CN220310400U - 一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，尾气回收系统的氯硅烷出口与分离一塔的进口相连，分离一塔的塔顶出口和塔底出口均与反歧化器的进口相连，反歧化器的出口和精馏系统的二硅出口均与分离二塔的进口相连，分离二塔的塔顶出口与反歧化器的进口相连，分离二塔的塔底出口和精馏系统的四硅出口均与氢化系统的进口相连，氢化系统的出口与精馏系统的进口相连。能够将多晶硅生产中产生的二氯二氢硅和四氯化硅转化回用，且能够将四种物料分别进行处理，避免反歧化器及还原二氯二氢硅和还原四氯化硅被污染，并通过分离二塔对反歧化器的产物进行分离提纯，得到纯度高、品质高的三氯氢硅，满足生产太阳能级和电子级多晶硅的纯度品质要求。

Description

一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统

技术领域

本申请涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统。

背景技术

改良西门子法生产多晶硅工艺中，有着大量副产物的产生，据统计，每生产1吨多晶硅会产生1.6吨二氯二氢硅（DCS），18.3吨四氯化硅（STC）。通常采用反歧化工艺将这些副产物转化为三氯氢硅（TCS）。

三氯氢硅和氢气在还原炉中进行还原反应生成多晶硅，未参加反应的三氯氢硅、氢气与产生的副产物四氯化硅、二氯二氢硅一起进入尾气回收系统，经尾气回收系统回收分离后可以得到还原四氯化硅和还原二氯二氢硅，冶金硅和氯化氢在三氯氢硅合成器中合成三氯氢硅，合成产物三氯氢硅与产生的副产物四氯化硅、二氯二氢硅一起进入精馏系统进行提纯分离，经精馏系统提纯分离后可以得到氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅。多晶硅生产过程产生的四氯化硅主要为还原四氯化硅和氢化四氯化硅，多晶硅生产过程产生的二氯二氢硅主要为还原二氯二氢硅和氢化四氯化硅。

现有技术中，通常将还原四氯化硅、还原二氯二氢硅、氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅混合到一起并通入到反歧化器中进行反歧化反应，由于氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅纯度低、杂质（主要是硼、磷、碳）含量多，而还原四氯化硅和还原二氯二氢硅纯度高、杂质含量少，四种物料混合反歧化会导致原本纯净的还原四氯化硅和还原二氯二氢硅被污染，从而无法提供纯净的反歧化原料（四氯化硅和二氯二氢硅）以得到纯度品质高的三氯氢硅，导致反歧化得到的三氯氢硅中杂质含量高且复杂、纯度低、品质差，不能满足生产太阳能级和电子级多晶硅的纯度品质要求。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术中，将还原四氯化硅、还原二氯二氢硅、氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅混合到一起进行反歧化反应，无法提供纯净的反歧化原料以得到纯度品质高的三氯氢硅，导致反歧化得到的三氯氢硅中杂质含量高且复杂、纯度低、品质差，不能满足生产太阳能级和电子级多晶硅的纯度品质要求的问题。提供一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，能够解决现有技术中的上述问题。

一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，包括尾气回收系统、分离一塔、反歧化器、精馏系统、分离二塔和氢化系统，所述尾气回收系统的氯硅烷出口与所述分离一塔的进口相连，所述分离一塔的塔顶出口和所述分离一塔的塔底出口均与所述反歧化器的进口相连，所述反歧化器的出口与所述分离二塔的进口相连，且所述精馏系统的二硅出口与所述分离二塔的进口相连，所述分离二塔的塔顶出口与所述反歧化器的进口相连，所述分离二塔的塔底出口与所述氢化系统的进口相连，且所述精馏系统的四硅出口与所述氢化系统的进口相连，所述氢化系统的出口与所述精馏系统的进口相连。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，所述分离二塔的塔顶出口设置有第一除硼装置。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，所述精馏系统的四硅出口串联设置有除碳、磷装置。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，所述精馏系统的二硅出口设置有第二除硼装置。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，所述分离一塔的塔顶出口设置有氯化氢吸附器。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，所述尾气回收系统的氢气出口与氯化氢出口均与所述氢化系统的进口相连。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，还包括还原炉，所述还原炉的尾气出口与所述尾气回收系统的进口相连，所述精馏系统的三硅出口与所述还原炉的原料进口相连，和/或，所述分离一塔的塔侧出口与所述还原炉的原料进口相连，和/或，所述分离二塔的塔侧出口与所述还原炉的原料进口相连。

