【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多晶硅制备，涉及一种颗粒硅生产系统和方法。
技术介绍
1、多晶硅（即硅料）是以工业硅为原料，经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的非金属材料，硅元素含量在 99.9999%以上。在光伏领域，多晶硅加工为硅片、电池、组件，最终应用于光伏发电系统，而晶硅组件在光伏装机中占比约 97.5%，其余为薄膜组件等，因此多晶硅是光伏产业的重要上游。
2、目前，主流的多晶硅生产技术为以三氯氢硅为原料的改良西门子法和以硅烷气为原料的流化床法。针对西门子法路线，尾气回收系统的出现提高了物料使用率，冷氢化工艺替代热氢化显著降低能耗，多对棒和大直径还原炉有效降低还原炉电耗，在降本增效的主要目标下，技术更迭是影响企业竞争力的关键所在。目前，具有低电耗优势的硅烷流化床法在顺利实现量产后，发展潜力正逐步被产业所验证。
3、硅烷流化床法，是指利用甲硅烷（sih4）热分解，在流化床反应器（fluidized bedreactor）中进行的技术路线。具体来看，作为晶种的高纯度籽晶（直径约 0.2-0.6mm）从流化床反应器顶部加入，堆积形成晶种颗粒床层，硅烷和氢气从反应器底部通入，使床层达到流化状态，在外部加热器的作用下，硅烷裂解沉积在晶种表面，晶种颗粒不断外延生产，达到足够重量的颗粒硅沉降到反应器底部排出。生产过程中，固体反应物自上而下移动，气体反应物自下而上流动，从而实现不间断的连续生产。
4、硅烷流化床法生产颗粒硅过程中，所使用的反应晶种是从颗粒硅产品中筛分出来的细小的颗粒硅产品，颗粒硅生产的晶种不是在线
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种颗粒硅生产系统和方法，能够在线连续生产颗粒硅晶种，避免晶种的二次污染。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种颗粒硅生产系统，包括冷氢化装置、歧化反应器、晶种反应器和非均相沉积反应器；所述冷氢化装置的入口用于接收氢气、硅粉和四氯化碳，冷氢化装置的出口与歧化反应器的入口连接，歧化反应器的硅烷出口与晶种反应器的入口和非均相沉积反应器的入口分别连接，歧化反应器的二氯二氢硅出口与晶种反应器的入口连接；晶种反应器的晶种出口与非均相沉积反应器的入口连接，非均相沉积反应器的入口还接收氢气。
4、优选的，所述颗粒硅生产系统还包括第一精馏装置、第二精馏装置和第三精馏装置；冷氢化装置的出口与第一精馏装置的入口连接，第一精馏装置的氯硅烷出口与歧化反应器的入口连接，歧化反应器的硅烷出口与第二精馏装置的入口连接，歧化反应器的二氯二氢硅出口与第三精馏装置的入口连接；第二精馏装置的硅烷气出口与晶种反应器的入口和非均相沉积反应器的入口分别连接，第三精馏装置的二氯二氢硅出口与晶种反应器的入口连接。
5、进一步的，所述颗粒硅生产系统还包括第一净化装置，非均相沉积反应器的气体出口与第一净化装置的入口连接，第一净化装置的氢气出口与非均相沉积反应器的入口和冷氢化装置的入口分别连接。
6、进一步的，所述颗粒硅生产系统还包括第二净化装置，所述非均相沉积反应器的硅颗粒出口与第二净化装置的入口连接，所述第二净化装置的气体出口与第一净化装置的入口连接，所述第二净化装置的两个固体出口分别为颗粒硅和纳米硅的出口。
7、进一步的，所述第一精馏装置的四氯化硅出口与冷氢化装置的入口连接。
8、优选的，所述歧化反应器的四氯化硅出口与冷氢化装置的入口连接。
9、一种颗粒硅生产方法，基于所述的颗粒硅生产系统，包括以下步骤：
10、以硅粉、四氯化硅和氢气作为原料，在冷氢化装置中进行氢化反应，得到三氯氢硅；
11、将来自冷氢化装置的三氯氢硅在歧化反应器中进行歧化反应，并分离反应产物，分别得到二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷；
12、将来自歧化反应器的硅烷和二氯二氢硅在晶种反应器中进行反应，得到晶种；
13、以氢气、来自歧化反应器的硅烷及来自晶种反应器的晶种作为原料，在非均相沉积反应器中非均相沉积反应，得到颗粒硅。
14、优选的，所述颗粒硅生产系统还包括第一精馏装置、第二精馏装置和第三精馏装置；冷氢化装置的出口与第一精馏装置的入口连接，第一精馏装置的氯硅烷出口与歧化反应器的入口连接，歧化反应器的硅烷出口与第二精馏装置的入口连接，歧化反应器的二氯二氢硅出口与第三精馏装置的入口连接；第二精馏装置的硅烷气出口与晶种反应器的入口和非均相沉积反应器的入口分别连接，第三精馏装置的二氯二氢硅出口与晶种反应器的入口连接；
