專利名稱：多晶硅還原生產裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及多晶硅生產領域，具體涉及一種多晶硅還原生產裝置。
背景技術：
多晶硅制備是一個高耗能的產業，改進工藝降低生產成本成為各企業可持續發展的重點。目前多晶硅企業還原工序通常的生產流程如圖1，高純三氯氫硅(SiHCl3)進入汽化器被汽化后與高純氫氣(H2)進入混合器均勻混合后分別送入多個還原爐(還原爐1，還原爐2，還原爐3…)，在還原爐內1100°C的高溫硅芯上發生還原反應生成多晶硅，并將副產物還原尾氣送入冷凝器。還原尾氣被冷凝后，將冷凝液體SiHCl3和四氯化硅(SiCl4)送入提·純塔，在提純塔中分離出SiHCl3送入三氯氫硅儲罐循環利用，分離出的SiCl4外售。不凝氣體H2和氯化氫(HCl)被送入分離系統。在分離系統中分離出H2送入氫氣儲罐循環利用，分離出的HCl外售。在現有的多晶硅還原工序中，至少存在如下缺陷1)余熱沒有得到充分的利用，能耗大；2)多晶娃產品的質量一般。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷之一，提供一種多晶硅還原生產裝置，減少在多晶硅生產中的能耗，降低生產成本的同時，還有利于提高多晶硅產品的質量。為了實現上述目的，本實用新型提供了一種多晶硅還原生產裝置，包括氫氣儲罐；三氯氫硅儲罐；與三氯氫硅儲罐連接的第一汽化器和第二汽化器；分別與氫氣儲罐和第一汽化器連接的第一混合器；與第一混合器連接的第一還原爐；與第一還原爐連接的第一冷凝器；與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器；與第二混合器連接的第二還原爐；與第二還原爐連接的第二冷凝器；以及與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲罐。優選地，上述的裝置還可以包括與三氯氫硅儲罐連接的第三汽化器；與第三汽化器和第二冷凝器連接的第三混合器；與第三混合器連接的第三還原爐；以及與第三還原爐和四氯化硅儲罐連接的第三冷凝器。在一種實施方式中，上述的裝置也還可以包括[0022]與第三冷凝器連接的二級冷凝器；以及與二級冷凝器連接的分離系統，其中，二級冷凝器還與第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器連接，分離系統還與氫氣儲罐連接。所述分離系統內可以設置有氫氣壓縮機。本實用新型至少存在以下技術效果I)僅將四氯化硅冷凝分離出來，其他組分并未冷凝，因此較傳統工藝冷量消耗節省近70%。2)分離出四氯化硅的剩余尾氣僅需補充消耗掉的部分三氯氫硅即可繼續進入下 一還原生產，因此大部分三氯氫硅不必重復汽化，較傳統工藝熱能消耗節省近70%。3)本實用新型冷凝出四氯化硅后無需用提純塔對三氯氫硅提純，相對傳統工藝，節省了提純塔的一次性投資，進而節省了提純塔塔釜加熱的熱量，節省了提純塔塔頂冷卻的冷量。4)三氯氫硅和氫氣中的雜質會在生產過程中長入多晶硅中，進而影響多晶硅的質量，本實用新型中由于在初始階段兩者混合氣中的雜質一部分長入了第一還原爐的多晶硅中，而后續補充三氯氫硅量僅有30%左右，因此雜質的代入量也會減少，使得第二還原爐的多晶硅質量會優于第一還原爐；第三還原爐的產品質量又高于第二還原爐；以此類推，最后一臺還原爐中的多晶硅產品質量最優。5)多晶硅的質量還受碳含量的影響，在生產過程中主要雜質形式是甲基氯硅烷。由于其沸點與三氯氫硅接近，在三氯氫硅中較難提純甲基二氯硅烷。但在還原爐內的高溫下，甲基二氯硅烷會裂解成甲基三氯硅烷。利用甲基三氯硅烷沸點高于四氯化硅沸點的特性，通過部分冷凝的方法能夠將甲基三氯硅烷隨著四氯化硅排出多晶硅生產系統，而新補充三氯氫硅量僅為30%左右，因此能夠使最終多晶硅產品的碳含量大幅下降，多晶硅質量大巾畐提聞。
圖I為傳統多晶硅還原生產工藝流程圖。圖2為本實用新型的多晶硅還原生產工藝流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對具體實施例進行詳細描述。如圖2所示，本實用新型實施例提供的多晶硅還原生產裝置包括氫氣儲罐，三氯氫硅儲罐，與三氯氫硅儲罐連接的第一汽化器和第二汽化器，分別與氫氣儲罐和第一汽化器連接的第一混合器，與第一混合器連接的第一還原爐，與第一還原爐連接的第一冷凝器，與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器，與第二混合器連接的第二還原爐，與第二還原爐連接的第二冷凝器，以及與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲罐。本實用新型的多晶硅還原生產裝置，還可以包括與三氯氫硅儲罐連接的第三汽化器，與第三汽化器和第二冷凝器連接的第三混合器，與第三混合器連接的第三還原爐，以及與第三還原爐和四氯化硅儲罐連接的第三冷凝器。工作時,第一路高純三氯氫娃在第一汽化器內被汽化后與高純氫氣一起通入第一混合器中混合均勻后進入第一還原爐，在爐內1050_1150°C,優選為1100°C的高溫娃芯表面發生反應生成多晶硅，其副產物還原尾氣送入第一冷凝器。還原尾氣內含有H2、HC1、SiHCl3和SiCl4，其中由于SiCl4的沸點最高，因此可通過控制第一冷凝器的溫度，將還原尾氣中的SiCl4液化后送入四氯化硅緩沖罐。