多晶硅还原系统的制作方法

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅还原系统。

背景技术：

多晶硅是重要的半导体原料，目前其生产的主流工艺为改良西门子法。多晶硅还原是改良西门子法的一个重要生产环节，其原料为三氯氢硅和氢气按照一定的摩尔比混合，混合气再与还原尾气进行换热之后进入还原炉在1000-1100℃的硅芯上进行反应。反应后的还原尾气携带大量的热量，需要经过冷却后进入尾气回收系统。多晶硅制备是一个高耗能的产业，如何改进工艺降低生产成本则成为各企业是否可持续发展的重点，而各工序余热的利用又是该重点中的重点。

整个多晶硅沉积过程中，随着硅棒慢慢变粗之后整个还原炉内热场的变化很大，炉内热场温度越高，原料混合气进气容易在炉腔内气相空间发生反应生成无定型硅。这样以来对原料混合气进气温度要求也会随着反应段的不同需要进行调整，但是，现有的多晶硅还原进料系统中原料混合气进气是与还原尾气进行换热的，由于还原尾气携带大量的热量，原料混合进气温度随着反应进行到中后期温度逐步上升，随着反应的进行硅芯上不断沉积多晶硅，会慢慢变粗，所需要的原料气量也会逐步增大，反应所需热量也会增加，因此需要逐步增加电流，从还原炉内出来的还原尾气温度也会逐步上升，那么还原尾气与原料混合气进气换热之后，原料进气温度也会越来越高，这样以来原料混合气进气容易在炉腔内气相空间发生反应生成无定型硅，不仅降低了多晶硅的质量和生产成本，并且，由于还原尾气的温度过高，导致还原尾气携带的大量热量也无法回收利用，从而降低了热量的利用效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种多晶硅还原系统，主要目的是提供一种能够降低生产过程中无定型硅粉产生的多晶硅还原系统。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种多晶硅还原系统，该系统包括：

还原单元；

进气单元，所述进气单元包括气化部、混合部和换热部，所述气化部连接于所述混合部，用于将三氯氢硅气体通入所述混合部，所述换热部包括换热器和加热器，所述换热器的一端连接于所述混合部，用于加热三氯氢硅和氢气的混合气体，另一端连接于所述还原单元，用于将所述混合气体通入所述还原单元，所述加热器连接于所述换热器，用于加热所述换热器；

尾气单元，所述尾气单元包括冷却部和回收部，所述冷却部连接于所述还原单元，用于降低所述还原单元排出的尾气的温度，所述回收部连接于所述冷却部，用于回收所述尾气。

进一步的，所述加热器包括供热装置、检测器和调节器，所述供热装置连接于所述换热器，所述检测器设置在所述换热器上，并且连接于所述供热装置，用于检测所述换热器的温度，所述调节器连接于所述供热装置，用于调节所述供热装置的流量。

进一步的，所述供热装置为蒸汽供热装置。

进一步的，所述加热器还包括回流管，所述回流管的一端连接于所述换热器，另一端连接于所述蒸汽供热装置，用于将所述换热器上的冷凝水回收至所述蒸汽供热装置中。

进一步的，预热器，所述预热器的一端连接于氢气单元，另一端连接于所述混合部，用于加热氢气，并将加热的氢气通入所述混合部中。

进一步的，所述换热器为直管式换热器。

进一步的，所述冷却部包括冷却器和闪蒸罐，所述冷却器的一端连接于所述还原单元，用于收集所述还原单元排出的尾气，另一端连接于所述回收部，用于将所述尾气通入所述回收部，所述闪蒸罐连接于所述冷却器，用于置换所述冷却器内的尾气的温度。

进一步的，精馏单元，所述精馏单元连接于所述闪蒸罐，用于接收所述闪蒸罐提供的蒸汽。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型实施例提供的技术方案中，还原单元的作用提供三氯氢硅气体与氢气反应的场所；进气单元的作用是将三氯氢硅气体和氢气通入还原单元，进气单元包括气化部、混合部和换热部，气化部连接于混合部，用于将三氯氢硅气体通入混合部，换热部包括换热器和加热器，换热器的一端连接于混合部，用于加热三氯氢硅和氢气的混合气体，另一端连接于还原单元，用于将混合气体通入还原单元，加热器连接于换热器，用于加热换热器；尾气单元的作用是回收还原单元产生的尾气和杂质，尾气单元包括冷却部和回收部，冷却部连接于还原单元，用于降低还原单元排出的尾气的温度，回收部连接于冷却部，用于回收尾气，先将三氯氢硅液体通入气化部中，使三氯氢硅液体气化为三氯氢硅气体，并通入混合部中，再将氢气通入混合部中，对三氯氢硅气体和氢气进行混合形成混合气体，再将混合气体通入换热器中，开启加热器，加热器对换热器中的混合气体进行加热，再将加热后的混合气体通入还原单元，使氢气与三氯氢硅气体发生反应，生成硅棒，还原单元再将产生的废气通过冷却部进行冷却，最后将冷却的尾气通入回收部中，相对于现有技术，原料混合气进气是与还原尾气进行换热的，由于还原尾气携带大量的热量，原料混合进气温度随着反应进行到中后期温度逐步上升，随着反应的进行硅芯上不断沉积多晶硅，会慢慢变粗，所需要的原料气量也会逐步增大，反应所需热量也会增加，因此需要逐步增加电流，从还原炉内出来的还原尾气温度也会逐步上升，那么还原尾气与原料混合气进气换热之后，原料进气温度也会越来越高，这样以来原料混合气进气容易在炉腔内气相空间发生反应生成无定型硅，不仅降低了多晶硅的质量和生产成本，并且，由于还原尾气的温度过高，导致还原尾气携带的大量热量也无法回收利用，从而降低了热量的利用效率，本实用新型实施例中，通过加热器单独对换热器进行加热，通过加热器控制混合气体进入还原单元时的温度，使混合气体的温度始终处于控制范围内，从而达到减少无定型硅粉的产生的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种多晶硅还原系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种加热器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种多晶硅还原系统，该系统包括：

