改良西门子法生产多晶硅工艺流程
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四氯化硅西门子法生产工艺四氯化硅西门子法生产工艺主要是以四氯化硅为原料,使用氢、锌等作为还原剂与四氯化硅发生反应,还原出高纯硅。
SiCl4的分子量为169.90,常温下为无色透明液体,有窒息气味,对皮肤有腐蚀,密度为1.50g/cm3。
熔点−70℃。
沸点57.6℃。
潮湿受气中水解生成硅酸和氯化氢,同时产生白烟。
溶于四氯化碳、四氯化钛、四氯化锡等有机溶剂。
能与水发生激烈的水解作用,也能与醇类起作用。
干燥空气中加热生成氧氯化硅。
与氢及其他还原剂作用生成三氯甲硅烷和其他氯代硅烷,与胺、氨迅速反应生成氮化硅聚合物,与醇反应生成硅酸酯类,与有机金属化合物(如锌、汞、钠)反应生成有机硅烷等。
由于STC原料获取较为便利,在多晶硅发展初期,部分机构和企业研究以SiCl4为原料生产多晶硅,使用Zn、Al、Ca、Mg或H2等还原四氯化硅,制取高纯多晶硅。
(1)锌还原四氯化硅使用锌还原四氯化硅的主要化学反应方式如下,其工艺流程如图所示。
Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2Zn=Si+2ZnCl2ZnCl2=Zn+Cl2此种生产技术是利用Zn还原SiCl4,从而获得高纯多晶硅,生产过程主要分为3步。
1)工业粗硅氯化制备四氯化硅目前,SiCl4的工业制备方法,一般是采用直接氯化法,将工业粗硅在加热条件下直接与氯反应制得SiCl4。
工业上常用不锈钢(或石英)制的氯化炉,将硅铁装入氯化炉,从氯化炉底部通入氯气,加热至200℃~300℃时,就开始反应生成SiCl4,其化学反应为Si+2Cl2=SiCl4生成的SiCl4以气体状态从炉体上部转至冷凝器,冷却为液态后,再流入储料槽。
在生产中,一般将氯化温度控制在450℃~500℃,这样一方面可提高生产率,另一方面可保证质量。
因为温度低时不仅反应速度慢,而且有副产品Si2Cl6、Si3Cl8等生成,影响产品纯度,但若温度过高,硅铁中其他难挥发杂质氯化物也会随SiCl4一起挥发出来,影响SiCl4纯度。
近年来,多晶硅产业之所以迅猛发展,主要受益于改良西门子法技术的进步,具体技术主要体现在化学气相沉积反应器的不断创新,能适应不断扩大生产的需要;冷氢化工艺的发展,使生产过程物料循环回收利用系统进一步完善;系统得到进一步优化,生产体系物料的技术集成不断提高,使工厂能实现更大的生产规模,建设投资和生产成本不断降低。
瓦克公司在一篇50年发展多晶硅生产的纪念性文章中,总结出企业发展的两点关键经验:首先是得益于50多年CVD反应器技术不断进步和创新;其次是生产体系物料的技术集成、综合利用的逐步完善。
1)CVD技术CVD反应炉的生产技术不断创新,生产能力不断扩大,是西门子法生产多晶硅技术得以发展的最重要因素。
钟罩式棒状载体CVD反应器因发源于德国西门子公司而闻名,用于三氯氢硅还原反应的被称为三氯氢硅西门子技术,用于硅烷分解的被称为硅烷西门子技术。
早期德国西门子公司与Wacker公司合作,为西门子公司生产硅整流器研发多晶硅原料,使用硅粉和HCl合成三氯氢硅,提纯后再以氢还原三氯氢硅生成多晶硅,使用石英玻璃CVD反应器。
后期随着材料技术的进步和降本降耗的需要,逐渐发展到金属钟罩炉、不锈钢钟罩炉,还原炉里面的棒数也逐渐从1对棒、3对棒逐渐提升到36对棒以上的大型还原炉。
图为不同年代的主流还原炉年产量情况,从图中可以看出,还原炉产量已从1975年的单炉40吨/年,提升至2015年的500吨/年,48对棒的还原炉年产能更是达到600吨的水平。
多对棒常压还原炉的使用。
进入20世纪70年代,部分企业开始想方设法地提高单炉产量,基于压力安全等方面的考虑,日本多晶硅公司研发了大型常压还原炉,以降低电耗生产能耗。
运行实践证明,多对棒还原炉与少对棒还原炉相比具有明显的节能效果,且相同生产规模的厂房面积减少,与之配套的辅助工艺设备、电气设备、工艺管线和阀门均相应减少,采用多对棒还原炉可以降低建设投资,也可以减少操作人员数量。
其中以三菱公司为代表采用96根硅棒以上的大型常压还原炉为例,炉产量达到5吨/炉,使还原电耗水平由150~200kW·h/kg-Si降到约80kW·h/kg-Si,技术进步较明显。
多晶硅制备方法嘿,朋友们!今天咱就来聊聊多晶硅制备方法这个有意思的事儿。
你知道吗,多晶硅就像是科技世界里的一块神奇积木,有了它,好多厉害的东西才能被搭建出来呢!那它是怎么来的呢?有一种常见的方法叫改良西门子法。
这就好比是一场精细的烹饪,各种原材料在特定的条件下发生奇妙的反应。
先把氯硅烷这种“食材”准备好,然后通过一系列复杂而又精确的步骤,让硅慢慢沉淀、生长,就像面团发酵一样,最后就得到了我们想要的多晶硅啦。
这过程可不简单,需要高度的控制和技巧,就像大厨做菜要掌握好火候和调味一样,稍有不慎,可能就得不到完美的“菜品”啦。
还有流化床法呢!想象一下,就像是一群小精灵在一个神奇的容器里欢快地跳动,它们相互碰撞、结合,逐渐形成了多晶硅。
这个方法就比较特别啦,它有着自己独特的魅力和挑战。
咱再说说冶金法。
这就像是从一堆矿石中淘出金子一样,通过各种手段把杂质去掉,留下纯净的硅。
是不是很神奇呢?就好像在一堆乱石中找到了闪闪发光的宝石。
每种制备方法都有它的优点和局限性呢。
就像人无完人一样,没有一种方法是绝对完美的呀。
我们得根据不同的需求和情况来选择合适的方法,这可真是个技术活呢!比如说改良西门子法,虽然它能生产出高质量的多晶硅,但是成本可不低呀,这就像是买一件高品质的衣服,价格可能会让你有点小纠结。
