專利名稱：多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是針對(duì)三氯氫硅的還原工段提出的一種多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)多晶硅的主要工藝技術(shù)是改良西門子法。該工藝技術(shù)的核心步驟——三氯氫硅的還原反應(yīng)，是在多晶硅還原爐內(nèi)進(jìn)行的首先高純的三氯氫硅和氫氣按比例混合后通入多晶硅還原爐，然后在一定的溫度(1080°C 1150°C )和壓力下，在通電高溫硅芯上進(jìn)行沉積反應(yīng)生成多晶硅；其中，關(guān)鍵反應(yīng)物組分三氯氫硅的單爐(單臺(tái)多晶硅還原爐)單程轉(zhuǎn)化率一般為10%左右；最后剩余的反應(yīng)物和副產(chǎn)物進(jìn)入尾氣回收處理工 段。業(yè)界普遍認(rèn)為，進(jìn)一步提高三氯氫硅的單程轉(zhuǎn)化率對(duì)于降低多晶硅生產(chǎn)的物耗和能耗具有重要意義。然而，目前工業(yè)上多晶硅生產(chǎn)基本采用單臺(tái)還原爐獨(dú)立生產(chǎn)工藝。第一，由于反應(yīng)物需要在還原爐內(nèi)被加熱，為了防止被加熱的氣體未反應(yīng)即離開(kāi)還原爐，反應(yīng)物的進(jìn)料流量一般較低，造成爐內(nèi)反應(yīng)物的湍動(dòng)很弱，混合的很不均勻，影響了反應(yīng)的速率和轉(zhuǎn)化率；第二，由于該反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率很低，因此含有大量原料氣的反應(yīng)尾氣需要進(jìn)入后續(xù)的分離提純工段進(jìn)行處理，這樣的工藝勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)的成本?；谏厦娴目紤]，為克服傳統(tǒng)多晶硅生產(chǎn)工藝存在的缺陷，我們結(jié)合多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際狀況，針對(duì)“改良西門子法”生產(chǎn)工藝中的三氯氫硅還原工段，開(kāi)發(fā)了一種多臺(tái)多晶硅還原爐生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)裝置和相應(yīng)的操作方法。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的一種多臺(tái)多晶硅還原爐生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)裝置，目的在于克服傳統(tǒng)技術(shù)的主要缺陷，提高多晶硅氣相沉積反應(yīng)的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，降低多晶硅還原爐反應(yīng)尾氣的處理成本，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的一種多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置，包含2臺(tái)以上的多晶硅還原爐、一臺(tái)冷卻器，一套文丘里引射裝置；文丘里引射裝置設(shè)置在總進(jìn)料管線入口端，各臺(tái)多晶硅還原爐的進(jìn)口管線分別連接在總進(jìn)料管線上，各臺(tái)還原爐的出料管線分別連接在總出料管線上，總出料管線包括兩條，一條為尾氣回收管線，另一條為可回用物料管線，各臺(tái)還原爐的出口管線通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)與尾氣回收管線和可回用物料管線進(jìn)行切換連接；可回用物料管線經(jīng)過(guò)冷卻器后連接到文丘里引射裝置。多晶硅還原爐優(yōu)選為2 12臺(tái)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于其一，傳統(tǒng)的多晶硅生產(chǎn)工藝中各臺(tái)多晶硅還原爐是獨(dú)立工作的，受到三氯氫硅還原反應(yīng)本身反應(yīng)平衡的限制，單臺(tái)還原爐的單程轉(zhuǎn)化率很低，一般為10%左右。本實(shí)用新型開(kāi)發(fā)的新型工藝采用多臺(tái)還原爐的形式，明顯增加了反應(yīng)物料在還原爐內(nèi)的停留時(shí)間，可以將三氯氫硅的單程轉(zhuǎn)化率提高到30 40% ;其二，傳統(tǒng)的多晶硅生產(chǎn)工藝中，各臺(tái)多晶硅還原爐獨(dú)立工作，后續(xù)的尾氣分離提純工藝會(huì)進(jìn)一步增加多晶硅生產(chǎn)的成本。本實(shí)用新型提出的新型工藝降低了尾氣處理量，且能對(duì)各臺(tái)還原爐的尾氣進(jìn)行統(tǒng)一分離提純，從而節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了多晶硅生產(chǎn)的能耗；其三，由于在這種新型的多晶硅生產(chǎn)工藝中，多臺(tái)還原爐統(tǒng)一進(jìn)料統(tǒng)一出料，簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了能耗。

圖I為多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置及工藝流程示意圖。其中，1_多晶娃還原爐I，2-多晶娃還原爐11，3_多晶娃還原爐III，4-文丘里引 射裝置，5-冷卻器，6-自動(dòng)控制系統(tǒng)，7-新鮮原料管線，8-總進(jìn)料管線，9-尾氣回收管線，10-可回用物料管線。
具體實(shí)施方式
