一种多晶硅生产工艺及系统的制作方法

本申请涉及多晶硅生产，具体而言，涉及一种多晶硅生产工艺就系统。

背景技术：

1、多晶硅是用于制造集成电路、光伏组件等产品的主要原料，单晶硅已经被广泛应用于半导体工业中。同时，随着全球能源局势的日益紧张，清洁、安全的太阳能资源的利用越发引人注目，其中有一条重要途径就是利用半导体多晶硅的光电效应进行光伏发电。近年来，电子信息工业和光伏产业都处于高速发展的阶段，其对多晶硅原料的需求也持续增大。

2、改良西门子方法生产多晶硅方法路线是利用氯化氢和工业硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行精馏提纯，提纯的三氯氢硅在还原炉内与氢气进行气相化学沉积生成高纯多晶硅，其还原尾气经过回收系统处理后，分离出的氢气、氯化氢返回生产系统重新利用，而分离出的液相氯硅烷经分离提纯后重新回生产系统循环利用。三氯氢硅输送至还原工序，四氯化硅输送至冷氢化工序，作为反应原料继续循环利用。

3、现有的改良西门子方法中，还原反应所产生的重要副产物二氯二氢硅等并没有得到良好的应用，现在通用的做法是作为废料处理，或者经过提纯后作为电子工业特种气体使用，前者浪费了资源还增加了处理成本，后者存在附加值偏低的问题。此外，作为三氯氢硅的合成系统，回收的氯化氢与工业硅粉反应生成三氯氢硅，也需要新增单独的生产装置，这也相应地增加了装置的投资规模和运行成本，由此现在一般的做法是直接外购三氯氢硅，但这就带来了原料供应的不确定性和氯化氢处理问题。而工序中产生的废气废液处理一般是使用石灰乳，处理后产生大量的废固，存在废固处理和外运等问题。目前的改良西门子方法循环体系还不完善，存在物料利用不充分的问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种多晶硅生产工艺及系统，其能够充分利用原料和副产物，降低生产体系对外界的依赖程度，且能够有效地降低三废排放量。

2、本申请是这样实现的：

3、第一方面，本申请提供一种多晶硅生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

4、氯碱工序步骤：将来自废料处理工序步骤的nacl浓缩液经过处理去杂，电解后得到cl2、h2和naoh溶液，并将h2提供至氯化氢合成工序、冷氢化工序、多晶硅还原工序；

5、氯化氢合成工序：将来自氯碱工序步骤的cl2和h2合成生成hcl，并提供至冷氢化工序；

6、冷氢化工序：将硅粉、固定床生产硅烷工序提供的sicl4、hcl以及h2在冷氢化反应器内反应，产生的氯硅烷混合气，经粗分塔分离后得到粗三氯氢硅，进入精馏工序；反应后的废料经沉降和汽提后得到含硅粉、高沸、金属杂质的废料氯硅烷；

7、精馏工序：将冷氢化工序产生的粗三氯氢硅以及还原尾气回收工序产生的氯硅烷混合液通过精馏分离为sicl4、sih2cl2和sihcl3，并将sicl4提供至冷氢化工序，将sihcl3提供至多晶硅还原工序，将sih2cl2提供至固定床生产硅烷工序；

8、固定床生产硅烷工序：将精馏工序提供的sih2cl2为原料生产硅烷与sicl4，将sicl4提供至冷氢化工序；

9、多晶硅还原工序：以h2、来自精馏工序的sihcl3作为原料，制造多晶硅并得到副产物还原尾气；

10、还原尾气回收工序：将还原尾气初步分离为h2、hcl和氯硅烷混合液，并将h2提供至冷氢化工序和多晶硅还原工序，将hcl提供至冷氢化工序，将氯硅烷混合液供提供至精馏工序；以及

11、废料处理工序：对来自各工序的废气、废液、固废进行淋洗处理，产生的含氯离子酸性废水用氯碱工序产生的naoh溶液作为中和液，进行酸碱中和反应，产生nacl溶液经浓缩处理后得到nacl浓缩液，提供至氯碱工序步骤。

12、第二方面，本申请提供一种多晶硅生产系统，其包括氯碱系统、氯化氢合成系统、冷氢化系统、精馏系统、固定床生产硅烷系统、多晶硅还原系统以及还原尾气回收系统，其在生产多晶硅时按照第一方面的多晶硅生产工艺进行。

