液态硅生产装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液态硅生产装置及方法，该装置包括依次连接的等离子发生器、反应器、硅液承载器和尾气分离系统，在反应器内依次存在气体冷凝区、液滴形成区和液滴生长区。该方法是使物料在装置内进行原子态物料‑微小硅液滴‑大的硅液滴‑硅液的转化，对大部分硅物质进行液态收集，只有很少一部分的硅物质形成硅微粉从尾气系统排出。采用本发明专利技术，能够直接得到高纯液态硅材料，操作工序简单，且允许液态硅材料直接输送到下游的铸锭工序、直拉单晶工序或者制备硅片等工序，能够极大降低多晶硅生产投资成本，保证生产装置稳定长周期运行，提高产量。

Liquid silicon production equipment and methods

The invention discloses a liquid silicon production device and method. The device comprises a plasma generator, a reactor, a silicon liquid loader and a tail gas separation system connected in turn. In the reactor, a gas condensing zone, a droplet forming area and a drop growth zone are in turn. The method is the conversion of silicon liquid, which makes the material in the device with a large amount of silicon droplets, and collects most of the silicon liquid. Only a few silicon materials form silicon powder from the tail gas system. The invention can directly obtain high purity liquid silicon material, simple operation process, and allow liquid silicon material to be transported directly to the ingot process of downstream, direct single crystal process or preparation of silicon wafer, which can greatly reduce the investment cost of polysilicon production, guarantee the stable and long period operation of the production and installation, and increase the output.

【技术实现步骤摘要】
液态硅生产装置及方法
本专利技术涉及一种多晶硅料的制备装置及方法，具体涉及一种液态硅生产装置及方法。
技术介绍
现有的多晶硅生产方法主要包括改良西门子工艺或流化床工艺，其中改良西门子工艺生产的多晶硅约占85％以上，工艺原理以氯硅烷和氢气为原料，在还原炉反应器内的硅芯表面，在1000-1200℃温度下反应生产多晶硅。多晶硅还原炉需要耐高压、高温和腐蚀性气体，炉筒和底盘需设计冷却水流道，并为进气口、尾气出口和电极流出足够的位置，设备制造难度大。设备大型化后，虽然能提高单炉产能，但设备的制造难度也加大，无形中增加了产品成本。另外，该设备是间歇性生产，当一炉次生长完成后，需停炉、冷却、拆棒，停炉时间约是生产时间的五分之一，导致单炉年产能有限。流化床工艺的原理是以硅烷和氢气为原料，在流化床反应器中，400-600℃温度下，在籽晶表面沉积形成颗粒硅，当颗粒硅长大到一定粒径时，从产品出口排出得到产品。流化床主体设备的操作难度在于控制稳定的床层的流化状态，避免局部勾流和鼓泡现象的发生，另外，由于流化床加热方式多以辐射或感应加热为主，因此，在床体内部横截面上将形成温度梯度，尤其是对于大直径的流化床，温度梯度现象更明显。专利号为ZL200780033206.2的中国专利公开了一种用于制造多晶硅的等离子体沉积装置和方法，该装置包括沉积多晶硅的室及用于回收未沉积气体的排放系统，电感耦合等离子体炬产生基本垂直于沉积表面的等离子体火焰，从而在沉积表面上沉积多晶硅层。专利号为200910204974.0的中国专利公开了一种利用氢等离子体生产多晶硅的方法，该方法采用二氯甲硅烷、三氯甲硅烷和四氯化硅中的一种或几种为原料气体，并采用氢气作为还原气体，或另外添加氦气、氖气、氩气及氪气中的一种或几种作为辅助气体，与原料气体混合后同时通过等离子体发生装置转换为等离子体，然后输送到还原炉中，在还原炉内的硅芯上沉积出多晶硅。专利申请号为201010246191.1的中国专利公开了一种等离子体还原四氟化硅生产多晶硅的方法，包括把原料四氟化硅气体和氢气混合后通入已充满氢气的等离子反应器内，在等离子体的作用下，四氟化硅气体和氢气瞬间被加热至1200℃～3500℃并发生化学反应，生成多晶硅固体和氟化氢气体。专利号为201010559873.8的中国专利公开了一种多晶硅生产装置及方法，装置包括多晶硅固化接收容器，微波表面波等离子体炬，多晶硅固化接收容器接收微波表面波等离子体炬生成的多晶硅。方法采用SiHCl3蒸汽和H2气体作为原料反应物，通过微波表面波等离子体炬对原料反应物放电以加热介质管中的原料反应物，生成的硅在多晶硅固化接收容器中冷却而固化得到多晶硅。现有的多晶硅制备专利虽然有提到等离子体加热技术，但等离子体发生器仅限用于加热原料气，使其分解产生多晶硅并沉积在载体上，最终冷却收集产品，等离子体技术所产生的巨大热量白白损失，造成能量浪费。专利申请号为200710063653.4的中国专利公开了一种多晶硅的等离子生产方法及其装置，所述装置包含了等离子转换室，原料气加热装置，利用高频电场产生等离子焰的陶瓷管道，收集液态单体硅的电热保温坩埚，转换室壁温度检测系统，降温水锚环系统，以及尾气分离塔。该专利虽提及液态硅的制备和收集，但通过简单的等离子体焰和陶瓷管道很难像专利所描述的那样将原料完全转化为液态硅收集，而大部分将以超细硅粉形式从尾气系统中排出，这大大增加了物料损耗。因此，仍旧需要一种新型的液态硅生产装置，克服上述缺陷，既能对大部分硅物质进行液态收集，并抑制硅物质形成硅微粉从尾气系统排出；又能满足设备简单，操作工艺简单，可连续生产的要求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的首要技术问题是克服现有技术中多晶硅生产设备制造工艺复杂、投入高、生产工艺控制困难、操作难度大的不足，本专利技术提供一种新型的制备液态硅的生成装置，采用此技术方案，能够直接得到高纯液态硅材料，操作工序简单，且允许液态硅材料直接输送到下游的铸锭工序、直拉单晶工序或者制备硅片等工序，能够极大降低多晶硅生产投资成本，保证生产装置稳定长周期运行，提高产量。本专利技术所要解决的进一步的技术问题，是提供这种液态硅生产装置用于制备液态硅的方法。为解决上述首要技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种液态硅生产装置，包括等离子发生器、反应器、硅液承载器和尾气分离设备，所述等离子发生器的出口与所述反应器的进口相接，所述反应器的出口与所述硅液承载器的入口相接，所述硅液承载器的尾气出口与所述尾气分离系统相接。作为优选，所述等离子发生器采用已知的射频感应等离子源、直流等离子体源、微波等离子体源等，进一步优选的，所述等离子发生器采用射频感应等离子体源，等离子体中心温度2000-10000℃。作为优选，所述等离子体发生器具有侧向连接的原料气进气口、载气进气口和等离子体工作气进气口，通过各自独立的进气管与发生器相连接。作为优选，所述反应器具有比所述等离子发生器大的直径，并具有大的长径比，所述反应器的长径比大于3。进一步优选的，所述反应器上部为圆柱直筒状，下部为圆锥状。作为优选，所述反应器内依次存在气体冷凝区、液滴形成区和液滴生长区，进一步优选的，所述气体冷凝区存在于所述反应器进口周围区域，所述液滴形成区存在于反应器上部区域，所述液滴生长区存在于反应器下部区域，上述三个区域并无严格区分，可以按照原子态物料的实际流动位置来确定其在反应器内的分配，考虑到气流夹带的因素，在同一区域内，同时允许存在不同形态的物料。作为优选，所述反应器的进口位于反应器顶部一侧，该进口具有切向回转通道设计。进一步优选的，所述反应器的切向进口数量为1-6个，当进口数量为偶数时，所有进口均沿反应器轴向方向呈现对称分布，并沿反应器纵向对称分布。作为优选，所述反应器外壁设置有多根管道，所述管道可以沿反应器轴向垂直设置在反应器外壁，可以围绕反应器横截面盘在反应器外壁。所述管道内可以通入冷却介质或者加热介质，冷却介质可以采用加压冷却水、低压蒸汽或导热油，冷却介质的温度为常温，加热介质可以采用低压蒸汽或导热油。根据反应器的实际需要，当需要冷却时，可向管道内输送冷却介质，当需要加热时，可向管道内输送加热介质。进一步优选的，所述反应器的下部呈漏斗形，并设有加热装置，加热温度保持在1500度以上。进一步优选的，所述加热装置为感应加热装置、电加热装置或电阻加热装置。作为优选，所述反应器具有侧向连接的原料气进气口、载气进气口和等离子气进气口，通过各自独立的进气管与反应器相连接。作为优选，所述反应器内壁涂覆有石英、氮化硅、碳化硅或硅涂层中的至少一种。作为优选，所述尾气分离设备选自旋风分离器或布袋除尘系统。进一步优选的，所述尾气分离设备有两个，依次为旋风分离器和布袋除尘系统。更进一步优选的，所述硅液承载器与所述尾气分离设备之间还设有过滤器，所述过滤器为袋式过滤器。作为优选，所述硅液承载器由坩埚、加热设备、和保温外壳组成。进一步优选的，所述硅液承载器还具有导流孔，导流孔通过导流管与直拉单晶设备或铸锭设备或制备硅片设备相连。其中，所述反应器的材质选用石墨、金属合金、陶瓷或其他合金金属等耐高温材料中的至少一种，但不限于此。其中，所述反应器还包括保温层，所述保温层由陶瓷或C-C复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态硅生产装置，其特征在于，包括等离子发生器、反应器、硅液承载器和尾气分离设备，所述等离子发生器的出口与所述反应器的进口相接，所述反应器的出口与所述硅液承载器的入口相接，所述硅液承载器的尾气出口与所述尾气分离系统相接。