流化床法呢,可能在某些方面表现出色,但也有它自己需要克服的难题。
冶金法呢,相对来说可能成本低一些,但要达到特别高的纯度可能就有点难度啦。
那我们为什么要这么费劲地去研究多晶硅制备方法呢?这还用问吗?多晶硅可是在好多领域都有着重要的作用呀!太阳能电池板,没有多晶硅怎么行?电子设备,也离不开它呀!所以说,掌握了好的制备方法,就等于掌握了开启未来科技大门的钥匙呢!总之呢,多晶硅制备方法是一个充满挑战和机遇的领域。
我们要不断探索、创新,找到更好更高效的方法,让多晶硅为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
难道不是吗?让我们一起期待未来多晶硅制备技术的更大突破吧!。
改良西门子法生产多晶硅工艺流程1. 氢气制备与净化工序在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。
电解制得的氢气经过冷却、分离液体后,进入除氧器,在催化剂的作用下,氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。
除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。
净化干燥后的氢气送入氢气贮罐,然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。
电解制得的氧气经冷却、分离液体后,送入氧气贮罐。
出氧气贮罐的氧气送去装瓶。
气液分离器排放废吸附剂,氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放,干燥器有废吸附剂排放,均由供货商回收再利用。
2. 氯化氢合成工序从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。
出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。
从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐,也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。
氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃,经燃烧反应生成氯化氢气体。
出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后,被送往三氯氢硅合成工序。
为保证安全,本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统,可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。
该系统保持连续运转,可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。
为保证安全,本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。
必要时,氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内,用氢氧化钠水溶液洗涤除去。
该废气处理系统保持连续运转,以保证可以随时接收并处理含氯气体。
3. 三氯氢硅合成工序原料硅粉经吊运,通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。
硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗,经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后,硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。
供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。
多晶硅的三大生产工艺之比较1.多晶硅的生产工艺:从西门子法到改良西门子法从西门子法到改良西门子法的演进是一个从开环到闭环的过程。
1955年,德国西门子开发出以氢气(H2)还原高纯度三氯氢硅(SiHCl3),在加热到1100℃左右的硅芯(也称“硅棒”)上沉积多晶硅的生产工艺;1957年,这种多晶硅生产工艺开始应用于工业化生产,被外界称为“西门子法”。
由于西门子法生产多晶硅存在转化率低,副产品排放污染严重(例如四氯化硅SiCl4)的主要问题,升级版的改良西门子法被有针对性地推出。
改良西门子法即在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,实现了生产过程的闭路循环,既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境,又实现了原料的循环利用、大大降低了生产成本(针对单次转化率低)。
因此,改良西门子法又被称为“闭环西门子法”。
改良西门子法一直是多晶硅生产最主要的工艺方法,目前全世界有超过85%的多晶硅是采用改良西门子法生产的。
过去很长一段时间改良西门子法主要用来生产半导体行业电子级多晶硅(纯度在99.9999999%~99.999999999%,即9N~11N的多晶硅);光伏市场兴起之后,太阳能级多晶硅(对纯度的要求低于电子级)的产量迅速上升并大大超过了电子级多晶硅,改良西门法也成为太阳能级多晶硅最主要的生产方法。
