多晶硅生产工艺及系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种多晶硅生产工艺，包括将四氯化硅预热成气态后与氢气混合成汽化处理后气体；提供一种氢化反应装置，该氢化反应装置包括串联的多级氢化反应器；将上述汽化处理后气体注入氢化反应装置中，使汽化处理后气体依次通过各级氢化反应器，并分别在其中发生冷氢化反应；向各级氢化反应器中分别添加氯化氢气体，促使在各级氢化反应器中进行的冷氢化反应朝有利于生成三氯氢硅的一方进行，最终产生总反应生成气；从上述总反应生成气中冷凝提炼出三氯氢硅。该工艺可有效提高三氯氢硅的产出率、并且充分利用了总反应生成气的余热，并且，与现有技术相比更加节能、环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多晶硅生产领域，特别是涉及多晶硅生产系统及方法。
技术介绍
多晶硅是半导体产业和新兴的太阳能光伏发电产业的最主要和最重要的材料。多晶硅生产是一个高耗能的产业，如何改进工艺降低生产成本已成为各企业是否可持续发展的重点。作为多晶硅生产中仅次于多晶硅还原工序的耗能大户冷氢化工序，其内部的一次氢化转化率的提高在全系统的节能降耗上占据较大的比重。2014年9月3日公告的中国专利第CN103101913号揭露了一种多晶硅生产系统及方法，其提供的多晶硅生产系统包括氢化反应装置，用于使得包括四氯化硅、氢气和硅粉的原料进行冷氢化反应，生成所需的三氯氢硅。所述氢化反应装置包括串联的多级氢化反应器，在工作时，所述的四氯化硅通过四氯化硅预热器、进出气换热器和电加热器加热至600℃后，通入第一级氢化反应器进行反应，其生成混合气体包括三氯氢硅、四氯化硅、及少量硅粉固体颗粒。反应生成气进入第二硅粉过滤器，过滤第一级氢化反应器反应生成气中的残余硅粉，后送入第二级氢化反应器。依次，反应生成气通过多级氢化反应器和其每相邻两级氢化反应器之间的第二级硅粉过滤器，最后氢化反应装置排出的总反应生成气通过第一级硅粉过滤器，过滤掉残余硅粉，送入进出气换热器、四氯化硅预热器进行换热，再送入冷凝单元冷凝成氯硅烷液体，最后送入分离单元分离。上述多晶硅生产系统中，随着氢化反应器的串联级数增加，由于较高的四氯化硅转化率，致使生成气中，四氯化硅逐渐减少，三氯氢硅含量逐渐增多。四氯化硅含量的减少，降低了后级氢化反应器中的反应效率；同时，由于后级氢化反应器内三氯化硅含量较高，则有必要加入氯化氢等气体抑制三氯氢硅的逆向反应，以此进一步提高转换效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种更高效的多晶硅生产工艺。为解决上述技术问题，本专利技术揭露以下技术方案：提供一种多晶硅生产工艺，包括以下步骤：将四氯化硅预热成气态后与氢气混合成汽化处理后气体；提供一种氢化反应装置，该氢化反应装置包括串联的多级氢化反应器；将上述汽化处理后气体注入氢化反应装置中，使汽化处理后气体依次通过各级氢化反应器，并分别在其中发生冷氢化反应；向各级氢化反应器中提供氯化氢气体，促使在各级氢化反应器中进行的冷氢化反应朝有利于生成三氯氢硅的一方进行，最终产生总反应生成气；从上述总反应生成气中冷凝提炼出三氯氢硅。进一步地，所述氢化反应装置还包括用于导出总反应生成气的第一换热器及第二换热器，所述氯化氢气体经过第一换热器加热后分别送入各氢化反应器中，所述汽化处理后气体经过第二换热器加热后再进入电加热器中被进一步加热。进一步地，所述各级氢化反应器中所加入的氯化氢的比例随着级数的增加而增加。进一步地，所述工艺还进一步包括向各级氢化反应器中分别添加硅粉。进一步地，所述工艺还包括在氢化反应装置之后提供至少一个第一级硅粉过滤器，并在各级氢化反应器之间提供至少一个第二级硅粉过滤器。进一步地，所述各级氢化反应器中硅粉所占电加热器输出的混合气体的摩尔比小于氯化氢所占电加热器输出的混合气体的摩尔比。本专利技术所要解决的技术问题还在于提供一种高效的多晶硅生产系统。为了解决上述问题，本专利技术揭露以下技术方案：提供一种多晶硅生产系统，该系统包括用于将四氯化硅与氢气的混合气体加热的电加热器及用于使混合气体发生化学反应的氢化反应装置，所述氢化反应装置包括串联的多级氢化反应器，混合气体经过加热后被依次送入各氢化反应器中发生冷氢化反应并最终产出总反应生成气，其特征在于：所述系统还包括向各级氢化反应器中分别补充氯化氢气体的装置。进一步地，所述氢化反应装置还包括用于导出总反应生成气的第一换热器及第二换热器，所述氯化氢气体经过第一换热器加热后分别送入各氢化反应器中，所述混合气体经过第二换热器加热后再进入电加热器中被进一步加热。进一步地，所述各级氢化反应器中所加入的氯化氢的比例随着级数的增加而增加。相较于现有技术，符合本专利技术的多晶硅生产工艺具有更高的产出率、并且更加节能。【附图说明】图1为现有技术揭示的生产三氯氢硅的系统结构示意图。图2为符合本专利技术的多晶硅生产工艺及系统的结构示意图。【具体实施方式】如图1所示为现有技术所揭露的多晶硅生产系统流程，其中包括氢化反应装置100，该装置用于使得包括四氯化硅、氢气和硅粉的原料进行冷氢化反应，以生成所需的三氯氢硅。