多晶硅生产用氢气、除杂方法及系统、多晶硅生产方法及系统

技术领域

本发明涉及气体净化技术领域，尤其涉及一种多晶硅生产用氢气、除杂方法及系统、多晶硅生产方法及系统。

背景技术

氢气是重要的化工原料，也是重要的燃料，常用的氢气的制备方法有水电解法制氢或，或者水煤气法制氢，无论使用哪种方法，制得得氢气中都含有一微量的氧及水分杂质，杂质的存在严重影响氢气的品质。

在多晶硅生产的原料三氯氢硅生成过程中，首先以氢气为原料合成氯化氢，再通过氯化氢与硅粉反应合成三氯氢硅，而氧及水分的存在会影响三氯氢硅合成的转化率，影响系统的运行效率。因此能否除去其中的杂质，对于获得高品质的氢气非常重要。

现有技术通过采用冷却器将氢气中的水液化去除，或通过将含有水蒸气的氢气与吸附剂和三氯氢硅接触，将水分吸附、吸收到吸附剂和三氯氢硅中，以除去水分，降低露点。但是，冷却除水效率有限，只能除去氢气中的部分水分。而使用固体吸附剂或液体三氯氢硅时，不可避免会带入外部杂质，影响最终产品多晶硅的品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种提高氢气中水分去除率且不引用外界杂质的多晶硅生产用氢气的除杂方法，还相应提供经所述除杂方法制得的氢气、包括该除杂方法的多晶硅生产方法及系统，以及实现该除杂方法的系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种多晶硅生产用氢气的除杂方法，包括以下步骤：

将多晶硅生产用氢气通入沸腾的三氯氢硅中，以使其内部分水与三氯氢硅反应，从三氯氢硅中逸出的气相再与喷淋而下的雾化的三氯氢硅接触，以使其内剩余水蒸气与三氯氢硅反应，得到除水的气相；

所述除水的气相再经冷凝，以将其内的汽化三氯氢硅液化，得到除杂的多晶硅生产用氢气。

可选地，所述除水的气相经冷凝所得的液化三氯氢硅再经雾化形成所述雾化的三氯氢硅。

可选地，所述将多晶硅生产用氢气通入三氯氢硅之前还包括：对多晶硅生产用氢气进行催化氧化，以使其内携带的氧气转化为水。

可选地，多晶硅生产用氢气中的水与三氯氢硅反应生产的固相均进入沸腾的三氯氢硅中，当沸腾的三氯氢硅中的固相与液相的质量比大于设定值时，对含固相的三氯氢硅进行闪蒸，闪蒸后所得的三氯氢硅蒸汽经加压液化、加热后形成所述沸腾的三氯氢硅。

可选地，所述沸腾的三氯氢硅温度为45-60℃，所述雾化的三氯氢硅温度为-15～-5℃，所述设定值为25％-35％。

可选地，在0.2-0.3MpaG环境下，使三氯氢硅中逸出的气相与雾化的三氯氢硅接触。

本发明还提供一种采用上述的方法制成的多晶硅生产用氢气。

本发明还提供一种多晶硅生产方法，包括以下步骤：

以上述的方法得到的除杂的多晶硅生产用氢气为原料合成氯化氢，

将所述氯化氢与硅粉反应合成三氯氢硅，

对三氯氢硅进行还原，得到多晶硅。

本发明还提供一种多晶硅生产用氢气除杂系统，包括淋洗塔和冷凝器，

所述淋洗塔下部用于储存沸腾的三氯氢硅，且设有进气管，所述进气管用于供多晶硅生产用氢气通入沸腾的三氯氢硅中，以使其内部分水与三氯氢硅反应；

所述淋洗塔的上部设有喷淋结构，用于将三氯氢硅雾化喷出，从沸腾的三氯氢硅中逸出的气相与雾化的三氯氢硅接触，使所述逸出的气相内剩余的水与三氯氢硅反应，以得到除水的气相；

