CN202575997U

CN202575997U - 带硅粉处理装置的多晶硅还原炉

Info

Publication number: CN202575997U
Application number: CN 201120548547
Authority: CN
Inventors: 陈其国
Original assignee: Jiangsu Zhongneng Polysilicon Technology Development Co Ltd
Current assignee: Xinjiang GCL new energy Mstar Technology Ltd
Priority date: 2011-12-24
Filing date: 2011-12-24
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2021-12-24

Abstract

本实用新型涉及一种带硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口，炉筒与底盘之间用法兰连接，其特征在于本实用新型在位于底盘上部的还原炉出口或/和在还原炉尾气出口管内壁上设有由钨、铌、钽金属或其金属合金或金属硅化物组成的机构，夹带硅微粉的多晶硅还原炉尾气通过网状装置和还原炉尾气管时，在钨、铌、钽金属或其金属合金或金属硅化物的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氢气一起转化为三氯氢硅，同时尾气中的氯化氢和硅微粉反应形成四氯化硅和三氯氢硅，可有效除去还原炉尾气中的少量硅微粉或/和氯化氢。

Description

带硅粉处理装置的多晶硅还原炉

技术领域

本实用新型涉及高纯度元素硅的制备领域，特别涉及改良西门子工艺中带有微硅粉处理装置的多晶硅还原炉。

背景技术

多晶硅是制造半导体器件和太阳能电池等产品的主要原材料，还可以用于制备单晶硅，其深加工产品被广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和低碳经济的呼吁，全球正在积极开发利用可再生能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富，在可再生能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。硅太阳能电池是最普遍采用的基于光电压效应的装置。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。

目前，高纯度元素硅生产主要采用改良西门子法和流化床法。所谓西门子法的原理就是在800-1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯含硅化合物，生成高纯度元素硅并沉积在硅芯上。改良西门子法则是在西门子法的基础上，增加了还原尾气干法回收系统、四氯化硅(SiCl4)氢化工艺，实现闭路循环，通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。流化床法则是以含硅化合物为原料，在800-1100℃的流化床中用高纯氢还原高纯含硅化合物生成单质硅并沉积在籽晶上，形成500-2000微米的高纯度元素硅颗粒。未反应的三氯氢硅和反应过程中生成的四氯化硅副产物等其他氯硅烷气体、连同氢气、HCl气体(统称为热解尾气)一起经由热解尾气排气管排出，并且任选进入后端的气体吸附分离装置分离，其中的三氯氢硅经纯化后可以循环供给还原工序使用。

在多晶硅尾气中，除四氯化硅、二氯二氢硅、氢气、HCl气体外，随操作条件的变化，原料气中的三氯氢硅和/或二氯二氢硅会发生均相分解，产生硅微粉，硅微粉随尾气排出后会吸附在后续管道上，累积后的硅粉会造成管路通气不畅，影响生产，此外，若硅微粉进入后续生产装置，导致动设备的磨损增加，导致设备故障或气体泄漏产生危险。

多晶硅还原炉为多晶硅生产领域中的关键设备，目前多晶硅硅还原炉一般采用不锈钢制造，在结构上主要由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口，炉筒与底盘之间用法兰连接。将硅微粉过滤在还原炉内或者出还原炉及其还原炉附属的尾气出口管内处理掉，可以有效消除硅微粉的不利影响。

I.

等人的″The catalytic hydrogenation of chlorosilanes-the crucial print ofproduction of electronic-grade silicon″，Silicon for the Chemical Industry VI，Loen，Norway，2002年6月17-21日；M.A.等人编著，Trondheim，Norway，2002，自第209页起，报道了并非所有的过渡金属都能形成硅化物，因为这些元素的硅化物形成在动力学上禁止的。此外，专利CN1946637A发现钨、铌、钽金属及其合金在加热状态下具有催化活性，因此，本专利人发现采用本实用新型的装置可以有效除去还原炉尾气中的硅微粉。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种带硅粉处理装置的多晶硅还原炉，用于解决因硅微粉导致尾气管路堵塞和硅微粉影响后续工序的设备问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口，炉筒与底盘之间用法兰连接，其特征在于位于底盘上部的还原炉尾气排出口部件设置有由金属硅化物或钨、铌、钽金属或其金属合金组成的机构。

