CN220310402U - 一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，尾气回收系统的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还原反歧化器的进口相连，精馏系统的塔顶出口、除碳装置和还原反歧化器的出口均与分离二塔的进口相连，分离二塔的塔下侧出口和除硼装置的出口均与氢化反歧化器的进口相连。共用分离二塔，避免设置多套分离二塔而造成设备投入成本及维修保养成本增加及生产成本的问题，在分离二塔前进行还原反歧化，且通过除碳装置和除硼装置的设置，能够有效避免因共用分离二塔而导致四种物料混合，避免原本纯净的还原四氯化硅和还原二氯二氢硅被污染，还能够实现多晶硅生产循环过程中杂质外排，避免整个生产系统中杂质循环富集。

Description

一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统

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中多用途的提纯除杂系统。

背景技术

目前，国内多晶硅生产大多利用改良西门子法生产多晶硅。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、二氯二氢硅一起进入精馏系统进行提纯分离，经精馏系统提纯分离后得到三氯氢硅，还得到氢化四氯化硅和氢化二氯二氢硅，将得到的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，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进行回收并分离，得到三氯氢硅又重新通入还原炉中进行还原反应，还得到还原四氯化硅和还原二氯二氢硅。

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，现有技术中，为了避免四种物料在后续工艺中混合进行分离回收而导致原本纯净的还原四氯化硅和还原二氯二氢硅被污染，大多数多晶硅生产厂家将尾气回收过程与精馏过程相互独立设置，此种方式会使得整个多晶硅生产系统设备较多，增加了设备投入成本及维修保养成本，且还会增加生产成本。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术中，大多数多晶硅生产厂家将尾气回收过程与精馏过程相互独立设置，此种方式会使得整个多晶硅生产系统设备较多，增加了设备投入成本及维修保养成本，且还会增加生产成本的问题。提供一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，能够解决现有技术中的上述问题。

一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，包括尾气回收系统、分离一塔、还原反歧化器、精馏系统、分离二塔和氢化反歧化器，所述尾气回收系统的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塔底出口均与所述还原反歧化器的进口相连，所述精馏系统的塔底出口连接有除碳装置，所述精馏系统的塔顶出口、所述除碳装置的出口和所述还原反歧化器的出口均与所述分离二塔的进口相连，所述分离二塔的塔顶出口连接有除硼装置，所述分离二塔的塔下侧出口和所述除硼装置的出口均与所述氢化反歧化器的进口相连，所述氢化反歧化器的出口与所述分离二塔的进口或所述精馏系统的进口相连。

优选地，上述一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统中，所述分离二塔的塔上侧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中多用途的提纯除杂系统中，还包括氢化系统，所述分离二塔的塔下侧出口还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中多用途的提纯除杂系统中，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中多用途的提纯除杂系统中，所述氢化反歧化器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中多用途的提纯除杂系统中，还包括水解系统，所述分离二塔的塔底出口与所述水解系统的进口相连。

优选地，上述一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统中，所述除碳装置内部设置有歧化树脂。

优选地，上述一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统中，还包括还原炉，所述分离一塔的塔侧出口和所述精馏系统的塔侧出口均与所述还原炉的原料进口相连，所述分离一塔的塔顶出口和所述除硼装置的出口均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中多用途的提纯除杂系统中，分离二塔具有至少三个方面的效果，第一，通过分离二塔对还原反歧化器反应生成的混合物进行精馏分离提纯，第二，通过分离二塔对对精馏系统得到的氢化二氯二氢硅进行精馏提纯，第三，碳杂质转化后的重组分通入到精细分离塔中进一步精馏分离提纯，因此，分离二塔起到一物三用的多重效果。通过共用分离二塔，避免需要设置多套分离二塔而造成设备投入成本及维修保养成本增加及生产成本的问题，同时，在分离二塔前进行还原反歧化，且通过除碳装置和除硼装置的设置，能够有效避免因共用分离二塔而导致四种物料混合，避免原本纯净的还原四氯化硅和还原二氯二氢硅被污染，还能够使得通入到氢化反歧化器中的四氯化硅和二氯二氢硅杂质含量少、纯度较高，且通过除碳装置和除硼装置能够实现多晶硅生产循环过程中杂质外排，减少整个生产系统中杂质富集量，避免杂质循环富集。