13、本申请实施例至少具有如下有益效果：

14、本申请的多晶硅生产工艺及系统，氯碱所需要的原料来自于废料处理工序的nacl浓缩液，氯碱电解所产生的naoh溶液供给废料处理工序作为中和液，代替了现有技术中的石灰乳，由此避免了废固的产生，降低了处理成本。氯碱电解所产生的h2可作为氯化氢合成工序、多晶硅还原工序和冷氢化工序的氢气原料使用，氯碱电解产生的cl2可作为氯化氢合成工序的氯原料使用，氯化氢合成工序所产生的氯化氢可提供给冷氢化工序使用，冷氢化工序所使用的硅粉仅需外购，所产生粗三氯氢硅(含二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅)可提供给精馏工序进行分馏，中间产物二氯二氢硅由固定床生产硅烷，后续可利用硅烷法生产颗粒硅步骤生成成品颗粒硅；同时中间产物四氯化硅及氢气还作为冷氢化步骤的原料也用于生成三氯氢硅，而三氯氢硅进一步作为多晶硅还原工序的原料之一用于生成多晶硅，由此不仅解决了这些副产物的综合利用问题，而且生成的三氯氢硅还可以作为多晶硅生产原料重新使用，从而有效地实现了各中间产物(还包括生产中所涉及的氢气和氯化氢)的循环利用，由此显著地降低了该生产方法的三废排放量。

技术特征：

1.一种多晶硅生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，还包括硅烷法生产颗粒硅工序：将所述固定床生产硅烷工序生产的硅烷为原料在流化床进行反应生产颗粒硅及h2，将所述h2提供至所述冷氢化工序。

3.根据权利要求1所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，还包括渣浆处理工序：将所述冷氢化步骤得到的所述废料氯硅烷先经过闪蒸、干燥、气相经冷凝后，得到氯硅烷进入所述冷氢化工序进行粗分，得到的固体废物经水解处理后进入所述废料处理工序。

4.根据权利要求1～3任一项所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，其包括所述还原尾气回收工序的余热利用步骤，所述还原尾气回收工序的余热经多级换热处理后用于hcl解析塔，所述hcl解析塔的热源来自所述多晶硅还原工序的余热利用步骤产生的0.4mpa蒸汽。

5.根据权利要求4所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，将所述还原尾气回收工序的余热经多级换热处理后用于hcl解析塔的步骤包括：

6.根据权利要求5所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，所述多晶硅还原工序的余热利用步骤包括：

7.根据权利要求1～3任一项所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，其包括所述冷氢化工序的余热利用步骤：

8.根据权利要求7所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，所述第二冷凝液储罐中的氯硅烷混合气通过急冷塔冷却器冷却后，再次排至第二冷凝液储罐，氯硅烷混合气再次利用循环氢二级换热器为循环氢气加热，液相排入所述第二冷凝液储罐，氯硅烷混合气再次通过循环氢冷凝器进行冷却降温，其中，循环氢冷凝器的冷源为利用所述余热转换装置产生的-20℃乙二醇；

9.根据权利要求1～3任一项所述的多晶硅生产工艺，其特征在于，其包括所述精馏工序的的余热利用步骤：

10.一种多晶硅生产系统，其特征在于，其包括氯碱系统、氯化氢合成系统、冷氢化系统、精馏系统、固定床生产硅烷系统、多晶硅还原系统以及还原尾气回收系统，其在生产多晶硅时按照权利要求1～9任一项的多晶硅生产工艺进行。

技术总结
本申请提供一种多晶硅生产工艺及系统，涉及多晶硅生产技术领域。氯碱电解所产生的H<subgt;2</subgt;作为氯化氢合成工序、多晶硅还原工序和冷氢化工序的氢气原料使用，氯碱电解产生的Cl<subgt;2</subgt;作为氯化氢合成工序的氯原料使用，氯化氢合成工序所产生的氯化氢提供给冷氢化工序使用，将硅粉、SiCl<subgt;4</subgt;、HCl以及H<subgt;2</subgt;在冷氢化反应器内反应，冷氢化工序所产生的粗三氯氢硅提供给精馏进行分馏，中间产物二氯二氢硅由固定床生产硅烷；中间产物四氯化硅及氢气作为冷氢化工序的原料用于生成三氯氢硅，而三氯氢硅作为多晶硅还原工序的原料之一用于生成多晶硅。其能够充分利用原料和副产物，降低生产体系对外界的依赖程度，且能够有效地降低三废排放量。

技术研发人员：赵以宏,高志明,张军文,纪晓艳,鲍守珍,李倩,刘军
受保护的技术使用者：青海亚洲硅业多晶硅有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4