15、所述将来自冷氢化装置的三氯氢硅在歧化反应器中进行歧化反应，并分离反应产物，分别得到二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷，具体包括：将来自冷氢化装置的三氯氢硅经第一精馏装置纯化分离为二氯二氢硅和三氯氢硅的混合物及四氯化硅；将来自第一精馏装置的二氯二氢硅和三氯氢硅的混合物在歧化反应器中进行歧化反应，并分离反应产物，分别得到二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷；
16、所述将来自歧化反应器的硅烷和二氯二氢硅在晶种反应器中进行反应，得到晶种，具体包括：将来自歧化反应器的硅烷经第二精馏装置纯化，得到硅烷气；将来自歧化反应器的二氯二氢硅经第三精馏装置纯化，得到二氯二氢硅；将第二精馏装置纯化得到的硅烷气与第三精馏装置纯化得到的二氯二氢硅在晶种反应器中进行反应，得到晶种；
17、所述以氢气、来自歧化反应器的硅烷及来自晶种反应器的晶种作为原料，具体是：以氢气、来自第二精馏装置纯化得到的硅烷气及来自晶种反应器的晶种作为原料。
18、优选的，所述颗粒硅生产系统还包括第一净化装置，非均相沉积反应器的气体出口与第一净化装置的入口连接，第一净化装置的氢气出口与非均相沉积反应器的入口和冷氢化装置的入口分别连接；
19、所述颗粒硅生产方法还包括以下步骤：将来自非均相沉积反应器的气体经第一净化装置纯化及加压后返回非均相沉积反应器和冷氢化装置。
20、优选的，所述颗粒硅生产系统还包括第二净化装置，所述非均相沉积反应器的硅颗粒出口与第二净化装置的入口连接，所述第二净化装置的气体出口与第一净化装置的入口连接，所述第二净化装置的两个固体出口分别为颗粒硅和纳米硅的出口；
21、所述颗粒硅生产方法还包括以下步骤：将来自非均相沉积反应器的粗颗粒硅经第二净化装置纯化分离，分别得到颗粒硅产品和纳米硅产品；第二净化装置出来的氢气进入第一净化装置进行纯化。
22、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
23、本专利技术颗粒硅生产系统以硅粉、四氯化硅和氢气作为原料，在冷氢化装置中进行氢化反应，得到三氯氢硅；三氯氢硅在歧化反应器中进行一步歧化反应，并分离反应产物，分别得到二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷；硅烷与二氯二氢硅在晶种反应器内反应，得到晶种；硅烷与氢气在非均相沉积反应器中反应，生成硅，硅沉积在晶种上，得到粗颗粒本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颗粒硅生产系统，其特征在于，包括冷氢化装置（1）、歧化反应器（3）、晶种反应器（6）和非均相沉积反应器（7）；所述冷氢化装置（1）的入口用于接收氢气、硅粉和四氯化碳，冷氢化装置（1）的出口与歧化反应器（3）的入口连接，歧化反应器（3）的硅烷出口与晶种反应器（6）的入口和非均相沉积反应器（7）的入口分别连接，歧化反应器（3）的二氯二氢硅出口与晶种反应器（6）的入口连接；晶种反应器（6）的晶种出口与非均相沉积反应器（7）的入口连接，非均相沉积反应器（7）的入口还接收氢气。
2.根据权利要求1所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第一精馏装置（2）、第二精馏装置（4）和第三精馏装置（5）；冷氢化装置（1）的出口与第一精馏装置（2）的入口连接，第一精馏装置（2）的氯硅烷出口与歧化反应器（3）的入口连接，歧化反应器（3）的硅烷出口与第二精馏装置（4）的入口连接，歧化反应器（3）的二氯二氢硅出口与第三精馏装置（5）的入口连接；第二精馏装置（4）的硅烷气出口与晶种反应器（6）的入口和非均相沉积反应器（7）的入口分别连接，第三精馏装置（5）的二氯二氢硅出口
3.根据权利要求2所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第一净化装置（8），非均相沉积反应器（7）的气体出口与第一净化装置（8）的入口连接，第一净化装置（8）的氢气出口与非均相沉积反应器（7）的入口和冷氢化装置（1）的入口分别连接。
4.根据权利要求3所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第二净化装置（9），所述非均相沉积反应器（7）的硅颗粒出口与第二净化装置（9）的入口连接，所述第二净化装置（9）的气体出口与第一净化装置（8）的入口连接，所述第二净化装置（9）的两个固体出口分别为颗粒硅和纳米硅的出口。