所述冷凝器与淋洗塔顶部的第一导气管相连，用于对除水的气相冷凝，以将其内的汽化三氯氢硅液化，从而得到除杂的多晶硅生产用氢气。

可选地，所述冷凝器与喷淋结构之间设有回流管，用于将液化的三氯氢硅导入喷淋结构中。

可选地，还包括催化反应器，

所述催化反应器的出口与所述淋洗塔的进气管相连，用于在多晶硅生产用氢气通入淋洗塔之前对其进行催化氧化，以使其内的氧气转化为水。

可选地，还包括闪蒸罐和加压器，所述闪蒸罐与淋洗塔之间设有第一排料管，所述第一排料管上设有第二启闭阀门，

闪蒸罐用于接收从淋洗塔经第一排料管送入的含固相的三氯氢硅，并对其进行闪蒸，以得到三氯氢硅蒸汽；

所述加压器分别与所述闪蒸罐的出口、所述淋洗塔的入口相连，用于接收从闪蒸罐送入的三氯氢硅蒸汽，并对其进行加压液化后送回淋洗塔中。

可选地，所述淋洗塔的下部设有再沸器，用于将淋洗塔下部的三氯氢硅加热至其沸点以上温度。

本发明还提供一种多晶硅生产系统，包括还原炉和物料提供单元，所述物料提供单元包括上述的多晶硅生产用氢气除杂系统。

本发明中，通过采用多晶硅生产中间产物三氯氢硅作为氢气除杂的干燥剂，三氯氢硅与氢气中的水反应生成沉淀、HCl和氢气，干燥后的气相引入的少量HCl和汽化的三氯氢硅均是多晶硅生成反应中的原料或副产物，从而最大化减少了外界杂质的引入，保证了最终产品多晶硅的品质。

并且，由于多晶硅生产用氢气含水量极少，本发明通过将氢气通入沸腾的三氯氢硅中，从而氢气以鼓泡的方式与三氯氢硅充分接触，以使其内部分水与沸腾状态的三氯氢硅接触反应，再将从沸腾的三氯氢硅中逸出的气相(去除部分水的氢气+沸腾的三氯氢硅产生的三氯氢硅蒸汽)与经喷淋而下的雾化的三氯氢硅接触，在雾化的三氯氢硅下压作用下，气相中的水能与汽化和雾化的三氯氢硅反复接触反应，实践表明，本发明能将多晶硅生产用氢气中的水分干燥至1PPm以下。干燥后的气相中混入的三氯氢硅蒸汽通过冷凝，从而可得到洁净的氢气。

附图说明

图1为本发明实施例4提供的多晶硅生产用氢气除杂系统的结构示意图。

图中：1、进气管；2、淋洗塔；21、喷淋结构；3、再沸器；4、第一导气管；5、第一排料管；6、冷凝器；7、回流管；8、第二导气管；9、催化反应器；10、闪蒸罐；11、加压器；12、第二排料管；13、回流泵；14、除雾器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种多晶硅生产用氢气的除杂方法，包括以下步骤：

将多晶硅生产用氢气通入沸腾的三氯氢硅中，以使其内部分水与三氯氢硅反应，从三氯氢硅中逸出的气相再与喷淋而下的雾化的三氯氢硅接触，以使其内剩余水蒸气与三氯氢硅反应，得到除水的气相；

所述除水的气相再经冷凝，以将其内的汽化三氯氢硅液化，得到除杂的多晶硅生产用氢气。

本发明还提供一种采用上述的方法制成的多晶硅生产用氢气。

本发明还提供一种多晶硅生产方法，包括以下步骤：

以上述的方法得到的除杂的多晶硅生产用氢气为原料合成氯化氢，

将所述氯化氢与硅粉反应合成三氯氢硅，

对三氯氢硅进行还原，得到多晶硅。

本发明还提供一种多晶硅生产用氢气除杂系统，包括淋洗塔和冷凝器，

所述淋洗塔下部用于储存沸腾的三氯氢硅，且设有进气管，所述进气管用于供多晶硅生产用氢气通入沸腾的三氯氢硅中，以使其内部分水与三氯氢硅反应；

所述淋洗塔的上部设有喷淋结构，用于将三氯氢硅雾化喷出，从沸腾的三氯氢硅中逸出的气相与雾化的三氯氢硅接触，使所述逸出的气相内剩余的水与三氯氢硅反应，以得到除水的气相；

