[发明专利]一种多晶硅还原生产工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅生产领域，具体的说是采用改良西门子法多晶硅还原生产工艺及装置。

背景技术

多晶硅还原炉是多晶硅生产中产出最终产品的核心设备，其工艺也是决定系统产能、能耗的关键环节。因此，多晶硅还原炉工艺流程的设计，直接影响到产品的质量、产量和生产成本。在全球经济危机的影响下，多晶硅的价格持续下降，市场竞争日趋激烈，企业“生存”的呼声越来越高。因此，有效地降低多晶硅能耗，提高产品质量，提高生产效率，是目前多晶硅生产企业需要解决的重要问题。

三氯氢硅和氢气的反应化学式为：SiHCl₃+H₂+Q→Si+3HCl。

目前多晶硅生产主要采用改良西门子法，通常将一定配比的三氯氢硅(SiHCl3)和氢气(H2) 经静态混合器混合后通过李比希管汽化或者通过换热器汽化，混合气从底部进气口喷入还原炉，在还原炉内发生气相还原反应，反应生成的硅(Si)直接沉积在炉内的硅芯表面，随着反应的持续进行，硅棒不断生长最终达到产品要求。一方面，反应尾气通过高温水冷却后去尾气回收系统，还原炉生产多晶硅还原能耗损失大，生产成本高。另一方面，在整个还原生产中，混合气的温度不恒定，使还原炉内部热场不稳定，整个还原炉控制存在不稳定因素。现有的还原生产技术已经不适应目前激烈市场竞争的要求，迫切需求一种节能降耗、控制稳定的新型还原生产工艺的出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有大型改良西门子法多晶硅还原炉热能利用不充分，还原炉能耗很难达到预期效果，提出了一种热能利用稳定、还原炉能耗低的多晶硅还原生产工艺及装置。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种多晶硅还原生产工艺，包括步骤：

a1、将液态三氯氢硅通过三氯氢硅汽化器汽化得到气态三氯氢硅；

a2、与步骤a1同时，将氢气预热得到热氢气；

a3、将气态三氯氢硅和热氢气按照氢过量的配比通过静态混合器混合均匀，形成原料混合气；

a4、将原料混合气体通过恒温换热器升温并达到恒温状态，提高、稳定原料混合气的温度；

a5、将恒温后的混合气送入还原炉。

所述还原炉为改良西门子法还原炉。

进一步的，还包括步骤：

a6、还原炉反应后的还原尾气对步骤a1中三氯氢硅汽化器中的液态三氯氢硅加热；

a7、从三氯氢硅汽化器排出的还原尾气对步骤a2中氢气预热器中的氢气预热。

步骤a1中，对三氯氢硅汽化器加热的蒸汽和还原尾气，各自独立为三氯氢硅汽化器提供热量，夹套中通蒸汽，管程走还原炉尾气。

气态三氯氢硅压力为0.7-0.8MPa。

步骤a2中，三氯氢硅汽化器夹套所用蒸汽为0.5-0.8MPa饱和蒸汽。

步骤a3中，热氢气和气态三氯氢硅的配比（摩尔比）为2:1-6:1。

步骤a4中，恒温换热器所用热源为155℃还原炉筒冷却水回水或155℃、0.5MPa蒸汽中的任一种，控制原料混合气加热到温度150℃左右。

一种多晶硅还原生产装置，包括三氯氢硅汽化器、氢气预热器、静态混合器、恒温换热器和还原炉，所述三氯氢硅汽化器的气态三氯氢硅出口与所述氢气预热器的热氢气出口分别连接到静态混合器，静态混合器的混合气体出口与还原炉之间的管路上设有所述恒温换热器。

进一步的，所述还原炉的尾气出口与所述三氯氢硅汽化器的管程入口连通，还原尾气作为三氯氢硅汽化器的热源，所述三氯氢硅汽化器的管程出口连接到所述氢气预热器，还原尾气作为氢气预热器的热源。

本发明工艺流程能耗低、多晶硅沉积速度高、三氯氢硅一次转化率高。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述多晶硅还原生产装置的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述的多晶硅还原生产装置，包括三氯氢硅汽化器5、氢气预热器4、静态混合器3、恒温换热器2和还原炉1，所述三氯氢硅汽化器5的气态三氯氢硅出口与所述氢气预热器4的热氢气出口分别连接到静态混合器3，静态混合器3的混合气体出口与还原炉1之间的管路上设有所述恒温换热器2。

进一步的，所述还原炉1的尾气出口与所述三氯氢硅汽化器5的管程入口连通，还原尾气作为三氯氢硅汽化器5的热源，所述三氯氢硅汽化器5的管程出口连接到所述氢气预热器4，还原尾气作为氢气预热器4的热源。