氢化反应装置100包括第一级氢化反应器111及与之串联的多个次级氢化反应器112，113，在工作时，四氯化硅顺序经过每一级氢化反应器，并在其中分别进行冷氢化反应，最后生成包含三氯氢硅的总反应生产气。为了防止总反应生成气中的硅粉在后续处理中堵塞或磨损管道及设备，图1还同时揭示了设置在氢化反应装置100之后的第一级硅粉过滤器105，设置在第一级氢化反应器111与第二级氢化反应器112之间的第二级硅粉过滤器121，以及设置在第二级氢化反应器112与第三级氢化反应器113之间的第二级硅粉过滤器122，第一级硅粉过滤器105及第二级硅粉过滤器122用于过滤掉上一级反应器中残余的硅粉。在氢化反应装置100中，原料中的四氯化硅和氢气依次经过各级氢化反应器，与每一级氢化反应器中的硅粉发生氢化反应。原料四氯化硅一般是以液态形式储存或提纯出来的，因此上述系统包括将原料中液态的四氯化硅汽化成气态的四氯化硅汽化器102。原料中的氢气可以在四氯化硅汽化器102中按预定的比例与四氯化硅混合，一起作为汽化处理后气体被排出四氯化硅汽化器102。上述系统还包括电加热器104，从四氯化硅汽化器102中出来的汽化处理后气体在电加热器104中加热到进行冷氢化反应所需的温度后送入氢化反应装置100的第一级氢化反应器111内。上述氢气与四氯化硅的搭配比例以及冷氢化反应温度均是本领域技术人员所熟知的。在四氯化硅汽化器102之前设置四氯化硅预热器101，使得原料液体四氯化硅在进入四氯化硅汽化器102之前，先在四氯化硅预热器101中预热。同样，原料中的氢气经氢气预热器108预热后再进入四氯化硅汽化器102中与四氯化硅混合。上述系统还包括冷凝单元106，用于接收来自所述四氯化硅预热器101的进行第二次换热后的总反应生成气，并对其进行冷凝，以分离出氢气和氯硅烷。另外，分离单元107用于接收来自所述冷凝单元的所述氯硅烷，并将所述氯硅烷中的三氯氢硅和四氯化硅分离开来，其中的四氯化硅可继续进入四氯化硅预热器101再次循环利用。图2所示为符合本专利技术的多晶硅生产系统结构示意图。四氯化硅原料(通常为液态)通过四氯化硅预热器21预热后进入四氯化硅汽化器22汽化，汽化后的四氯化硅与经过氢气预热器29预热的氢气一起混合成混合气体后通过第二换热器23加热，然后再进入电加热器24进一步升温。被加热到预定温度的混合气体依次顺序地经过串联的各级氢化反应器(本实施例中包括第一级氢化反应器201、第二级氢化反应器202以及第三级氢化反应器203)中参与氯氢化反应；同时，氯化氢气体通过第一换热器26加热后，分别送入各级氢化反应器中促使反应朝生成三氯氢硅的方向进行。第一级氢化反应器201及第二级氢化反应器202生成的气体分别通过第二级硅粉过滤器212，滤掉残余硅粉后进入下一级氢化反应器；第三级氢化反应器203生成气即总反应生成气通过第一级硅粉过滤器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅生产工艺，包括以下步骤：将四氯化硅预热成气态后与氢气混合成汽化处理后气体；提供一种氢化反应装置，该氢化反应装置包括串联的多级氢化反应器；将上述汽化处理后气体注入氢化反应装置中，使汽化处理后气体依次通过各级氢化反应器，并分别在其中发生冷氢化反应；向各级氢化反应器中分别添加氯化氢气体，促使在各级氢化反应器中进行的冷氢化反应朝有利于生成三氯氢硅的一方进行，最终产生总反应生成气；从上述总反应生成气中冷凝提炼出三氯氢硅。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅生产工艺，包括以下步骤：将四氯化硅预热成气态后与氢气混合成汽化处理后气体；提供一种氢化反应装置，该氢化反应装置包括串联的多级氢化反应器；将上述汽化处理后气体注入氢化反应装置中，使汽化处理后气体依次通过各级氢化反应器，并分别在其中发生冷氢化反应；向各级氢化反应器中分别添加氯化氢气体，促使在各级氢化反应器中进行的冷氢化反应朝有利于生成三氯氢硅的一方进行，最终产生总反应生成气；从上述总反应生成气中冷凝提炼出三氯氢硅。2.如权利要求1所述的多晶硅生产工艺，其特征在于：所述氢化反应装置还包括用于导出总反应生成气的第一换热器及第二换热器，所述氯化氢气体经过第一换热器加热后分别送入各氢化反应器中，所述汽化处理后气体经过第二换热器加热后再进入电加热器中被进一步加热。3.如权利要求1所述的多晶硅生产工艺，其特征在于：所述各级氢化反应器中所加入的氯化氢的比例随着级数的增加而增加。4.如权利要求1所述的多晶硅生产工艺，其特征在于：所述工艺还进一步包括向各级氢化反应器中分别添加硅粉。5.如权利要求4所述的多晶硅生产工艺，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐林喜，陈杰，赵亮，
申请(专利权)人：内蒙古盾安光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15