製備多晶矽的系統的製作方法

2023-10-10 23:58:59 1

製備多晶矽的系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種製備多晶矽的系統，該系統包括：多個還原爐，多個還原爐通過管道串聯連接，並將上遊還原爐產生的還原尾氣供給至下遊還原爐中；三氯氫矽入口，三氯氫矽入口設置在管道上；氫氣入口，氫氣入口設置在管道上；三氯氫矽儲罐，三氯氫矽儲罐分別與第一個還原爐和三氯氫矽入口相連，用於將三氯氫矽供給至還原爐中；以及氫氣儲罐，氫氣儲罐分別與第一個還原爐和氫氣入口相連，用於將氫氣供給至還原爐中。該系統可以實現物料的循環使用，並且顯著降低還原尾氣的處理成本。
【專利說明】製備多晶娃的系統

【技術領域】
[0001] 本發明屬於多晶矽生產【技術領域】，具體而言，本發明涉及一種製備多晶矽的系統。

【背景技術】
[0002] 多晶矽是太陽能光伏用原料，在光伏電池生產中起著舉足輕重的作用，如何低成 本的生產高品質的多晶矽是多晶矽生產工作者一直以來孜孜追求的目標。現有的多晶矽生 產80%以上採用改良西門子工藝技術，即將高純三氯氫矽和高純氫氣混合後進入到還原爐 內進行氣相沉積獲得高純多晶矽，從還原爐內出來的還原尾氣進入到尾氣回收工序進行處 理，還原尾氣通過冷媒介質不斷的冷凝分離出三氯氫矽、四氯化矽、二氯二氫矽、氫氣及氯 化氫，然後經過提純處理後將尾氣中的各種物料循環利用。在傳統的生產工藝中，尾氣先通 過回收分離，造成能耗較高，物料的單程轉化率較低。
[0003] 因此，現有的多晶矽生產技術有待進一步改進。


