改良西门子法生产多晶硅工艺流程模板.doc

改良西门子法生产多晶硅工艺步骤 起源:日晶科技 作者:顾斌 时间:-07-29 1. 氢气制备和净化工序 在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。电解制得氢气经过冷却、分离液体后，进入除氧器，在催化剂作用下，氢气中微量氧气和氢气反应生成水而被除去。除氧后氢气经过 一组吸附干燥器而被干燥。净化干燥后氢气送入氢气贮罐，然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。 电解制得氧气经冷却、分离液体后，送入氧气贮罐。出氧气贮罐氧气送去装瓶。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 从氢气制备和净化工序来氢气和从合成气干法分离工序返回循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。出氢气缓冲罐氢气引入氯化氢合成炉底部燃烧枪。从液氯汽化工序来氯气经氯气缓冲罐，也引入氯化氢合成炉底部燃烧枪。氢气和氯气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。 为确保安全，本装置设置有一套关键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氯化氢气体。 为确保安全，本工序设置一套关键由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成含氯废气处理系统。必需时，氯气缓冲罐及管道内氯气能够送入废气处理塔 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，以确保能够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，经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中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内气体并升压至和下方料斗压力平衡后，硅粉被放入 下方硅粉供给料斗。供给料斗内硅粉用安装于料斗底部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氯化氢气，和从循环氯化氢缓冲罐送来循环氯化氢气混合后，引入三氯氢硅合成炉进料管，将从硅粉供给料斗供入管内硅粉挟带并输送，从底部进入三 氯氢硅合成炉。 在三氯氢硅合成炉内，硅粉和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，经过夹套内水带走热量维持炉壁温度。 出合成炉顶部挟带有硅粉合成气，经三级旋风除尘器组成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，气体中部分细小硅尘被洗下；洗涤同时 ，通入湿氢气和气体接触，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，被塔顶流下低温氯硅烷液体洗涤。气体中大部份氯硅烷被冷凝并混入洗涤液中。出塔底氯硅烷用泵增压，大部分 经冷冻降温后循环回塔顶用于气体洗涤，多出部份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经冷冻降温氯硅烷液体洗涤，气体中绝 大部分氯化氢被氯硅烷吸收，气体中残留大部分氯硅烷也被洗涤冷凝下来。出塔顶气体为含有微量氯化氢和氯硅烷氢气，经一组变温变压吸附器深入除去氯化氢和氯硅烷后，得到高纯度氢气。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氯硅烷经加热后，和从喷淋洗涤塔底来多出氯硅烷汇合，然后送入氯化氢解析塔中部，经过减压蒸馏操作，在塔顶得到提纯氯化氢气 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循环氯化氢缓冲罐；塔底除去了氯化氢而得到再生氯硅烷液体，大部分经冷却、冷冻降温后，送回氯化氢吸收塔用作吸收剂，多出氯硅烷液体（即从三氯氢硅合成气中分离出氯硅烷）经冷却后送往氯硅烷贮存工序原料氯硅烷贮槽。 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氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序原料氯硅烷贮槽；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 氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序还原氯硅烷贮槽；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氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序氢化氯硅烷贮槽。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不一样精馏塔中。 6. 三氯氢硅氢还原工序 经氯硅烷分离提纯工序精制三氯氢硅，送入本工序三氯氢硅汽化器，被热水加热汽化；从还原尾气干法分离工序返回循环氢气流经氢气缓冲罐后，也通入汽化器内，和三氯 氢硅蒸汽形成一定百分比混合气体。 从三氯氢硅汽化器来三氯氢硅和氢气混合气体送入还原炉内。在还原炉内通电炽热硅芯/硅棒表面，三氯氢硅发生氢还原反应，生成硅沉积下来，使硅芯/硅棒直径逐步变大，直至达成要求尺寸。氢还原反应同时生成二氯二氢硅、四氯化硅、氯化氢和氢气，和未反应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热量，维持炉筒内壁温度。