一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法及系统与流程

1.本技术涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法及系统。


背景技术：

2.改良西门子法是一种生产多晶硅的制备工艺，其原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用氢气还原高纯度的三氯氢硅(tcs)，以此生成沉积在硅芯上的多晶硅，这种方法产生的还原尾气中的主要成分为三氯氢硅(tcs)、四氯化硅(stc)及二氯二氢硅(dcs)、氢气及氯化氢，其中三氯氢硅(tcs)、四氯化硅(stc)及二氯二氢硅(dcs)的混合物在多晶硅产业中被称为氯硅烷。
3.中国专利cn104923026a，其涉及一种多晶硅尾气回收方法及装置，该专利中公开了一种对于还原尾气中氢气与氯化氢的分离方法，具体步骤如下：第一步，冷凝还原尾气，借助氯硅烷与氢气、氯化氢的沸点不同，将还原尾气分为第一混合气和液态氯硅烷，其中第一混合气为氢气与氯化氢气体的混合气体。第二步，借助氯化氢在高压低温的状态下易溶于液态氯硅烷的特性，将第一混合气中的氯化氢吸收进液态氯硅烷中，将第一混合气中的氢气分离出来。第三步，将吸收了氯化氢的液态氯硅烷置于低压环境，将液态氯硅烷中氯化氢气体解析出来。其中回收氢气作为还原工艺用氢气进入还原炉与tcs进行还原反应制备多晶硅，实现氢气的回收循环利用。
4.由于这部分回收氢气从还原尾气中回收得到，而还原尾气为氢气与tcs还原工艺的产物，在还原工艺初始阶段，氢气主要为外购的高纯氢气，高纯氢气中基本没有碳杂质或其含量很少，因此，还原尾气中的碳杂质主要由tcs引入，导致这部分回收氢气中含有碳杂质，且主要由tcs引入。将这部分含有碳杂质的回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用，势必会向还原工艺引入碳杂质，且tcs会继续引入新的碳杂质，导致碳杂质在还原工艺中循环累积，致使还原尾气中的碳杂质逐渐含量升高，从而导致回收氢气中的碳杂质含量也进一步升高，依次类推，随着氢气多次回收且作为还原工艺用氢气多次循环利用，碳杂质在还原工艺中循环累积，还原尾气中的碳杂质越来越多，导致回收氢气中的碳杂质也越来越多，含量也越来越大，若再将这部分碳杂质含量越来越大的回收氢气作为还原工艺用氢气，势必会影响多晶硅的纯度，导致所生产的多晶硅碳杂质含量高、品质低。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术中，将回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用，势必会向还原工艺引入碳杂质，且tcs会继续引入新的碳杂质，导致碳杂质在还原工艺中循环累积，若再将这部分碳杂质含量越来越大的回收氢气作为还原工艺用氢气，势必会影响多晶硅的纯度，导致所生产的多晶硅碳杂质含量高、品质低的问题。提供一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法及系统，通过分离一塔和分离二塔对原料tcs进行深度除碳，避免原料tcs向还原工艺引入碳杂质，同时，在回收氢气中无碳杂质引入增加的基础上，除去回
收氢气中的碳杂质，确保原料氢气的纯度，还能够将循环累积的碳杂质通过回收氢气除碳步骤从还原工艺中去除，从而使得回收氢气无碳循环利用，防止因原工艺用氢气中碳杂质较多而影响多晶硅的纯度，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
6.一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，包括以下步骤：
7.s10.对还原尾气进行分离回收，得到回收氢气和回收氯硅烷；
8.s20.将补充氢气和所述回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，得到除碳后的原料氢气，将所述回收氯硅烷通入分离一塔分离处理，所述分离一塔可将所述回收氯硅烷中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从所述分离一塔的塔侧采出回收tcs；
9.s30.将补充tcs和所述回收tcs通入分离二塔进行除碳处理，所述分离二塔可将所述补充tcs和所述回收tcs中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从所述分离二塔的塔侧采出除碳后的原料tcs；
10.s40.将所述原料氢气与所述原料tcs按比例混合作为还原工艺用原料进入还原炉进行还原反应制备多晶硅。