【發明內容】

[0004] 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 一個目的在於提出一種製備多晶矽的系統，該系統可以實現物料的循環使用，並且顯著降 低還原尾氣的處理成本。
[0005] 在本發明的一個方面，本發明提出了一種製備多晶娃的系統，該系統包括：
[0006] 多個還原爐，所述多個還原爐通過管道串聯連接，並將上遊所述還原爐產生的還 原尾氣供給至下遊所述還原爐中；
[0007] 三氯氫矽入口，所述三氯氫矽入口設置在所述管道上；
[0008] 氫氣入口，所述氫氣入口設置在所述管道上；
[0009] 三氯氫矽儲罐，所述三氯氫矽儲罐分別與第一個還原爐和所述三氯氫矽入口相 連，用於將三氯氫矽供給至所述還原爐中；以及
[0010] 氫氣儲罐，所述氫氣儲罐分別與所述第一個還原爐和所述氫氣入口相連，用於將 氫氣供給至所述還原爐中。
[0011] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統通過管道將上遊還原爐產生的還原尾氣 直接供給至下遊還原爐中參與還原反應，可以實現物料的循環利用，同時在將還原尾氣供 給至下遊還原爐參與還原反應之前，將還原尾氣與三氯氫矽和氫氣在管道中進行混合，可 以實現對三氯氫矽和氫氣的預熱，進而降低了能耗，另外，還原尾氣中的二氯二氫矽、氯化 氫和四氯化矽可以有效抑制部分副反應，從而顯著提高三氯氫矽轉化率，並且所得到多晶 娃純度並未降低。
[0012] 另外，根據本發明上述實施例的製備多晶矽的系統還可以具有如下附加的技術特 徵：
[0013] 在本發明的一些實施例中，所述製備多晶矽的系統包括3?6個所述還原爐。由 此，可以顯著提高三氯氫矽轉化率。
[0014] 在本發明的一些實施例中，所述製備多晶矽的系統進一步包括：還原尾氣返回管 路，所述還原尾氣返回管路分別與所述第一個還原爐和最後一個還原爐相連，用於將所述 最後一個還原爐中產生的還原尾氣供給至所述第一個還原爐中。由此，可以實現物料的循 環利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是根據本發明一個實施例的製備多晶矽的系統結構示意圖；
[0016] 圖2是根據本發明又一個實施例的製備多晶矽的系統結構示意圖；
[0017] 圖3是利用本發明一個實施例的製備多晶矽的系統製備多晶矽的方法流程示意 圖；
[0018] 圖4是利用本發明又一個實施例的製備多晶矽的系統製備多晶矽的方法流程示 意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0020] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"後"、"左"、"右"、"堅直"、"水平"、"頂"、"底" "內"、"外"、"順時 針"、"逆時針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或 位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0021] 此外，術語"第一"、"第二"僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有"第一"、"第二"的特徵可以明示或 者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，"多個"的含義是至少兩個，例如兩個， 三個等，除非另有明確具體的限定。
[0022] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連 接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內 部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員 而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0023] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵"上"或"下"可以 是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在 第二特徵"之上"、"上方"和"上面"可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵"之下"、"下方"和"下面"可以是 第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
[0024] 在本發明的一個方面，本發明提出了一種製備多晶矽的系統。根據本發明的實施 例，該系統包括多個還原爐，根據本發明的具體實施例，多個還原爐通過管道串聯連接，並 將上遊還原爐產生的尾氣供給至下遊還原爐，根據本發明的具體示例，還原爐可以為3?6 個。
[0025] 下面參考圖1-2對本發明實施例的製備多晶矽的系統進行詳細描述。以3個還原 爐為例，三個還原爐依次為第一還原爐1〇〇、第二還原爐200和第三還原爐300,並且第一還 原爐100和第二還原爐200、第二還原爐200和第三還原爐300之間通過管道400串聯連 接，用於將上遊還原爐產生的還原尾氣供給至下遊還原爐中。需要解釋的是，第一還原爐相 對於第二還原爐稱為上遊還原爐，而第二還原爐相對於第一還原爐稱為下遊還原爐。根據 本發明的實施例，還原反應的條件並不受特別限制，根據本發明的具體實施例，還原反應可 以在溫度為1050攝氏度和壓力為0.3?0.55MPa條件下進行。根據本發明的實施例，管道 400上可以設置有三氯氫矽入口 401和氫氣入口 402。
[0026] 根據本發明的實施例，製備多晶矽的系統進一步包括三氯氫矽儲罐500和氫氣儲 罐600,根據本發明的具體實施例，三氯氫娃儲罐500分別與第一還原爐100和三氯氫娃入 口 401相連，且適於將三氯氫矽供給至還原爐中，氫氣儲罐600分別與第一還原爐100和氫 氣入口 402相連，且適於將氫氣供給至還原爐中。具體的，將三氯氫矽和氫氣供給至第一 還原爐中發生還原反應，得到多晶矽和第一還原尾氣，然後通過管道將第一還原尾氣供給 至第二還原爐中，並通過管道上的三氯氫矽入口和氫氣入口分別供給三氯氫矽和氫氣，使 得第一還原尾氣與三氯氫矽和氫氣接觸，進而實現對三氯氫矽和氫氣的預熱，然後將含有 三氯氫矽、氫氣和第一還原尾氣的混合物供給至第二還原爐中進行還原反應，得到多晶矽 和第二還原尾氣，然後將第二還原尾氣通過管道供給至第三還原爐，同樣通過管道上的三 氯氫娃入口和氫氣入口分別供給三氯氫娃和氫氣，使得第二還原尾氣與三氯氫娃和氫氣接 觸，進而實現對三氯氫娃和氫氣的預熱，然後將含有三氯氫娃、氫氣和第二還原尾氣的混合 物供給至第三還原爐中進行還原反應，得到多晶矽和第三還原尾氣。
[0027] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統通過管道將上遊還原爐產生的還原尾氣 直接供給至下遊還原爐中參與還原反應，可以實現物料的循環利用，同時在將還原尾氣供 給至下遊還原爐參與還原反應之前，將還原尾氣與三氯氫矽和氫氣在管道中進行混合，可 以實現對三氯氫矽和氫氣的預熱，進而降低了能耗，另外，還原尾氣中的二氯二氫矽、氯化 氫和四氯化矽可以有效抑制部分副反應，從而顯著提高三氯氫矽轉化率，並且所得到多晶 娃純度並未降低。
