[實用新型]用于連續生產液體硅的裝置

無效

• 申請號: 201020118529.0
• 申請日: 2010-02-25
• 公開（公告）號: CN201665537U
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 陳涵斌;陳其國;陳文龍;鐘真武
• 申請（專利權）人: 江蘇中能硅業科技發展有限公司
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本實用新型涉及一種硅的裝置系統，更具體地說涉及一種適用于連續生產液體硅的裝置系統。

背景技術

目前，絕大多數的多晶硅生產方法是改良西門子工藝，主要使用鐘罩型反應器和與電極相連的8mm左右的硅芯作為沉積基底，采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl₃在H₂氣氛中還原沉積而生成多晶硅。

上述化學氣相沉積過程是在鐘罩型的還原爐中進行的，該反應容器是密封的，底盤上安裝有出料口和進料口以及若干對電極，電極上連接著直徑5-10mm、長度1500-3000mm的硅芯，每對電極上的兩根硅棒又在另一端通過一較短的硅棒相互連接，對電極上施加6～12kV左右的高壓時，硅棒被擊穿導電并加熱至1000-1150℃發生反應，經氫還原，硅在硅棒的表面沉積，使硅棒的直徑逐漸增大，最終達到120-200mm左右。通常情況下，生產直徑為120-200mm的高純硅棒，所需的反應時間大約為150-300小時。

然而，這種改良西門子生產工藝存在以下缺點：1)由于硅棒沉積比表面積小，反應器內空間利用率低，原料一次轉化率低，產量受到限制。以實收率為8％計算，每千克三氯氫硅只能得到16.5克單質硅，大部分三氯氫硅在沉積過程中轉換為四氯化硅，副產物四氯化硅經過分離后，又重新合成三氯氫硅作為原材料，這樣的循環過程耗能耗電，效率低下。2)裂解過程產生的尾氣成分復雜，分離成本高。3)由于采用鐘罩型反應器，在硅棒長大一定尺寸(如100-200mm)后必須使反應器降溫，取出產品。因此只能間歇生產，熱量損失大，能耗高。4)由于產品為棒狀多晶硅，增加了破碎、包裝的工序和成本，還可能會帶入新的雜質。

為克服西門子工藝的缺點，能耗更低的流化床多晶硅生產工藝被開發出來。中國專利申請CN101318654公開了一種流化床制備高純度多晶硅顆粒的方法及流化床反應器，其特征在于加熱區和反應區在結構上相互隔開，在反應器的加熱區，通入不含硅流化氣體使加熱區的多晶硅顆粒處于流化狀態，并通過加熱裝置將多晶硅顆粒加熱至1000～1410℃；加熱后的多晶硅顆粒輸送到反應區，在反應區通入含硅氣體，含硅氣體在多晶硅顆粒表面發生熱分解或還原，產生單質硅并沉積在顆粒表面；在反應器下部將部分粒徑為0.1～10mm的多晶硅顆粒作為產品取出；在反應區上部，加入作為晶種的直徑為0.01～1.0mm的多晶硅細顆粒以維持反應器內多晶硅顆粒的量。

但流化床工藝也存在諸如反應器壁沉積硅致使流化床內部空間減小，并且隨著內壁厚度的變化，內壁熱應力不均導致材質損壞，流化床氣體分布器容易由于硅沉積而堵塞導致停工等缺陷，并且，流化床工藝的一次轉化率也仍有待提高。

同時，不論是西門子工藝還是流化床工藝，生產的棒狀硅或粒狀硅均需要熔融成液態后進行鑄錠或直拉單晶。考慮到液態硅具有極高的溫度可以促使含硅氣體反應生成硅，可直接利用液態硅具有的能量進行沉積反應。因此，本實用新型采用板式塔作為反應器，使高溫液態硅在塔內與原料氣體充分接觸并直接對原料氣體加熱使原料氣體反應后向液態硅中沉積硅。

實用新型內容

實用新型目的：本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種用于連續生產液體硅的裝置，該裝置利用氣液吸收塔的原理，使高溫液態硅對原料氣體加熱引發反應，生成的硅熔入液態硅后流出，液態硅可以對多晶鑄錠爐或單晶拉制爐連續供料直接生產多晶硅錠或單晶硅棒。

技術方案：本實用新型公開了一種用于連續生產液體硅的裝置，包括反應塔，在反應塔的上部連接有液態硅加料器和尾氣排放管，在反應塔的下部連接有氣體混合器以及液態硅收集器，所述尾氣排放管與氣體混合器連通；液態硅由液態硅加料器通入反應塔，并從塔底流出進入液態硅收集器，原料氣或附加尾氣在氣體混合器混合后通入反應塔。

本實用新型中，優選地，所述反應塔包括外殼、獨立內襯、一個以上的上層塔板、底層塔板、降液管、與液態硅收集器連通的液態硅出口、與液態硅加料器連通的液態硅進口、與氣體混合器連通的原料氣進口以及與尾氣排放管連通的尾氣出口；所述獨立內襯設置在外殼內部；所述上層塔板、底層塔板、降液管設置在獨立內襯內部；所述底層塔板位于上層塔板最下方且位于液態硅出口以及原料氣進口的上方；所述降液管連通底層塔板與上層塔板。所述獨立內襯的材質由石墨、石英、氮化硼、氮化硅及碳化硅中的一種或幾種組成。所述上層塔板和底層塔板的材質由石墨、氮化硼、氮化硅及碳化硅中的一種或幾種組成。所述液態硅出口及液態硅進口設有內襯，內襯材質為石墨、氮化硅、碳化硅中的一種或幾種。