其中，所述的金属硅化物机构由镍、铜、铁、锌、铝、锰、铑、铱的硅化物制备而成，但并不限制于此。

在一个具体的实施方式中，在位于底盘上部的还原炉出口设置有由金属硅化物或钨、铌、钽金属或其金属合金组成的网状装置。此时，网状装置的网眼截面形式可以有蜂巢形、圆形、正方形、三角形、六边形或八角形。当所述网状装置的上部截面为圆形时，其直径略大于还原炉尾气管内径以支撑在底盘上。或者所述网状装置上部外径和还原炉尾气管道的内径相契合以嵌套在尾气出口管的出口位置。进一步地，所述网状装置的网线垂直向下延伸，其延伸形状为螺旋形、片状、棒状、管状、或者波纹状。

在另一个具体的实施方式中，在还原炉尾气出口管内壁上涂覆有一层金属硅化物或钨、铌、钽金属或/和其金属合金组成的涂层。尾气管道内壁的金属涂层长度可以涂覆全部的多晶硅还原炉附属的尾气管道长度，也可以是尾气管道和底盘相连接的和水平垂直的部分，所述涂层厚度为0.001mm-2mm，优选地，所述涂层厚度为0.1-0.2mm。

在一个优选的实施方式中，所述还原炉尾气排出口部件还包括气体反吹管线，即在还原炉尾气出口管线上在还原炉尾气出口端设有旁路气体反吹管线，通过气体的反吹，清除附着在金属网或管壁上的硅粉。如此，在金属网的网眼较小的情况下，既能有效消除硅粉，又能防止网眼不被堵塞，保证尾气出口管路的畅通。

本实用新型和以有还原炉结构相比，其效果明显和积极。通过本实用新型在管路中设置的涂层和网状装置，夹带硅微粉的多晶硅还原炉尾气在钨、铌、钽金属或其金属合金的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氢气一起转化为三氯氢硅，同时尾气中的氯化氢和硅微粉反应形成四氯化硅和三氯氢硅，可有效除去还原炉尾气中的少量硅微粉或/和氯化氢。

附图说明

图1是在尾气出口管道管内壁上涂覆有涂层的还原炉；

图2是在尾汽出口管道管内壁上涂覆有涂层的还原炉的局部放大图；

图3是在尾气出口设置有网状装置的还原炉；

图4是在尾气出口设置有网状装置的还原炉的局部放大图；

图5是在尾气出口管道设置有气体反吹管线的还原炉；

其中1、炉筒冷却水出水；

2、硅芯；

3、炉筒；

4、炉筒冷却水进水；

5、阀门；

6、原料进气管路；

7、尾气出口管夹套冷却水进口；

8、尾气出口管；

9、视镜；

10、还原炉底盘；

11、尾气出口管夹套冷却水出口；

12、硅芯横梁；

13、电极；

14、涂层；

15、尾气出口管夹套；

16、尾气出口管出口的网状装置；

17、气体反吹管线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型带硅微粉处理装置的多晶硅还原炉做进一步详细说明，但需要指出的是，这并不能对本实用新型的保护范围起任何限制租用，其保护范围由权利要求书限定。

如图1和图2所示，还原炉由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口组成，炉筒与底盘之间用法兰连接。

在图1中，在还原炉尾气出口管内壁上涂覆一层钨金属，尾气出口夹带硅微粉的多晶硅还原炉尾气通过网状装置和还原炉尾气管时，由于尾气管内壁钨金属涂层的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氢气一起转化为三氯氢硅，同时尾气中的氯化氢和硅微粉反应形成四氯化硅和三氯氢硅，可有效除去还原炉尾气中的少量硅微粉或/和氯化氢。