11.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法中，在所述s30步骤中，所述将补充tcs和所述回收tcs通入分离二塔进行除碳处理，包括以下步骤：
12.将冷氢化得到的补充氯硅烷通入到分离三塔分离处理，所述分离三塔可将所述补充氯硅烷中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从所述分离三塔的塔侧采出补充tcs；
13.将所述补充tcs和所述回收tcs通入分离二塔进行除碳处理。
14.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法中，在所述s20步骤中，所述将所述回收氯硅烷通入分离一塔分离处理，包括以下步骤：
15.将冷氢化得到的补充氯硅烷和所述回收氯硅烷一同通入到所述分离一塔分离处理，从所述分离一塔的塔侧采出混合态的补充tcs和回收tcs。
16.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法中，所述原料氢气中碳杂质含量小于3ppm，所述原料tcs中碳杂质含量小于8ppm。
17.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法中，所述s40具体包括以下步骤：
18.s41.从所述分离一塔的塔顶采出dcs，和/或，从所述分离二塔的塔顶采出dcs，和/或，外购高纯dcs，得到原料dcs；
19.s42.将所述原料dcs、所述原料氢气与所述原料tcs按比例混合作为还原工艺用原料进入还原炉进行还原反应制备多晶硅。
20.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法中，在所述s10步骤后、且所述s20步骤前，还包括以下步骤：
21.s50.将所述回收氢气通入到75％乙醇溶液中进行清洗，再将补充氢气和清洗后的所述回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳。
22.一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，包括还原炉、尾气回收系统、吸附除碳装置、分离一塔和分离二塔，所述还原炉的还原尾气出口与所述尾气回收系统的进口相连，所述尾气回收系统的氢气出口与所述吸附除碳装置的进口相连，所述吸附除碳装置的
进口还连接有补充氢气管道，所述尾气回收系统的氯硅烷出口与所述分离一塔的进口相连，所述分离一塔的塔侧出口与所述分离二塔的进口相连，所述分离二塔的进口还连接有补充tcs管道，所述分离二塔的塔侧出口和所述吸附除碳装置的出口均与所述还原炉的进口相连。
23.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统中，还包括分离三塔，所述分离三塔的进口连接有第一冷氢化产物管道，所述分离三塔的塔侧出口通过所述补充tcs管道与所述分离二塔的进口相连。
24.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统中，所述分离一塔的进口还连接有第二冷氢化产物管道。
25.优选地，上述一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统中，所述还原炉的进口还与所述分离一塔的塔顶出口，和/或，所述分离二塔的塔顶出口，和/或，外购高纯dcs管道相连。
26.本技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：
27.本技术实施例公开的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法及系统中，通过分离一塔和分离二塔对原料tcs进行深度除碳，确保原料tcs的纯度，保证原料tcs中碳杂质含量较低，避免原料tcs向还原工艺引入碳杂质，且由于还原尾气中的碳杂质主要由原料tcs引入，在原料tcs向还原工艺没有引入碳杂质的情况下，还原尾气中无碳杂质引入，能够使得回收氢气中无碳杂质引入，将这部分回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用，在氢气多次回收且作为还原工艺用氢气多次循环利用的过程中，不会向还原工艺引入碳杂质，且原料tcs不会继续引入新的碳杂质，从而防止碳杂质在还原工艺中循环累积，避免还原尾气中的碳杂质越来越多，使得每次从还原尾气中回收的回收氢气中碳杂质含量较低，减少对多晶硅纯度的影响，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
