西门子法生产多晶硅工艺设计改良分析
杨 凯 施晨鹏
【摘 要】摘 要 近年来，人们不断深入研究并开发太阳能资源，对原材料的需求也在不断提高，从而促进了多晶硅行业的发展。通过改进并创新多晶硅生产工艺技术，使多晶硅生产过程中不但提升了生产的效率和质量，同时还降低了一定量的成本。因此，改良西门子法成为目前生产多晶硅技术中最成熟、扩展速度最快、应用最广泛的技术。本文对改良西门子法生产多晶硅过程中各个程序进行分析，希望能为众多工业行业生产人员提供一定的帮助。 【期刊名称】化工时刊 【年(卷),期】2017(031)008 【总页数】3
【关键词】关键词 西门子法 多晶硅生产工艺 设计改良
多晶硅不仅是硅抛光片、太阳能电池和高纯硅制品制作所需的必要原料，同时，还是信息和新能源产业正常运作的基础保障。现阶段中，多晶硅通常以冶金法、流化床法、锌还原法、气液沉积法和改良西门子法生产。而改良西门子法对成本的需求很低，能够生产出高质量多晶硅，不仅消耗的能源少，还没有污染，因此，大部分工厂都以该方法生产多晶硅。
1 改良西门子法介绍
该方法是采用H和Cl完成HCl的合成，并以特定温度为基础使HCl和工业硅粉完成SiHCl3的合成，并在分离SiHCl3后进行精馏和提纯，对SiHCl3提纯后可以在氢还原炉内完成CVN反应从而得到高纯度多硅晶。该方法主要包含还原炉尾气封闭式干法回收技术、导热油循环冷却还原炉技术、大直径对棒节
能型还原炉技术以及副产品SiCl4氢化生成SiHCl3技术。相对于传统的西门子法，改良西门子法具有以下几个优点： 1.1 节能
该方法主要采用的还原炉为大直径对棒和导热油循环冷却，因此能够很大程度降低还原炉的电能消耗。 1.2 降低物耗
改良西门子法能够有效的回收还原尾气。还原尾气是从还原炉中排放出的反应后的混合气体。改良西门子法能够对尾气中包含的所有组分进行全部回收并在此利用，因此能够使消耗的原料很大程度的降低。 1.3 减少污染
相对于传统西门子法，该方法是闭路循环操作的，能够对多晶硅生产所需物料充分利用，很少有废料生成，因此能够将产生的污染有效的减少。
2 改良西门子法生产多晶硅工艺流程
该方法的流程具体如下：制备H2并纯化、合成HCl、分离氯硅烷并提纯、合成气干法分离、合成SiHCl3、SiCl4氢化、SiHCl3氢还原、还原尾气干法分离、处理废气和残液、制备硅芯等，如图1所示。 2.1 氯硅烷分离提纯
在SiHCl3合成工序生成，将通过合成气干法分离工序得到的氯硅烷液体送入贮存氯硅烷工序的原料氯硅烷贮槽；在SiHCl3还原工序生成，通过还原尾气干法分离工序得到的氯硅烷液体送入贮存氯硅烷工序的还原氯硅烷贮槽；在SiCl4氢化工序生成[1]，通过氢化气干法分离工序分离得到的氯硅烷液体送入贮存氯硅烷工序的氢化氯硅烷贮槽。采用泵分别抽出原料氯硅烷液体、还原氯
硅烷液体和氢化氯硅烷液体，并送入氯硅烷分离提纯工序的不同精馏塔中。 2.2 SiHCl3合成
在硅粉下料斗中加入原料硅粉，并使硅粉经过接收料斗到达中间料斗，借助热HCl气体置换料斗内的气体，使其压力与下方料斗平衡，便于硅粉传入下方供应料斗。随后，借助料斗底部的星型供料机将硅粉送入SiHCl3合成炉进料管。将通过HCl合成工序得到的HCl气体、通过循环HCl缓冲罐得到的HCl气体混合，然后引入SiHCl3合成炉进料管，挟带并输送来自于硅粉供应料斗送入管内的硅粉，并从底部进入SiHCl3合成炉。
硅粉与HCl气体在SiHCl3合成炉内能够反应并形成沸腾床，生成SiHCl3的同时还有H2、SiCl4、聚氯硅烷、金属氯化物和三氯二氢硅等产物，该混合气体被称作SiHCl3合成气，该反应能放出大量热能。在合成炉外壁装有水夹套[2]，能够通过夹套内的水分将热量带走一部分并使炉壁的温度维持在需要的程度。以三级旋风除尘器将来自于炉顶部气体中的硅粉去除一部分，然后以SiCl4液体洗涤取出气体温表部分细小硅尘。洗涤过程中，将湿H2通入，气体中部分金属氧化物与之接触后会发生水解反应从而消除。将除掉硅粉后的混合气体净化后送入合成气干法分离中。SiHCl3合成炉内的主要反应如下: 主反应：Si+3HClSiHCl3+H2 Si+4HClSiCl4+2H2
副反应：2SiHCl3SiH2Cl2+SiCl4 2Si+6HClSi2Cl6+3H2 2Si+5HClSi2HCl5+2H2 2.3 SiHCl3氢还原
西门子法生产多晶硅工艺设计改良分析
