CN201901598U - 锌还原法制备高纯多晶硅的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种锌还原法制备高纯多晶硅的装置，它包括通过管道顺序相连的锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、尾气管、第一尾气收集器和第二尾气收集器，在锌熔化池上连接有锌线进料管，在锌线进料管上连接有保护气进口管，在反应器上连接有SiCl4进料管，在分离器下方连接有多晶硅收集器。本实用新型中的主要设备采用来源广泛的石英玻璃材料制造，因而成本不高；配合外置的锌线进料系统、外置的四氯化硅进料系统、保护气系统和少量废气的处理系统，很好地保证了由高纯锌以气态形式还原四氯化硅来制取高纯多晶硅的工艺路线的实现，环保效益非常显著、运行经济成本低、操作方便，还具有连续不间断生产的优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏技术，尤其涉及一种锌还原法制备高纯多晶硅的装置。
背景技术
在光伏产业中，多晶硅的生产工艺主要有西门子法、改良西门子法、硅烷热分解法和流化床法，此外还有采用区域熔炼法对冶金级硅进行提纯的。而采用SiHCl3作为原料的改进西门子法供应的太阳能级多晶硅占整个世界太阳能级多晶硅供应量的70～80％。
由于SiCl4对人、生物及环境的危害性较大，因此SiCl4的环境危害和巨量储存问题成为了多晶硅企业急需解决的重大问题。改良西门子法是将副产品SiCl4氢化回收。由于SiCl4氢化技术效率不高，且每生产1公斤的多晶硅将会有约18公斤的SiCl4副产物产生，生产成本高。另外，常温下SiCl4是一种有毒有害的强腐蚀性液体，对环境造成严重的污染。
采用锌还原四氯化硅的技术来生产高纯多晶硅和高纯无水氯化锌的工艺技术路线，可同时解决数量巨大的有毒副产物四氯化硅的利用问题。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是为了提供一种锌还原法制备高纯多晶硅的装置，以解决数量巨大的有毒副产物四氯化硅的利用问题。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种锌还原法制备高纯多晶硅的装置，包括通过管道顺序相连的锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、尾气管、第一尾气收集器和第二尾气收集器，在锌熔化池上连接有锌线进料管，在锌线进料管上连接有保护气进口管，在反应器上连接有SiCl4进料管，在分离器下方连接有多晶硅收集器。
所述的锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、多晶硅收集器和尾气管分别采用耐高温的高纯石英玻璃制造。
所述的第一尾气收集器和第二尾气收集器分别采用耐腐蚀的不锈钢制造，并且第一尾气收集器的顶部和第二尾气收集器的顶部通过管道直线连接。
所述的锌熔化池内设有加热电阻丝；所述的锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、尾气管和多晶硅收集器的外围分别设有电热保温层；在顺序连接锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器和尾气管的管道外围分别设有电热保温层；在连接分离器与多晶硅收集器的管道外围设有电热保温层。
在锌蒸汽稳定池与反应器的连接管道上设有第一密封连接法兰，在反应器与分离器的连接管道上设有第二密封连接法兰，在分离器与多晶硅收集器的连接管道上设有第三密封连接法兰，在多晶硅收集器与尾气管的连接管道上设有第四密封连接法兰，在尾气管与第一尾气收集器的连接管道上设有第五密封连接法兰，在第一尾气收集器与第二尾气收集器的连接管道上设有第六密封连接法兰。
所述的锌线进料管与锌熔化池之间采用耐高温橡胶密封连接；保护气进口管与锌线进料管之间采用耐高温橡胶密封连接；SiCl4进料管与反应器之间采用耐高温橡胶密封连接。
所述的各密封连接法兰分别采用榫密封连接。
本实用新型的锌还原法制备高纯多晶硅的装置由于采用来源广泛的石英玻璃材料制造，其他特殊材料用量很少，因而成本不高；配合外置的锌线进料系统、外置的四氯化硅进料系统、保护气系统和少量废气的处理系统，很好地保证了由高纯锌以气态形式还原四氯化硅来制取高纯多晶硅的工艺路线的实现，而且环保效益非常显著。而且本实用新型的反应装置结构紧凑新颖、能耗小、无污染、制造装配简单、运行经济成本低、操作方便、生产量可大可小的优点，还具有连续不间断生产的优势。
附图说明
图1是本实用新型锌还原法制备高纯多晶硅的装置的基本结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型锌还原法制备高纯多晶硅的装置，包括通过管道顺序相连的锌熔化池1、锌蒸汽稳定池2、反应器3、分离器4、尾气管5、第一尾气收集器61和第二尾气收集器62，在锌熔化池1上连接有锌线进料管7，在锌线进料管上连接有保护气进口管71，在反应器3上连接有SiCl4进料管8，在分离器下方连接有多晶硅收集器9。
本实用新型中的锌熔化池1、锌蒸汽稳定池2、反应器3、分离器4、多晶硅收集器9和尾气管5分别采用耐高温的高纯石英玻璃制造。