28.在避免原料tcs向还原工艺引入碳杂质而导致回收氢气中碳杂质越来越多的同时，将回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，在回收氢气中无碳杂质引入增加的基础上，除去回收氢气中的碳杂质，确保原料氢气的纯度，保证原料氢气中碳杂质含量较低，以使回收氢气每次作为还原工艺用氢气进入还原炉与tcs进行还原反应制备多晶硅前，均进行除碳处理，也就是回收氢气每次循环利用前进行除碳处理，即使原料tcs会向还原工艺引入碳杂质，通过对回收氢气进行除碳，在避免向还原工艺引入碳杂质的同时，还能够将循环累积的碳杂质通过回收氢气除碳步骤从还原工艺中去除，防止碳杂质在还原工艺中循环累积，能够避免含有碳杂质的回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用而导致碳杂质在还原工艺中循环累积，从而使得回收氢气无碳循环利用，防止因原工艺用氢气中碳杂质较多而影响多晶硅的纯度，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
附图说明
29.图1为本技术实施例中公开的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统的示意图，图中b1至b7表示碳杂质检测点；
30.图2为本技术另一实施例中公开的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统的示意图。
31.附图说明：还原炉100、尾气回收系统200、吸附除碳装置300、分离一塔400、分离二
塔500、分离三塔600、补充氢气管道710、补充tcs管道720、第一冷氢化产物管道730、第二冷氢化产物管道740、进料混合器800。
具体实施方式
32.为了便于理解本技术，下面将参照相关实施例对本技术进行更全面的描述。实施例中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
33.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.请参考图1至图2，本技术实施例公开一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，包括以下步骤：
36.s10.对还原尾气进行分离回收，得到回收氢气和回收氯硅烷；
37.还原尾气主要包括氯硅烷、氢气和氯化氢，对还原尾气进行分离回收的方法有多种，本技术对此不做限制。还原尾气分离回收后能够得到回收氯化氢、回收氢气和回收氯硅烷，现有技术中，将回收氢气作为还原工艺用原料作为还原工艺用进行还原反应制备多晶硅，致使碳杂质在还原工艺中循环累积，影响多晶硅的纯度，导致所生产的多晶硅碳杂质含量高、品质低。
38.s20.将补充氢气和回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，得到除碳后的原料氢气，将回收氯硅烷通入分离一塔400分离处理，分离一塔400可将回收氯硅烷中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从分离一塔400的塔侧采出回收tcs；
39.由于在还原反应过程中，氢气作为原料参与了反应，反应后剩余的氢气较少，虽然还原反应过程中随着副反应的发生，也会有氢气生成，但总体来说，通过还原尾气回收得到的回收氢气量较少，不能满足还原工艺用原料中氢气所需，因此需要额外补充氢气，将补充的氢气称为补充氢气，补充氢气一般为外购的高纯氢气。由于回收氢气中含有碳杂质，将这部分回收氢气通过专项吸附剂吸附(如除碳树脂及含有乙醇的吸附剂等，为已知技术，本技术对此不做限制)除碳，以除去回收氢气中的碳杂质，由于补充氢气一般为外购的高纯氢气，基本没有碳杂质或其含量很少，所以补充氢气可以通过专项吸附剂吸附除碳，也可以不通过专项吸附剂吸附除碳，较优的是将补充氢气通过专项吸附剂吸附除碳，以保证原料氢气中碳杂质含量较低，防止偶然事件(补充氢气中碳杂质含量较高)的发生导致原料氢气中碳杂质含量较高。故将补充氢气和回收氢气均通过专项吸附剂吸附除碳，确保原料氢气的纯度，保证原料氢气中碳杂质含量较低。