附图说明

图1为本申请实施例中公开的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统的示意图。

附图说明：尾气回收系统100、分离一塔200、还原反歧化器300、精馏系统400、分离二塔500、氢化反歧化器600、除碳装置710、除硼装置720、氢化系统730、水解系统740。

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中多用途的提纯除杂系统，包括尾气回收系统100、分离一塔200、还原反歧化器300、精馏系统400、分离二塔500和氢化反歧化器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的塔顶出口和塔底出口均与还原反歧化器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还原反歧化器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还原反歧化器300中并不能完全反应转化为三氯氢硅，因此，从还原反歧化器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。还原反歧化器300的出口与分离二塔500的进口相连，以将还原反歧化器300反应生成的混合物通入到分离二塔500中进行精馏分离提纯。

由于通入到精馏系统400的氯硅烷由冶金硅和氯化氢合成，这部分氯硅烷中，包括三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、碳杂质、磷杂质和硼杂质，且碳杂质主要以一甲基二氯和一甲基三氯的形式存在，其中，四氯化硅、碳杂质、磷杂质为重组分，二氯二氢硅、硼杂质为轻组分，三氯氢硅为中组分，经精馏系统400多塔串联多次脱除氯硅烷中的轻重组分后，从精馏系统400的塔侧出口能够采出得到三氯氢硅，三氯氢硅的纯度高、品质优，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。含有大量碳杂质、磷杂质的重组分氢化四氯化硅通过精馏系统400的塔底出口排出，且含有硼杂质的轻组分氢化二氯二氢硅通过精馏系统400的塔顶出口排出。

精馏系统400的塔底出口连接有除碳装置710，以将精馏系统400分离后的重组分氢化四氯化硅通入到除碳装置710，除碳装置710能够将一甲基二氯转化为一甲基三氯，除碳装置710的出口与分离二塔500的进口相连，以将碳杂质转化后的重组分通入到分离二塔500中进一步精馏分离提纯，由于一甲基三氯的沸点高于一甲基二氯，且高于四氯化硅，因此，碳杂质聚集在分离二塔500的塔底。为什么将一甲基二氯转化为一甲基三氯，这是因为一甲基三氯的沸点高于一甲基二氯和四氯化硅，但一甲基二氯的沸点高于四氯化硅，若不将一甲基二氯转化为沸点高于四氯化硅的一甲基三氯，则一甲基二氯会在分离二塔500的塔下侧出口（四氯化硅出口）处聚集，导致分离二塔500分离后的四氯化硅中还是存在大量碳杂质，因此，将一甲基二氯转化为一甲基三氯是为了使通入到分离二塔500中的碳杂质以沸点高于四氯化硅的一甲基三氯形式存在，由于一甲基三氯的沸点高于四氯化硅，一甲基三氯聚集在分离二塔500的塔底，不会在分离二塔500的塔下侧出口处聚集，使得分离二塔500能够更好、高效地分离一甲基三氯与四氯化硅，且分离效率高、分离干净，以除去四氯化硅中的碳杂质，分离后的四氯化硅中碳杂质含量少。

同时，精馏系统400的塔顶出口与分离二塔500的进口相连，以将含有硼杂质的轻组分氢化二氯二氢硅通入到分离二塔500中，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、少量磷杂质和碳杂质），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进行进一步分离提纯。

结合上文描述，还原反歧化器300反应生成的混合物通入到分离二塔500中进行精馏分离提纯，碳杂质转化后的重组分通入到分离二塔500中进一步精馏分离提纯，含有硼杂质的轻组分氢化二氯二氢硅通入到分离二塔500中进一步精馏分离提纯，因此，通入到分离二塔500中的物质主要有四氯化硅、碳杂质（一甲基三氯）、磷杂质、二氯二氢硅、硼杂质、高沸物和三氯氢硅，在分离二塔500中，高沸物、碳杂质（一甲基三氯）、磷杂质的沸点高于四氯化硅，在分离二塔500的塔底聚集，四氯化硅的沸点高于三氯氢硅，在分离二塔500的塔下侧出口处聚集，三氯氢硅在分离二塔500的塔上侧出口处聚集，而硼杂质和二氯二氢硅在分离二塔500的塔顶聚集。因此，通过分离二塔500的塔上侧出口能够采出得到三氯氢硅，这部分三氯氢硅的纯度高及品质较差一点，这是由于这部分三氯氢硅从杂质聚集的轻重组分中分离出来的，相对而言，分离得到的三氯氢硅杂质含量较高一些。

