[发明专利]多晶硅生产过程中热量利用的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，特别是一种多晶硅生产过程中热量利用的装置及方法。

背景技术

多晶硅制备是一个高耗能的产业，改进工艺降低生产成本是各企业可持续发展的重点。在多晶硅生产过程中产生的四氯化硅（SiCl₄）的量非常大（据资料，每生产1kg多晶硅大约要产生22kg SiCl₄），为此，国内外都在努力探索有效利用SiCl₄的理想途径。其中，冷氢化法是处理SiCl₄的一种极其有效的方法。目前国内多晶硅冷氢化工序常规的生产流程如图1所示，氢气（H₂）与SiCl₄混合后加热到600℃后进入氢化反应器，与氢化反应器中的硅粉发生反应生成三氯氢硅（SiHCl₃），从氢化反应器出来的包括SiHCl₃和未反应的SiCl₄、H₂、硅粉以及反应副产品二氯二氢硅（SiH₂Cl₂）、氯化氢（HCl）的混合气体进入洗涤塔中，用氯硅烷将混合气体中的硅粉去除后送入冷凝器，通过冷凝器将混合气体中的SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂冷凝为氯硅烷液体，然后送入精馏塔。未被冷凝的H₂和HCl送回氢化反应器循环使用。外供蒸汽与氯硅烷在精馏塔塔底再沸器中换热，换热后氯硅烷部分汽化，并输送到蒸馏塔中作为热源，蒸汽相变成冷凝液排出再沸器。在精馏塔中精馏得到SiHCl₃和SiCl₄，分别送入多晶硅生产系统和氢化反应器循环使用。

在现有的多晶硅冷氢化工序中，至少存在如下缺陷：余热没有得到充分的利用，能耗大；物料没有充分合理利用，造成浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷之一，提供一种多晶硅生产过程中热量利用的装置及方法，减少在多晶硅生产中的能耗，降低生产成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种多晶硅生产过程中热量利用的方法，包括：

合成步骤：将氢气以及在多晶硅生产过程中产生的四氯化硅加热后引入到载有硅粉的氢化反应器中发生氢化反应，得到包含反应生成的三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢以及未反应的四氯化硅、氢气、硅粉的混合气体；

净化步骤：用氯硅烷去除混合气体中的硅粉从而得到包含氯硅烷的净化气体；

冷凝步骤：将净化气体引入精馏塔塔底再沸器中换热降温，降温后的净化气体引入冷凝器进行冷凝，得到冷凝液体和不凝气体；将不凝气体返回氢化反应器，将冷凝液体送入精馏塔；

精馏步骤：将在精馏塔塔顶分离出的气体作为多晶硅还原炉的原料；将在精馏塔塔釜分离出的液体返回氢化反应器。

所述冷凝液体可以包括三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅以及氯硅烷，不凝气体可以包括氢气和氯化氢。在精馏步骤中，从精馏塔塔釜分离出的液体为四氯化硅，从精馏塔塔顶分离出的气体为三氯氢硅和二氯二氢硅。

优选地，上述的方法中，精馏步骤还可以包括：液体氯硅烷通过精馏塔塔底再沸器汽化，并沿精馏塔向上运输作为三氯氢硅和二氯二氢硅汽化的热源，蒸汽相变成冷凝液体后从塔底再沸器排出。优选地，从塔底再沸器中排出的液体氯硅烷送至冷凝器作为冷却介质。

上述的方法中，精馏步骤还可以包括：通过精馏塔塔顶冷凝器将三氯氢硅和二氯二氢硅分离，并将三氯氢硅作为多晶硅还原炉的原料提纯或储存。

根据本发明的另一个方面，提供了一种多晶硅生产过程中热量利用的装置，包括

氢化反应器，用于将硅粉、氢气和在多晶硅生产过程中产生的四氯化硅引入所述氢化反应器中反应生成三氯氢硅、二氯二氢硅和氯化氢；

与氢化反应器连通的洗涤塔，用氯硅烷将从氢化反应器排出的包括三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢、四氯化硅、氢气和硅粉的混合气体中的硅粉去除，得到包括氯硅烷的净化气体；

具有塔底再沸器的精馏塔，塔底再沸器与洗涤塔连通，用于将净化气体通过与塔底再沸器换热降温；以及

与塔底再沸器连通的冷凝器，所述冷凝器将从塔底再沸器接收的降温后的净化气体冷凝得到冷凝液体和不凝气体，所述冷凝器还分别与氢化反应器和精馏塔连通，用于将不凝气体返回氢化反应器，将冷凝液体送入精馏塔，所述精馏塔塔釜与氢化反应器连通。