多晶硅提纯塔解析
多晶硅提纯技术以及工艺
2流化床法——硅烷法——硅烷热分解法硅烷(SiH4)是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。
然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。
以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。
但美国Asimi和SGS 公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内(沸腾床)高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。
制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。
因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。
唯一的缺点是安全性差，危险性大。
其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。
此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。
目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。
此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。
3冶金法——物理法——等离子体法据资料报导，日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂(SHARP公司)应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。
主要工艺是：选择纯度较好的工业硅(即冶金硅)进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。
现在，只有BSI和ELKEM能够批量生产，DOW CONNING，5N的多晶硅，13.3%的光电转换效率。
物理法的目标是做到6N，也就是杂质要做到1个ppm以下，但那一个ppm的杂质，是硼，是磷，还是铁，或者是哪几种杂质混合的，每种杂质的比例又是多少，这种种不同的组合，所得到的硅材料的性能是大不一样的。
多晶硅 粗分塔
多晶硅粗分塔
多晶硅的粗分塔是一种用于生产多晶硅的设备。
多晶硅是用来制造太阳能电池和半导体器件的关键材料。
粗分塔是多晶硅生产过程中的一个重要环节。
它主要用于将硅熔体中的杂质分离出来，使多晶硅达到高纯度要求。
在多晶硅生产过程中，首先将硅矿石经过冶炼处理得到硅熔体，然后将硅熔体注入粗分塔中。
粗分塔中，硅熔体经过长时间的冷却结晶过程，杂质和多晶硅分离。
硅熔体中的杂质主要是铁、铝、钙等碳化物和氧化物，它们在冷却结晶过程中会形成固体颗粒，与多晶硅分离出来。
而多晶硅则会以晶粒的形式在塔中沉积并逐渐增长。
经过粗分塔的处理，多晶硅逐渐达到高纯度要求，可以进行后续的加工和制造。
粗分塔的设计和操作对于多晶硅的质量和产量具有重要影响，需要控制好温度、压力和流速等参数，以确保多晶硅的纯度和结晶质量。
多晶硅提纯技术
多晶硅提纯技术目录摘要 (1)1引言 (1)2 多晶硅的提纯技术 (2)2.1 改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法 .........................2.2 流化床法——硅烷法——硅烷热分解法............................2.3冶金法——物理法——等离子体法 ................................ 3多晶硅提纯后的副产物的综合利用. (6)3.1 四氯化硅的性质 (6)3.2 四氯化硅的综合利用 .......................................... 4技术比较及发展趋势...................................................4.1国外多晶硅生产技术发展的特点.......................................4.2国内多晶硅生产技术发展趋势 (12)5 结束语 (14)6致谢 (15)7参考文献 (16)多晶硅的提纯技术及副产物的利用摘要：高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料，在未来的50年里，还不可能有其他材料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原材料。
随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全球对多晶硅的需求增长迅猛，多晶硅价格也随之暴涨。
自2006年以来，受市场虚高价格与短期暴利诱惑，我国掀起了一波多晶硅项目的建设高潮，规模与投资堪称世界之最。
我国多晶硅产量2005年时仅有60吨，2006年也只有287吨，2007年为1156吨，但2008年狂飙到4000吨以上，2009年，中国多晶硅产量达1.5万吨。
2008年在金融危机影响下，多晶硅价格暴跌，从最高时的四五百美元/公斤，跌至最低至每公斤五六十美元。
2010年随着海外市场复苏，多晶硅进入新一轮投产热，乐电天威、鄂尔多斯子公司等多晶硅生产企业纷纷发布投产消息。
多晶硅生产中精馏工序工艺优化浅析
多晶硅生产中精馏工序工艺优化浅析摘要：多晶硅材料在市场上有较大的需求量，可以通过化工模拟软件PRO，在模拟集成的过程中，集成能量、优化过程，使设备成本得到控制，提升企业生产过程中的工业化程度。