40.回收氯硅烷中含有大量的tcs，其含量可达30％左右，具有较大的回收价值。将回收氯硅烷通入分离一塔400进行分离处理，由于回收氯硅烷主要包括dcs、tcs和stc，通过分离一塔400将回收氯硅烷中低沸点的dcs通过塔顶排出，将回收氯硅烷中高沸点的stc和重组分碳杂质(一甲基三氯)通过塔底排出，将沸点处于中间的tcs和轻组分碳杂质(一甲基二氯)通过塔侧排出，因此，分离一塔400能够将回收氯硅烷中的轻组分(dcs)从塔顶排出，中组分(tcs和轻组分碳杂质)从塔侧排出，重组分(stc和重组分碳杂质)从塔底排出。从分离一塔400的塔侧采出回收tcs，所采出的回收tcs中主要为tcs，且含有少量的dcs和一甲基二氯。本步骤中，通过分离一塔400既可以实现回收氯硅烷中dcs、tcs和stc的分离，还能够将tcs与一甲基三氯分离，减少回收tcs中的碳杂质(一甲基三氯)，在起到分离回收氯硅烷中dcs、tcs和stc的同时，还能够对回收tcs进行初步的除碳处理(除去回收tcs中的一甲基三氯)，实现一物两用的效果。由于回收tcs中含有少量的一甲基二氯，说明回收tcs中还是含有碳杂质，需要在初步除碳的基础上进一步除碳。
41.s30.将补充tcs和回收tcs通入分离二塔500进行除碳处理，分离二塔500可将补充tcs和回收tcs中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从分离二塔500的塔侧采出除碳后的原料tcs；
42.通过还原尾气回收并分离得到的回收tcs量较少，不能满足还原工艺用原料中tcs所需，因此需要额外补充tcs，将补充的tcs称为补充tcs，补充tcs可以为外购的高纯tcs，本技术对此不做限制。由于回收tcs中还是含有碳杂质(一甲基二氯)，因此需要进一步进行除碳，且为了避免补充tcs因存在碳杂质而导致原料tcs碳杂质含量较高，将补充tcs和回收tcs均通入分离二塔500进行除碳处理，以保证原料tcs中碳杂质含量较低，防止偶然事件(补充tcs中碳杂质含量较高)的发生导致原料tcs中碳杂质含量较高。故补充tcs和回收tcs均通入分离二塔500进行除碳处理，确保原料tcs的纯度，保证原料tcs中碳杂质含量较低。
43.由于一甲基二氯的沸点高于tcs，因此一甲基二氯相较于tcs为重组分碳杂质，故通过分离二塔500将补充tcs和回收tcs中低沸点的dcs通过塔顶排出，将补充tcs和回收tcs中高沸点的一甲基二氯通过塔底排出，将沸点处于中间的tcs通过塔侧排出，因此，分离二塔500能够将补充tcs和回收tcs中的轻组分(dcs)从塔顶排出，中组分(tcs)从塔侧排出，重组分(一甲基二氯)从塔底排出。从分离二塔500的塔侧采出得到纯度较高的原料tcs。本步骤中，通过分离二塔500实现补充tcs和回收tcs中dcs、tcs和一甲基二氯的分离，对补充tcs和回收tcs进一步除碳处理，以确保原料tcs的纯度，保证原料tcs中碳杂质含量较低，从而减少还原工艺过程中碳杂质的引入。
44.s40.将原料氢气与原料tcs按比例混合作为还原工艺用原料进入还原炉100进行还原反应制备多晶硅，实现还原尾气中氢气和tcs的回收循环利用，具体可以通过进料混合器800先进行混合，然后再通入到还原炉100中。
45.本技术实施例公开的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法中，通过分离一塔400和分离二塔500对原料tcs进行深度除碳，确保原料tcs的纯度，保证原料tcs中碳杂质含量较低，避免原料tcs向还原工艺引入碳杂质，且由于还原尾气中的碳杂质主要由原料tcs引入，在原料tcs向还原工艺没有引入碳杂质的情况下，还原尾气中无碳杂质引入，能够使得回收氢气中无碳杂质引入，将这部分回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用，在氢气多次回收且作为还原工艺用氢气多次循环利用的过程中，不会向还原工艺引入碳杂
质，且原料tcs不会继续引入新的碳杂质，从而防止碳杂质在还原工艺中循环累积，避免还原尾气中的碳杂质越来越多，使得每次从还原尾气中回收的回收氢气中碳杂质含量较低，减少对多晶硅纯度的影响，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
46.在避免原料tcs向还原工艺引入碳杂质而导致回收氢气中碳杂质越来越多的同时，将回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，在回收氢气中无碳杂质引入增加的基础上，除去回收氢气中的碳杂质，确保原料氢气的纯度，保证原料氢气中碳杂质含量较低，以使回收氢气每次作为还原工艺用氢气进入还原炉与tcs进行还原反应制备多晶硅前，均进行除碳处理，也就是回收氢气每次循环利用前进行除碳处理，即使原料tcs会向还原工艺引入碳杂质，通过对回收氢气进行除碳，在避免向还原工艺引入碳杂质的同时，还能够将循环累积的碳杂质通过回收氢气除碳步骤从还原工艺中去除，防止碳杂质在还原工艺中循环累积，能够避免含有碳杂质的回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用而导致碳杂质在还原工艺中循环累积，从而使得回收氢气无碳循环利用，防止因原工艺用氢气中碳杂质较多而影响多晶硅的纯度，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
