连接，用于接收所述硅烷，为所述硅烷和外界通入的氢气提供反应空间进行反应，以获得所述颗粒多晶硅。

优选的，所述三氯氢硅歧化塔的上部为第一精馏段、中部为双层催化剂层、下部为第一提馏段；所述双层催化剂层填充有所述催化剂；所述三氯氢硅歧化塔利用所述双层催化剂层使所述三氯氢硅发生两步歧化反应，生成所述二氯二氢硅、所述硅烷和所述四氯化硅，然后通过精馏提纯功能，使所述二氯二氢硅、所述硅烷从所述三氯氢硅歧化塔的顶部采出，使所述四氯化硅从所述三氯氢硅歧化塔的底部采出。

优选的，所述系统还包括：三氯氢硅缓冲罐，用于存储三氯氢硅；三氯氢硅输送泵，连接在所述三氯氢硅缓冲罐和所述三氯氢硅歧化塔之间；用于将所述三氯氢硅从所述三氯氢硅缓冲罐中输送到所述三氯氢硅歧化塔进行反应。

优选的，所述系统还包括：三氯氢硅歧化塔冷凝器，连接在所述三氯氢硅歧化塔顶部，用于将所述三氯氢硅歧化塔的顶部出来的二氯二氢硅、硅烷进行冷却降温；三氯氢硅歧化塔回流罐，连接在所述三氯氢硅歧化塔冷凝器和三氯氢硅歧化塔回流泵之间；用于将所述三氯氢硅歧化塔冷凝器冷凝下来的二氯二氢硅、硅烷进行存储；所述三氯氢硅歧化塔回流泵，连接在所述三氯氢硅歧化塔顶部，用于将所述三氯氢硅歧化塔回流罐中的二氯二氢硅、硅烷输送至所述三氯氢硅歧化塔顶部；三氯氢硅歧化塔再沸器，连接在所述三氯氢硅歧化塔底部，用于为所述三氯氢硅歧化塔的底部提供热源。

优选的，所述硅烷分离塔的上部为第二精馏段、下部为第二提馏段；所述硅烷分离塔利用精馏分离功能，使所述硅烷从所述硅烷分离塔的顶部采出，使所述二氯二氢硅从所述硅烷分离塔的底部采出。

优选的，所述系统还包括：硅烷分离塔再沸器，连接在所述硅烷分离塔底部，用于为所述硅烷分离塔提供热源；硅烷分离塔顶冷凝器，用于对所述硅烷分离塔的顶部出来的硅烷进行冷却降温；硅烷分离塔顶回流罐，连接所述硅烷分离塔顶冷凝器，用于将所述硅烷分离塔顶冷凝器冷凝下来的硅烷进行存储；硅烷分离塔顶回流泵，连接所述硅烷分离塔顶回流罐，用于将所述所述硅烷分离塔顶回流罐中的硅烷输送至所述硅烷分离塔的顶部。

优选的，所述系统还包括：硅烷预热器，和所述硅烷分离器连接，用于将所述硅烷分离器采出的硅烷进行预热；硅烷气缓冲罐，和所述硅烷预热器连接，用于将预热的硅烷气体进行缓存；硅烷氢气混合器，连接在所述硅烷气缓冲罐和所述硅烷流化床反应器之间，用于将外界通入的氢气与预热后的硅烷气进行混合，然后输送至所述硅烷流化床反应器。

优选的，所述系统还包括：硅烷流化床外加热器，为所述硅烷流化床反应器提供热源；晶硅种加料罐，为所述硅烷流化床反应器提供晶种，以使所述硅烷与所述氢气在所述晶种表面反应析出晶体硅。

优选的，所述系统还包括：尾气一级冷凝器连接所述硅烷流化床外加热器，尾气二级冷凝器连接所述尾气一级冷凝器，用于将所述硅烷流化床反应器反应后的尾气进行冷凝降温；压缩机前缓冲罐连接在所述尾气二级冷凝器和氢气循环压缩机之间，所述氢气循环压缩机连接压缩机后缓冲罐，用于将降温后的反应尾气进行加压处理以及存储处理；压缩后气预热器，连接所述压缩机后缓冲罐，用于将加压后的反应尾气进行预热，并再次输送至所述硅烷流化床反应器反应。