在全球气温变化、能耗量较大的大形势下，产业转型已成为必然趋势。
光伏产能在我国的发展速度较快，逐渐跃居世界先进水平，随着多晶硅材料生产量的不断增大，促使光伏产业呈良性发展。
本文主要分析了传统多晶硅生产精馏工艺的类别、优化精馏工艺的措施展开分析，希望能够为后期的生产发展提供借鉴。
关键词：多晶硅生产；精馏工序；工艺技术多晶硅材料的生产，主要以三氯氢硅为主要的中间产品，且多晶硅与精致三氯氢硅之间在质量上有很大关联。
制作精致三氯氢硅的整个过程，基本上同于精馏工序，利用精馏塔分离、归类原料，整个过程需要大量的蒸汽和循环水，生产质量直接影响着多晶硅的生产质量，需要从精馏工艺方面着手，不断优化。
1传统多晶硅生产精馏工艺的类别1.1合成工艺三氯氢硅是生产多晶硅材料的主要构成部分。
多晶硅精馏的生产过程是制造出精致三氯氢硅的过程。
为了合成三氯氢硅，需要将主要原料氯硅烷在经过粗馏系统、合成精馏系统的处理后，大大提纯的目的。
合成工艺流程具体表现为：第一步，添加氯硅烷入粗馏系统，两个反应塔组成的粗馏系统，填充原料、添加催化剂，在反应装置中完成了氯硅烷的分解。
第二步，在粗馏系统中去除原料杂质，并从混合物中析出三氯氢硅，提高三氯氢硅的纯度。
第三步，对粗提纯三氯氢硅进行处理，在合成精馏系统中重复性的除轻、除重后，确定每一次精馏处理后三氯氢硅的实际纯，直到在精制上满足客观需求。
度1.2还原工艺纯度较高的三氯氢硅仍需要经过精馏塔再次提纯，以析出三氯氢硅、四氯氢硅两种物质，使多晶硅的生产原料纯度达到标准要求。
具体的工艺流程为：首先是在精馏塔在加入精致三氯氢硅后，利用三氯氢硅、四氯氢硅的稳定性，达到分离效果，同时去除了三氯氢硅混合物中含有的杂质成分，提升纯度。
辽宁工业大学科技成果——多晶硅定向凝固提纯新技术
辽宁工业大学科技成果——多晶硅定向凝固提纯新技术
成果简介
在多晶硅制备工艺中，定向凝固主要是用于晶体生长，获得大尺寸柱状晶。
在冶金法多晶硅制备过程中，利用定向凝固提纯去除硅中金属杂质，提高产品性能。
多晶硅铸锭炉结构直接决定多晶硅的质量。
优质的炉膛材质和高气密封性炉腔、实现温度梯度合理分布，为多晶硅的生长提供优良条件。
该新型多晶硅铸锭炉定向凝固技术减少材料使用量，提高了生产效率，减少能源消耗，降低成本。
优质的炉膛材质和高气密封性炉腔，为多晶硅的生长提供条件。
炉内温度梯度分布合理，使晶体能够快速生长，更易获得大尺寸柱状晶。
炉内加热器采用高纯度石墨，加热温度高，无污染，能长期使用。
多晶硅铸锭炉采用节能技术，减少能源消耗，降低成本。
该炉采用先进的计算机控制技术，实现定向凝固的稳定性。
多晶硅铸锭炉是生产多晶硅铸锭的必需设备，在太阳能工业中应用及其广泛。
目前该炉在工厂中应用效果良好。
合作方式技术转让。
14-三氯氢硅精馏提纯工艺配置分析(陕西天宏硅业)
三氯氢硅精馏提纯工艺配置分析单位：陕西天宏硅材料有限责任公司演讲人：刘松林一、引言在制取高纯度多晶硅的工艺方法中，精馏因其分离效率显著，设备、操作简便，成为高纯硅生产的首选工艺。
为了生产满足电子级多晶硅质量要求的三氯氢硅，科技工作者从理论与实践中，对精馏塔的传质效果、塔板结构以及操作条件进行了多方面的探索和研究，在分离效率、节能设计上取得了显著的成果。
本文则从工艺流程的布置上对多晶硅精馏工艺进行探讨，比较各种流程的优势特点，进一步为多晶关键工艺的选择和优化提供帮助。
二、多晶硅精馏工艺的原则配置方式原生氯硅烷是以三氯氢硅（TCS）为主要成分的多组分液态体系中物质种类多达60余种，其中对半导体器件制备工艺有严重影响的电活性杂质如硼（B）、磷（P）、碳（C）、氧（O）和金属杂质多以氯化物或络合物的形态存在。
此体系可以TCS（沸点31.5℃）为基准，分为高沸点组成（或称重组分），关键组分，低沸点组成（或称轻组分）的三元体系。
因此，对于TCS的精馏体系而言，满足基本的分离要求，则塔的配置数为3-1=2个，这就是所谓的“二塔基元”，成为TCS分离提纯的原则配置方式。
三、原生氯硅烷的基本质量状态杂质厂家B P Fe Al Ca Cr Ni Cu Zn Mg除杂工艺方式No.119.78 2.7138.5516.20 6.94固定床、干法除尘+粗馏No.244.16 2.7281.8022.4072.84固定床、干法除尘+粗馏No.358.12 1.8660.00 5.6010.21固定床、干法除尘+粗馏No.418.56 2.8738.5717.20 3.04固定床、干法除尘+粗馏No.513.10 2.5918.28 5.99 2.76 1.920.19 1.280.67流化床+湿法除尘+吸附柱No.6190.99.80194.48.427.90 5.200.180.180.33流化床+湿法除尘No.7250.0 4.5036.5712008.96 6.60298.5固定床、干法除尘表1 氯硅烷中的杂质由于原生氯硅烷生产方法及后续处理工艺不同，TCS中的目标杂质含量差别较大，表1给出了当前已知的原生氯硅烷中的杂质水平。
多晶硅工艺流程及产污分析
多晶硅工艺流程及产污分析 1 、氢气制备与净化工序在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。
电解制得的氢气经过冷却、分离液体后，进入除氧器，在催化剂的作用下，氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。
除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。
净化干燥后的氢气送入氢气贮罐，然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。
电解制得的氧气经冷却、分离液体后，送入氧气贮罐。