优选地，上述一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，所述分离一塔的塔顶出口还与所述还原炉的原料进口相连，和/或，所述分离二塔的塔顶出口还与所述还原炉的原料进口相连。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例公开的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，能够实现多晶硅生产用三氯氢硅的供应，且能够将多晶硅生产过程中产生的二氯二氢硅和四氯化硅转化为三氯氢硅进行回用，避免浪费，具体地，将纯度较高的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅在反歧化器中生成的三氯氢硅，避免无法提供纯净的反歧化原料以得到纯度品质高的三氯氢硅，将纯度较低的氢化四氯化硅直接通入到氢化系统，不进行反歧化，通过分离二塔对精馏系统得到的氢化二氯二氢硅进行精馏提纯，以将氢化二氯二氢硅中的碳杂质及磷杂质去除，得到纯度较高的氢化二氯二氢硅，然后再通入到反歧化器进行反歧化反应，避免纯度较低的氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅直接通入到反歧化器中而导致反歧化器被污染，且避免与纯度较高的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅混合而导致纯度较高的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅被污染，并通过分离二塔以对反歧化器的产物进行分离提纯，从分离二塔的塔侧出口采出的三氯氢硅纯度高、品质优，基本没有其他杂质，为高纯三氯氢硅，为多晶硅生产提供三氯氢硅，可以用于生产太阳能级的多晶硅，从而得到纯度高、品质高的三氯氢硅，从而避免反歧化得到的三氯氢硅中杂质含量高且复杂、纯度低、品质差，进而满足生产太阳能级和电子级多晶硅的纯度品质要求。

附图说明

图1为本申请实施例中公开的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统的示意图。

附图说明：尾气回收系统100、分离一塔200、反歧化器300、精馏系统400、分离二塔500、氢化系统600、第一除硼装置710、除碳、磷装置720、第二除硼装置730。

实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关实施例对本申请进行更全面的描述。实施例中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1，本申请实施例公开一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，包括尾气回收系统100、分离一塔200、反歧化器300、精馏系统400、分离二塔500和氢化系统600，其中：

在多晶硅的生产过程中，冶金硅和氯化氢在三氯氢硅合成器中合成三氯氢硅，合成过程中伴随着大量副产物的产生，合成产物三氯氢硅与产生的副产物四氯化硅、二氯二氢硅一起通入到精馏系统400进行分离，以对三氯氢硅进行提纯，精馏系统400能够将三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅分离，分别从三硅出口、四硅出口、二硅出口排出，且分别得到三氯氢硅、氢化四氯化硅、氢化二氯二氢硅。三氯氢硅和氢气在还原炉中进行还原反应生成多晶硅，反应过程中三氯氢硅并不能完全参与反应，且存在歧化反应（三氯氢硅歧化反应生成四氯化硅和二氯二氢硅），未参加反应的三氯氢硅、氢气与产生的副产物四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢一起进入尾气回收系统100，尾气回收系统100能够将氯化氢和氢气通过解析吸收的方式分析，分别从氯硅烷出口、氢气出口、氯化氢出口排出，且分别得到氯硅烷（三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅）、氢气、氯化氢。

尾气回收系统100的氯硅烷出口与分离一塔200的进口相连，以将尾气回收系统100从还原尾气中回收得到的氯硅烷通入到分离一塔200中进行分离，在分离一塔200中，氯硅烷中的二氯二氢硅为轻组分，氯硅烷中的三氯氢硅为中组分，氯硅烷中的四氯化硅为重组分，因此，将轻组分的二氯二氢硅从分离一塔200的塔顶出口采出，得到还原二氯二氢硅，将重组分的四氯化硅从分离一塔200的塔底出口采出，得到还原四氯化硅，将中组分三氯氢硅从分离一塔200的塔侧出口采出，得到三氯氢硅，通过分离一塔200以将氯硅烷中的三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅进行分离。从分离一塔200塔侧出口采出的三氯氢硅纯度较高、品质较优，基本没有其他杂质，为高纯三氯氢硅，可以用于生产太阳能级和电子级的多晶硅。

