一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统的制作方法

1.本技术涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统。


背景技术：

2.多晶硅生产中，在还原炉所使用的三氯氢硅(tcs)中加入适量的二氯二氢硅(dcs)有利于抑制副反应的进行，提高多晶硅在还原炉内的沉积速率。还原炉所使用的tcs中需要控制dcs的含量，dcs的含量通常控制在1％至5％之间。随着各家企业对还原过程的沉积速率和产品质量要求的不断提升，就要求还原用的tcs中dcs的含量必须精准控制。
3.目前行业中控制tcs中dcs含量的方法主要为：由于dcs的纯度较大影响多晶硅的品质(杂质含量)，因此，大多数的多晶硅厂家将外购的dcs(这是由于外购而来的dcs纯度高)按比例添加到精馏提纯后的合成tcs(冷氢化工序生成的氢化氯硅烷经过精馏提纯后得到合成tcs)中，通过直接控制tcs和dcs二者的加入量直接控制tcs中dcs的含量。但是，外购的dcs价格较贵，购买成本较高，导致多晶硅生产成本高，且由于dcs性质活跃，外购的dcs在运输过程中安全性差，容易发生安全事故，这就需要更加严格、周全的运输安全保障措施及设备，导致dcs的运输成本增加，进一步增加dcs的购买成本，导致多晶硅生产成本更高。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中，大多数的多晶硅厂家将外购的dcs按比例添加到合成tcs中，以提高沉积速率，但外购的二氯二氢硅价格较贵，且运输成本较高，导致二氯二氢硅的购买成本较高，进而导致多晶硅生产成本高的问题。提供一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，将还原尾气中的dcs代替现有技术中外购而来的dcs，无需外购dcs，能够减少降低购买成本及运输成本，有利于降低多晶硅生产成本，还能够避免因需要外购dcs而存在运输过程中安全性差、容易发生安全事故的问题，且能够精准控制含量，还能够使得还原工艺用原料中杂质含量低，避免引入杂质，进而能够使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。
5.一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，包括还原炉、尾气回收系统、分离塔、补充tcs管道、控制装置和混合器，所述还原炉的还原尾气出口与所述尾气回收系统的进口相连，所述尾气回收系统的氯硅烷出口与所述分离塔的进口相连，且所述分离塔的进口设置有第一流速计，所述分离塔的塔顶出口设置有第一流速阀，所述分离塔的塔侧出口与所述混合器的进口相连，且所述分离塔的塔侧出口设置有第二流速计，所述补充tcs管道与所述混合器的进口相连，且所述补充tcs管道设置有第二流速阀，所述第一流速计、所述第一流速阀、所述第二流速计和所述第二流速阀均与所述控制装置电连接，所述混合器的出口与所述还原炉的进口相连。
6.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，还包括气态合成tcs储罐，所述气态合成tcs储罐的出口通过所述补充tcs管道与所述混合器的进口相连。
7.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，所述分离塔的塔底出口设置有第四流速计，且所述第四流速计与所述控制装置电连接。
8.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，还包括氢气储罐，所述混合器的出口设置有第三流速计，所述氢气储罐的出口和所述混合器的出口均与所述还原炉的进口相连，且所述氢气储罐的出口设置有第三流速阀，所述第三流速计和所述第三流速阀均与所述控制装置电连接。
9.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，所述尾气回收系统的氢气出口与所述氢气储罐的进口相连。
10.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，所述氢气储罐的进口处或出口处设置有吸附除碳装置。
11.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，所述氢气储罐的进口还连接有补充氢气管道。
12.优选地，上述一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，还包括dcs储罐，所述分离塔的塔顶出口与所述dcs储罐相连。