出氧气贮罐的氧气送去装瓶。
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，均供货商回收再利用。
2、氯化氢合成工序从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。
出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。
从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐，也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。
氢气与氯气的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。
出合成炉的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。
为保证安全，本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的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的氯化氢气体。
该系统保持连续运转，可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。
为保证安全，本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。
必要时，氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内，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，以保证可以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，通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的中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后，硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。
供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的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的氯化氢气，与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后，引入三氯氢硅合成炉进料管，将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送，从底部进入三氯氢硅合成炉。
冶金法太阳能级多晶硅提纯技术现状与质量分析(PPT 31页).ppt
理研究 • Mechanism of physical chemical reaction in slagging refinery 造渣精炼的物理化学反
Technology for Poly-Crystallin Silicon Production 多晶硅提纯技术分类
• Chemical Routine 化学法 – Chemical changes happen to Si in purification
process提纯过程中硅发生反应
• Physical Routine（Metallurgical Routine )
– Mainstream Routine at present 目前的主流工艺 – Regular Purity is 9N 常规纯度应可达到9N
多晶硅纯度的表示
• Substract the content of P,B,and Metals from 100% 用100%扣除磷、硼、金属杂质后的硅的纯度
• Impurities and its affect to the SOG 太阳能级多晶硅的杂质及其对材料性能的影响
• Quality Stability Analysis of Metallurgical Purified SOG 冶金法多晶硅的质量稳定性分析
Progress of MP method on Purity MP法在纯度上的进展（以经济规模）
太阳能所需要的多晶硅纯度
• Poly silicon with purity higher than 7N could not be made into solar cell directly 7N以上的多晶硅无法用来直接作太阳能电池
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图 10－ 16 降 液 管 示 意 图
（6） 溢流堰
We
Wd
降液管
how
hw
h0
r
HT
筛板 lw
溢流堰
Ws Af
x Af
Aa
图 10－ 17 单 溢 流 塔 板 示 意 图
堰长 ：lw 为使液流均匀通过塔板，一般对单溢流
对双溢流
lw 0.6 ~ 0.8 D
lw 0.5 ~ 0.7 D
一般堰上最大液流量，不宜超过100～130m3/(m h)。
提馏段：下降液体（包括回 流液和料液中的液体部分） 中的轻组分向汽相（回流） 传递，而汽相中的重组分向 液相传递，从而完成下降液 体重组分的提浓。
料液,XF
精馏与简单蒸馏的区别：汽 相和液相的部分回流。也是 精馏操作的基本条件。
冷凝器
馏出液,XD 液相回流 精馏段
提馏段 汽相回流
再沸器 釜残液 ,XW
多晶硅提纯塔简介
2012年12月
提纯塔