2.改良西门子法生产多晶硅的工艺流程(改良西门子法工艺流程示意图)在TCS还原为多晶硅的过程中,会有大量的剧毒副产品四氯化硅(SiCl4,下文简称STC)生成。
改良西门子法通过尾气回收系统将还原反应的尾气回收、分离后,把回收的STC送到氢化反应环节将其转化为TCS,并与尾气中分离出来的TCS一起送入精馏提纯系统循环利用,尾气中分离出来的氢气被送回还原炉,氯化氢被送回TCS 合成装置,均实现了闭路循环利用。
这是改良西门子法和传统西门子法最大的区别。
CVD还原反应(将高纯度TCS还原为高纯度多晶硅)是改良西门子法多晶硅生产工艺中能耗最高和最关键的一个环节,CVD工艺的改良是多晶硅生产成本下降的一项重要驱动力。
目前世界上绝大部分企业均采用改良西门子法工艺生产多晶硅。
多晶硅生产工艺流程:由高纯石英(石英化学名SiO2俗称沙子)→(经1100℃左右高温通过焦碳或H2进行还原反应)→纯到98%左右的工业硅→(加HCL酸洗,生成拟溶解的三氯氢硅SiHCl3)→SiHCL3(经过粗馏精馏)→高纯SiHCL3(和H2反应CVD工艺;CVD工艺即化学气相沉积,用来产生薄膜,防止氧化)→高纯多晶硅。
(在整个工艺中需要使用大量的水来冷却)1、改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢),氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅,然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯,提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。
2、硅烷法——硅烷热分解法硅烷(SiH4)是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。
然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。
以前只有日本小松掌握此技术,由于发生过严重的爆炸事故后,没有继续扩大生产。
但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
3、流化床法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内(沸腾床)高温高压下生成三氯氢硅,将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅,继而生成硅烷气。
制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅产品。
因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大,生产效率高,电耗低与成本低,适用于大规模生产太阳能级多晶硅。
唯一的缺点是安全性差,危险性大。
其次是产品纯度不高,但基本能满足太阳能电池生产的使用。
此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。
目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。
此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。
4、太阳能级多晶硅新工艺技术除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外,还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。
多晶硅工艺流程简述(改良西门子法及氢化)氢气制备与净化工序在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。
电解制得的氢气经过冷却、分离液体后,进入除氧器,在催化剂的作用下,氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。
除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。
净化干燥后的氢气送入氢气贮罐,然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。
电解制得的氧气经冷却、分离液体后,送入氧气贮罐。
出氧气贮罐的氧气送去装瓶。
气液分离器排放废吸附剂、氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放、干燥器有废吸附剂排放,均供货商回收再利用。
氯化氢合成工序从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。
出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。
从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐,也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。
氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃,经燃烧反应生成氯化氢气体。
出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后,被送往三氯氢硅合成工序。