47.本方案采用将还原尾气通过尾气回收系统分离回收为氢气和氯硅烷，再对二者分别除碳，且采用的除碳原理及工艺均不同，这是由于二者中含有的碳的成分或形式不相同而设计的，氯硅烷含有一甲基二氯和一甲基三氯等碳杂质，采用分离原理进行除碳，氢气碳主要成分为甲烷，采用专项吸附剂吸附(如除碳树脂及含有乙醇的吸附剂等)进行除碳，实现对还原原料的精细化除碳分离。而原有设计中，尾气回收系统不将氢气和氯硅烷分离，直接作为混合物进行除碳，存在碳成分不同，除碳效果差，另一种设计中，虽然尾气回收系统也将氢气和氯硅烷分离，但根据氢化等工序的要求，不对氢气进出除碳处理，或只出去氢气中的氯化氢，为冷氢化工序(将回收氢气作为冷氢化工序的原料)准备，并没有对氢气中的碳含量进行控制。
48.如上文所述，补充tcs可以为外购的高纯tcs，外购的高纯tcs价格昂贵，这样会导致多晶硅生产成本较高。可选地，在s30步骤中，将补充tcs和回收tcs通入分离二塔500进行除碳处理，包括以下步骤：
49.将冷氢化得到的补充氯硅烷通入到分离三塔600分离处理，分离三塔600可将补充氯硅烷中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从分离三塔600的塔侧采出补充tcs；
50.将补充tcs和回收tcs通入分离二塔500进行除碳处理。
51.具体地，冷氢化工艺将多晶硅生产过程中回收的stc(例如s20步骤分离得到的stc)转化为tcs，通过冷氢化工艺得到含有大量tcs的补充氯硅烷，通过分离三塔600进行分离，得到其中的补充tcs，相似地，分离三塔600既可以实现补充氯硅烷中dcs、tcs和stc的分离，还能够将tcs与一甲基三氯分离，减少补充tcs中的碳杂质(一甲基三氯)，在起到分离补充氯硅烷中dcs、tcs和stc的同时，还能够对补充tcs进行初步的除碳处理(除去补充tcs中的一甲基三氯)，实现一物两用的效果。通过将多晶硅生产过程中回收的stc转化为补充tcs，降低生产费用，且通过分离二塔500进一步除碳处理，以确保原料tcs的纯度，保证原料tcs中碳杂质含量较低，从而减少还原工艺过程中碳杂质的引入。
52.进一步地，在s20步骤中，将回收氯硅烷通入分离一塔400分离处理，包括以下步骤：
53.将冷氢化得到的补充氯硅烷和回收氯硅烷一同通入到分离一塔400分离处理，从分离一塔400的塔侧采出混合态的补充tcs和回收tcs。
54.通过将补充氯硅烷直接通入到分离一塔400中，同回收氯硅烷一起分离且初步除碳，分离一塔400不仅能够对回收氯硅烷分离且初步除碳，还能够对回收氯硅烷分离且初步除碳，实现一物多用的效果，同时，避免需要增加额外的分离塔分离补充氯硅烷，降低多晶硅生产建设投资及成本。
55.作为优选，原料氢气中碳杂质含量小于3ppm，原料tcs中碳杂质含量小于8ppm，通过限定原料tcs中碳杂质含量小于8ppm，进一步保证原料tcs中碳杂质含量较低，进一步避免碳杂质引入，通过限定原料氢气中碳杂质含量小于3ppm，进一步保证原料氢气中碳杂质含量较低，在避免向还原工艺引入碳杂质的同时，进一步避免含有碳杂质的回收氢气作为还原工艺用氢气进行循环利用而导致碳杂质在还原工艺中循环累积，从而使得回收氢气无碳循环利用。
56.如上文所述，将补充氢气和回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，可选地，在s10步骤后、且s20步骤前，还包括以下步骤：
57.s50.将回收氢气通入到75％乙醇溶液中进行清洗，再将补充氢气和清洗后的回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳。由于回收氢气中的碳杂质主要以甲烷的形式存在，将回收氢气通入到75％乙醇溶液中，回收氢气中的甲烷溶于75％乙醇溶液中，以对回收氢气进行除碳清洗，通过此方式以对回收氢气进行初步除碳，且能够大幅度降低碳杂质含量，然后在通过专项吸附剂吸附精细化除碳，减少专项吸附剂的消耗，有助于降低生产成本。
58.作为优选，s40具体包括以下步骤：
59.s41.从分离一塔400的塔顶采出dcs，和/或，从分离二塔500的塔顶采出dcs，和/或，外购高纯dcs，得到原料dcs；
60.s42.将原料dcs、原料氢气与原料tcs按比例混合作为还原工艺用原料进入还原炉100进行还原反应制备多晶硅。
61.由于还原反应过程中还存在tcs的副反应-歧化反应，即tcs会歧化反应得到stc和dcs，通过向还原工艺中通入一定比例的dcs，有利于抑制tcs歧化反应的进行，从而降低还原工艺中dcs的产生量，有助有还原反应的正向进行，提高多晶硅沉积速率，从而降低多晶硅生产功耗。