分离一塔200的塔顶出口和分离一塔200的塔底出口均与反歧化器300的进口相连，以将还原二氯二氢硅和还原四氯化硅按比例通入到反歧化器300中进行反歧化反应，生成三氯氢硅，由于还原二氯二氢硅和还原四氯化硅在反歧化器300中并不能完全反应转化为三氯氢硅，因此，从反歧化器300的出口得到反应生成的三氯氢硅、还未反应的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅组成的混合物。反歧化器300的出口与分离二塔500的进口相连，以将三氯氢硅、还原二氯二氢硅和还原四氯化硅组成的混合物通入到分离二塔500进行分离提纯。同时，精馏系统400的二硅出口与分离二塔500的进口相连，由于从精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅纯度低（含有硼杂质、磷杂质和碳杂质），因此，将从精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅通入到分离二塔500进行分离提纯。

在分离二塔500中，具有三氯氢硅、氢化二氯二氢硅、还原二氯二氢硅、还原四氯化硅及很少量的碳杂质、磷杂质和硼杂质，还原四氯化硅、碳杂质、磷杂质为重组分，氢化二氯二氢硅、还原二氯二氢硅、硼杂质为轻组分，只有三氯氢硅为中组分，因此，将轻组分的氢化二氯二氢硅、还原二氯二氢硅、硼杂质从分离二塔500的塔顶出口采出，得到二氯二氢硅，将重组分的还原四氯化硅、碳杂质、磷杂质从分离二塔500的塔底出口采出，得到四氯化硅混合物（杂质含量高），将纯净无杂的中组分三氯氢硅从分离二塔500的塔侧出口采出，得到三氯氢硅，通过分离二塔500以对反歧化器300的产物进行分离提纯，从分离二塔500的塔侧出口采出的三氯氢硅纯度高、品质优，基本没有其他杂质，为高纯三氯氢硅，为多晶硅生产提供三氯氢硅，可以用于生产太阳能级和电子级的多晶硅。同时，也可以通过分离二塔500对精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅进行精馏提纯，以将氢化二氯二氢硅中的碳杂质及磷杂质去除，得到纯度较高的氢化二氯二氢硅。可见分离二塔500能够起到一物两用的效果。

分离二塔500的塔顶出口与反歧化器300的进口相连，以将氢化二氯二氢硅、还原二氯二氢硅经分离二塔500提纯后的二氯二氢硅重新通入到反歧化器300中继续进行反歧化反应，避免浪费。分离二塔500的塔底出口与氢化系统600的进口相连，由于从分离二塔500的塔底出口采出的四氯化硅中杂质含量高，因此不能将这部分四氯化硅通入到反歧化器300中继续进行反歧化反应，这样会造成反歧化器300被污染，所以将这部分四氯化硅通入到氢化系统600中通过氢化流化床转化为三氯氢硅。同时，精馏系统400的四硅出口与氢化系统600的进口相连，由于从精馏系统400得到的氢化四氯化硅纯度低（含有硼杂质、磷杂质和碳杂质），因此，这部分四氯化硅也不能通入到反歧化器300中继续进行反歧化反应，这样会造成反歧化器300被污染，所以将这部分四氯化硅也通入到氢化系统600中通过氢化流化床转化为三氯氢硅，在氢化系统600中，四氯化硅能够转化为三氯氢硅，氢化系统600的出口与精馏系统400的进口相连，以将转化的三氯氢硅通入到精馏系统400中进行精馏提纯，以得到纯度较高的三氯氢硅，为多晶硅生产提供三氯氢硅。

