[发明专利]多晶硅还原系统及其应用

说明书

本发明公开了多晶硅还原系统及其应用。其中，该多晶硅还原系统包括：还原炉、第一换热器、汽化器、混合器和第二换热器。通过第一和第二换热器两个换热器及汽化器对还原炉产生的大量高温还原尾气进行能量递级利用，逐步将高温还原尾气的余热转移到多晶硅还原的原料上，满足生产需求，实现了能量的综合合理利用，降低了多晶硅还原系统的能耗。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，涉及多晶硅还原系统及其应用，更具体地，涉及多晶硅还原系统，和利用该多晶硅还原系统回收多晶硅还原尾气余热的方法。

背景技术

多晶硅是太阳能光伏的基础原料，在光伏电池生产中起着举足轻重的作用，如何低成本的生产高品质的多晶硅是多晶硅生产工作者一直以来孜孜追求的目标。现有的多晶硅生产90％以上采用改良西门子工艺技术，即将高纯三氯氢硅和高纯氢气混合后进入到还原炉内进行气相沉积获得高纯多晶硅，在这个生产过程中，为了维持还原炉内多晶硅的气相沉积条件，需要由配套的电器系统持续稳定的供电，通过多晶硅的沉积，这些电能全部转换到多晶硅还原生产过程中，部分用在了载体发热上，大部分进入尾气中携带到还原系统外，因此合理利用这部分能量，降低还原系统对外界能量的需求是一种有效降低多晶硅生产成本的方法。

由此，能耗更低的多晶硅还原系统有待进一步研究。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种多晶硅还原系统，该系统通过多个换热器对还原炉产生的大量高温还原尾气进行能量递级利用，逐步将高温还原尾气的余热转移到多晶硅还原的原料上，满足生产需求，实现了能量的综合合理利用，降低了多晶硅还原系统的能耗。

需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：

在改良西门子多晶硅生产工艺中，还原系统所消耗的电能占到多晶硅生产的综合电能的65％以上，因此还原系统的电能有效利用将会降低生产综合电耗，从而有效降低多晶硅生产成本。发明人发现，多晶硅还原系统的电能利用问题，主要是直接将电能转换为热量被高温还原尾气携带出还原炉后的有效利用问题，发明人从多晶硅还原的物料周转流程以及高低温热量需求角度出发，通过能量的递级利用，将高温还原尾气携带的热量大部分转移到需加热的多晶硅生产原料中，从而使得还原系统在运行过程中不需要再从系统外补充能量，实现了能量闭环利用，能量利用率高、操作简单方便、并且系统运行的稳定性好。

因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种多晶硅还原系统。根据本发明的实施例，该系统包括：还原炉，所述还原炉具有预热后的混合气入口和高温还原尾气出口；第一换热器，所述第一换热器具有高温还原尾气入口、混合气入口、第一冷却还原尾气出口和预热后的混合气出口，所述高温还原尾气入口与所述高温还原尾气出口相连，所述预热后的混合气出口与所述预热后的混合气入口相连；汽化器，所述汽化器具有第一冷却还原尾气入口、三氯氢硅入口、第二冷却还原尾气出口和汽化三氯氢硅出口，所述第一冷却还原尾气入口与所述第一冷却还原尾气出口相连；混合器，所述混合器具有汽化三氯氢硅入口、预热后的氢气入口和混合气出口，所述汽化三氯氢硅入口与所述汽化三氯氢硅出口相连，所述混合气出口与所述混合气入口相连；以及第二换热器，所述第二换热器具有第二冷却还原尾气入口、氢气入口、第三冷却还原尾气出口和预热后的氢气出口，所述第二冷却还原尾气入口与所述第二冷却还原尾气出口相连，所述预热后的氢气出口与所述预热后的氢气入口相连。

根据本发明实施例的多晶硅还原系统，通过第一和第二换热器两个换热器及汽化器对还原炉产生的大量高温还原尾气进行能量递级利用，逐步将高温还原尾气的余热转移到多晶硅还原生产用的原料上，满足生产需求，从而使得还原系统在运行过程中减少甚至不需要再从系统外补充能量，实现了能量闭环利用，实现了能量的综合合理利用，能量利用率高、降低了多晶硅还原系统的能耗，并且操作简单方便，系统运行的稳定性好。

另外，根据本发明上述实施例的多晶硅还原系统还可以具有如下附加的技术特征：