可见，分离二塔500具有至少三个方面的效果，第一，通过分离二塔500对还原反歧化器300反应生成的混合物进行精馏分离提纯，第二，通过分离二塔500对对精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅进行精馏提纯，第三，碳杂质转化后的重组分通入到精细分离塔400中进一步精馏分离提纯，因此，分离二塔500起到一物三用的多重效果。

由于从分离二塔500塔顶出口采出的二氯二氢硅中含有硼杂质，故分离二塔500的塔顶出口连接有除硼装置720，以将从分离二塔500塔顶出口采出的二氯二氢硅通入到除硼装置720中进行除硼，除去其中的硼杂质，经过除硼后的二氯二氢硅从除硼装置720的出口排出。分离二塔500的塔下侧出口和除硼装置720的出口均与氢化反歧化器600的进口相连，以将除硼后的二氯二氢硅和在分离二塔500的塔下侧出口处聚集四氯化硅通入到氢化反歧化器600中进行反歧化反应，由于从精馏系统400的塔底出口采出的四氯化硅经过分离二塔500分离，且由于二氯二氢硅经过除硼装置720除硼，因此，通入到氢化反歧化器600中的四氯化硅和二氯二氢硅杂质含量少、纯度较高。在氢化反歧化器600中，二氯二氢硅和四氯化硅反歧化反应生成三氯氢硅，氢化反歧化器600的出口与分离二塔500的进口或精馏系统400的进口相连，由于二氯二氢硅和四氯化硅反歧化反应并不能完全反应，因此，氢化反歧化器600的产物为氯硅烷，将氢化反歧化器600生成的氯硅烷通入到分离二塔500或精馏系统400中进行分离提纯其中的三氯氢硅，实现二氯二氢硅的转化回用，避免浪费。

本申请实施例公开的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统中，分离二塔500具有至少三个方面的效果，第一，通过分离二塔500对还原反歧化器300反应生成的混合物进行精馏分离提纯，第二，通过分离二塔500对对精馏系统400得到的氢化二氯二氢硅进行精馏提纯，第三，碳杂质转化后的重组分通入到精细分离塔400中进一步精馏分离提纯，因此，分离二塔500起到一物三用的多重效果。通过共用分离二塔500，避免需要设置多套分离二塔500而造成设备投入成本及维修保养成本增加及生产成本的问题，同时，在分离二塔500前进行还原反歧化，且通过除碳装置710和除硼装置720的设置，能够有效避免因共用分离二塔500而导致四种物料混合，避免原本纯净的还原四氯化硅和还原二氯二氢硅被污染，还能够使得通入到氢化反歧化器600中的四氯化硅和二氯二氢硅杂质含量少、纯度较高，且通过除碳装置710和除硼装置720能够实现多晶硅生产循环过程中杂质外排，减少整个生产系统中杂质富集量，避免杂质循环富集。

如上文所述，通过分离二塔500的塔上侧出口能够采出得到三氯氢硅，这部分三氯氢硅的纯度高及品质较差一点，基于此，可选地，分离二塔500的塔上侧出口与精馏系统400的进口相连，以将分离二塔500塔上侧出口采出的三氯氢硅通入到精馏系统400中进一步精馏分离提纯，以得到纯度品质更优的三氯氢硅，避免将分离二塔500塔上侧出口采出的三氯氢硅用于生产多晶硅而造成产品品质较差。

由于在氢化反歧化器600中，二氯二氢硅和四氯化硅的配比（摩尔质量）为1∶1，而在生产过程中，四氯化硅的量远远大于二氯二氢硅的量，也就是说，从分离二塔500塔下侧出口采出的四氯化硅，远远多余从分离二塔500的塔顶出口采出的二氯二氢硅，基于此，可选地，本申请公开的提纯除杂系统还包括氢化系统730，分离二塔500的塔下侧出口还与氢化系统730的进口相连，氢化系统730的出口与精馏系统400的进口相连，以将多余的四氯化硅通入到氢化系统730中，用于在氢化系统730中通过氢化流化床合成三氯氢硅，在通入到精馏系统400中精馏分离其中的三氯氢硅，实现四氯化硅的利用，从而实现多晶硅生产过程中二氯二氢硅和四氯化硅的回收利用，实现多晶硅生产过程中物尽其用，避免浪费。

进一步地，尾气回收系统100的氢气出口与氯化氢出口均与氢化系统730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730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。