不凝氣體SiHCl3、HCl、H2送入第二混合器，因其中所含的SiHCl3在第一還原爐中部分被消耗，需要補充大概30%的5111(13后能送入第二還原爐。補充的第二路高純SiHCl3在第二汽化器內被汽化后送入第二混合器，與第二混合器中的SiHCl3、HC1、H2混合均勻后作為多晶硅生產的還原氣體原料送入第二還原爐，反應后的還原尾氣送入第二冷凝器。將第二冷凝器中的SiCljf化后送入四氯化硅緩沖罐。不凝氣體SiHCl3、HCl、H2送入第三混合器。補充的第三路高純SiHCl3在第三汽化器中被汽化后與第三混合器中的不凝氣體混合均勻后作為多晶硅生產的還原氣體原料送入第三還原爐。在爐內發生反應后，副產物還原尾氣送入第三冷凝器。由于第一冷凝器和第二冷凝器僅是將還原尾氣中的SiCl4冷凝分離出，而未將還原尾氣中的HCl分離出來，在不凝氣體經過數臺還原爐生產的過程中，還原尾氣中的HCl含量會不斷積累。積累的HCl會與爐內多晶硅發生反應腐蝕多晶硅；當此1的含量過高時，則會影響多晶硅的產量或造成硅棒表面腐蝕孔現象；更嚴重者還會引起多晶硅棒倒棒。因此在HCl富集到一定程度的時候需要將HCl分離出來。在本實用新型中，可以通過先將SiHCl3和SiCl4冷凝分離后，再將不凝H2和HCl的混合氣體通入分離系統中將其分離開來。于是在本實用新型中，具體多少數量的還原爐可以按本實用新型方式連續運行的決定因素是HCl對多晶硅的腐蝕程度；而HCl的產出量和對多晶硅的腐蝕程度又與還原爐內的溫度、混合氣內各組分的配比等條件有關。在本實用新型的一個實施例中，為了便于描述本實用新型的工作方法，將僅在3個還原爐循環并積累的還原尾氣中的HCl分離出來。在該實施例中，本實用新型的多晶硅還原生產裝置還可以包括與第三冷凝器連接的二級冷凝器；以及與二級冷凝器連接的分離系統，其中，二級冷凝器還與第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器連接，分離系統還與氫氣儲罐連接。在該實施例中，通過控制第三冷凝器的溫度，將還原尾氣中的SiCl4液化送入四氯化硅緩沖罐；而不凝氣體SiHCl3、HCl、H2則送入二級冷凝器。其中由于SiHCl3的沸點最高，因此可通過控制二級冷凝器的溫度，將還原尾氣中的SiHCl3液化送入第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器內循環使用。并將不凝氣體HCl和H2送入分離系統，在分離系統中分離出HCl外售，H2則送入氫氣儲罐循環使用。作為本領域技術人員了解的常識，使氫氣循環利用必須補充氫氣系統再傳輸過程中的壓力損失，因此一般會在分離系統內設置氫氣壓縮機對整個氫氣系統進行補壓。傳統工藝因不同還原爐并聯因此氫氣循環總量很大，電耗、一次性投資較高；而本實用新型中數臺還原爐氫氣循環使用，氫氣循環總量大幅度減少，電耗、一次性投資也得以大幅度降低。本實用新型在實際應用中，還可以將第一混合器出氣與第一還原爐出氣進行換熱，第二混合器出氣與第二還原爐出氣進行換熱，以此類推，既可以降低冷凝時所需的冷量，又能夠提高進還原爐時的進氣溫度。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。 例如只要是通過控溫冷凝分離出還原尾氣中的SiCl4后，其他不凝氣再進入下臺還原爐循環使用的裝置均應當屬于本實用新型范圍。
權利要求1.一種多晶硅還原生產裝置，包括 氫氣儲罐； 三氯氫硅儲罐； 與三氯氫硅儲罐連接的第一汽化器和第二汽化器； 分別與氫氣儲罐和第一汽化器連接的第一混合器； 與第一混合器連接的第一還原爐； 與第一還原爐連接的第一冷凝器； 與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器； 與第二混合器連接的第二還原爐； 與第二還原爐連接的第二冷凝器；以及 與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲罐。
2.根據權利要求I所述的多晶硅還原生產裝置，其特征在于，還包括 與三氯氫硅儲罐連接的第三汽化器； 與第三汽化器和第二冷凝器連接的第三混合器； 與第三混合器連接的第三還原爐；以及 與第三還原爐和四氯化硅儲罐連接的第三冷凝器。
3.根據權利要求2所述的多晶硅還原生產裝置，其特征在于，還包括 與第三冷凝器連接的二級冷凝器；以及 與二級冷凝器連接的分離系統， 其中，二級冷凝器還與第一汽化器和/或第二汽化器和/或第三汽化器連接，分離系統還與氫氣儲罐連接。
4.根據權利要求3所述的多晶硅還原生產裝置，其特征在于，所述分離系統內設置有氫氣壓縮機。
專利摘要多晶硅還原生產裝置，包括氫氣儲罐；三氯氫硅儲罐；與三氯氫硅儲罐連接的第一汽化器和第二汽化器；分別與氫氣儲罐和第一汽化器連接的第一混合器；與第一混合器連接的第一還原爐；與第一還原爐連接的第一冷凝器；與第二汽化器和第一冷凝器連接的第二混合器；與第二混合器連接的第二還原爐；與第二還原爐連接的第二冷凝器；以及與第一冷凝器和第二冷凝器連接的四氯化硅儲罐。本實用新型能夠減少在多晶硅生產中的能耗，降低生產成本；同時還有利于提高多晶硅產品的質量。
文檔編號C01B33/035GK202785670SQ20122044369
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者齊林喜, 王曉亮 申請人:內蒙古盾安光伏科技有限公司