一种用于连续生产液体硅的填料塔制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于连续生产液态硅的填料塔，它包括带冷却夹套的金属壳体、独立内衬、液体硅分布盘、塔顶液体硅进口、塔底液体硅出口、填料、塔底原料气体进口、电加热线圈及塔顶尾气出口；独立内衬固定在金属壳体内，内衬顶部连接塔顶液体硅进口以及塔顶尾气出口，内衬底部连接塔底原料气体进口以及塔底液体硅出口，内衬内部空间装填填料和液体硅分布盘，液体硅分布盘置于填料上方，独立内衬外壁缠绕电加热线圈。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种生产多晶硅的装置，更具体地说涉及一种适用于连续生产液 体硅的填料塔。
技术介绍
目前，绝大多数的多晶硅生产方法是改良西门子工艺，主要使用钟罩型反应器和 与电极相连的8mm左右的硅芯作为沉积基底，采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气 氛中还原沉积而生成多晶硅。上述化学气相沉积过程是在钟罩型的还原炉中进行的，该反应容器是密封 的，底盘上安装有出料口和进料口以及若干对电极，电极上连接着直径5-10mm、长度 1500-3000mm的硅芯，每对电极上的两根硅棒又在另一端通过一较短的硅棒相互连接，对电 极上施加6 12kV左右的高压时，硅棒被击穿导电并加热至1000-1150°C发生反应，经氢还 原，硅在硅棒的表面沉积，使硅棒的直径逐渐增大，最终达到120-200mm左右。通常情况下， 生产直径为120-200mm的高纯硅棒，所需的反应时间大约为150-300小时。然而，这种改良西门子生产工艺存在以下缺点1)由于硅棒沉积比表面积小，反 应器内空间利用率低，原料一次转化率低，产量受到限制。以实收率为8 %计算，每千克三氯 氢硅只能得到16. 5克单质硅，大部分三氯氢硅在沉积过程中转换为四氯化硅，副产物四氯 化硅经过分离后，又重新合成三氯氢硅作为原材料，这样的循环过程耗能耗电，效率低下。 2)裂解过程产生的尾气成分复杂，分离成本高。3)由于采用钟罩型反应器，在硅棒长大一 定尺寸(如100-200mm)后必须使反应器降温，取出产品。因此只能间歇生产，热量损失大， 能耗高。4)由于产品为棒状多晶硅，增加了破碎、包装的工序和成本，还可能会带入新的杂 质。为克服西门子工艺的缺点，能耗更低的流化床多晶硅生产工艺被开发出来。中 国专利申请CN101318654公开了一种流化床制备高纯度多晶硅颗粒的方法及流化床反应 器，其特征在于加热区和反应区在结构上相互隔开，在反应器的加热区，通入不含硅流化 气体使加热区的多晶硅颗粒处于流化状态，并通过加热装置将多晶硅颗粒加热至1000 1410°C ；加热后的多晶硅颗粒输送到反应区，在反应区通入含硅气体，含硅气体在多晶硅 颗粒表面发生热分解或还原，产生单质硅并沉积在颗粒表面；在反应器下部将部分粒径为0.1 IOmm的多晶硅颗粒作为产品取出；在反应区上部，加入作为晶种的直径为0. 01 1.Omm的多晶硅细颗粒以维持反应器内多晶硅颗粒的量。但流化床工艺也存在诸如反应器壁沉积硅致使流化床内部空间减小，并且随着内 壁厚度的变化，内壁热应力不均导致材质损坏，流化床气体分布器容易由于硅沉积而堵塞 导致停工等缺陷，并且，流化床工艺的一次转化率也仍有待提高。同时，不论是西门子工艺还是流化床工艺，生产的棒状硅或粒状硅均需要熔融成 液态后进行铸锭或直拉单晶。考虑到液态硅具有极高的温度可以促使含硅气体反应生成 硅，可直接利用液态硅具有的能量进行沉积反应。因此，被专利技术采用填料塔作为反应器，使高温液态硅在塔内与原料气体充分接触并直接对原料气体加热使原料气体反应后向液态 硅中沉积硅。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于连续生产液体硅的填料塔。该装置利用填料式 洗涤塔的原理，使高温液态硅对原料气体加热引发反应，生成的硅熔入液态硅后流出。为了实现上述目的，本技术采用了如下的技术方案一种用于连续生产液态硅的填料塔，它包括带冷却夹套的金属壳体、独立内衬、液 体硅分布盘、塔顶液体硅进口、塔底液体硅出口、填料、塔底原料气体进口、电加热线圈及塔 顶尾气出口 ；独立内衬固定在金属壳体内，内衬顶部连接塔顶液体硅进口以及塔顶尾气出 口，内衬底部连接塔底原料气体进口以及塔底液体硅出口，内衬内部空间装填填料和液体 硅分布盘，液体硅分布盘置于填料上方，独立内衬外壁缠绕电加热线圈。其中，所述金属壳体采用冷却夹套结构。进一步地，所述金属壳体内壁具有高反射镀层或涂层。进一步地，所述冷却夹套内通入水或导热油等冷却液体进行冷却，优选地为导热 油。更进一步地，所述冷却液体压力范围为1 lObar，温度为150 500°C。其中，所述独立内衬下部具有圆锥形缩小的结构，材质采用石墨、氮化硅、碳化硅 及氮化硼中的一种或几种组成。其中，所述液体硅分布盘设置在独立内衬上部，材质采用石墨、氮化硅、碳化硅及 氮化硼中的一种或几种组成。