为保证安全,本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统,可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。
该系统保持连续运转,可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。
为保证安全,本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。
必要时,氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内,用氢氧化钠水溶液洗涤除去。
该废气处理系统保持连续运转,以保证可以随时接收并处理含氯气体。
三氯氢硅合成工序原料硅粉经吊运,通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。
硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗,经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后,硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。
供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。
从氯化氢合成工序来的氯化氢气,与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后,引入三氯氢硅合成炉进料管,将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送,从底部进入三氯氢硅合成炉。
改进西门子法制备高纯多晶硅摘要:本文主要表达了高纯多晶硅的各种制备方法,有三氯氢硅氢复原法、硅烷热分解法、四氯化硅氢复原法、流化床法、物理提纯法等其他制备高纯多晶硅的工艺。
[1]其中重点介绍了现在普遍都使用,技术相对成熟的改进西门子法,包括改进西门子法的制备工艺、三氯氢硅的提纯与尾气处理。
关键词:高纯多晶硅;良西门子法;尾气处理The preparation of high purity poly crystalline silicon modified SiemensAbstract:This paper mainly describes various preparation methods of high purity poly crystalline silicon,hydrogen reduction method,the silicon cross-linked with hydrogen silica thermal decomposition method,silicon tetra chloride hydrogen reduction method,fluidity bed method,physical purification method preparation of high purity poly crystalline silicon and other crafts. Which focus on widely used now,the technology is relatively mature and improved Siemens method,including improved Siemens method of preparation,chemical hydrogen purification of silicon and tail gas treatment.Keywords:high purity poly crystalline silicon;a good method of Siemens;tail gas treatment.绪论近年来,太阳能硅电池、半导体工业和电子信息产业开展迅猛,而多晶硅是这些产业的最根本和主要的功能材料,因此,多晶硅的生产受到了各国企业的重视。
改良西门子法生产多晶硅工艺流程来源:日晶科技作者:顾斌时间:2010-07-291. 氢气制备与净化工序在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。
电解制得的氢气经过冷却、分离液体后,进入除氧器,在催化剂的作用下,氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。
除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。
净化干燥后的氢气送入氢气贮罐,然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。
电解制得的氧气经冷却、分离液体后,送入氧气贮罐。
出氧气贮罐的氧气送去装瓶。
气液分离器排放废吸附剂,氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放,干燥器有废吸附剂排放,均由供货商回收再利用。
2. 氯化氢合成工序从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。
出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。
从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐,也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。
氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃,经燃烧反应生成氯化氢气体。
出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后,被送往三氯氢硅合成工序。
为保证安全,本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统,可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。
该系统保持连续运转,可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。
为保证安全,本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。
必要时,氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内,用氢氧化钠水溶液洗涤除去。
该废气处理系统保持连续运转,以保证可以随时接收并处理含氯气体。
3. 三氯氢硅合成工序原料硅粉经吊运,通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。
硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗,经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后,硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。
供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。
从氯化氢合成工序来的氯化氢气,与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后,引入三氯氢硅合成炉进料管,将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送,从底部进入三氯氢硅合成炉。
在三氯氢硅合成炉内,硅粉与氯化氢气体形成沸腾床并发生反应,生成三氯氢硅,同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等产物,此混合气体被称作三氯氢硅合成气。
反应大量放热。
合成炉外壁设置有水夹套,通过夹套内水带走热量维持炉壁的温度。
出合成炉顶部挟带有硅粉的合成气,经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉后,送入湿法除尘系统,被四氯化硅液体洗涤,气体中的部分细小硅尘被洗下;洗涤同时,通入湿氢气与气体接触,气体所含部分金属氧化物发生水解而被除去。
除去了硅粉而被净化的混合气体送往合成气干法分离工序。
4. 合成气干法分离工序从三氯氢硅氢合成工序来的合成气在此工序被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体,分别循环回装置使用。
三氯氢硅合成气流经混合气缓冲罐,然后进入喷淋洗涤塔,被塔顶流下的低温氯硅烷液体洗涤。
气体中的大部份氯硅烷被冷凝并混入洗涤液中。
出塔底的氯硅烷用泵增压,大部分经冷冻降温后循环回塔顶用于气体的洗涤,多余部份的氯硅烷送入氯化氢解析塔。
出喷淋洗涤塔塔顶除去了大部分氯硅烷的气体,用混合气压缩机压缩并经冷冻降温后,送入氯化氢吸收塔,被从氯化氢解析塔底部送来的经冷冻降温的氯硅烷液体洗涤,气体中绝大部分的氯化氢被氯硅烷吸收,气体中残留的大部分氯硅烷也被洗涤冷凝下来。
出塔顶的气体为含有微量氯化氢和氯硅烷的氢气,经一组变温变压吸附器进一步除去氯化氢和氯硅烷后,得到高纯度的氢气。
氢气流经氢气缓冲罐,然后返回氯化氢合成工序参与合成氯化氢的反应。
吸附器再生废气含有氢气、氯化氢和氯硅烷,送往废气处理工序进行处理。
出氯化氢吸收塔底溶解有氯化氢气体的氯硅烷经加热后,与从喷淋洗涤塔底来的多余的氯硅烷汇合,然后送入氯化氢解析塔中部,通过减压蒸馏操作,在塔顶得到提纯的氯化氢气体。
出塔氯化氢气体流经氯化氢缓冲罐,然后送至设置于三氯氢硅合成工序的循环氯化氢缓冲罐;塔底除去了氯化氢而得到再生的氯硅烷液体,大部分经冷却、冷冻降温后,送回氯化氢吸收塔用作吸收剂,多余的氯硅烷液体(即从三氯氢硅合成气中分离出的氯硅烷)经冷却后送往氯硅烷贮存工序的原料氯硅烷贮槽。
5. 氯硅烷分离提纯工序在三氯氢硅合成工序生成,经合成气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的原料氯硅烷贮槽;在三氯氢硅还原工序生成,经还原尾气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的还原氯硅烷贮槽;在四氯化硅氢化工序生成,经氢化气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的氢化氯硅烷贮槽。
原料氯硅烷液体、还原氯硅烷液体和氢化氯硅烷液体分别用泵抽出,送入氯硅烷分离提纯工序的不同精馏塔中。
6. 三氯氢硅氢还原工序经氯硅烷分离提纯工序精制的三氯氢硅,送入本工序的三氯氢硅汽化器,被热水加热汽化;从还原尾气干法分离工序返回的循环氢气流经氢气缓冲罐后,也通入汽化器内,与三氯氢硅蒸汽形成一定比例的混合气体。
从三氯氢硅汽化器来的三氯氢硅与氢气的混合气体送入还原炉内。
