[实用新型]一种减少多晶硅还原炉尾气中硅粉含量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种减少多晶硅还原炉尾气中硅粉含量的装置。

背景技术

目前，国内外主流的多晶硅生产技术为改良西门子法，即三氯氢硅(TCS)还原法。

具体的实现方法为：将汽化后的三氯氢硅和氢气按照一定的比例通过静态混合器混合后进入还原炉内，在压力为0.55Mpa、温度为1050℃～1100℃的条件下发生化学气相沉积反应而得到高纯多晶硅。

具体的反应方程式为：

SiHcl₃→Si+3Sicl₄+2H₂     (1)

SiHcl₃+H₂→Si+3Hcl         (2)

SiHcl₃+H₂→SiH₂cl₂+Hcl    (3)

其中，反应方程式(1)为主反应，反应方程式(2)和(3)副反应，反应后得到的还原炉尾气组分包括气态的SiHcl₃、Sicl₄、SiH₂cl₂、Hcl、H₂和粉末状的Si(即硅粉)。

大型还原炉在生产运行过程中，随着多晶硅棒直径的增长，还原炉内的空间减小，单位体积物料的浓度增加，多晶硅棒间辐射的热量上升，促进气态的三氯氢硅发生热分解反应，即4SiHcl₃→Si+3Sicl₄+2H₂。根据多晶硅棒表面“活性沉积中心”理论，多晶硅棒表面的活性沉积中心数量有限，当反应生成的单质硅的量远远超过活性沉积中心的数量时，反应生成的单质硅无法沉积在多晶硅棒表面而是直接在气相中抱团结核形成小颗粒的硅粉，造成还原炉内浑浊不清的现象出现，这种现象被称为“雾化”。如果还原炉出现“雾化”现象的情况未能得到有效控制，则产生的大量硅粉会沉积在还原炉尾气换热器及尾气管道内，易使尾气换热器、尾气管道结垢，并导致局部过热的情况出现，这样既会导致尾气换热器的换热效率降低，又存在重大安全隐患；同时，带硅粉的尾气进入下游工序后，还会造成下游工序设备堵塞、磨损及尾气各组分分离效果差等。

因此，如何通过工艺优化或其他方法有效减少进入下游工序的尾气中的硅粉含量，成为多晶硅生产厂家亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种能够简单、有效地减少多晶硅还原炉尾气中硅粉含量的装置，该装置能有效减少进入下游工序的尾气中的硅粉含量。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

所述减少多晶硅还原炉尾气中硅粉含量的装置包括氯化氢气体提供单元，其通过氯化氢气体管道与还原炉尾气管道相连，用于在还原炉内的多晶硅棒生长后期向所述还原炉尾气管道中通入氯化氢气体，所述氯化氢气体能够与所述尾气中的硅粉发生反应生成氯硅烷气体和氢气从而减少所述尾气中硅粉的含量；所述尾气包含硅粉、氢气、二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和四氯化硅气体。

优选地，所述装置还包括氯化氢气体流量控制单元，其设置在所述氯化氢气体管道上，用于控制所述氯化氢气体提供单元向所述还原炉尾气管道中通入预定流量的氯化氢气体。

优选地，所述预定流量的氯化氢气体的流量为15kg/h～30kg/h。

优选地，所述氯化氢气体管道与所述还原炉尾气管道的连接处设置有进料口；所述进料口包括一个位于中心的主进料口和至少两个位于四周且均匀分布的副进料口。

优选地，所述主进料口采用圆柱状结构，该圆柱状主进料口的直径为10mm～15mm；每个所述副进料口采用螺旋式结构，该螺旋式副进料口与水平面的夹角为60°。

优选地，所述装置还包括第一换热单元，其分别与三氯氢硅和氢气的混合气进料管道、所述还原炉尾气管道的位于其与所述氯化氢气体管道的连接处之后的管道相连，用于使所述三氯氢硅和氢气的混合气进料管道中的进料气与所述还原炉尾气管道的位于其与所述氯化氢气体管道的连接处之后的管道中的尾气进行换热处理，从而提高所述进料气的温度。

优选地，所述第一换热单元采用三层套管结构，该三层套管结构的管程用于传输所述三氯氢硅和氢气的混合气进料管道中的进料气、壳程用于传输所述还原炉尾气管道的位于其与所述氯化氢气体管道的连接处之后的管道中的尾气、夹套用于传输冷却介质。