62.请再次参考图1至图2，本技术实施例还公开一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，本技术实施例公开一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法应用于该一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统。本技术实施例公开一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统包括还原炉100、尾气回收系统200、吸附除碳装置300、分离一塔400和分离二塔500，其中：
63.还原炉100的还原尾气出口与尾气回收系统200的进口相连，将还原尾气通入到尾气回收系统200中，尾气回收系统200的氢气出口与吸附除碳装置300的进口相连，将回收氢气通入到吸附除碳装置300中通过专项吸附剂吸附除碳，且吸附除碳装置300的进口还连接有补充氢气管道710，同时还将补充氢气也通入到吸附除碳装置300中通过专项吸附剂吸附除碳，从吸附除碳装置300的出口得到除碳后的原料氢气。
64.尾气回收系统200的氯硅烷出口与分离一塔400的进口相连，将回收氯硅烷通入分
离一塔400分离处理，从分离一塔400的塔侧出口得到回收tcs，分离一塔400的塔侧出口与分离二塔500的进口相连，以将回收tcs通入到分离二塔500中进行除碳，且分离二塔500的进口还连接有补充tcs管道720，同时还将补充tcs也通入到分离二塔500中进行除碳，从分离二塔500的塔侧出口得到纯度较高的原料tcs，分离二塔500的塔侧出口和吸附除碳装置300的出口均与还原炉100的进口相连，以将原料tcs和原料氢气作为还原工艺用原料进入还原炉100进行还原反应制备多晶硅，实现还原尾气中氢气和tcs的回收循环利用。
65.优选地，分离二塔500的塔侧出口和吸附除碳装置300的出口均进料混合器800的进口相连，进料混合器800的出口与还原炉100的进口相连，以将原料tcs和原料氢气先通入到进料混合器800中进行混合，混合均匀后再通入到还原炉100中进行还原反应制备多晶硅，混合均匀的原料tcs和原料氢气在还原炉100均匀稳定反应，有利于还原反应的稳定性。
66.本技术实施例公开的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统中，通过分离一塔400和分离二塔500对原料tcs进行深度除碳，避免原料tcs向还原工艺引入碳杂质，同时，在回收氢气中无碳杂质引入增加的基础上，除去回收氢气中的碳杂质，确保原料氢气的纯度，还能够将循环累积的碳杂质通过回收氢气除碳步骤从还原工艺中去除，从而使得回收氢气无碳循环利用，防止因原工艺用氢气中碳杂质较多而影响多晶硅的纯度，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
67.如上文所述，补充tcs可以为外购的高纯tcs，外购的高纯tcs价格昂贵，这样会导致多晶硅生产成本较高。可选地，本技术公开的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统还可以包括分离三塔600，分离三塔600的进口连接有第一冷氢化产物管道730，分离三塔600的塔侧出口通过补充tcs管道720与分离二塔500的进口相连。冷氢化工艺将多晶硅生产过程中回收的stc(例如s20步骤分离得到的stc)转化为tcs，通过冷氢化工艺得到含有大量tcs的补充氯硅烷，将补充氯硅烷通过第一冷氢化产物管道730通入到分离三塔600进行分离，得到其中的补充tcs，然后通过补充tcs管道720通入到分离二塔500中除碳处理。分离三塔600既可以实现补充氯硅烷中dcs、tcs和stc的分离，还能够将tcs与一甲基三氯分离，减少补充tcs中的碳杂质(一甲基三氯)，在起到分离补充氯硅烷中dcs、tcs和stc的同时，还能够对补充tcs进行初步的除碳处理(除去补充tcs中的一甲基三氯)，实现一物两用的效果。通过将多晶硅生产过程中回收的stc转化为补充tcs，降低生产费用，且通过分离二塔500进一步除碳处理，以确保原料tcs的纯度，保证原料tcs中碳杂质含量较低，从而减少还原工艺过程中碳杂质的引入。
68.进一步地，分离一塔400的进口还连接有第二冷氢化产物管道740，通过第二冷氢化产物管道740将补充氯硅烷直接通入到分离一塔400中，同回收氯硅烷一起分离且初步除碳，分离一塔400不仅能够对回收氯硅烷分离且初步除碳，还能够对回收氯硅烷分离且初步除碳，实现一物多用的效果，同时，避免需要增加额外的分离塔分离补充氯硅烷，降低多晶硅生产建设投资及成本。
