一种没有四氯化硅排放的多晶硅生产法

摘要

本发明的目的是公开了一种没有四氯化硅排放的多晶硅生产方法，从而防止四氯化硅对环境的污染；本发明首先采用改良西门子法生产多晶硅，然后将产出的副产品四氯化硅作为原料来生产多晶硅和石英玻璃；本发明不仅实现了废物再利用，节约了能源，降低了生产成本，而且还同时生产出了石英玻璃。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅生产方法，特别是涉及一种没有四氯化硅排放的多晶硅生产方法。

背景技术

改良西门子法(三氯氢硅氢还原法)是当前生产多晶硅的主要方法。目前，我国生产多晶硅的企业90％以上是采用该法来生产多晶硅。改良西门子法的历史较长，生产工艺相对成熟，采用该法容易获得较高产量的多晶硅，但采用该法生产多晶硅要产生大量的四氯化硅，在正常的情况下，每生产1kg的多晶硅，要排放出10～15kg的四氯化硅。

近年来，我国的多晶硅产业得到了蓬勃发展，从而产生的四氯化硅越来越多，由于寻找不到四氯化硅合理的使用途径，又缺乏有效的处理技术，所以使得四氯化硅大量过剩、积存。

四氯化硅是一种有毒物质，管理不当就会污染环境，影响人类的生存，将带来不可估量的损失。四氯化硅的过剩、积存必然会对环境造成严重的隐患。一时，四氯化硅成了多晶硅产业的难题。为转移难题，一些多晶硅生产厂家把四氯化硅白送，甚至于倒贴钱外送。

发明内容

本发明的目的是提供一种没有四氯化硅排放的多晶硅生产方法，以解决四氯化硅的过剩、积存问题，从而防止四氯化硅对环境的污染。

为了达到上述目的，本发明是首先以氢气(H₂)和合成炉生产的三氯氢硅(粗SiHCl₃)为原料，用改良西门子法来生产多晶硅，然后将改良西门子法产生的副产品四氯化硅(粗SiCl₄)回收，经提纯系统提纯，使其纯度达到9N以上的四氯化硅精料(SiCl₄)与纯度达到5～6N的氢气(H₂)在挥发器里鼓泡混合后送入还原炉，四氯化硅(SiCl₄)在高温环境中与氢气(H₂)发生还原反应(SiCl₄+2H₂＝Si+4HCl)，反应产生的硅沉积在表面温度高达1150℃～1250℃的硅棒(热载体)上，形成多晶硅；没能在还原炉内参加反应的四氯化硅、氢气和反应生成物氯化氢被一起作为尾气从还原炉中排出后送进分气塔，其中有少于50％的尾气从分气塔底部出来再经过冷冻分离器分离，氢气(H₂)和氯化氢(HCl)被送入干法回收系统，干法回收系统将氢气(H₂)和氯化氢(HCl)分离，分离出的氯化氢(回收HCl)送回合成炉去生产三氯氢硅(粗SiHCl₃)，分离出的氢气(回收H₂)一部分与新氢气(原料H₂)一起被送入净化系统提纯，纯度达到5～6N后去还原炉参加还原反应，另一部分氢气(回收H₂)被送入制砣机里被点燃，与被送入制砣机的氧气(O₂)一起形成氢氧火焰；经过冷冻分离器分离出的液态的四氯化硅(回收SiCl₄)直接送入制砣机的氢氧火焰中，被火焰中的产生物水解(SiCl₄+2H₂O＝Si O₂+4HCl)，生成的二氧化硅沉积在1600℃～1800℃高温的石英砣上生成石英玻璃，反应生成的尾气送尾气治理系统去治理，合格后排放；分气塔里有大于50％的尾气是从分气塔顶部出来，然后通过混合器与纯度达到5～6N的氢气(H₂)混合，再进入挥发器里鼓泡，与四氯化硅(SiCl₄)混合后被重新送回还原炉再次使用。

本发明所述的分气塔是一个上下都带有封头的立式封闭筒体，中部开有进气口，顶部和下部各开有一个出气口；使用时，尾气从中部进气口进入塔内后速度变慢，比重小的氢气上浮从塔顶部的出气口流出，比重大的四氯化硅和氯化氢下沉从塔底部的出气口流出，从而实现了氢气与四氯化硅和氯化氢的分离；为阻碍四氯化硅和氯化氢顺利随氢气上浮，以便于分离，本发明所述的分气塔内上部，高于进气口500～800mm处有一固定在塔壁上的筛板，筛板上放有200mm～500mm厚的填料。

本发明所述分气塔内筛板上放的填料，可以是精馏塔中常用的不锈钢填料；可以是不锈钢丝网；可以是石英玻璃碎片；可以是石英玻璃棉；可以是石英玻璃布；可以是直径在10mm以内，长度小于30mm的石英玻璃短管；也可以是上述填料任意形式的组合物。