【技术特征摘要】
1.一种液态硅生产装置，其特征在于，包括等离子发生器、反应器、硅液承载器和尾气分离设备，所述等离子发生器的出口与所述反应器的进口相接，所述反应器的出口与所述硅液承载器的入口相接，所述硅液承载器的尾气出口与所述尾气分离系统相接。2.根据权利要求1所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述反应器具有比所述等离子发生器大的直径，并具有大的长径比。3.根据权利要求1或2所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述反应器内依次存在气体冷凝区、液滴形成区和液滴生长区。4.根据权利要求3所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述反应器的进口位于反应器顶部一侧，该进口具有切向回转通道设计。5.根据权利要求4所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述反应器的切向进口数量为1-6个。6.根据权利要求5所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述反应器下部呈漏斗形,并设有加热装置，加热温度保持在1500度以上。7.根据权利要求5所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述尾气分离设备选自旋风分离器或布袋除尘系统。8.根据权利要求7所述的液态硅生产装置，其特征在于，所述尾气分离设备有两个，依次为旋风分离器和布袋除尘系统。9.根据权利要求5所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述硅液承载器由坩埚、加热设备、和保温外壳组成。10.根据权利要求9所述的液态硅生产装置，其特征在于：所述硅液承载器还具有导流孔，导流孔通过导流管与直拉单晶设备或铸锭设备或制备硅片设备相连。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：江宏富，蒋立民，马军，王荣跃，吕磊，周舟，
申请(专利权)人：江苏中能硅业科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32