本申请实施例公开的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统中，能够实现多晶硅生产用三氯氢硅的供应，且能够将多晶硅生产过程中产生的二氯二氢硅和四氯化硅转化为三氯氢硅进行回用，避免浪费，具体地，将纯度较高的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅在反歧化器300中生成的三氯氢硅，避免无法提供纯净的反歧化原料以得到纯度品质高的三氯氢硅，将纯度较低的氢化四氯化硅直接通入到氢化系统600，不进行反歧化，通过分离二塔500对精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅进行精馏提纯，以将氢化二氯二氢硅中的碳杂质及磷杂质去除，得到纯度较高的氢化二氯二氢硅，然后再通入到反歧化器300进行反歧化反应，避免纯度较低的氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅直接通入到反歧化器300中而导致反歧化器300被污染，且避免与纯度较高的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅混合而导致纯度较高的还原二氯二氢硅和还原四氯化硅被污染，并通过分离二塔500以对反歧化器300的产物进行分离提纯，从分离二塔500的塔侧出口采出的三氯氢硅纯度高、品质优，基本没有其他杂质，为高纯三氯氢硅，为多晶硅生产提供三氯氢硅，可以用于生产太阳能级的多晶硅，从而得到纯度高、品质高的三氯氢硅，从而避免反歧化得到的三氯氢硅中杂质含量高且复杂、纯度低、品质差，进而满足生产太阳能级和电子级多晶硅的纯度品质要求。

如上文所述，分离二塔500的塔顶出口与反歧化器300的进口相连，以将氢化二氯二氢硅、还原二氯二氢硅经分离二塔500提纯后的二氯二氢硅重新通入到反歧化器300中继续进行反歧化反应，由于硼杂质也属于轻组分，从分离二塔500塔顶出口采出的二氯二氢硅中含有硼杂质，若将这部分二氯二氢硅直接通入到反歧化器300中继续进行反歧化反应，一是会造成反歧化器300被污染，二是会导致反歧化产物纯度降低，势必会导致分离二塔500分离得到的三氯氢硅纯度降低。基于此，可选地，分离二塔500的塔顶出口可以设置有第一除硼装置710，以对经分离二塔500提纯后的二氯二氢硅进行除硼，以使从分离二塔500的塔顶出口通入到反歧化器300中的二氯二氢硅纯度较高，基本不含硼杂质，从而避免向反歧化器300中引入杂质，进而避免造成反歧化器300被污染，且能够避免反歧化产物纯度降低，保证分离二塔500分离得到的三氯氢硅纯度较高。

为了避免碳杂质、磷杂质在精馏系统400或氢化系统600中循环累积而越来越多，可选地，精馏系统400的四硅出口串联设置有除碳、磷装置720，以将氢化四氯化硅中的碳杂质、磷杂质去除，避免通入到氢化系统600后又回到精馏系统400而导致碳杂质、磷杂质在精馏系统400或氢化系统600中循环累积而越来越多，避免从精馏系统400得到氢化二氯二氢硅及三氯氢硅纯度变差，提高多晶硅生产用三硅反歧化供给系统的除杂能力及保证供给三氯氢硅纯度。

如上文所述，由于从精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅纯度低，因此，将从精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅通入到分离二塔500进行分离提纯，由于反歧化器300生成的产物也要通入到分离二塔500进行分离提纯，且由于这部分产物纯度较高，如果将纯度较低的氢化二氯二氢硅通入到分离二塔500中与纯度较高的反歧化产物混合，势必会造成反歧化产物的污染，导致从分离二塔500塔侧出口采出的三氯氢硅纯度降低。基于此，可选地，精馏系统400的二硅出口设置有第二除硼装置730，通过第二除硼装置730对氢化二氯二氢硅进行除硼，以提高通入到分离二塔500中的氢化二氯二氢硅纯度，减少硼杂质含量，避免将通入到分离二塔500中纯度较高的反歧化产物污染，从而避免从分离二塔500塔侧出口采出的三氯氢硅纯度降低，进而保证反歧化得到的三氯氢硅纯度高、品质优。

由于还原尾气中含有氯化氢，氯化氢容易溶解在氯硅烷中，即使通过尾气回收系统100进行解析分离，得到的氯硅烷中还是会存在一定量的氯化氢，这部分氯硅烷在分离一塔200中加热分离的过程中，氯硅烷中的氯化氢受热从氯硅烷解析而出，作为轻组分同还原二氯二氢硅一同从分离一塔200的塔顶出口通入到反歧化器300，氯化氢的存在，会影响反歧化器300的转化率及反歧化器300内反歧化树脂的寿命，导致反歧化器内的反歧化树脂使用寿命较短，需要经常更换，造成成本增加。基于此，可选地，分离一塔200的塔顶出口设置有氯化氢吸附器，通过氯化氢吸附器吸附还原二氯二氢硅中的氯化氢，减少或杜绝氯化氢通入到反歧化器300中，从而避免影响反歧化器300的转化率及反歧化器300内反歧化树脂的寿命，避免反歧化器内的反歧化树脂使用寿命较短，避免需要经常更换，避免造成成本增加，提高多晶硅生产用三硅反歧化供给系统的可靠性。

