[發明專利]一種多晶硅還原生產工藝及裝置

有效

• 申請號: 201210348552.2
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102874814A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 陳喜清;銀波;潘小龍;陳朝霞;張偉;劉桂林
• 申請（專利權）人: 特變電工新疆硅業有限公司
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術領域

本發明涉及一種多晶硅生產領域，具體的說是采用改良西門子法多晶硅還原生產工藝及裝置。

背景技術

多晶硅還原爐是多晶硅生產中產出最終產品的核心設備，其工藝也是決定系統產能、能耗的關鍵環節。因此，多晶硅還原爐工藝流程的設計，直接影響到產品的質量、產量和生產成本。在全球經濟危機的影響下，多晶硅的價格持續下降，市場競爭日趨激烈，企業“生存”的呼聲越來越高。因此，有效地降低多晶硅能耗，提高產品質量，提高生產效率，是目前多晶硅生產企業需要解決的重要問題。

三氯氫硅和氫氣的反應化學式為：SiHCl₃+H₂+Q→Si+3HCl。

目前多晶硅生產主要采用改良西門子法，通常將一定配比的三氯氫硅(SiHCl3)和氫氣(H2)?經靜態混合器混合后通過李比希管汽化或者通過換熱器汽化，混合氣從底部進氣口噴入還原爐，在還原爐內發生氣相還原反應，反應生成的硅(Si)直接沉積在爐內的硅芯表面，隨著反應的持續進行，硅棒不斷生長最終達到產品要求。一方面，反應尾氣通過高溫水冷卻后去尾氣回收系統，還原爐生產多晶硅還原能耗損失大，生產成本高。另一方面，在整個還原生產中，混合氣的溫度不恒定，使還原爐內部熱場不穩定，整個還原爐控制存在不穩定因素。現有的還原生產技術已經不適應目前激烈市場競爭的要求，迫切需求一種節能降耗、控制穩定的新型還原生產工藝的出現。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有大型改良西門子法多晶硅還原爐熱能利用不充分，還原爐能耗很難達到預期效果，提出了一種熱能利用穩定、還原爐能耗低的多晶硅還原生產工藝及裝置。

本發明的目的通過以下技術方案來具體實現：

一種多晶硅還原生產工藝，包括步驟：

a1、將液態三氯氫硅通過三氯氫硅汽化器汽化得到氣態三氯氫硅；

a2、與步驟a1同時，將氫氣預熱得到熱氫氣；

a3、將氣態三氯氫硅和熱氫氣按照氫過量的配比通過靜態混合器混合均勻，形成原料混合氣；

a4、將原料混合氣體通過恒溫換熱器升溫并達到恒溫狀態，提高、穩定原料混合氣的溫度；

a5、將恒溫后的混合氣送入還原爐。

所述還原爐為改良西門子法還原爐。

進一步的，還包括步驟：

a6、還原爐反應后的還原尾氣對步驟a1中三氯氫硅汽化器中的液態三氯氫硅加熱；

a7、從三氯氫硅汽化器排出的還原尾氣對步驟a2中氫氣預熱器中的氫氣預熱。

步驟a1中，對三氯氫硅汽化器加熱的蒸汽和還原尾氣，各自獨立為三氯氫硅汽化器提供熱量，夾套中通蒸汽，管程走還原爐尾氣。

氣態三氯氫硅壓力為0.7-0.8MPa。

步驟a2中，三氯氫硅汽化器夾套所用蒸汽為0.5-0.8MPa飽和蒸汽。

步驟a3中，熱氫氣和氣態三氯氫硅的配比（摩爾比）為2:1-6:1。

步驟a4中，恒溫換熱器所用熱源為155℃還原爐筒冷卻水回水或155℃、0.5MPa蒸汽中的任一種，控制原料混合氣加熱到溫度150℃左右。

一種多晶硅還原生產裝置，包括三氯氫硅汽化器、氫氣預熱器、靜態混合器、恒溫換熱器和還原爐，所述三氯氫硅汽化器的氣態三氯氫硅出口與所述氫氣預熱器的熱氫氣出口分別連接到靜態混合器，靜態混合器的混合氣體出口與還原爐之間的管路上設有所述恒溫換熱器。

進一步的，所述還原爐的尾氣出口與所述三氯氫硅汽化器的管程入口連通，還原尾氣作為三氯氫硅汽化器的熱源，所述三氯氫硅汽化器的管程出口連接到所述氫氣預熱器，還原尾氣作為氫氣預熱器的熱源。

本發明工藝流程能耗低、多晶硅沉積速度高、三氯氫硅一次轉化率高。

附圖說明

下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明實施例所述多晶硅還原生產裝置的結構圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明實施例所述的多晶硅還原生產裝置，包括三氯氫硅汽化器5、氫氣預熱器4、靜態混合器3、恒溫換熱器2和還原爐1，所述三氯氫硅汽化器5的氣態三氯氫硅出口與所述氫氣預熱器4的熱氫氣出口分別連接到靜態混合器3，靜態混合器3的混合氣體出口與還原爐1之間的管路上設有所述恒溫換熱器2。

進一步的，所述還原爐1的尾氣出口與所述三氯氫硅汽化器5的管程入口連通，還原尾氣作為三氯氫硅汽化器5的熱源，所述三氯氫硅汽化器5的管程出口連接到所述氫氣預熱器4，還原尾氣作為氫氣預熱器4的熱源。