还原单元1；

进气单元，进气单元包括气化部2、混合部3和换热部，气化部2连接于混合部3，用于将三氯氢硅气体通入混合部3，换热部包括换热器4和加热器5，换热器4的一端连接于混合部3，用于加热三氯氢硅和氢气的混合气体，另一端连接于还原单元1，用于将混合气体通入还原单元1，加热器5连接于换热器4，用于加热换热器4；

尾气单元，尾气单元包括冷却部和回收部9，冷却部连接于还原单元1，用于降低还原单元1排出的尾气的温度，回收部9连接于冷却部，用于回收尾气。

本实用新型实施例提供的技术方案中，还原单元1的作用提供三氯氢硅气体与氢气反应的场所；进气单元的作用是将三氯氢硅气体和氢气通入还原单元1，进气单元包括气化部2、混合部3和换热部，气化部2连接于混合部3，用于将三氯氢硅气体通入混合部3，换热部包括换热器4和加热器5，换热器4的一端连接于混合部3，用于加热三氯氢硅和氢气的混合气体，另一端连接于还原单元1，用于将混合气体通入还原单元1，加热器5连接于换热器4，用于加热换热器4；尾气单元的作用是回收还原单元1产生的尾气和杂质，尾气单元包括冷却部和回收部9，冷却部连接于还原单元1，用于降低还原单元1排出的尾气的温度，回收部9连接于冷却部，用于回收尾气，先将三氯氢硅液体12通入气化部2中，使三氯氢硅液体12气化为三氯氢硅气体，并通入混合部3中，再将氢气通入混合部3中，对三氯氢硅气体和氢气进行混合形成混合气体，再将混合气体通入换热器4中，开启加热器5，加热器5对换热器4中的混合气体进行加热，再将加热后的混合气体通入还原单元1，使氢气与三氯氢硅气体发生反应，生成硅棒，还原单元1再将产生的废气通过冷却部进行冷却，最后将冷却的尾气通入回收部9中，相对于现有技术，原料混合气进气是与还原尾气进行换热的，由于还原尾气携带大量的热量，原料混合进气温度随着反应进行到中后期温度逐步上升，随着反应的进行硅芯上不断沉积多晶硅，会慢慢变粗，所需要的原料气量也会逐步增大，反应所需热量也会增加，因此需要逐步增加电流，从还原炉内出来的还原尾气温度也会逐步上升，那么还原尾气与原料混合气进气换热之后，原料进气温度也会越来越高，这样以来原料混合气进气容易在炉腔内气相空间发生反应生成无定型硅，不仅降低了多晶硅的质量和生产成本，并且，由于还原尾气的温度过高，导致还原尾气携带的大量热量也无法回收利用，从而降低了热量的利用效率，本实用新型实施例中，通过加热器5单独对换热器4进行加热，通过加热器5控制混合气体进入还原单元1时的温度，使混合气体的温度始终处于控制范围内，从而达到减少无定型硅粉的产生的技术效果。

上述还原单元1的作用提供三氯氢硅气体与氢气反应的场所，还原单元1通常为多晶硅还原炉；进气单元的作用是将三氯氢硅气体和氢气通入还原单元1，进气单元包括气化部2、混合部3和换热部，气化部2连接于混合部3，用于将三氯氢硅气体通入混合部3，换热部包括换热器4和加热器5，换热器4的一端连接于混合部3，用于加热三氯氢硅和氢气的混合气体，另一端连接于还原单元1，用于将混合气体通入还原单元1，加热器5连接于换热器4，用于加热换热器4，加热器5可以采用传统的蒸汽加热装置，也可以采用其他的加热装置对换热器4进行加热，加热器5通常还具有调节温度的功能，能够控制加热器5的输出量，从而达到控制换热器4内的混合气体的温度的技术效果，换热器4可以采用直管式换热器，也可以采用套管式换热器4或者其他形式的换热器4；尾气单元的作用是回收还原单元1产生的尾气和杂质，尾气单元包括冷却部和回收部9，冷却部连接于还原单元1，用于降低还原单元1排出的尾气的温度，回收部9连接于冷却部，用于回收尾气，冷却部的作用是对还原单元1产生的尾气进行降温处理，通常情况下，尾气的温度在500度左右，需要通过循环水对尾气进行热交换，再将尾气通入回收部9中，可选的，循环水采用闪蒸罐7内的水，也就是说，闪蒸罐7与冷却部相连接，将闪蒸罐7内的水通入冷却部中，并与尾气进行热交换，使尾气的温度降低至150度-180度，再将尾气通入回收部9中，而闪蒸罐7中的水的温度从133度上升至160度，之后再回到闪蒸罐7中，提供给后续的精馏工序使用，从而达到有效利用尾气的热量的技术效果。