在本申请中，尾气回收系统100能够回收得到氢气、氯化氢，由于氢化系统600需要氢气、氯化氢作为原料，因此，尾气回收系统100的氢气出口与氯化氢出口均与氢化系统600的进口相连，以将尾气回收系统100回收得到氢气、氯化氢通入到氢化系统600中作为原料参与反应，实现还原尾气中氢气、氯化氢的回用，降低氢气、氯化氢原料消耗，降低生产成本。

作为优选，本申请公开的多晶硅生产用三硅反歧化供给系统还可以包括还原炉，还原炉的尾气出口与尾气回收系统100的进口相连，精馏系统400的三硅出口与还原炉的原料进口相连，和/或，分离一塔200的塔侧出口与还原炉的原料进口相连，和/或，分离二塔500的塔侧出口与还原炉的原料进口相连。也就是说，通过精馏系统400的三硅出口、分离一塔200的塔侧出口和分离二塔500的塔侧出口得到的三氯氢硅能够通入到还原炉用于生产太阳能级的多晶硅，甚至电子级多晶硅，为多晶硅生产供给三氯氢硅，且供给的三氯氢硅纯度高。品质优。至于冶金级多晶硅的生产，本申请不做限制。

进一步地，分离一塔200的塔顶出口还与还原炉的原料进口相连，和/或，分离二塔500的塔顶出口还与还原炉的原料进口相连，也就是说，通过分离一塔200的塔顶出口、分离二塔500的塔顶出口得到的二氯二氢硅部分通入到还原炉用于生产多晶硅，通过实践证明，为还原炉通入少量二氯二氢硅，有利于抑制副反应的进行，提高三氯氢硅的一次转化率，提高多晶硅在还原炉内的沉积速率，本申请中，直接利用多晶硅生产过程中产生的二氯二氢硅，无需外购二氯二氢硅，降低生产成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，包括尾气回收系统（100）、分离一塔（200）、反歧化器（300）、精馏系统（400）、分离二塔（500）和氢化系统（600），所述尾气回收系统（100）的氯硅烷出口与所述分离一塔（200）的进口相连，所述分离一塔（200）的塔顶出口和所述分离一塔（200）的塔底出口均与所述反歧化器（300）的进口相连，所述反歧化器（300）的出口与所述分离二塔（500）的进口相连，且所述精馏系统（400）的二硅出口与所述分离二塔（500）的进口相连，所述分离二塔（500）的塔顶出口与所述反歧化器（300）的进口相连，所述分离二塔（500）的塔底出口与所述氢化系统（600）的进口相连，且所述精馏系统（400）的四硅出口与所述氢化系统（600）的进口相连，所述氢化系统（600）的出口与所述精馏系统（400）的进口相连。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，所述分离二塔（500）的塔顶出口设置有第一除硼装置（710）。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，所述精馏系统（400）的四硅出口串联设置有除碳、磷装置（720）。

4.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，所述精馏系统（400）的二硅出口设置有第二除硼装置（730）。

5.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，所述分离一塔（200）的塔顶出口设置有氯化氢吸附器。

6.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，所述尾气回收系统（100）的氢气出口与氯化氢出口均与所述氢化系统（600）的进口相连。

7.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，还包括还原炉，所述还原炉的尾气出口与所述尾气回收系统（100）的进口相连，所述精馏系统（400）的三硅出口与所述还原炉的原料进口相连，和/或，所述分离一塔（200）的塔侧出口与所述还原炉的原料进口相连，和/或，所述分离二塔（500）的塔侧出口与所述还原炉的原料进口相连。

8.根据权利要求7所述的一种多晶硅生产用三硅反歧化供给系统，其特征在于，所述分离一塔（200）的塔顶出口还与所述还原炉的原料进口相连，和/或，所述分离二塔（500）的塔顶出口还与所述还原炉的原料进口相连。