13.本技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：
14.本技术实施例公开的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，(1)回收氯硅烷中重组分的碳杂质和磷杂质通过分离塔的塔底排出，轻组分的硼杂质通过塔顶排出，使得通过分离塔塔侧采出的气态混合物a中基本不含有碳杂质、磷杂质和硼杂质，杂质含量低、纯度高，将这些气态混合物a在后续工艺中通入到还原炉中循环利用，从而能够使得还原工艺用原料中杂质含量低，避免引入杂质，进而能够使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。(2)将还原尾气中的dcs代替现有技术中外购而来的dcs，无需外购dcs，能够减少降低购买成本及运输成本，有利于降低多晶硅生产成本，还能够避免因需要外购dcs而存在运输过程中安全性差、容易发生安全事故的问题。(3)通过调节v2的大小，以控制b％的具体值，实现还原工艺用原料中dcs含量占比的控制，通过调节v2的大小以控制b％的稳定性高，使得控制精度高，气态混合物c中dcs摩尔占比的控制稳定及精准对还原炉100稳定运行起到非常大的作用。(4)相较于现有技术中将高纯dcs与tcs按比例混合的方式，由于tcs中会含有少量的dcs，这部分dcs的存在，会干扰计算结果，导致高纯dcs与还原尾气回收得到的tcs按比例混合后的实际比例与理论比例不同，而本技术直接在采出的tcs中预留一定量的dcs，使得最终物料中占比得到精准控制，避免影响还原工艺的稳定性。(5)现有技术中，将氢化工艺得到的氯硅烷进行分离得到dcs，用于与tcs进行混合作为还原工艺用原料，相较于此，本技术从将还原尾气回收得到的部分dcs作为还原工艺用原料，本领域熟知的，还原尾气回收得到的气态混合物a纯度比氢化工艺得到的tcs纯度高，杂质含量低，因此，相较于此，本技术中采用还原尾气中的dcs作用还原工艺用原料，能够使得还原工艺用原料中杂质含量低，避免引入杂质，进而能够使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。
附图说明
15.图1为本技术实施例中公开的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统的示意图，图中虚线代表电连接线。
16.附图说明：还原炉100、尾气回收系统200、分离塔300、气态合成tcs储罐400、控制
装置500、氢气储罐600、混合器700、dcs储罐800。
具体实施方式
17.为了便于理解本技术，下面将参照相关实施例对本技术进行更全面的描述。实施例中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术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技术的公开内容理解的更加透彻全面。
18.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。
19.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技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术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，不是旨在于限制本技术。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。
20.请参考图1，本技术实施例公开一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，包括还原炉100、尾气回收系统200、分离塔300、补充tcs管道、控制装置500和混合器700，其中：
21.还原炉100的还原尾气出口与尾气回收系统200的进口相连，以将还原尾气通入到尾气回收系统200中进行分离，还原尾气主要包括氯硅烷、氢气和氯化氢，对还原尾气进行分离回收的方法有多种，本技术对此不做限制。还原尾气分离回收后能够得到回收氯化氢、回收氢气和回收氯硅烷。回收氯硅烷中含有大量的tcs，其含量可达30％左右，具有较大的回收价值。
