[發明專利]對多晶硅生產中循環氫進行純化的方法及系統

在審

• 申請號: 202010121514.8
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111268646A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 吳鋒;趙培芝;孫江橋;徐玲鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇鑫華半導體材料科技有限公司
• 主分類號: C01B3/58
• 分類號: C01B3/58;C01B3/56
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發明公開了對多晶硅生產中循環氫進行純化的方法及系統。該方法包括：(1)利用活性炭對多晶硅生產中的尾氣進行吸附處理，以便得到氫氣粗品；(2)利用液氮對所述氫氣粗品進行冷凝處理；(3)將冷凝處理后的氫氣依次經貴金屬催化劑催化、分子篩吸附和過濾器過濾，以便得到初級純化氫氣；(4)利用金屬合金對所述初級純化氫氣進行吸附處理，以便得到高純氫氣，其中，所述金屬合金包括選自Ti?Cr?V?Zr合金、Ti?V?Zr合金、Fe?Zr?V合金和Li?Ba?Mo合金中的至少一種。該方法不僅工藝簡單、流程短，而且提純效率高，純化效果好，最終提純得到的高純氫氣中甲烷和氮氣的體積含量均不高于50ppm，可廣泛應用于工業生產。

技術領域

本發明屬于化工領域，具體而言，涉及對多晶硅生產中循環氫進行純化的方法及系統。

背景技術

電子級多晶硅多采用改良西門子法進行生產，這是閉環式的三氯氫硅氫還原法，氫氣在其中循環使用。對于尾氣中氫氣的回收大多采用CDI工藝，先以冷凝的形式將氯硅烷與氫氣進行初步分類，再以氯硅烷低溫淋洗的方式對氫氣中的HCl等雜質進一步分離，隨后氫氣通入活性炭吸附塔中進行吸附提純，隨后作為原料供還原沉積工序使用。

對于電子級多晶硅的生產而言，需要嚴格控制循環氫中含有的氮氣、甲烷，這是由于生產體系中大量采用氮氣作為保護氣體，且甲烷容易在系統中富集，而氮氣在還原爐內的反應條件下，極易以氮氣的形式或形成氮化硅分布在多晶硅棒中，在下游進行單晶拉制時，影響單晶中的位錯以及在單晶拉制的成晶率；甲烷則容易影響到多晶硅的碳含量，直接影響單晶硅的性能。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出對多晶硅生產中循環氫進行純化的方法及系統。該方法不僅工藝簡單、流程短，而且提純效率高，純化效果好，最終提純得到的高純氫氣中甲烷和氮氣的體積含量均不高于50ppm，可廣泛應用于工業生產。

本發明主要是基于以下問題提出的：

現有對多晶硅生產中循環氫進行純化的方法對氮氣、甲烷的去除效果并不理想，例如目前有采用硅膠和活性炭為吸附劑的變溫吸附設備對含氫的生產尾氣進行初步純化，并輔以分子篩為吸附劑的變壓吸附設備進行二次純化來提高氫氣純度，但是在實際應用中發現，硅膠或分子篩的吸附效率較低，對氮氣和甲烷的吸附效果并不好；此外，還有采用改性活性炭和改性硅膠作為吸附劑對循環氫進行純化的工藝，該工藝對B和P雜質的各種存在形式都有較好去除效果，但是對氮氣和甲烷并沒有針對性效果。

為此，根據本發明的第一個方面，本發明提出了一種對多晶硅生產中循環氫進行純化的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：

(1)利用活性炭對多晶硅生產中的尾氣進行吸附處理，以便得到氫氣粗品；

(2)利用液氮對所述氫氣粗品進行冷凝處理；

(3)將冷凝處理后的氫氣依次經貴金屬催化劑催化、分子篩吸附和過濾器過濾，以便得到初級純化氫氣；

(4)利用金屬合金對所述初級純化氫氣進行吸附處理，以便得到高純氫氣，

其中，所述金屬合金包括選自Ti-Cr-V-Zr合金、Ti-V-Zr合金、Fe-Zr-V合金和Li-Ba-Mo合金中的至少一種。