[实用新型]带硅粉处理装置的多晶硅还原炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及高纯度元素硅的制备领域，特别涉及改良西门子工艺中带有微硅粉处理装置的多晶硅还原炉。

背景技术

多晶硅是制造半导体器件和太阳能电池等产品的主要原材料，还可以用于制备单晶硅，其深加工产品被广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和低碳经济的呼吁，全球正在积极开发利用可再生能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富，在可再生能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。硅太阳能电池是最普遍采用的基于光电压效应的装置。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。

目前，高纯度元素硅生产主要采用改良西门子法和流化床法。所谓西门子法的原理就是在800-1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯含硅化合物，生成高纯度元素硅并沉积在硅芯上。改良西门子法则是在西门子法的基础上，增加了还原尾气干法回收系统、四氯化硅(SiCl4)氢化工艺，实现闭路循环，通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。流化床法则是以含硅化合物为原料，在800-1100℃的流化床中用高纯氢还原高纯含硅化合物生成单质硅并沉积在籽晶上，形成500-2000微米的高纯度元素硅颗粒。未反应的三氯氢硅和反应过程中生成的四氯化硅副产物等其他氯硅烷气体、连同氢气、HCl气体(统称为热解尾气)一起经由热解尾气排气管排出，并且任选进入后端的气体吸附分离装置分离，其中的三氯氢硅经纯化后可以循环供给还原工序使用。

在多晶硅尾气中，除四氯化硅、二氯二氢硅、氢气、HCl气体外，随操作条件的变化，原料气中的三氯氢硅和/或二氯二氢硅会发生均相分解，产生硅微粉，硅微粉随尾气排出后会吸附在后续管道上，累积后的硅粉会造成管路通气不畅，影响生产，此外，若硅微粉进入后续生产装置，导致动设备的磨损增加，导致设备故障或气体泄漏产生危险。

多晶硅还原炉为多晶硅生产领域中的关键设备，目前多晶硅硅还原炉一般采用不锈钢制造，在结构上主要由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口，炉筒与底盘之间用法兰连接。将硅微粉过滤在还原炉内或者出还原炉及其还原炉附属的尾气出口管内处理掉，可以有效消除硅微粉的不利影响。

I.等人的″The catalytic hydrogenation of chlorosilanes-the crucial print of production of electronic-grade silicon″，Silicon for the Chemical Industry VI，Loen，Norway，2002年6月17-21日；M.A.等人编著，Trondheim，Norway，2002，自第209页起，报道了并非所有的过渡金属都能形成硅化物，因为这些元素的硅化物形成在动力学上禁止的。此外，专利CN1946637A发现钨、铌、钽金属及其合金在加热状态下具有催化活性，因此，本专利人发现采用本实用新型的装置可以有效除去还原炉尾气中的硅微粉。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种带硅粉处理装置的多晶硅还原炉，用于解决因硅微粉导致尾气管路堵塞和硅微粉影响后续工序的设备问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口，炉筒与底盘之间用法兰连接，其特征在于位于底盘上部的还原炉尾气排出口部件设置有由金属硅化物或钨、铌、钽金属或其金属合金组成的机构。

其中，所述的金属硅化物机构由镍、铜、铁、锌、铝、锰、铑、铱的硅化物制备而成，但并不限制于此。

在一个具体的实施方式中，在位于底盘上部的还原炉出口设置有由金属硅化物或钨、铌、钽金属或其金属合金组成的网状装置。此时，网状装置的网眼截面形式可以有蜂巢形、圆形、正方形、三角形、六边形或八角形。当所述网状装置的上部截面为圆形时，其直径略大于还原炉尾气管内径以支撑在底盘上。或者所述网状装置上部外径和还原炉尾气管道的内径相契合以嵌套在尾气出口管的出口位置。进一步地，所述网状装置的网线垂直向下延伸，其延伸形状为螺旋形、片状、棒状、管状、或者波纹状。