22.尾气回收系统200的氯硅烷出口与分离塔300的进口相连，将回收氯硅烷通入分离塔300中进行分离处理，由于回收氯硅烷主要包括dcs、tcs和stc，通过分离塔300将回收氯硅烷中低沸点的dcs通过塔顶排出，将回收氯硅烷中高沸点的stc和重组分碳杂质通过塔底排出，将沸点处于中间的tcs和少量dcs通过塔侧排出，因此，分离塔300能够将回收氯硅烷中的轻组分(dcs)从塔顶排出，中组分(tcs和少量dcs)从塔侧排出，重组分(stc和重组分碳杂质)从塔底排出。且分离塔300的进口设置有第一流速计，检测回收氯硅烷通入至分离塔300的流速v1，且回收氯硅烷通入至分离塔300的管道横截面积为s1，则说明通入至分离塔300中的回收氯硅烷流量为v1*s1，由于在多晶硅生产过程中，还原尾气中dcs、tcs和stc的质量占比基本稳定，因此，通过对还原尾气进行分离回收得到气态的回收氯硅烷中，dcs、tcs和stc的质量占比也基本稳定，所以，通入至分离塔300中的dcs流量为v1*s1*a％，a％为回收氯硅烷中dcs的质量占比。一般情况下，回收氯硅烷中约有3％的dcs、30％的tcs和66％的stc，此种情况下，a％为3％。
23.由于回收氯硅烷中含有重组分的碳杂质和磷杂质，以及轻组分的硼杂质，重组分的碳杂质和磷杂质通过分离塔300的塔底排出，轻组分的硼杂质通过分离塔300的塔顶排出，如此一来，通过分离塔300塔侧采出的物料中基本不含有这些杂质，而从分离塔300塔侧
采出的物料后续需要通入到还原炉100中循环利用，从而能够使得循环利用的这部分物料纯度较高，避免引入杂质，进而能够减少杂质对所生产多晶硅纯度的影响，使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。因此，分离塔300在起到分离回收氯硅烷中dcs、tcs和stc的同时，还能够对分离塔300塔侧采出的物料进行除杂，以确保循环利用的这部分物料纯度较高，实现一物两用的效果。
24.分离塔300的塔顶出口设置有第一流速阀，控制第一流速阀的开度，以v2的流速从分离塔300的塔顶采出气态的回收dcs，且回收dcs从分离塔300塔顶的采出管道横截面积为s2，则说明从分离塔300塔顶采出回收dcs的流量为v2*s2，此时分离塔300中剩余的dcs通过分离塔300的塔侧采出，同时，通过分离塔300的塔侧也采出tcs，所以，从分离塔300的塔侧采出的物料为dcs与tcs的气态混合物a。分离塔300的塔侧出口与混合器700的进口相连，且分离塔300的塔侧出口设置有第二流速计，通过第二流速计检测气态混合物a的采出流速为v3，且采出管道的横截面积为s3，则说明从分离塔300塔侧采出的气态混合物a流量为v3*s3，由于剩余的dcs通过分离塔300的塔侧采出，因此，采出的气态混合物a中，采出的dcs流量为v1*s1*a％-v2*s2。
25.补充tcs管道与混合器700的进口相连，由于通过还原尾气回收并分离得到的tcs量较少，不能满足还原工艺用原料中tcs所需，因此需要额外补充tcs，补充的tcs可以为外购的高纯tcs，本技术对此不做限制。将补充的tcs通过补充tcs管道补充到还原工艺用原料中，以满足还原工艺用原料中tcs所需。
26.补充tcs管道设置有第二流速阀，第一流速计、第一流速阀、第二流速计和第二流速阀均与控制装置500电连接，混合器700的出口与还原炉100的进口相连。通过控制第二流速阀的开度，将氢化精馏得到的补充的tcs按照流速v4与气态混合物a混合得到气态混合物c，也就是说，v4流速的补充的tcs与v3流速的气态混合物a混合得到气态混合物c，补充的tcs补充管道的横截面积为s4，则说明补充的tcs补充的流量为v4*s4，单位时间内，气态混合物c的量(体积)为v3*s3+v4*s4，由于气态混合物a中含有v1*s1*a％-v2*s2的dcs，因此，气态混合物c中也会含有v1*s1*a％-v2*s2的dcs，所以，气态混合物c中dcs的摩尔占比为b％，b％＝(((v1*s1*a％-v2*s2)*p1)/m1)/(((v3*s3+v4*s4)*p2)/m2)，其中，s1、s2、s3和s4为相对应管道的横截面积，a％为回收氯硅烷中dcs的质量占比，p1为dcs的密度，m1为dcs的摩尔质量，p2为气态混合物c的拟合密度，m2为气态混合物c的拟合摩尔质量。最后将气态混合物c作为还原工艺用原料通入还原炉100进行还原反应制备多晶硅。上述计算控制过程均有控制装置500完成。
27.通过调节v2的大小，以控制b％的具体值，也就是说，通过控制分离塔300塔顶采出的dcs的量，以控制从分离塔300塔侧采出的气态混合物a中dcs的量，以使最终得到气态混合物c中的dcs摩尔占比达到工艺要求。同时，由于整个过程中，物质含量基本保持稳定，通过调节v2的大小以控制b％的稳定性高，使得控制精度高，气态混合物c中dcs摩尔占比的控制稳定及精准对还原炉100稳定运行起到非常大的作用。
