一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外的主流多晶硅生產(chǎn)技術(shù)是改良西門子法，該方法是將汽化預(yù)熱后的三氯氣娃(質(zhì)量含量100% )與氫*氣按照一定比例混合后輸入還原爐內(nèi)，在1050°C?1100°C下，在通電高溫硅芯上發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，得到高純多晶硅。三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)，可以生成多晶硅以及二氯二氫硅、無定型硅等氣相副產(chǎn)物。
[0003]現(xiàn)有的一種適用于小型還原爐的多晶硅生產(chǎn)方案為，將還原生產(chǎn)后的反應(yīng)尾氣通過文丘里引射裝置，與新鮮的原料氣混合后進入還原爐，進行多晶硅生產(chǎn)，此過程中反應(yīng)尾氣不進行反應(yīng)尾氣回收處理，當(dāng)反應(yīng)氣體三氯氫硅轉(zhuǎn)化率達(dá)到15%?20%時，將反應(yīng)尾氣通過自動控制裝置將各爐出口管線切換連接到尾氣回收管線，反應(yīng)尾氣通過尾氣回收管線進入后續(xù)的尾氣處理工段。
[0004]然而，隨著多晶??圭生廣技術(shù)的進步，目如主流的還原爐多晶娃棒數(shù)在36對以上，單臺還原爐生產(chǎn)反應(yīng)所需氣體量極大。在大型還原爐生產(chǎn)反應(yīng)中，反應(yīng)中部分硅無法沉積在沉積載體上，在還原爐內(nèi)氣氛中結(jié)核形成無定型硅。如果對反應(yīng)尾氣不進行額外的處理，直接輸入至還原爐內(nèi)繼續(xù)進行還原反應(yīng)，未處理直接回收利用的反應(yīng)尾氣中含有無定型硅，加上反應(yīng)也會生成無定型硅，導(dǎo)致還原爐內(nèi)形成大量的無定型硅。
[0005]大量的無定型硅會對多晶硅棒表面造成刻蝕，使多晶硅棒表面疏松、毛糙，嚴(yán)重影響多晶硅質(zhì)量。此外，反應(yīng)尾氣中含有無定型硅，還會造成還原設(shè)備及下游工序設(shè)備堵塞，磨損。
[0006]因此，亟需一種多晶硅生產(chǎn)方案，以解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)及方法，用以解決多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量差、下游設(shè)備堵塞、磨損的問題。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明提供一種多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)，物料管線、混合器、還原爐、尾氣總管線和尾氣回收管線，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:物料流量檢測裝置、尾氣組分檢測裝置、尾氣流量檢測裝置和尾氣流量控制裝置；尾氣流量控制裝置包括:控制器和設(shè)置于尾氣回收管線上的尾氣調(diào)節(jié)閥；控制器上預(yù)設(shè)有尾氣控制周期、第一尾氣與物料流量比例、第一含量和第二含量，其中，第二含量大于第一含量；
[0010]物料流量檢測裝置，用于檢測進入還原爐的氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量；
[0011]尾氣組分檢測裝置，用于檢測反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分；
[0012]尾氣流量檢測裝置，用于檢測尾氣回收管線上的反應(yīng)尾氣的流量；
[0013]控制器分別與尾氣調(diào)節(jié)閥、物料流量檢測裝置、尾氣組分檢測裝置和尾氣流量檢測裝置相連，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量；以及，當(dāng)尾氣控制周期到達(dá)時，根據(jù)尾氣組分檢測裝置當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣中的二氯二氫硅的組分、尾氣流量檢測裝置當(dāng)前檢測到的尾氣回收管線上的反應(yīng)尾氣的流量、物料流量檢測裝置當(dāng)前檢測到的氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量，計算當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量；以及，根據(jù)所述當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量、預(yù)設(shè)的第一含量和第二含量，控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0014]進一步的，所述控制器上還預(yù)設(shè)有初始反應(yīng)時長；
[0015]所述控制器具體用于，在初始反應(yīng)時長到達(dá)時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0016]進一步的，所述系統(tǒng)還包括尾氣溫度檢測裝置，尾氣溫度檢測裝置與所述控制器相連，用于檢測反應(yīng)尾氣的溫度；所述控制器上設(shè)置有閾值；
[0017]所述控制器還用于，當(dāng)尾氣控制周期到達(dá)時，計算溫度檢測裝置當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣的溫度與前一尾氣控制周期到達(dá)時檢測到的反應(yīng)尾氣的溫度之間的溫度差；以及，將所述溫度差與預(yù)設(shè)的閾值相比較，當(dāng)所述溫度差小于所述閾值時，根據(jù)尾氣組分檢測裝置當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、尾氣流量檢測裝置當(dāng)前檢測到的尾氣回收管線上的反應(yīng)尾氣的流量、物料流量檢測裝置當(dāng)前檢測到的氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量，計算當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量。
[0018]進一步的，所述控制器還用于，當(dāng)所述溫度差大于或等于所述閾值時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第二尾氣與物料流量比例控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，直至還原爐停爐；其中，第二尾氣與物料流量比例小于第一尾氣與物料流量比例。
[0019]進一步的，所述控制器還用于，當(dāng)所述溫度差小于所述閾值時，將所述二氯二氫硅的含量與預(yù)設(shè)的第一含量相比較，當(dāng)所述二氯二氫硅的含量大于第一含量時，將所述二氯二氫硅的含量與預(yù)設(shè)的第二含量相比較，當(dāng)所述二氯二氫硅的含量小于第二含量時，計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例，并根據(jù)所述當(dāng)前的尾氣與物料流量比例控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0020]進一步的，所述控制器還用于，當(dāng)所述二氯二氫硅的含量小于或等于第一含量時，根據(jù)第一尾氣與物料流量比例控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0021]進一步的，所述控制器還用于，當(dāng)所述二氯二氫硅的含量大于或等于第二含量時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第二尾氣與物料流量比例控制尾氣調(diào)節(jié)閥，以控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，直至還原爐停爐；其中，第二尾氣與物料流量比例小于第一尾氣與物料流量比例。
[0022]優(yōu)選的，所述控制器上設(shè)置有調(diào)節(jié)系數(shù)，所述控制器具體用于，根據(jù)第二含量、第一含量、第一尾氣與物料流量比例和預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)，計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例，或者，根據(jù)反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、尾氣回收管線上的反應(yīng)尾氣的流量和當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量，計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例。