以3臺(tái)多晶硅還原爐生產(chǎn)多晶硅的生產(chǎn)工藝為例，其滿足本實(shí)用新型技術(shù)要求的生產(chǎn)裝置及操作方法的主要技術(shù)特征描述如下如圖I所示，反應(yīng)裝置包含多晶硅還原爐I (I)、多晶硅還原爐II (2)、多晶硅還原爐111(3)、文丘里引射裝置(4)，冷卻器(5)、自動(dòng)控制系統(tǒng)(6)，新鮮原料管線(7)，總進(jìn)料管線(8)、尾氣回收管線(9)、可回用物料管線(10)。3臺(tái)多晶硅還原爐的進(jìn)口管線均連接在總進(jìn)料管線(8)上，3臺(tái)還原爐的出料管線均與尾氣回收管線(9)和可回用物料管線(10)連接，各臺(tái)還原爐實(shí)行統(tǒng)一進(jìn)料和統(tǒng)一出料。尾氣回收管線(9)與可回用物料管線(10)可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)(6)進(jìn)行切換?？苫赜梦锪瞎芫€(10)經(jīng)過(guò)冷卻器(5)后連接到文丘里引射裝置(4)，文丘里引射裝置(4)連接在總進(jìn)料管線(8)上，即新鮮原料管線(7)流出的新鮮原料氣與可回用物料在文丘里裝置內(nèi)混合后進(jìn)入總進(jìn)料管線內(nèi)，然后經(jīng)由各爐的進(jìn)口管線分別進(jìn)入各臺(tái)還原爐發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅。對(duì)應(yīng)于上述生產(chǎn)裝置的操作方法的實(shí)施例如下體積流量為75m3/h的常溫原料氣(三氯氫硅和氫氣的摩爾比為I : I)從新鮮原料管線(7)分別經(jīng)由各爐進(jìn)口管線進(jìn)入多晶硅還原爐I (I)、多晶硅還原爐II (2)、多晶硅還原爐III (3)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，開(kāi)始時(shí)原料氣轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)尾氣中仍含有大量三氯氫硅和氫氣，此時(shí)各爐出口管線與可回用物料管線(10)連通，各爐尾氣匯聚至可回用物料管線，經(jīng)過(guò)冷卻器(5)降溫后，可回用氣體進(jìn)入文丘里引射裝置(4)，與新鮮原料管線(7)流出的新鮮原料氣混合后進(jìn)入總進(jìn)料管線(8)，混合原料氣經(jīng)由各還原爐進(jìn)口管線進(jìn)入各爐內(nèi)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率不斷提高，反應(yīng)進(jìn)行至40小時(shí)后，利用反應(yīng)工程等相關(guān)知識(shí)可算得此時(shí)三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率已達(dá)到15%，此時(shí)通過(guò)自動(dòng)控制裝置(6)將各爐出口管線切換連接至尾氣回收管線(9)，尾氣進(jìn)入后續(xù)工段進(jìn)行回收處理。本反應(yīng)裝置中三氯氫硅的總轉(zhuǎn)化率為33. 5%，尾氣處理量約為5250m3。為了便于說(shuō)明本實(shí)用新型開(kāi)發(fā)工藝的實(shí)際效果，本文對(duì)傳統(tǒng)多晶硅生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的計(jì)算。在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，3臺(tái)多晶硅還原爐獨(dú)立工作，設(shè)進(jìn)料的流量為25m3/h的原料(溫度為550°C )，然后分別獨(dú)立的通入到各臺(tái)多晶硅還原爐內(nèi)進(jìn)行沉積反應(yīng)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率均為10%，尾氣處理量約為7875m3。 由以上實(shí)施例對(duì)比可看出，多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置和操作方法較傳統(tǒng)多個(gè)單臺(tái)多晶硅還原爐分別生產(chǎn)相比，提高了原料氣體的轉(zhuǎn)化率，減少了反應(yīng)尾氣處理量，節(jié)約了成本，降耗了能耗。
權(quán)利要求1.一種多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置，其特征是包含2臺(tái)以上的多晶硅還原爐、一臺(tái)冷卻器，一套文丘里引射裝置；其特征是文丘里引射裝置設(shè)置在總進(jìn)料管線入口端，各臺(tái)多晶硅還原爐的進(jìn)口管線分別連接在總進(jìn)料管線上，各臺(tái)還原爐的出料管線分別連接在總出料管線上，總出料管線包括兩條，一條為尾氣回收管線，另一條為可回用物料管線，各臺(tái)還原爐的出口管線通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)與尾氣回收管線和可回用物料管線進(jìn)行切換連接；可回用物料管線經(jīng)過(guò)冷卻器后連接到文丘里引射裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)裝置，其特征是多晶硅還原爐為2 12臺(tái)。
專利摘要本實(shí)用新型的多臺(tái)多晶硅還原爐的生產(chǎn)裝置，包含若干臺(tái)多晶硅還原爐、一臺(tái)冷卻器，一套文丘里引射裝置，一套自動(dòng)控制系統(tǒng)和若干條物料管線。各臺(tái)還原爐的進(jìn)口管線均連接在總進(jìn)料管線上；各出口管線均同時(shí)與尾氣回收管線和可回用物料管線相連接，并可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行切換；可回用物料管線經(jīng)過(guò)冷卻器后連接到文丘里引射裝置，文丘里引射裝置設(shè)置在總進(jìn)料管線前端。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，各爐出口管線與可回用物料管線連通，反應(yīng)尾氣從可回用物料管線經(jīng)過(guò)冷卻器降溫后進(jìn)入文丘里引射裝置，與新鮮原料氣混合后進(jìn)入總進(jìn)料管線。當(dāng)轉(zhuǎn)化率升至15％-20％后，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)將各爐出口管線切換連接到尾氣回收管線，反應(yīng)尾氣進(jìn)入后續(xù)的尾氣處理工段。
文檔編號(hào)C01B33/03GK202499716SQ20122009587
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者劉春江, 周陽(yáng), 段連, 段長(zhǎng)春, 王曉靜, 黃哲慶 申請(qǐng)人:天津大學(xué)