28.本技术实施例公开的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统中，(1)回收氯硅烷中重组分的碳杂质和磷杂质通过分离塔300的塔底排出，轻组分的硼杂质通过塔顶排出，使得通过分离塔300塔侧采出的气态混合物a中基本不含有碳杂质、磷杂质和硼杂质，杂质含量低、纯度高，将这些气态混合物a在后续工艺中通入到还原炉100中循环利用，从而
能够使得还原工艺用原料中杂质含量低，避免引入杂质，进而能够使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。(2)将还原尾气中的dcs代替现有技术中外购而来的dcs，无需外购dcs，能够减少降低购买成本及运输成本，有利于降低多晶硅生产成本，还能够避免因需要外购dcs而存在运输过程中安全性差、容易发生安全事故的问题。(3)通过调节v2的大小，以控制b％的具体值，实现还原工艺用原料中dcs含量占比的控制，通过调节v2的大小以控制b％的稳定性高，使得控制精度高，气态混合物c中dcs摩尔占比的控制稳定及精准对还原炉100稳定运行起到非常大的作用。(4)相较于现有技术中将高纯dcs与tcs按比例混合的方式，由于tcs中会含有少量的dcs，这部分dcs的存在，会干扰计算结果，导致高纯dcs与还原尾气回收得到的tcs按比例混合后的实际比例与理论比例不同，而本技术直接在采出的tcs中预留一定量的dcs，使得最终物料中占比得到精准控制，避免影响还原工艺的稳定性。(5)现有技术中，将氢化工艺得到的氯硅烷进行分离得到dcs，用于与tcs进行混合作为还原工艺用原料，相较于此，本技术从将还原尾气回收得到的部分dcs作为还原工艺用原料，本领域熟知的，还原尾气回收得到的气态混合物a纯度比氢化工艺得到的tcs纯度高，杂质含量低，因此，相较于此，本技术中采用还原尾气中的dcs作用还原工艺用原料，能够使得还原工艺用原料中杂质含量低，避免引入杂质，进而能够使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。
29.如上文所述，补充的tcs可以为外购的高纯tcs，由于外购的高纯tcs价格较贵，会导致生产成本较高，基于此，可选地，还包括气态合成tcs储罐400，气态合成tcs储罐400的出口通过补充tcs管道与混合器700的进口相连。氢化工艺将多晶硅生产过程中回收的stc(例如通过分离塔300塔底采出的stc)转化为tcs，通过氢化工艺得到含有大量tcs的补充氯硅烷，将补充氯硅烷通过精馏提纯，得到其中的气态合成tcs，并储存到气态合成tcs储罐400中，将这些气态合成tcs通过补充tcs管道补充到还原工艺用原料中，以满足还原工艺用原料中tcs所需，有效降低生产成本。
30.作为优选，分离塔300的塔底出口设置有第四流速计，且第四流速计与控制装置500电连接。通入到分离塔300中的回收氯硅烷分离后通过塔顶、塔侧和塔底采出，又由于回收氯硅烷中一般约有3％的dcs、30％的tcs和66％的stc，因此，需要从分离塔300塔底采出至少66％的stc，故，从分离塔300塔顶、塔侧最多采出33％的dcs和tcs，为了避免从塔侧采出stc，因此，塔侧和塔顶实际的采出量应该小于33％，通过控制塔侧采出量，避免多余将stc采出，从而有利于提高气态混合物c的纯度，防止存在stc杂质。通过第四流速计检测分离塔300的塔底出口的采出量，以使超过66％，避免未被采出的stc从塔侧采出而影响纯度。
31.还原工艺用原料中还应该包括氢气，具体地，还包括氢气储罐600，混合器700的出口设置有第三流速计，氢气储罐600的出口和混合器700的出口均与还原炉100的进口相连，且氢气储罐600的出口设置有第三流速阀，第三流速计和第三流速阀均与控制装置500电连接。通过第三流速计与第三流速阀的控制配合，便于将氢气与气态混合物c按比例混合，实现自动控制，且控制精度高。
32.氢气可以为外购的氢气，但这样成本较高，可选地，尾气回收系统200的氢气出口与氢气储罐600的进口相连，通过将尾气回收得到的氢气通入到氢气储罐600，用于还原工艺用氢气进行回收循环利用，避免氢气浪费的同时，还能够降低生产成本。
33.由于通过尾气回收的氢气中碳杂质含量较高，可选地，氢气储罐600的进口处或出口处设置有吸附除碳装置，通过吸附除碳装置中的专项吸附剂对回收氢气进行吸附除碳，
避免因回收氢气中碳杂质含量高而影响还原工艺的进行以及影响所生产多晶硅的纯度及品质。
34.通过尾气回收的氢气量较少，不能满足还原工艺用氢气的需求，因此，需要额外补充氢气，进一步地，氢气储罐600的进口还连接有补充氢气管道，将外购的氢气通过补充氢气管道通入到氢气储罐600中，与通过还原尾气回收的氢气一同用于还原工艺用氢气，满足还原工艺用氢气的需求。