本发明的优点如下：

1.本发明没有四氯化硅排放，从而可以防止四氯化硅对环境的污染。

2.本发明将改良西门子法产生的四氯化硅回收，并作为原料来生产多晶硅、石英玻璃，这样一来不仅实现了废物再利用，节约了能源(改良西门子法所用的氯化氢和工业硅粉都需要消耗大量的能源才可获得)，降低了生产成本，而且还增加了产品(石英玻璃)。

3.本发明采用分气塔将四氯化硅反应生成的尾气分为两部分，一部分从分气塔顶部出来后被重新送回还原炉再次使用，这样一来，这部分尾气就不用再为使氢气与尾气中其它物料分离而进行冷冻降温，也不用再进行干法氢气回收的操作了，实现了直接循环再利用。从而可使冷冻降温系统和干法氢气回收系统变小，不仅节省资源，同时也节省能源。

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1.为本发明的工艺流程图；

图2.为分气塔示意图。

具体实施方式

参见附图1，首先以氢气(H₂)和合成炉生产的三氯氢硅(粗SiHCl₃)为原料，用改良西门子法来生产多晶硅，然后将改良西门子法产生的副产品四氯化硅(粗SiCl₄)回收，经提纯系统提纯，使其纯度达到9N以上的四氯化硅精料(SiCl₄)与纯度达到5～6N的氢气(H₂)在挥发器里鼓泡混合后送入还原炉，四氯化硅(SiCl₄)在高温环境中与氢气(H₂)发生还原反应(SiCl₄+2H₂＝Si+4HCl)，反应产生的硅沉积在表面温度高达1150℃～1250℃的硅棒(热载体)上，形成多晶硅。随时间的增长，沉积在硅棒上的多晶硅越来越多，硅棒也随着长粗，当硅棒长粗到一定程度(一般直径要达到120以上)就可以开炉取出。这硅棒就是生产的多晶硅。

没能在还原炉内参加反应的四氯化硅、氢气和反应生成物氯化氢被一起作为尾气从还原炉中排出后送进分气塔，其中有少于50％的尾气从分气塔底部出来再经过冷冻分离器。冷冻分离器通有-50℃～-80℃的低温冷液，使尾气迅速降低，氢气(H₂)和氯化氢(HCl)在此低温下还保持气体状态，从冷冻分离器上口出来后被送入干法回收系统。干法回收系统将氢气(H₂)和氯化氢(HCl)分离，分离出的氯化氢(回收HCl)送回合成炉去生产三氯氢硅(粗SiHCl₃)，分离出的氢气(回收H₂)一部分与新氢气(原料H₂)一起被送入净化系统提纯，纯度达到5～6N后去还原炉参加还原反应，另一部分氢气(回收H₂)被送入制砣机里被点燃，与被送入制砣机的氧气(O₂)一起形成氢氧火焰；经过冷冻分离器分离出的液态的四氯化硅(回收SiCl₄)直接送入制砣机的氢氧火焰中，被火焰中的产生物水解(SiCl₄+2H₂O＝SiO₂+4HCl)，生成的二氧化硅沉积在1600℃～1800℃高温的石英砣上生成石英玻璃。石英砣随时间增长，越长越大，当石英砣大到一定程度就可以开炉取出，成为石英玻璃产品。上述反应生成的尾气送尾气治理系统去治理，合格后排放。

分气塔里有大于50％的尾气是从分气塔顶部出来，然后通过混合器与纯度达到5～6N的氢气(H₂)混合，再进入挥发器里鼓泡，与四氯化硅(SiCl₄)混合后被重新送回还原炉再次使用。

参见附图2，上面所述的分气塔是一个上下都带有封头的立式封闭筒体(1)，中部开有进气口(2)，顶部和下部各开有一个出气口(3)、(4)；使用时，尾气从中部进气口(2)进入塔内后速度变慢，比重小的氢气上浮从塔顶部的出气口(3)流出，比重大的四氯化硅和氯化氢下沉从塔底部的出气口(4)流出，从而实现了氢气与四氯化硅和氯化氢的分离；为阻碍四氯化硅和氯化氢顺利随氢气上浮，以便于分离，本发明所述的分气塔内上部，高于进气口500～800mm处有一固定在塔壁上的筛板(5)，筛板上放有200mm～500mm厚的填料(6)。

分气塔内筛板上放的填料(6)，可以是精馏塔中常用的不锈钢填料；可以是不锈钢丝网；可以是石英玻璃碎片；可以是石英玻璃棉：可以是石英玻璃布；可以是直径在10mm以内，长度小于30mm的石英玻璃短管；也可以是上述填料任意形式的组合物。