本实用新型中的第一尾气收集器61和第二尾气收集器62分别采用耐腐蚀的不锈钢制造，并且第一尾气收集器的顶部和第二尾气收集器的顶部通过管道直线连接。
本实用新型中的锌熔化池1内设有加热电阻丝；锌蒸汽稳定池2、反应器3、分离器4、尾气管5和多晶硅收集器9的外围分别设有电热保温层；在顺序连接锌熔化池1、锌蒸汽稳定池2、反应器3、分离器4和尾气管5的管道外围分别设有电热保温层；在连接分离器4与多晶硅收集器9的管道外围设有电热保温层。
本实用新型中在锌蒸汽稳定池2与反应器3的连接管道上设有第一密封连接法兰10，在反应器3与分离器4的连接管道上设有第二密封连接法兰11，在分离器4与多晶硅收集器9的连接管道上设有第三密封连接法兰12，在多晶硅收集器9与尾气管5的连接管道上设有第四密封连接法兰13，在尾气管5与第一尾气收集器61的连接管道上设有第五密封连接法兰14，在第一尾气收集器61与第二尾气收集器62的连接管道上设有第六密封连接法兰15。上述各密封连接法兰分别采用榫密封连接。
本实用新型中的锌线进料管7与锌熔化池1之间采用耐高温橡胶密封连接；保护气进口管71与锌线进料管7之间采用耐高温橡胶密封连接；SiCl4进料管8与反应器3之间采用耐高温橡胶密封连接。
本实用新型的工作过程原理可简述如下：
首先将各设备管道的温度升至所需温度，将高纯锌装入外置锌线进料装置，开启保护气(氩气或氮气)通过保护气进口管71对装置进行吹扫；将装置内空气排空之后，启动外置锌线进料装置将锌线通入锌熔化池1进行蒸发，经过锌蒸汽稳定池2稳定后的锌蒸汽由保护气平稳带动进入反应器3；等到反应器3内充满锌蒸汽之后，开启外置的四氯化硅进料装置通过SiCl4进料管8进行四氯化硅进料，控制好锌与四氯化硅的比例，保证反应稳定进行；反应生成的多晶硅和氯化锌由保护气推动，直至进入分离器4进行分离，分离之后的多晶硅进入多晶硅收集器9，分离出来的氯化锌由尾气管5进入尾气收集器61、62中，这样就可以保证反应的连续性。反应结束时先关闭四氯化硅进料系统，切断四氯化硅进料；之后关闭锌线进料装置，停止锌进料，待锌熔化池1中的锌蒸发完之后，切断加热电阻丝的电源，停止装置加热，最后关闭保护气。这样就完成批量生产高纯多晶硅的一次作业。
经过实验结果检测发现，使用本实用新型反应装置生产出的多晶硅完全能够达到6N标准。不仅解决了我国目前多晶硅生产企业由于技术不过关造成的数量巨大的有毒副产物四氯化硅的排放污染环境的问题，也解决了我国高纯多晶硅的低成本大批量生产的技术经济问题。
Claims (7)
1.一种锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：包括通过管道顺序相连的锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、尾气管、第一尾气收集器和第二尾气收集器，在锌熔化池上连接有锌线进料管，在锌线进料管上连接有保护气进口管，在反应器上连接有SiCl4进料管，在分离器下方连接有多晶硅收集器。
2.如权利要求1所述的锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：所述的锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、多晶硅收集器和尾气管分别采用耐高温的高纯石英玻璃制造。
3.如权利要求1所述的锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：所述的第一尾气收集器和第二尾气收集器分别采用耐腐蚀的不锈钢制造，并且第一尾气收集器的顶部和第二尾气收集器的顶部通过管道直线连接。
4.如权利要求1所述的锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：所述的锌熔化池内设有加热电阻丝；所述的锌蒸汽稳定池、反应器、分离器、尾气管和多晶硅收集器的外围分别设有电热保温层；在顺序连接锌熔化池、锌蒸汽稳定池、反应器、分离器和尾气管的管道外围分别设有电热保温层；在连接分离器与多晶硅收集器的管道外围设有电热保温层。
5.如权利要求1所述的锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：在锌蒸汽稳定池与反应器的连接管道上设有第一密封连接法兰，在反应器与分离器的连接管道上设有第二密封连接法兰，在分离器与多晶硅收集器的连接管道上设有第三密封连接法兰，在多晶硅收集器与尾气管的连接管道上设有第四密封连接法兰，在尾气管与第一尾气收集器的连接管道上设有第五密封连接法兰，在第一尾气收集器与第二尾气收集器的连接管道上设有第六密封连接法兰。
6.如权利要求1所述的锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：所述的锌线进料管与锌熔化池之间采用耐高温橡胶密封连接；保护气进口管与锌线进料管之间采用耐高温橡胶密封连接；SiCl4进料管与反应器之间采用耐高温橡胶密封连接。
7.如权利要求5所述的锌还原法制备高纯多晶硅的装置，其特征在于：所述的各密封连接法兰分别采用榫密封连接。
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