进一步地，所述液体硅分布盘上至少具有一个气孔，并具有与气孔分隔的若干可 使液体硅流下的孔道。其中，所述填料装填在液体硅分布盘下方并与其之间有一定间隔，材质采用石墨、 氮化硅及碳化硅中的一种或几种组成，优选地为氮化硅。进一步地，所述填料可采用任意形式，优选地为波纹板形式的规整填料。其中，所述气体进出口管道与填料塔的独立内衬相连，并且在所述金属壳体内部 部分材质采用石墨、氮化硅、碳化硅及氮化硼中的一种或几种组成，在所述金属壳体外部采 用带冷却夹套的金属结构。进一步地，所述液体硅进出口管道与填料塔的独立内衬相连，并且在所述金属壳 体内部部分材质采用石墨、氮化硅、碳化硅及氮化硼中的一种或几种组成，在所述金属壳体 外部采用双层结构，外层为带冷却夹套的金属壳体，内层为独立内衬。进一步地，填料塔顶部至少具有一个尾气出口管道，优选地为一个或两个。进一步地，填料塔下部至少具有两个原料气管，优选地为三个或四个。进一步地， 液体硅管道的独立内衬外壁可缠绕电加热线圈进行加热。采用本技术的填料塔作为反应器，使高温液态硅在塔内与原料气体充分接触 并直接对原料气体加热使原料气体反应后向液态硅中沉积硅。附图说明图1是本技术适用的液体硅生产工艺流程。其中，1、填料塔；2、液体硅收集 器；3、多晶硅铸锭炉；4、单晶硅拉制炉；5、气体混合器；6、熔融硅加料器；7、尾气；8、氢气； 9、原料气；10、产品液体硅。图2是本技术涉及的装置填料塔结构图。其中，101、金属壳体；102、独立内 衬；103、液体硅分布盘；104、液体硅进口 ； 105、液体硅出口 ； 106、填料；107、原料气进口 ； 108、电加热线圈；109、尾气出口。图3是本技术涉及的填料塔中液体硅分布器结构示意图。其中，10301、液体 硅流动区域；10302、液体分布孔道；10303、气孔；10304、固定螺孔。具体实施方式以下通过具体的实施例并结合附图对本技术中的装置系统进行详细说明，但 这些实施例仅仅是例示的目的，并不旨在对本技术的范围进行任何限定。实施例1 参见图1，图1为本技术涉及的多晶硅生产工艺流程图。其中，此工艺中的主 要设备包括1.反应塔、2.液态硅收集器、3.多晶硅铸锭炉、4.单晶硅拉制炉、5.气体混合 加料器、6.熔融硅加料器，如图1所示，当采用单套系统生产时，将含硅原料气体9或附加氢 气8通入气体混合加料器5混合均勻后从反应塔1底部通入，将固体多晶硅块在熔融硅加 料器6中加热至1500 2000°C使其熔融成为液体并从反应塔1的顶部加入，维持反应塔内 温度范围为1600 1800°C，液态硅与原料气体在反应塔1内接触并发生反应，液态硅产品 10从塔底流出进入液体硅收集器2，尾气7由反应塔1顶部排出，液体硅收集器2可向多晶 硅铸锭炉3或单晶硅拉制炉4连续输送液态硅；也可采用多套系统串联或并联生产，此时， 需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连续生产液态硅的填料塔，其特征在于它包括带冷却夹套的金属壳体（１０１）、独立内衬（１０２）、液体硅分布盘（１０３）、塔顶液体硅进口（１０４）、塔底液体硅出口（１０５）、填料（１０６）、塔底原料气体进口（１０７）、电加热线圈（１０８）及塔顶尾气出口（１０９）；独立内衬（１０２）固定在金属壳体（１０１）内，独立内衬（１０２）顶部连接塔顶液体硅进口（１０４）以及塔顶尾气出口（１０９），独立内衬（１０２）底部连接塔底原料气体进口（１０７）以及塔底液体硅出口（１０５），独立内衬（１０２）内部空间装填填料（１０６）和液体硅分布盘（１０３），液体硅分布盘（１０３）置于填料（１０６）上方，独立内衬（１０２）外壁缠绕电加热线圈（１０８）。

【技术特征摘要】
一种用于连续生产液态硅的填料塔，其特征在于它包括带冷却夹套的金属壳体(101)、独立内衬(102)、液体硅分布盘(103)、塔顶液体硅进口(104)、塔底液体硅出口(105)、填料(106)、塔底原料气体进口(107)、电加热线圈(108)及塔顶尾气出口(109)；独立内衬(102)固定在金属壳体(101)内，独立内衬(102)顶部连接塔顶液体硅进口(104)以及塔顶尾气出口(109)，独立内衬(102)底部连接塔底原料气体进口(107)以及塔底液体硅出口(105)，独立内衬(102)内部空间装填填料(106)和液体硅分布盘(103)，液体硅分布盘(103)置于填料(106)上方，独立内衬(102)外壁缠绕电加热线圈(108)。2.根据权利要求1所述的用于连续生产液态硅的填料塔，其特征在于，所述金属壳体(101)具有冷却夹套。3.根据权利要求1或2所述的用于连续生产液态硅的填料塔，其特征在于，所述金属壳 体(101)内壁面具有高反射性镀层或涂层。4.根据权利要求1所述的用于连续生产液态硅的填料塔，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涵斌，陈文龙，钟真武，
申请(专利权)人：江苏中能硅业科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]