进一步的，如图1和图2所示，加热器5包括供热装置51、检测器52和调节器53，供热装置51连接于换热器4，检测器52设置在换热器4上，并且连接于供热装置51，用于检测换热器4的温度，调节器53连接于供热装置51，用于调节供热装置51的流量。本实施例中，进一步限定了加热器5，供热装置51连接于换热器4，供热装置51的作用是向换热器4提供热能，检测器52设置在换热器4上，并且连接于供热装置51，检测器52的作用是实时检测换热器4的温度，并将温度信息反馈至供热装置51，调节器53连接于供热装置51，调节器53的作用是调节供热装置51的流量，调节器53可以采用自动控制阀，也可以通过手动操作实现对供热装置51的流量控制，只要能够调节供热装置51的流量即可，通过检测器52对换热器4的温度进行检测，再通过调节器53对供热装置51的流量进行调节，从而达到控制换热器4内的混合气体的温度的技术效果。

进一步的，供热装置51为蒸汽供热装置。本实施例中，进一步限定了供热装置51为蒸汽供热装置，蒸汽供热装置的好处是能够方便快速的提供热能，并且，能够将蒸汽冷却后的冷却水进行回收再利用，达到节能的技术效果，可选的，采用1.2mpa的蒸汽对换热器4进行加热，还能够方便控制蒸汽的流量，从而更好的控制换热器4内的混合气体的温度，通常情况下，硅棒生长的0-30小时将换热器4的蒸汽开度打开到100％，30-100小时根据调节换热器4的蒸汽开度将混合气体的温度控制在140-160℃之间，当然也可以根据还原炉炉型的大小进行具体调节控制，从而达到方便调节供热装置的流量的技术效果。

进一步的，如图2所示，加热器5还包括回流管54，回流管54的一端连接于换热器4，另一端连接于蒸汽供热装置51，用于将换热器4上的冷凝水回收至蒸汽供热装置51中。本实施例中，进一步限定了加热器5，回流管54的作用是将蒸汽冷却后的冷凝水进行回收再利用，蒸汽与换热器4内的混合气体进行热交换后，会形成冷凝水，冷凝水通过回流管54回流至蒸汽供热装置51中，蒸汽供热装置51再将冷凝水从新加热为蒸汽，再次对换热器4进行加热，从而达到有效回收冷凝水的技术效果。

进一步的，如图1所示，增加了预热器10，预热器10的一端连接于氢气单元11，另一端连接于混合部3，用于加热氢气，并将加热的氢气通入混合部3中。本实施例中，增加了预热器10，预热器10的作用是对氢气进行预先加热，能够提高氢气的热交换性能，由于三氯氢硅液体12预先通过气化部2进行预热，使三氯氢硅液体12的形态升高至三氯氢硅气体，如果氢气的温度较低，三氯氢硅气体会与氢气进行热交换，导致三氯氢硅气体转变为三氯氢硅液体12，从而影响还原单元1的正常运行，因此，需要预先对氢气进行加热，可以提高氢气的热交换性能，并且提高还原单元1的生产效率。

进一步的，换热器4为直管式换热器。本实施例中，进一步限定了换热器4，管式换热器是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。直管式换热器能够提高换热器的热交换能力，并且造价较低，方便实现，从而达到降低生产成本、提高热交换效率的技术效果。

进一步的，如图1所示，冷却部包括冷却器6和闪蒸罐7，冷却器6的一端连接于还原单元1，用于收集还原单元1排出的尾气，另一端连接于回收部9，用于将尾气通入回收部9，闪蒸罐7连接于冷却器6，用于置换冷却器6内的尾气的温度。本实施例中，进一步限定了冷却部，冷却器6的作用是对尾气进行降温处理，具体是将闪蒸罐7内的水通入冷却器6中，与尾气进行热交换，使尾气的温度降低至150度-180度，然后再将尾气通入回收部9进行回收，而水的温度上升至160度，再将水从新通入闪蒸罐7中，形成0.2mpa的蒸汽，可选的，增加精馏单元8，将0.2mpa的蒸汽通入精馏单元8中，供给精馏单元8使用，从而进一步提高尾气的热能利用效率。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。