35.如上文所述，从分离塔300的塔顶将部分dcs采出，采出的dcs可以通入反歧化装置中与stc反歧化生成tcs，因此，还包括dcs储罐800，分离塔300的塔顶出口与dcs储罐800相连，从分离塔300的塔顶出口采出的dcs通入到dcs储罐800中，用于后续工艺使用，可以是将dcs储罐800的出口与反歧化装置相连，将dcs通入反歧化装置中与stc反歧化生成tcs，提高有用资源的回收利用率，同时，避免dcs排放造成严重环境污染事件。
36.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。
37.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，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，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，包括还原炉（100）、尾气回收系统（200）、分离塔（300）、补充tcs管道、控制装置（500）和混合器（700），所述还原炉（100）的还原尾气出口与所述尾气回收系统（200）的进口相连，所述尾气回收系统（200）的氯硅烷出口与所述分离塔（300）的进口相连，且所述分离塔（300）的进口设置有第一流速计，所述分离塔（300）的塔顶出口设置有第一流速阀，所述分离塔（300）的塔侧出口与所述混合器（700）的进口相连，且所述分离塔（300）的塔侧出口设置有第二流速计，所述补充tcs管道与所述混合器（700）的进口相连，且所述补充tcs管道设置有第二流速阀，所述第一流速计、所述第一流速阀、所述第二流速计和所述第二流速阀均与所述控制装置（500）电连接，所述混合器（700）的出口与所述还原炉（100）的进口相连。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，还包括气态合成tcs储罐（400），所述气态合成tcs储罐（400）的出口通过所述补充tcs管道与所述混合器（700）的进口相连。3.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，所述分离塔（300）的塔底出口设置有第四流速计，且所述第四流速计与所述控制装置（500）电连接。4.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，还包括氢气储罐（600），所述混合器（700）的出口设置有第三流速计，所述氢气储罐（600）的出口和所述混合器（700）的出口均与所述还原炉（100）的进口相连，且所述氢气储罐（600）的出口设置有第三流速阀，所述第三流速计和所述第三流速阀均与所述控制装置（500）电连接。5.根据权利要求4所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，所述尾气回收系统（200）的氢气出口与所述氢气储罐（600）的进口相连。6.根据权利要求5所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，所述氢气储罐（600）的进口处或出口处设置有吸附除碳装置。7.根据权利要求5所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，所述氢气储罐（600）的进口还连接有补充氢气管道。8.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，其特征在于，还包括dcs储罐（800），所述分离塔（300）的塔顶出口与所述dcs储罐（800）相连。

技术总结
本申请涉及一种多晶硅生产过程中高纯二硅回收循环系统，尾气回收系统的氯硅烷出口与分离塔的进口相连，且分离塔的进口设置有第一流速计，分离塔的塔顶出口设置有第一流速阀，分离塔的塔侧出口设置有第二流速计，分离塔的塔侧出口和补充TCS管道均与混合器的进口相连，且补充TCS管道设置有第二流速阀。将还原尾气中的DCS代替现有技术中外购而来的DCS，无需外购DCS，能够减少降低购买成本及运输成本，有利于降低多晶硅生产成本，还能够避免因需要外购DCS而存在运输过程中安全性差、容易发生安全事故的问题，且能够精准控制含量，还能够使得还原工艺用原料中杂质含量低，进而能够使得所生产的多晶硅杂质含量低，品质高。品质高。品质高。


技术研发人员：杨鹏 马俊霞 何紫微 李广 李万存 王正云 张杰 陈朝霞
受保护的技术使用者：内蒙古润阳悦达新能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/20