[0023]進一步的，所述系統(tǒng)還包括過濾器，所述過濾器設(shè)置于尾氣流量控制裝置的出口處的尾氣回收管線上，用于吸附輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣中的無定型硅。
[0024]本發(fā)明還提供一種多晶硅生產(chǎn)方法，在進行多晶硅還原反應(yīng)過程中包括以下步驟:
[0025]根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量；
[0026]檢測反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，并檢測進入還原爐的氫<氣和三氯氣娃的混合氣的流量；
[0027]當(dāng)尾氣控制周期到達(dá)時，根據(jù)當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、當(dāng)前輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量、當(dāng)前氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量，計算當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氣娃的含量；
[0028]根據(jù)所述當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量、預(yù)設(shè)的第一含量和第二含量，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0029]優(yōu)選的，所述根據(jù)所述反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量、預(yù)設(shè)的第一含量和第二含量，控制反應(yīng)尾氣的流量，具體包括:
[0030]將所述二氯二氫硅的含量與預(yù)設(shè)的第一含量相比較；若所述二氯二氫硅的含量大于第一含量，則將所述二氯二氫硅的含量與預(yù)設(shè)的第二含量相比較，其中，第二含量大于第一含量；若所述二氯二氫硅的含量小于第二含量，則計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例，并根據(jù)所述當(dāng)前的尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0031]進一步的，若所述二氯二氣娃的含量小于或等于第一含量，則根據(jù)第一尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0032]進一步的，若所述二氯二氫硅的含量大于或等于第二含量，則根據(jù)預(yù)設(shè)的第二尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，直至還原爐停爐；其中，第二尾氣與物料流量比例小于第一尾氣與物料流量比例。
[0033]優(yōu)選的，所述計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例，具體包括:
[0034]根據(jù)第二含量、第一含量、第一尾氣與物料流量比例和預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)，計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例；或者，
[0035]根據(jù)反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、尾氣回收管線上的反應(yīng)尾氣的流量和當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量，計算當(dāng)前的尾氣與物料流量比例。
[0036]進一步的，所述根據(jù)當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、當(dāng)前輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量、當(dāng)前氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量，計算當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量之前，所述方法還包括:
[0037]計算當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣的溫度與前一尾氣控制周期到達(dá)時檢測到的反應(yīng)尾氣的溫度之間的溫度差，并將所述溫度差與預(yù)設(shè)的閾值相比較；
[0038]若所述溫度差小于所述閾值，則根據(jù)當(dāng)前檢測到的反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、當(dāng)前輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量、當(dāng)前檢測到的氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量，計算當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量
[0039]進一步的，若所述溫度差大于或等于所述閾值，則根據(jù)預(yù)設(shè)的第二尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，直至還原爐停爐；其中，第二尾氣與物料流量比例小于第一尾氣與物料流量比例。
[0040]進一步的，在所述以下任意一個或多個步驟之后，所述方法還包括:吸附輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣中的無定型硅；
[0041]根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量；
[0042]根據(jù)所述當(dāng)前的尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量；
[0043]根據(jù)預(yù)設(shè)的第二尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0044]優(yōu)選的，所述根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，具體包括:
[0045]當(dāng)預(yù)設(shè)的初始反應(yīng)時長到達(dá)時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量。
[0046]本發(fā)明根據(jù)預(yù)設(shè)的第一尾氣與物料流量比例控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，并檢測反應(yīng)尾氣中二氯二氫硅的組分、輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量以及進入還原爐的氫氣和三氯氫硅的混合氣的流量，當(dāng)尾氣控制周期到達(dá)時，計算當(dāng)前反應(yīng)尾氣與物料混合后的氣體的二氯二氫硅的含量，并根據(jù)所述二氯二氫硅的含量、預(yù)設(shè)的第一含量和第二含量，控制輸送至還原爐的反應(yīng)尾氣的流量，能夠有效控制進入還原爐的反應(yīng)尾氣中的二氯二氫硅的含量，減少無定型硅的生成，提高多晶硅產(chǎn)品品質(zhì)，延長下游工序設(shè)備的使用壽命。
【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明實施例提供的多晶??圭生廣系統(tǒng)的不意圖；
[0048]圖2為本發(fā)明實施例提供的多晶硅生產(chǎn)方法流程示意圖之一；
[0049]圖3為本發(fā)明實施例提供的多晶硅生產(chǎn)方法流程示意圖之二。
【具體實施方式】
[0050]下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。