[发明专利]用于生产高品质多晶硅的还原循环氢气深冷除杂的方法及装置

说明书

本发明涉及用于生产高品质多晶硅的还原循环氢气深冷除杂的方法及装置。硼磷烷‑氯化氢吸收塔塔顶物料经一级气气换热器、二级气气换热器、硼磷烷深冷器三级冷却后，进入二级气气换热分相罐、深冷气气换热分相罐，只深冷氢气，不深冷大量的液体氯硅烷和吸收液；深冷气气换热分相罐气相物料经除硼磷烷吸附柱为一级气气换热器、二级气气换热器和吸收塔进气气冷器提供冷量，后进入活性炭吸附塔；二级气气换热分相罐和深冷气气换热分相罐液相物料为吸收塔进气预冷器、还原尾气液冷器提供冷量，后进入解吸塔；吸收塔塔釜物料经逐级换热后进入解吸塔。本发明深冷除杂技术只深冷氢气不深冷液相，具有新颖性和创新性，且杂质吸收率可达95％以上。

技术领域

本发明涉及一种用于生产高品质多晶硅的还原循环氢气深冷除杂的方法及装置，属于气体深冷分离领域。

背景技术

多晶硅是光伏和半导体行业广泛应用的材料之一。高品质多晶硅有两种，一种是太阳能级中的N型单晶，比目前市场上现有的P型单晶纯度要求更高；另外一种是电子级多晶硅，一般要求含硅量大于99.9999％以上，超高纯度达到9N，甚至11N。生产多晶硅的还原炉尾气中主要含有H₂、HCl、SiHCl₃、SiCl₄等，经过尾气回收装置烟气吸收塔分离了99％以上的氯硅烷，同时有少量的B、P杂质随氯硅烷进入精馏装置，H₂和大部分其他杂质进入尾气回收装置吸收解吸系统。而循环H₂中极微量的杂质都会导致多晶硅性能严重下降，因此，有效去除循环H₂中极微量杂质是提高多晶硅质量的关键。

在多晶硅还原炉中H₂除了与氯硅烷发生还原反应以外，还可能和B、P杂质发生反应，故多晶硅还原炉尾气可能含有BCl₃、PCl₃、B₂H₆、PH₃等杂质。在尾气回收装置中BCl₃、PCl₃等可以通过加压冷凝、碳吸附塔吸附，吸附过程中SiCl₄从H₂中分离，但PH₃、AsH₃、B₂H₆难以直接去除。随着还原炉内的H₂不断循环，杂质PH₃、AsH₃、B₂H₆可能在循环H₂中不断积累，最终影响多晶硅成品质量，所以除去循环氢气中的杂质是提高多晶硅质量的关键。

目前，针对循环氢气深冷除杂的工艺研究较少，可供参考的专利文献不多。专利号CN105293438A报道了一种循环氢气再纯化的方法及装置，该方法利用改性活性炭和改性硅胶作为吸附反应剂，通过吸附反应除去循环氢气中的含硼、磷元素杂质，提升氢气品质，但是该方法只能除去含硼、磷元素杂质。李有斌等人(李有斌等.电子级多晶硅循环氢气深冷分离除杂技术研究[J].化学与生物工程,2021,38(6):59-61.)通过在吸附塔的入口处加深冷器冷却气液两相的方法提高分离除杂效果，测定吸附塔出口处的气体组成，从而确定吸附塔的吸收效果，虽然该方法风险小，但是能耗高，并没有解决实际工业生产的问题。

本发明提出一种用于生产高品质多晶硅的还原循环氢气深冷除杂的工艺方法及装置，通过深冷氢气，不深冷大量的液体氯硅烷和吸收液，达到去除氯化氢、乙硼烷、磷烷等组分及杂质的目的，且能耗小、分离效果好。

发明内容

本发明的目的在于解决上述不足问题，提供一种用于生产高品质多晶硅的还原循环氢气深冷除杂的方法及装置，提供去除循环氢气中氯化氢、乙硼烷、磷烷等组分及杂质的较佳方法。通过深冷氢气，不深冷大量的液体氯硅烷和吸收液，实现高效节能除杂。

本发明的技术方案如下：