► 一、提纯塔的种类 ► 1、以加料形式分 ► 1）气提塔 原料从塔顶加入，重点分离易挥发性物质 ► 2）提浓塔 原料从塔底加入，重点分离难挥发性物质 ► 2、以操作状态分 ► 1）连续精馏塔 原料不断加入，产品不断流出，废液不断排除。 ► 2）间歇精馏塔 加一批料，出一批产品，除去一批废液。 ► 3、以结构形状分 ► 1）空塔 如单管塔、排管膜式塔。 ► 2）填料塔 单管填料塔、多管式填料塔。 ► 3）板式塔 栅板塔按其栅孔形状有圆孔、长方形、半圆形、椭圆形、
液 体
浮阀
升气管
气流
气流
气流
（ a）
（ b）
(c)
（1）板式塔的塔型简介
浮阀塔
固定舌型塔
液 体
液 体
浮板
气流
气流
(d)
(e)
图 10－ 11 常 用 板 式 塔 的 简 图
浮动喷 射塔
（2）板式塔的操作原理
液层上方空间 属雾沫区
液层表 面属泡
沫区
液层底部属 鼓泡区
精馏段：汽相中的重组分向 液相（回流液）传递，而液 相中的轻组分向汽相传递， 从而完成上升蒸气的精制。
(a)
(b)
(c)
(d)
图 10－ 14 塔 板 流 动 型 式
传统塔板上有较大的液面梯度，液流不畅，存在着非 活化区、液相返混，容易堵塔、液泛，通量小、效率 低的缺点。
高效导向筛板的工作原理：
在高效导向筛板上开设了大量筛孔及少部分导向孔，通 过筛孔的气体在塔板上与液体错流，穿过液层垂直上升， 通过导向筛板的气体，沿塔板水平前进，将动量传递给塔 板上水平流动的液体，从而推动液体在塔板上均匀稳定前 进，克服了原来塔板上的液面落差和液相返混，提高了生 产能力和板效率，解决了堵塔、液泛等问题。
► 精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上部称为塔顶，塔的 最下部称为塔釜。塔内的一块塔盘只进行一次部分汽化和 部分冷凝，塔盘数愈多，部分汽化和部分冷凝的次数愈多， 分离效果愈好。 通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分， 塔釜得到的基本上是难挥发的组分。
一、板式塔
液 体
液 体
泡罩塔
筛板塔
半椭圆形、三角形，其中圆孔形板式塔称筛板塔。 ► 此外，还有其它结构形状塔板，如转盘式、卧式，具有测流精馏塔。
► 4、以气液流体力学分 ► 1）穿流塔 如无降液管板式塔 ► 2）益流塔 如有降液管板式塔 ► 3）定向喷射塔 如舌型塔、S型塔板 ► 4）膜式塔 排管降膜塔、填料塔； ► 5）乳化塔 填料乳化塔 ► 6）卧式塔 ► 5、以制备材料分 ► 不锈钢、氟塑料、石英、玻璃等。 ► 6、以操作压力分 ► 常压精馏塔、减压、高压、真空精馏塔。
导向筛板特点
►生产能力大，比传统塔盘生产能力高 出50%～100%：
（1）克服了液流上游存在的非活化区，使得气流 通道增加了1/3以上。 （2）消除了液面梯度，使得气速均匀。 （3）从筛孔中和导向孔中上升的气体的合成气速 是斜向上方的。延长了气体夹带雾滴的运动轨迹， 减小了雾沫夹带 。
把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽 多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称 为精馏，当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸 点物易于冷凝，液体气化要吸收热量，气体冷凝要放出热 量。为了合理的利用热量，我们可以把气体冷凝时放出的 热量供给液体气化时使用，也就是使气液两相直接接触， 在传热同时进行传质。
（10）筛板塔 筛板的开孔
为了使筛板的利用率高，筛孔多取三 角形排列（见图１０－２１）。当孔 间距和孔径确定后，开孔面积与塔板 开孔区面积之比（ ），由下式计算：
A0 0.907( d0 )2
Aa
t
开孔区面积对于单溢流塔板可用下式计算：
t
d0 图 10－ 21 筛 孔 排 列 示 意 图
Aa 2[x
第5节 两组分连续精馏的计算
（3）塔径的计算：
D 4VS
u
D——塔内径，m； VS——塔内上升蒸汽的体积流量，m3/s；
u——空塔速度，m/s；
(4)塔板的共同结构
1．塔板的几个区域 各种塔板版面大致
可分为三个区域：降液 管所占的部分称为溢流 区；塔板开空部分称为 鼓泡区；图中阴影部分 称为无效区。 在容易形成滞流的弓形 区布置导向性能的导向 筛孔，减少传质死区。
(7)堰上液层高度
how
2.84( Lh lw
)2
3
(8)液体通过降液管的阻力 (9)降液管到下板间距
hc
0.153( Ls lwh0
)2
一般情况下， 值应使液体通过降液管的阻力不要超过25mm。此外，应
浸没在液层中以保持液封防止气体进入降液管，所以此值应小于堰高
，一般取
hw h0 6 ~ 13mm
lw wc
无效区
溢
鼓
溢
流
泡
流
区
区
区
Af
Aa
ws
ws'
图 10－ 15 塔 板 共 同 结 构 示 意 图
（5）降液管 1、降液管的作用和液体在降液管的停留时间 一般要求停留时间大于3～5s,即按下式计算：
降液管容积m3 液体体积流量m3
/s
Af HT Ls
2、降液管的形状
Af
Af
(a)圆 形
（ b)弓 形
对于双溢流塔板
r2
x2
r2
sin 1
x] r
Aa 2[x
r2
x2
r2
sin 1
x] r
2[ x1
r2
x12
r2
sin 1
x] r
塔板上的筛孔总数n可用下式计算：
n
1185 105 t2
Байду номын сангаас
Aa
n' Aa
（11）塔板流动形式 有降液管的板式塔常用得塔板液流型式有以下几种：
1．单溢流型 如图8—17（a）。 2．双溢流型 如图8—17（b） 3．U形溢流型 如图8—17（c）。 4．四溢流型 如图8—17（d）