所述冷凝器与淋洗塔顶部的第一导气管相连，用于对除水的气相冷凝，以将其内的汽化三氯氢硅液化，从而得到除杂的多晶硅生产用氢气。

本发明还提供一种多晶硅生产系统，包括还原炉和物料提供单元，所述物料提供单元包括上述的多晶硅生产用氢气除杂系统。

实施例1：

本实施例提供一种多晶硅生产用氢气的除杂方法，包括以下步骤：

将多晶硅生产用氢气通入沸腾的三氯氢硅中，以使其内部分水与三氯氢硅反应，从三氯氢硅中逸出的气相再与喷淋而下的雾化的三氯氢硅接触，以使其内剩余水蒸气与三氯氢硅反应，得到除水的气相；

所述除水的气相再经冷凝，以将其内的汽化三氯氢硅液化，得到除杂的多晶硅生产用氢气。

通过采用多晶硅生产中间产物三氯氢硅作为氢气除杂的干燥剂，三氯氢硅与氢气中的水反应生成沉淀、HCl和氢气，干燥后的气相引入的少量HCl和汽化的三氯氢硅均是多晶硅生成反应中的原料或副产物，从而最大化减少了外界杂质的引入，保证了最终产品多晶硅的品质。

并且，由于多晶硅生产用氢气含水量极少，本发明通过将氢气通入沸腾的三氯氢硅中，从而氢气以鼓泡的方式与三氯氢硅充分接触，以使其内部分水与沸腾状态的三氯氢硅接触反应，再将从沸腾的三氯氢硅中逸出的气相(去除部分水的氢气+沸腾的三氯氢硅产生的三氯氢硅蒸汽)与经喷淋而下的雾化的三氯氢硅接触，在雾化的三氯氢硅下压作用下，气相中的水能与汽化和雾化的三氯氢硅反复接触反应，实践表明，本发明能将多晶硅生产用氢气中的水分干燥至1PPm以下。干燥后的气相中混入的三氯氢硅蒸汽通过冷凝，从而可得到洁净的氢气。

本实施例中，所述除水的气相经冷凝所得的液化三氯氢硅再经雾化形成所述雾化的三氯氢硅。一方面实现三氯氢硅的循环利用，另一方面进一步减少外界杂质的引用。

本实施例中，所述将多晶硅生产用氢气通入三氯氢硅之前还包括：对多晶硅生产用氢气进行催化氧化，以使其内携带的氧气转化为水。从而进一步减少氢气中影响多晶硅品质的杂质。

催化剂为成熟产品，可通过市购得到，其活性组分一般包括镍、钯、铜，载体一般包括活性氧化铝、二氧化硅等。

本实施例中，多晶硅生产用氢气中的水与三氯氢硅反应生产的固相SiO

所述设定值为25％-35％。

由于水与三氯氢硅生成的固相产物SiO

含固相的三氯氢硅通过闪蒸，可将三氯氢硅和SiO

具体地，将闪蒸所得的三氯氢硅蒸汽加压液化、加热沸腾后参与多晶硅生产用氢气干燥，一方面实现了三氯氢硅的循环利用，另一方面进一步减少了外界杂质的引用。

本实施例中，所述沸腾的三氯氢硅温度为45-60℃，所述雾化的三氯氢硅温度为-15～-5℃。

本实施例中，在0.2-0.3MpaG环境下，使三氯氢硅中逸出的气相与雾化的三氯氢硅接触。

实施例2：

本实施例提供一种采用实施例1的方法制成的多晶硅生产用氢气。

实施例3：

本实施例提供一种多晶硅生产方法，包括以下步骤：

以实施例1的方法得到的除杂的多晶硅生产用氢气为原料合成氯化氢，

将所述氯化氢与硅粉反应合成三氯氢硅，

对所述三氯氢硅进行还原，得到多晶硅。

实施例4：

如图1所示，本实施例提供一种多晶硅生产用氢气除杂系统，包括淋洗塔2、冷凝器6、催化反应器9、闪蒸罐10和加压器11。

淋洗塔2下部用于储存沸腾的三氯氢硅(31.8℃)，且设有进气管1，进气管1用于供多晶硅生产用氢气通入沸腾的三氯氢硅中，以使其内部分水与三氯氢硅反应；

淋洗塔2的上部设有喷淋结构21，用于将三氯氢硅雾化喷出，从沸腾的三氯氢硅中逸出的气相与雾化的三氯氢硅接触，使逸出的气相内剩余的水与三氯氢硅反应，以得到除水的气相；