[0028] 參考圖2,根據本發明實施例的製備多晶矽的系統進一步包括：
[0029] 還原尾氣返回管路700 :根據本發明的實施例，還原尾氣返回管路700分別與第一 個還原爐和最後一個還原爐相連，用於將最後一個還原爐中產生的還原尾氣供給至第一個 還原爐中，根據本發明的具體實施例，本文中的第一個還原爐可以為第一還原爐100,最後 一個還原爐可以為第三還原爐300,即還原尾氣返回管路700分別與第一還原爐100和第三 還原爐300相連，且適於將第三還原爐300中產生的第三還原尾氣返回第一還原爐100中。
[0030] 如上所述，根據本發明實施例的製備多晶矽的系統可以具有選自下列的優點至少 之一：
[0031] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統通過將上遊還原爐內出來的還原尾氣直 接作為原料氣供給至下遊還原爐使用，可以減少多晶矽生產過程中的能耗；
[0032] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統通過將高溫還原尾氣直接從第一還原爐 輸送至第二還原爐，不需要經過降溫，減少了冷媒的使用量；
[0033] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統在還原爐中間增加三氯氫矽供料管道，高 溫還原尾氣可以直接將三氯氫矽氣體升溫，不需要再增加熱源；
[0034] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統在補充三氯氫矽的管道上，配置補氫管 道，可以防止因為第一還原爐的不正常生產導致後續還原爐的不穩定性；
[0035] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統產生的還原尾氣經過多個還原爐的串聯 運行後，尾氣中的二氯二氫矽、氯化氫及四氯化矽能夠有效的抑制部分副反應；
[0036] 根據本發明實施例的製備多晶矽的系統可以減少還原尾氣的處理量，節省大量冷 媒介質。
[0037] 以上對本發明實施例的製備多晶矽的系統進行了詳細描述，為了方便理解，下面 對利用本發明實施例的製備多晶矽的系統製備多晶矽的方法進行詳細描述。根據本發明的 實施例，該方法包括採用多個還原爐將三氯氫矽和氫氣進行還原反應，以便得到多晶矽和 還原尾氣，其中，將上遊還原爐產生的還原尾氣通過管道供給至下遊所述還原爐中參與還 原反應。根據本發明的實施例，還原爐可以為3?6個。
[0038] 參考圖3-4對利用本發明實施例的製備多晶矽的系統製備多晶矽的方法進行詳 細描述。具體的，以3個還原爐為例：
[0039] S100 :第一還原反應
[0040] 根據本發明的實施例，將三氯氫矽和氫氣在第一還原爐中進行第一還原反應，以 便得到多晶矽和第一還原尾氣，根據本發明的具體實施例，第一還原尾氣可以含有二氯二 氫矽、四氯化矽和氯化氫。根據本發明的實施例，第一還原反應的條件並不受特別限制，根 據本發明的具體實施例，第一還原反應可以在溫度為1050攝氏度和壓力為0. 5?0. 55MPa 條件下進行。
[0041] S200:第二還原反應
[0042] 根據本發明的實施例，將上述得到的第一還原尾氣與三氯氫矽和氫氣在管道中進 行混合，以便使得高溫第一還原尾氣對三氯氫矽和氫氣進行預熱，並將所得到的含有三氯 氫矽、氫氣和第一還原尾氣的混合物供給至第二還原爐中進行第二還原反應，以便得到多 晶矽和第二還原尾氣。根據本發明的實施例，第二還原反應的條件並不受特別限制，根據本 發明的具體實施例，第二還原反應可以在溫度為1050攝氏度和壓力為0. 4?0. 45MPa條件 下進行。
[0043] S300 :第三還原反應
[0044] 根據本發明的實施例，將S200得到的第二還原尾氣與三氯氫矽和氫氣在管道中 進行混合，以便使得高溫第二還原尾氣對三氯氫矽和氫氣進行預熱，並將所得到的含有三 氯氫矽、氫氣和第二還原尾氣的混合物供給至第三還原爐中進行第三還原反應，以便得到 多晶矽和第三還原尾氣。根據本發明的實施例，第三還原反應的條件並不受特別限制，根據 本發明的具體實施例，第三還原反應可以在溫度為1050攝氏度和壓力為0. 3?0. 4MPa條 件下進行。
[0045] 利用本發明實施例的製備多晶矽的系統製備多晶矽的方法通過管道將上遊還原 爐產生的還原尾氣直接供給至下遊還原爐中參與還原反應，可以實現物料的循環利用，同 時在將還原尾氣供給至下遊還原爐參與還原反應之前，將還原尾氣與三氯氫矽和氫氣在管 道中進行混合，可以實現對三氯氫矽和氫氣的預熱，進而降低了能耗，另外，還原尾氣中的 二氯二氫矽、氯化氫和四氯化矽可以有效抑制部分副反應，從而顯著提高三氯氫矽轉化率， 並且所得到多晶矽純度並未降低。
[0046] 參考圖4,利用本發明實施例的製備多晶矽的系統製備多晶矽的方法進一步包 括：
[0047] S400 :將第三還原尾氣返回參與第一還原反應
[0048] 根據本發明的實施例，將上述得到的第三還原尾氣返回至第一個還原爐中進行第 一還原反應。由此，可以實現物料的循環使用，從而降低多晶矽生產成本。
[0049] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特 點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任 一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技 術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結 合和組合。
[0050] 儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1. 一種製備多晶娃的系統，其特徵在於，包括： 多個還原爐，所述多個還原爐通過管道串聯連接，並將上遊所述還原爐產生的還原尾 氣供給至下遊所述還原爐中； 三氯氫矽入口，所述三氯氫矽入口設置在所述管道上； 氫氣入口，所述氫氣入口設置在所述管道上； 三氯氫矽儲罐，所述三氯氫矽儲罐分別與第一個還原爐和所述三氯氫矽入口相連，用 於將三氯氫矽供給至所述還原爐中；以及 氫氣儲罐，所述氫氣儲罐分別與所述第一個還原爐和所述氫氣入口相連，用於將氫氣 供給至所述還原爐中。
2. 根據權利要求1所述的製備多晶矽的系統，其特徵在於，包括3?6個所述還原爐。
3. 根據權利要求1所述的製備多晶矽的系統，其特徵在於，進一步包括： 還原尾氣返回管路，所述還原尾氣返回管路分別與所述第一個還原爐和最後一個還原 爐相連，用於將所述最後一個還原爐中產生的還原尾氣供給至所述第一個還原爐中。
【文檔編號】C01B33/035GK104150486SQ201410375453
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】石何武, 鄭紅梅, 嚴大洲, 湯傳斌, 肖榮暉 申請人:中國恩菲工程技術有限公司