在还原炉内通电的炽热硅芯/硅棒的表面,三氯氢硅发生氢还原反应,生成硅沉积下来,使硅芯/硅棒的直径逐渐变大,直至达到规定的尺寸。
氢还原反应同时生成二氯二氢硅、四氯化硅、氯化氢和氢气,与未反应的三氯氢硅和氢气一起送出还原炉,经还原尾气冷却器用循环冷却水冷却后,直接送往还原尾气干法分离工序。
还原炉炉筒夹套通入热水,以移除炉内炽热硅芯向炉筒内壁辐射的热量,维持炉筒内壁的温度。
出炉筒夹套的高温热水送往热能回收工序,经废热锅炉生产水蒸汽而降温后,循环回本工序各还原炉夹套使用。
还原炉在装好硅芯后,开车前先用水力射流式真空泵抽真空,再用氮气置换炉内空气,再用氢气置换炉内氮气(氮气排空),然后加热运行,因此开车阶段要向环境空气中排放氮气和少量的真空泵用水(可作为清洁下水排放);在停炉开炉阶段(约5~7天1次),先用氢气将还原炉内含有氯硅烷、氯化氢、氢气的混合气体压入还原尾气干法回收系统进行回收,然后用氮气置换后排空,取出多晶硅产品,移出废石墨电极,视情况进行炉内超纯水洗涤,因此停炉阶段将产生氮气、废石墨和清洗废水。
氮气是无害气体,因此正常情况下还原炉开、停车阶段无有害气体排放。
废石墨由原生产厂回收,清洗废水送项目含氯化物酸碱废水处理系统处理。
7. 还原尾气干法分离工序从三氯氢硅氢还原工序来的还原尾气经此工序被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体,分别循环回装置使用。
还原尾气干法分离的原理和流程与三氯氢硅合成气干法分离工序十分类似。
从变温变压吸附器出口得到的高纯度的氢气,流经氢气缓冲罐后,大部分返回三氯氢硅氢还原工序参与制取多晶硅的反应,多余的氢气送往四氯化硅氢化工序参与四氯化硅的氢化反应;吸附器再生废气送往废气处理工序进行处理;从氯化氢解析塔顶部得到提纯的氯化氢气体,送往放置于三氯氢硅合成工序的循环氯化氢缓冲罐;从氯化氢解析塔底部引出的多余的氯硅烷液体(即从三氯氢硅氢还原尾气中分离出的氯硅烷),送入氯硅烷贮存工序的还原氯硅烷贮槽。
8. 四氯化硅氢化工序经氯硅烷分离提纯工序精制的四氯化硅,送入本工序的四氯化硅汽化器,被热水加热汽化。
从氢气制备与净化工序送来的氢气和从还原尾气干法分离工序来的多余氢气在氢气缓冲罐混合后,也通入汽化器内,与四氯化硅蒸汽形成一定比例的混合气体。
从四氯化硅汽化器来的四氯化硅与氢气的混合气体,送入氢化炉内。
在氢化炉内通电的炽热电极表面附近,发生四氯化硅的氢化反应,生成三氯氢硅,同时生成氯化氢。
出氢化炉的含有三氯氢硅、氯化氢和未反应的四氯化硅、氢气的混合气体,送往氢化气干法分离工序。
氢化炉的炉筒夹套通入热水,以移除炉内炽热电极向炉筒内壁辐射的热量,维持炉筒内壁的温度。
出炉筒夹套的高温热水送往热能回收工序,经废热锅炉生产水蒸汽而降温后,循环回本工序各氢化炉夹套使用。
9. 氢化气干法分离工序从四氯化硅氢化工序来的氢化气经此工序被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体,分别循环回装置使用。
氢化气干法分离的原理和流程与三氯氢硅合成气干法分离工序十分类似。
从变温变压吸附器出口得到的高纯度氢气,流经氢气缓冲罐后,返回四氯化硅氢化工序参与四氯化硅的氢化反应;吸附再生的废气送往废气处理工序进行处理;从氯化氢解析塔顶部得到提纯的氯化氢气体,送往放置于三氯氢硅合成工序的循环氯化氢缓冲罐;从氯化氢解析塔底部引出的多余的氯硅烷液体(即从氢化气中分离出的氯硅烷),送入氯硅烷贮存工序的氢化氯硅烷贮槽。
10. 氯硅烷贮存工序本工序设置以下贮槽:100m3氯硅烷贮槽、100m3工业级三氯氢硅贮槽、100m3工业级四氯化硅贮槽、100 m3氯硅烷紧急排放槽等。
从合成气干法分离工序、还原尾气干法分离工序、氢化气干法分离工序分离得到的氯硅烷液体,分别送入原料、还原、氢化氯硅烷贮槽,然后氯硅烷液体分别作为原料送至氯硅烷分离提纯工序的不同精馏塔。
在氯硅烷分离提纯工序3级精馏塔顶部得到的三氯氢硅、二氯二氢硅的混合液体,在4、5级精馏塔底得到的三氯氢硅液体,及在6、8、10级精馏塔底得到的三氯氢硅液体,送至工业级三氯氢硅贮槽,液体在槽内混合后作为工业级三氯氢硅产品外售。
11. 硅芯制备工序采用区熔炉拉制与切割并用的技术,加工制备还原炉初始生产时需安装于炉内的导电硅芯。
硅芯制备过程中,需要用氢氟酸和硝酸对硅芯进行腐蚀处理,再用超纯水洗净硅芯,然后对硅芯进行干燥。
酸腐蚀处理过程中会有氟化氢和氮氧化物气体逸出至空气中,故用风机通过罩于酸腐蚀处理槽上方的风罩抽吸含氟化氢和氮氧化物的空气,然后将该气体送往废气处理装置进行处理,达标排放。
12. 产品整理工序在还原炉内制得的多晶硅棒被从炉内取下,切断、破碎成块状的多晶硅。
用氢氟酸和硝酸对块状多晶硅进行腐蚀处理,再用超纯水洗净多晶硅块,然后对多晶硅块进行干燥。
酸腐蚀处理过程中会有氟化氢和氮氧化物气体逸出至空气中,故用风机通过罩于酸腐蚀处理槽上方的风罩抽吸含氟化氢和氮氧化物的空气,然后将该气体送往废气处理装置进行处理,达标排放。
经检测达到规定的质量指标的块状多晶硅产品送去包装。
13. 废气及残液处理工序① 含氯化氢工艺废气净化SiHCl3提纯工序排放的废气、还原炉开停车、事故排放废气、氯硅烷及氯化氢储存工序储罐安全泄放气、CDI吸附废气全部用管道送入废气淋洗塔洗涤。
废气经淋洗塔用10%NaOH连续洗涤后,出塔底洗涤液用泵送入工艺废料处理工序,尾气经15m高度排气筒排放。
② 残液处理在精馏塔中排出的、主要含有四氯化硅和聚氯硅烷化合物的釜地残液以及装置停车放净的氯硅烷残液液体送到本工序加以处理,需要处理的液体被送入残液收集槽,然后用氮气将液体压出,送入残液淋洗塔洗涤。