[发明专利]对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法及系统

说明书

本发明公开了对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法及系统。该方法包括：(1)利用活性炭对多晶硅生产中的尾气进行吸附处理，以便得到氢气粗品；(2)利用液氮对所述氢气粗品进行冷凝处理；(3)将冷凝处理后的氢气依次经贵金属催化剂催化、分子筛吸附和过滤器过滤，以便得到初级纯化氢气；(4)利用金属合金对所述初级纯化氢气进行吸附处理，以便得到高纯氢气，其中，所述金属合金包括选自Ti‑Cr‑V‑Zr合金、Ti‑V‑Zr合金、Fe‑Zr‑V合金和Li‑Ba‑Mo合金中的至少一种。该方法不仅工艺简单、流程短，而且提纯效率高，纯化效果好，最终提纯得到的高纯氢气中甲烷和氮气的体积含量均不高于50ppm，可广泛应用于工业生产。

技术领域

本发明属于化工领域，具体而言，涉及对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法及系统。

背景技术

电子级多晶硅多采用改良西门子法进行生产，这是闭环式的三氯氢硅氢还原法，氢气在其中循环使用。对于尾气中氢气的回收大多采用CDI工艺，先以冷凝的形式将氯硅烷与氢气进行初步分类，再以氯硅烷低温淋洗的方式对氢气中的HCl等杂质进一步分离，随后氢气通入活性炭吸附塔中进行吸附提纯，随后作为原料供还原沉积工序使用。

对于电子级多晶硅的生产而言，需要严格控制循环氢中含有的氮气、甲烷，这是由于生产体系中大量采用氮气作为保护气体，且甲烷容易在系统中富集，而氮气在还原炉内的反应条件下，极易以氮气的形式或形成氮化硅分布在多晶硅棒中，在下游进行单晶拉制时，影响单晶中的位错以及在单晶拉制的成晶率；甲烷则容易影响到多晶硅的碳含量，直接影响单晶硅的性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法及系统。该方法不仅工艺简单、流程短，而且提纯效率高，纯化效果好，最终提纯得到的高纯氢气中甲烷和氮气的体积含量均不高于50ppm，可广泛应用于工业生产。

本发明主要是基于以下问题提出的：

现有对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法对氮气、甲烷的去除效果并不理想，例如目前有采用硅胶和活性炭为吸附剂的变温吸附设备对含氢的生产尾气进行初步纯化，并辅以分子筛为吸附剂的变压吸附设备进行二次纯化来提高氢气纯度，但是在实际应用中发现，硅胶或分子筛的吸附效率较低，对氮气和甲烷的吸附效果并不好；此外，还有采用改性活性炭和改性硅胶作为吸附剂对循环氢进行纯化的工艺，该工艺对B和P杂质的各种存在形式都有较好去除效果，但是对氮气和甲烷并没有针对性效果。

为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)利用活性炭对多晶硅生产中的尾气进行吸附处理，以便得到氢气粗品；

(2)利用液氮对所述氢气粗品进行冷凝处理；

(3)将冷凝处理后的氢气依次经贵金属催化剂催化、分子筛吸附和过滤器过滤，以便得到初级纯化氢气；

(4)利用金属合金对所述初级纯化氢气进行吸附处理，以便得到高纯氢气，

其中，所述金属合金包括选自Ti-Cr-V-Zr合金、Ti-V-Zr合金、Fe-Zr-V合金和Li-Ba-Mo合金中的至少一种。