在本申请中，氢化反歧化器600生成的氯硅烷通入到分离二塔500或精馏系统400中进行分离提纯其中的三氯氢硅，但是，由于分离二塔500中杂质较多，且由于通入到氢化反歧化器600中的四氯化硅和二氯二氢硅杂质含量少、纯度较高，使得所生成的三氯氢硅杂质含量较高，若通入到杂质较多的分离二塔500中进行精馏分离提纯，则会造成污染，且分离二塔500所采出的三氯氢硅纯度不及精馏系统400采出的三氯氢硅纯度，基于此，可选地，氢化反歧化器600的出口与精馏系统400的进口相连，能够避免将氢化反歧化器600所生成的三氯氢硅通入到杂质较多的分离二塔500中而造成污染，且通过精馏系统400能够直接得到纯度更优的三氯氢硅。

作为优选，本申请公开的提纯除杂系统还包括水解系统740，分离二塔500的塔底出口与水解系统740的进口相连，由于碳杂质（一甲基三氯）、磷杂质在分离二塔500的塔底聚集，因此，通过分离二塔500的塔底出口采出得到大量高沸物、碳杂质（一甲基三氯）、磷杂质，将这部分物质通入到水解系统740中进行水解处理，实现排杂。

如上文所述，除碳装置710能够将一甲基二氯转化为一甲基三氯，具体地，除碳装置710内部设置有歧化树脂（歧化树脂采用弱碱性阴离子树脂），三氯氢硅、一甲基二氯硅烷在歧化树脂催化作用下并保持在一定温度，硅氢键和硅氯断裂并重组，反应生成二氯二氢硅、四氯化硅、一甲基三氯，歧化树脂实现此种效果的原理以及歧化树脂的构成均为已知技术，为了文本简洁，在此不再赘述，从而实现将一甲基二氯转化为一甲基三氯，这样就使一甲基二氯反应生成一甲基三氯，一甲基三氯硅烷更容易分离排出，从而将碳杂质从整个生产系统中排出，防止一甲基二氯在整个生产系统中富集。同时歧化树脂也有吸附硼磷杂质功能，一部分金属杂质被歧化树脂吸附，影响产品质量，对三氯氢硅纯度品质的稳定和提升有益。

作为优选，本申请公开的提纯除杂系统还包括还原炉，分离一塔200的塔侧出口和精馏系统400的塔侧出口均与还原炉的原料进口相连，分离一塔200的塔顶出口和除硼装置720的出口均还与还原炉的原料进口相连。也就是说，通过分离一塔200的塔顶出口和除硼装置720的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)

1.一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，包括尾气回收系统（100）、分离一塔（200）、还原反歧化器（300）、精馏系统（400）、分离二塔（500）和氢化反歧化器（600），所述尾气回收系统（100）的出口与所述分离一塔（200）的进口相连，所述分离一塔（200）的塔顶出口和塔底出口均与所述还原反歧化器（300）的进口相连，所述精馏系统（400）的塔底出口连接有除碳装置（710），所述精馏系统（400）的塔顶出口、所述除碳装置（710）的出口和所述还原反歧化器（300）的出口均与所述分离二塔（500）的进口相连，所述分离二塔（500）的塔顶出口连接有除硼装置（720），所述分离二塔（500）的塔下侧出口和所述除硼装置（720）的出口均与所述氢化反歧化器（600）的进口相连，所述氢化反歧化器（600）的出口与所述分离二塔（500）的进口或所述精馏系统（400）的进口相连。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，所述分离二塔（500）的塔上侧出口与所述精馏系统（400）的进口相连。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，还包括氢化系统（730），所述分离二塔（500）的塔下侧出口还与所述氢化系统（730）的进口相连，所述氢化系统（730）的出口与所述精馏系统（400）的进口相连。

4.根据权利要求3所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，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（730）的进口相连。

5.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，所述氢化反歧化器（600）的出口与所述精馏系统（400）的进口相连。

6.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，还包括水解系统（740），所述分离二塔（500）的塔底出口与所述水解系统（740）的进口相连。

7.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，所述除碳装置（710）内部设置有歧化树脂。

8.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产中多用途的提纯除杂系统，其特征在于，还包括还原炉，所述分离一塔（200）的塔侧出口和所述精馏系统（400）的塔侧出口均与所述还原炉的原料进口相连，所述分离一塔（200）的塔顶出口和所述除硼装置（720）的出口均还与所述还原炉的原料进口相连。