同样的，可以采用由镍、铜、铁、锌、铝、锰、铑、铱的硅化物制备而成的金属硅化物涂层或几种涂层的组合来代替钨涂层。还可以采用铌、钽金属或/和其金属合金组成的涂层。

尾气管道内壁的金属涂层长度可以涂覆全部的多晶硅还原炉附属的尾气管道长度，也可以是尾气管道和底盘相连接的和水平垂直的部分，涂层厚度可以选择0.15mm。

在图3和图4中，在还原炉出口安置由钨、铌、钽金属或其金属合金组成的网状装置，嵌套罩在尾气出口管上，夹带硅微粉的多晶硅还原炉尾气通过网状装置和还原炉尾气管时，在钨、铌、钽金属或其金属合金的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氢气一起转化为三氯氢硅，同时尾气中的氯化氢和硅微粉反应形成四氯化硅和三氯氢硅，可有效除去还原炉尾气中的少量硅微粉或/和氯化氢。

网状装置的的网线垂直向下延伸，其延伸形状为螺旋形、片状、棒状、管状、或者波纹状，网状装置的网眼截面形式可以有蜂巢形、圆形、正方形、三角形、六边形或八角形等。

在图5中，在还原炉出口安置由钨、铌、钽金属或其金属合金组成的网状装置，嵌套罩在尾气出口管上，夹带硅微粉的多晶硅还原炉尾气通过网状装置和还原炉尾气管时，在钨、铌、钽金属或其金属合金的催化作用下，硅微粉和四氯化硅、氢气一起转化为三氯氢硅，同时尾气中的氯化氢和硅微粉反应形成四氯化硅和三氯氢硅，可有效除去还原炉尾气中的少量硅微粉或/和氯化氢。在尾气出口管线上还设有气体反吹管线，通过气体反吹可消除堵塞在网状装置上的硅粉，防止网眼堵塞。气体反吹管线可以是额外引入的外来气体，也可以是设置在尾气出口管线上的旁路。同样，在图1的尾气出口管内壁上涂覆一层钨金属的还原炉中，在尾气出口管线上也优选设有气体反吹管线，清理管道内壁附着的硅粉。此外，清理方式还可以是脉冲、超声波等形式，并不限于此。

本实用新型提供了一种带硅微粉处理装置的多晶硅还原炉的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的多晶硅制备工艺均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，由炉筒，炉体、底盘构成，炉筒上有冷却水腔，冷却水进水口、冷却水出水口、视镜，底盘上有电极、进气口、尾气排出口，炉筒与底盘之间用法兰连接，其特征在于位于底盘上部的还原炉尾气排出口部件设置有由金属硅化物或钨、铌、钽金属或其金属合金组成的机构。

2.根据权利要求1所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述的金属硅化物机构由镍、铜、铁、锌、铝、锰、铑、铱的硅化物制备而成。

3.根据权利要求2所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于在位于底盘上部的还原炉出口设置有由金属硅化物或钨、铌、钽金属或其金属合金组成的网状装置。

4.根据权利要求2所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于在还原炉尾气出口管内壁上涂覆有一层金属硅化物或钨、铌、钽金属或/和其金属合金组成的涂层。

5.根据权利要求3所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于网状装置的网眼截面形式可以有蜂巢形、圆形、正方形、三角形、六边形或八角形。

6.根据权利要求5所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述网状装置的上部截面为圆形且其直径略大于还原炉尾气管内径以支撑在底盘上。

7.根据权利要求5所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述网状装置上部外径和还原炉尾气管道的内径相契合以嵌套在尾气出口管的出口位置。

8.根据权利要求5所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述网状装置的网线垂直向下延伸，其延伸形状为螺旋形、片状、棒状、管状、或者波纹状。

9.根据权利要求4所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述涂层厚度为0.001mm-2mm。

10.根据权利要求9所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述涂层厚度为0.1-0.2mm。

11.根据权利要求6、7或8所述的带有硅微粉处理装置的多晶硅还原炉，其特征在于所述还原炉尾气排出口部件还包括气体反吹管线。