出炉筒夹套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，所以开车阶段要向环境空气中排放氮 气和少许真空泵用水（可作为清洁下水排放）；在停炉开炉阶段（约57天1次），先用氢气将还原炉内含有氯硅烷、氯化氢、氢气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，所以停炉阶段将产生氮气、废石墨和清洗废水。氮气是无害气体，所以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。 还原尾气干法分离原理和步骤和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高纯度氢气，流经氢气缓冲罐后，大部分返回三氯氢硅氢还原工序参与 制取多晶硅反应，多出氢气送往四氯化硅氢化工序参与四氯化硅氢化反应；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氯化氢气体，送往放置于三氯氢硅合成工序循环氯化氢缓冲罐；从氯化氢解析塔底部引出多出氯硅烷液体（即从三氯氢硅氢还原尾气中分离出氯硅烷），送入氯硅烷贮存工序还原氯硅烷贮槽。 8. 四氯化硅氢化工序 经氯硅烷分离提纯工序精制四氯化硅，送入本工序四氯化硅汽化器，被热水加热汽化。从氢气制备和净化工序送来氢气和从还原尾气干法分离工序来多出氢气在氢气缓冲 罐混合后，也通入汽化器内，和四氯化硅蒸汽形成一定百分比混合气体。 从四氯化硅汽化器来四氯化硅和氢气混合气体，送入氢化炉内。在氢化炉内通电炽热电极表面周围，发生四氯化硅氢化反应，生成三氯氢硅，同时生成氯化氢。出氢化炉 含有三氯氢硅、氯化氢和未反应四氯化硅、氢气混合气体，送往氢化气干法分离工序。 氢化炉炉筒夹套通入热水，以移除炉内炽热电极向炉筒内壁辐射热量，维持炉筒内壁温度。出炉筒夹套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。氢化气干法分离原理和步骤和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氢化反应；吸附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氯化氢气体，送往放置于三氯氢硅合成工序循环氯化氢缓冲罐；从氯化氢解析塔底部引出多出氯硅烷液体（即从氢化气中分离出氯硅烷），送入氯硅烷贮存工序氢化氯硅烷贮槽。 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 分离提纯工序不一样精馏塔。 在氯硅烷分离提纯工序3级精馏塔顶部得到三氯氢硅、二氯二氢硅混合液体，在4、5级精馏塔底得到三氯氢硅液体，及在6、8、10级精馏塔底得到三氯氢硅液体，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 采取区熔炉拉制和切割并用技术，加工制备还原炉初始生产时需安装于炉内导电硅芯。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，故用风机经过罩于酸腐蚀处理槽上方风罩抽吸含氟化氢和氮氧化物空气，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 在还原炉内制得多晶硅棒被从炉内取下，切断、破碎成块状多晶硅。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，故用风机经过罩于酸腐蚀处理槽上方风罩抽吸含氟化氢和氮氧化物空气，然后将该气体送往废气处理装置进行处理，达标排放。经检测达成要求质量指标块状多晶硅产品送去包装。 13. 废气及残液处理工序 含氯化氢工艺废气净化 SiHCl3提纯工序排放废气、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。 残液处理 在精馏塔中排出、关键含有四氯化硅和聚氯硅烷化合物釜地残液和装置停车放净氯硅烷残液液体送到本工序加以处理，需要处理液体被送入残液搜集槽，然后用氮气将液体压出，送入残液淋洗塔洗涤。采取10%NaOH碱液进行处理，废液中氯硅烷和NaOH和水发生反应而被转化成无害物质（处理原理同含氯化氢、氯硅烷废气处理）。 酸性废气 硅芯制备和产品整理工序产生酸性废气，经集气罩抽吸至废气处理系统。酸性废气经喷淋塔用10%石灰乳洗涤除去气体中含氟废气，同时在洗涤液中加入还原剂氨，将绝大部分NOx还原为N2和H2O。洗涤后气体经除湿后，再经过固体吸附法（以非珍贵金属为催化剂）将气体中剩下NOx用SDG吸附剂吸附，然后经20m高度排气筒排放。 14. 废硅粉处理 来自原料硅粉加料除尘器、三氯氢硅合成车间旋风除尘器和合成反应器排放出来硅粉，经过废渣运料槽运输到废渣漏斗中，进入到带搅拌器酸洗管内，在经过31%盐酸对废硅粉（尘）脱碱，并溶解废硅中铝、铁和钙等杂质。洗涤完成后，经压滤机过滤，废渣送干燥机干燥，干燥后硅粉返回到三氯氢硅合成循环使用，废液汇入废气残液处理系统废水一并处理。从酸洗罐和滤液罐排放出来含HCl废气送往废气残液处理系统进行处理。 15. 工艺废料处理工序 类废液处理 来自氯化氢合成工序负荷调整、事故泄放废气处理废液、停炉清洗废水、废气残液处理工序洗涤塔洗涤液和废硅粉处理含酸废液在此工序进行混合、中和、沉清后，经过压滤机 过滤，滤渣（关键为SiO2）送水泥厂生产水泥。沉清液和滤液关键为高浓度含盐废水，含NaCl 200 g/L以上，该部分水在工艺操作和处理中不引入钙镁离子和硫酸根离子，水质满足氯碱生产要求，所以含盐废水管道输送至 类废液处理 来自硅芯制备工序和产品整理工序废氢氟酸和废硝酸及酸洗废水，用10%石灰乳液中和、沉清后，经过压滤机过滤，滤渣（关键为CaF2）送水泥厂生产水泥。沉清液和滤液关键为硝酸钙溶液，经蒸发、浓缩后，做副产品外售。蒸发冷凝液回用配置碱液。