5.根据权利要求2所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述第一精馏装置（2）的四氯化硅出口与冷氢化装置（1）的入口连接。
6.根据权利要求1所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述歧化反应器（3）的四氯化硅出口与冷氢化装置（1）的入口连接。
7.一种颗粒硅生产方法，其特征在于，基于权利要求1所述的颗粒硅生产系统，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的颗粒硅生产方法，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第一精馏装置（2）、第二精馏装置（4）和第三精馏装置（5）；冷氢化装置（1）的出口与第一精馏装置（2）的入口连接，第一精馏装置（2）的氯硅烷出口与歧化反应器（3）的入口连接，歧化反应器（3）的硅烷出口与第二精馏装置（4）的入口连接，歧化反应器（3）的二氯二氢硅出口与第三精馏装置（5）的入口连接；第二精馏装置（4）的硅烷气出口与晶种反应器（6）的入口和非均相沉积反应器（7）的入口分别连接，第三精馏装置（5）的二氯二氢硅出口与晶种反应器（6）的入口连接；
9.根据权利要求7所述的颗粒硅生产方法，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第一净化装置（8），非均相沉积反应器（7）的气体出口与第一净化装置（8）的入口连接，第一净化装置（8）的氢气出口与非均相沉积反应器（7）的入口和冷氢化装置（1）的入口分别连接；
10.根据权利要求8所述的颗粒硅生产方法，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第二净化装置（9），所述非均相沉积反应器（7）的硅颗粒出口与第二净化装置（9）的入口连接，所述第二净化装置（9）的气体出口与第一净化装置（8）的入口连接，所述第二净化装置（9）的两个固体出口分别为颗粒硅和纳米硅的出口；
...【技术特征摘要】
1.一种颗粒硅生产系统，其特征在于，包括冷氢化装置（1）、歧化反应器（3）、晶种反应器（6）和非均相沉积反应器（7）；所述冷氢化装置（1）的入口用于接收氢气、硅粉和四氯化碳，冷氢化装置（1）的出口与歧化反应器（3）的入口连接，歧化反应器（3）的硅烷出口与晶种反应器（6）的入口和非均相沉积反应器（7）的入口分别连接，歧化反应器（3）的二氯二氢硅出口与晶种反应器（6）的入口连接；晶种反应器（6）的晶种出口与非均相沉积反应器（7）的入口连接，非均相沉积反应器（7）的入口还接收氢气。
2.根据权利要求1所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第一精馏装置（2）、第二精馏装置（4）和第三精馏装置（5）；冷氢化装置（1）的出口与第一精馏装置（2）的入口连接，第一精馏装置（2）的氯硅烷出口与歧化反应器（3）的入口连接，歧化反应器（3）的硅烷出口与第二精馏装置（4）的入口连接，歧化反应器（3）的二氯二氢硅出口与第三精馏装置（5）的入口连接；第二精馏装置（4）的硅烷气出口与晶种反应器（6）的入口和非均相沉积反应器（7）的入口分别连接，第三精馏装置（5）的二氯二氢硅出口与晶种反应器（6）的入口连接。
3.根据权利要求2所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第一净化装置（8），非均相沉积反应器（7）的气体出口与第一净化装置（8）的入口连接，第一净化装置（8）的氢气出口与非均相沉积反应器（7）的入口和冷氢化装置（1）的入口分别连接。
4.根据权利要求3所述的颗粒硅生产系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统还包括第二净化装置（9），所述非均相沉积反应器（7）的硅颗粒出口与第二净化装置（9）的入口连接，所述第二净化装置（9）的气体出口与第一净化装置（8）的入口连接，所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，彭江华，
申请(专利权)人：陕西绿能能源科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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