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正文內(nèi)容

課程設(shè)計(jì)---多晶硅的生產(chǎn)工藝(編輯修改稿)

2025-06-28 01:53 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 處理系統(tǒng)廢水一并處理。從酸洗罐和濾液罐排放出來的含HCl廢氣送往廢氣殘液處理系統(tǒng)進(jìn)行處理?!≈饕O(shè)備及操作參數(shù)該工藝的主要設(shè)備有:硅粉干燥器、硅粉貯倉、硅粉送料斗、氯化反應(yīng)器噴射器、氯化反應(yīng)器、旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、釜式蒸餾塔、系列換熱器、氯化鈉反應(yīng)器、氯化物受槽、HCl吸收塔、HCl蒸餾塔、TCS蒸餾塔、泵等。其主要設(shè)備的操作參數(shù)見表1[9]。 表1主要設(shè)備的操作參數(shù)三氯氫硅制備工藝的核心設(shè)備是氯化反應(yīng)器。該設(shè)備的主材為16MnR,外形為塔形。設(shè)備高徑比大,氣固接觸時(shí)間長,有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量與收率;氣固分離段的直徑為反應(yīng)段的1.5~3.5倍,有利于氣固分離;設(shè)備頂端設(shè)計(jì)為擴(kuò)大段,有利于減小離開氯化反應(yīng)器 (FBR)的硅粒速度,使部分硅粉沉降下來,從而減少了硅粉被帶入旋風(fēng)分離器和袋式除塵器;設(shè)備內(nèi)置導(dǎo)熱油加熱/冷卻蛇管換熱結(jié)構(gòu),有利于控制溫度分布,強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì),通過導(dǎo)熱油加熱來提供硅粉與氯化氫反應(yīng)所需的熱量,同時(shí)通過冷卻及時(shí)移去反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱,維持穩(wěn)定的反應(yīng)溫度;反應(yīng)器下部設(shè)有氣體分布盤,用來均勻分布反應(yīng)氣體,使硅粉處于均勻流化狀態(tài),氣固兩相充分接觸,提高硅粉的轉(zhuǎn)化率和三氯氫硅的得率;設(shè)備下部為錐狀設(shè)計(jì),錐狀體下部設(shè)置排渣口,利于硅粉殘?jiān)懦觯玫獨(dú)獯祾?,減少勞動(dòng)強(qiáng)度?!」に噧?yōu)點(diǎn)分析a)該工藝直接用MG-Si和HCl作為原料,就地生產(chǎn)TCS自用,回收的 STC轉(zhuǎn)化成TCS,是目前推廣的生產(chǎn)方式,完全符合降低單耗和成本、 節(jié)約資源和有利環(huán)保的要求,原料來源廣泛,成本低廉。b)該工藝對產(chǎn)生的硅粉塵采用有效除塵設(shè)施,回收粉塵物料,充分利用能量, 成本低,每千克多晶硅電能消耗約120~150kWh。c)工藝成熟,安全性相對較高,操作彈性大,運(yùn)行穩(wěn)定,DCS自動(dòng)控制系統(tǒng), 有人值守,無需操作。d)TCS的凈化提純采用了氣固分離、反應(yīng)、吸收、多級蒸餾等綜合技術(shù),去 除輕重組分雜質(zhì),有效提高TCS純度,STC等物料得到充分循環(huán)利用, 對環(huán)境不產(chǎn)生污染,節(jié)約了資源。制備的三氯氫硅純度高,生產(chǎn)的多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量好,具有明顯的競爭優(yōu)勢。e)氯化反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)反應(yīng)與換熱設(shè)備一體化。在氯化反應(yīng)器內(nèi)流化床區(qū)域中,參 與反應(yīng)的硅表面積大,生產(chǎn)效率高,硅粉轉(zhuǎn)化率高,生成的SiHCl3含量高于88%[10]。f)一般地,每生產(chǎn)1t多晶硅,副產(chǎn)10~20t四氯化硅、1~5t氯化氫, 對于非閉路循環(huán)生產(chǎn)多晶硅工藝而言,副產(chǎn)物STC難以處置,是生產(chǎn)多晶硅的瓶頸。而改良西門子法多晶硅工藝采用閉路循環(huán)的生產(chǎn)系統(tǒng),解決了副產(chǎn)物的出路問題,無環(huán)境污染。2.鑄造多晶硅的制備工藝多晶硅鑄錠定向凝固目前主要有 4 種方法,即:a) 布里奇曼法;b) 澆鑄法;c) 熱交換法;d) 電磁鑄錠法;本文主要采用熱交換法,并對其他方法進(jìn)行簡單介紹,并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。2.1布里奇曼法 這是種較經(jīng)典的定向凝固方法,特點(diǎn)是設(shè)備內(nèi)分固相區(qū)和液相區(qū),固相區(qū)和熱相區(qū)用隔熱板隔開,用于晶體生長用的材料裝在圓柱型的坩堝中,緩慢地下降,并通過一個(gè)具有一定溫度梯度的加熱爐,爐溫控制在略高于材料的熔點(diǎn)附近。根據(jù)材料的性質(zhì)加熱器件可以選用電阻爐或高頻爐。在通過加熱區(qū)域時(shí),坩堝中的材料被熔融,當(dāng)坩堝持續(xù)下降時(shí),坩堝底部的溫度先下降到熔點(diǎn)以下,并開始結(jié)晶,晶體隨坩堝下降而持續(xù)長大。如圖 3所示。它的長晶速度接近于常數(shù)且可以調(diào)節(jié),受坩堝下移速度和冷卻水流量的影響。圖3 布里奇曼法示意圖但它的缺點(diǎn)是設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,坩堝底部需要水冷,坩堝的升降速度必須平穩(wěn)。 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造法( EM CP)電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造法的基本原理是利用電磁感應(yīng)加熱來熔化硅原料,其熔化和凝固過程可以在不同部位進(jìn)行, 節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間。且隨下部硅錠一起向下抽拉時(shí),上部硅錠可以同時(shí)凝固,從而實(shí)現(xiàn)過程的連續(xù)操作。與澆注法和定向凝固法相比,該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):1)在熔煉過程中, 由于不使用坩堝, 避免了硅料和坩堝的接觸污染以及坩堝損耗。 2)提高了生產(chǎn)率, 可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。3)由于電磁感應(yīng)加熱及連續(xù)鑄造, 硅錠性能穩(wěn)定, 避免了常規(guī)澆注過程中因雜質(zhì)分凝導(dǎo)致的硅錠質(zhì)量
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