冷凝器6与淋洗塔2顶部的第一导气管4相连，用于对除水的气相冷凝，以将其内的汽化三氯氢硅液化，从而得到除杂的多晶硅生产用氢气。

多晶硅生产用氢气来源为电解水制氢、电解食盐水得到的氢气以及水煤气制氢。

由此，通过采用多晶硅生产中间产物三氯氢硅作为氢气除杂的干燥剂，淋洗塔2内的三氯氢硅与氢气中的水反应生成沉淀、HCl和氢气，干燥后的氢气引入的少量HCl和汽化的三氯氢硅均是多晶硅生成反应中的原料或副产物，从而最大化减少了外界杂质的引入，保证了最终产品多晶硅的品质。

并且，由于多晶硅生产用氢气含水量极少，本发明通过将氢气通入淋洗塔2内沸腾的三氯氢硅中，从而氢气以鼓泡的方式与三氯氢硅充分接触，以使其内部分水与沸腾状态的三氯氢硅接触反应，从沸腾的三氯氢硅中逸出的气相(去除部分水的氢气+沸腾的三氯氢硅产生的三氯氢硅蒸汽)与经喷淋结构21雾化的三氯氢硅接触，在雾化的三氯氢硅下压作用下，气相中的水能与汽化和雾化的三氯氢硅反复接触反应，实践表明，本发明能将多晶硅生产用氢气中的水分干燥至1PPm以下。干燥后的氢气中混入的三氯氢硅蒸汽通过冷凝器冷凝，从而可得到洁净的氢气。

本实施例中，喷淋结构21和冷凝器6之间设有回流泵13，由于喷淋结构21雾化压降很大，通过回流泵13增压，以将冷凝器6液化的三氯氢硅压入喷淋结构21中。

本实施例中，冷凝器6上设有第二导气管8，用于将除杂的多晶硅生产用氢气导出。第二导气管8上设有除雾器14，以除去氢气中夹带的三氯氢硅雾沫。

本实施例中，冷凝器6与喷淋结构21之间设有回流管7，用于将液化的三氯氢硅导入喷淋结构21中。一方面实现三氯氢硅的循环利用，另一方面进一步减少外界杂质的引用。

本实施例中，催化反应器9的出口与淋洗塔2的进气管相连，用于在多晶硅生产用氢气通入淋洗塔2之前对其进行催化氧化，以使其内的氧气转化为水。从而进一步减少氢气中影响多晶硅品质的杂质。

本实施例中，淋洗塔2的底部设有第一排料管5，第一排料管5上设有第一启闭阀门。

本实施例中，设定值为25％-35％。

多晶硅生产用氢气中的水与三氯氢硅反应生产的固相SiO

本实施例中，闪蒸罐10与第一排料管5相连，用于接收淋洗塔2中排出的含固相SiO

由此，通过闪蒸，可将三氯氢硅和SiO

本实施例中，还包括加压器11，加压器11分别与闪蒸罐的出口、淋洗塔的入口相连，用于接收从闪蒸罐10送入的三氯氢硅蒸汽，并对其进行加压液化后送回淋洗塔2中。

将闪蒸所得的三氯氢硅蒸汽加压液化后返回至淋洗塔2内作为干燥剂，一方面实现了三氯氢硅的循环利用，另一方面进一步减少了外界杂质的引用。

本实施例中，闪蒸罐10的底部设有第二排料管12，第二排料管上设有第二启闭阀门。当观测到闪蒸罐10内只剩固相SiO

本实施例中，淋洗塔2的下部设有再沸器3，用于将淋洗塔2下部的三氯氢硅加热至其沸点(31.8℃)以上温度。

本实施例的多晶硅生产用氢气除杂系统的工艺流程如下：

粗氢气经进入催化反应器9，氢气中的氧与氢气在催化剂的作用下发生氧化反应生成水，反应后的气体经过进气管1进入淋洗塔2内，并通过鼓泡的方式与淋洗塔2塔釜沸腾的三氯氢硅接触，除去氢气中的部分水分，未被除去的水分与氢气一起从塔釜自下而上向上流动过程中与淋洗塔2内三氯氢硅蒸汽，以及塔顶喷淋而下的雾化四氯化硅反复接触，氢气中的水分与三氯氢硅反应生成SiO

当塔釜三氯氢硅中的悬浮物SiO

实施例5

本实施例提供一种多晶硅生产系统，包括还原炉和物料提供单元，物料提供单元包括实施例4的多晶硅生产用氢气除杂系统。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。