69.作为优选，还原炉100的进口还与分离一塔400的塔顶出口，和/或，分离二塔500的塔顶出口，和/或，外购高纯dcs管道相连。由于还原反应过程中还存在tcs的副反应-歧化反应，即tcs会歧化反应得到stc和dcs，通过向还原炉100中通入一定比例的dcs，可以是从分离一塔400塔顶采出的dcs，也可以是从分离二塔500塔顶采出的dcs，还可以直接是外购的高纯dcs，本技术对此不做限制。通过向还原炉100中通入一定比例的dcs，有利于抑制tcs歧
化反应的进行，从而降低还原工艺中dcs的产生量，有助有还原反应的正向进行，提高多晶硅沉积速率，从而降低多晶硅生产功耗。
70.当然，还原炉100的进口还可以与分离三塔600的塔顶出口相连，以将分离三塔600塔顶采出的dcs通入到还原炉100。优选将从分离二塔500塔顶采出的dcs按比例通入到还原炉100，这是由于相较于分离一塔400和分离三塔600，从分离二塔500塔顶采出的dcs纯度更高，dcs品质更好，能够避免引入杂质，相较于外购的高纯dcs，具有价格便宜的优势。
71.实施例一：
72.结合图1，按照图1所示的还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，并应用本技术公开的还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，启炉还原炉100(还原炉100的生产参数为40对棒，产量为5吨)生产多晶硅，多晶硅生产过程中的参数按照还原炉100的所需进行匹配，待还原炉100中反应稳定，即整个多晶硅生产过程中物料达到动态平衡后，按照图1中的b1至b7所在的位置进行碳杂质的检测，间隔5小时，并测量三次，还检测了最终产品多晶硅中的碳杂质。
73.结果见下表(单位为ppm)。
[0074][0075]
通过上表可知，随着氢气回收循环利用，且随着重复多次循环，三次检测中，各检测位置处所检测的碳杂质含量趋于稳定，没有出现逐渐增加的情况，且变化幅度较小，不超过10％，说明碳杂质没有在还原工艺中循环累积而导致越来越多。按照原理而言，各检测位置处所检测的碳杂质含量应该随着循环次数的增多而降低，但数据中是趋于稳定，这是由于氢气除碳及tcs除碳并不会完全去除，碳杂质无法彻底去除，且每一次检测的数据中，碳杂质含量均比较小，碳杂质含量趋于稳定，说明还原工艺没有引入碳杂质，在避免向还原工艺引入碳杂质的同时，保证原料中碳杂质满足工艺要求，从而使得氢气实现无碳累积循环利用。
[0076]
同时，使用现有技术中将回收氢气作为还原工艺用氢气进入还原炉与tcs(现有技术中常规正常供应的tcs)进行还原反应制备多晶硅，在还原工艺初始阶段，采用同上相同的原料(氢气和tcs)，待还原炉100中反应稳定，即整个多晶硅生产过程中物料达到动态平衡后，检测回收氢气、所生产的多晶硅中的碳杂质含量，间隔5小时，并测量三次，结果见下表(单位为ppm)。
[0077][0078]
通过上表可知，现有技术中，随着氢气回收循环利用，且随着重复多次循环，回收氢气中的碳杂质含量大幅度增加，这是由于碳杂质在还原工艺中循环累积而越来越多，所得到的多晶硅中碳杂质含量高达9.7ppm，而本技术所得到的多晶硅中碳杂质含量仅为3.7ppm，降幅超过61.9％，说明本技术中氢气无碳循环利用，能够使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。
[0079]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0080]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s10.对还原尾气进行分离回收，得到回收氢气和回收氯硅烷；s20.将补充氢气和所述回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，得到除碳后的原料氢气，将所述回收氯硅烷通入分离一塔（400）分离处理，所述分离一塔（400）可将所述回收氯硅烷中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从所述分离一塔（400）的塔侧采出回收tcs；s30.将补充tcs和所述回收tcs通入分离二塔（500）进行除碳处理，所述分离二塔（500）可将所述补充tcs和所述回收tcs中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从所述分离二塔（500）的塔侧采出除碳后的原料tcs；s40.将所述原料氢气与所述原料tcs按比例混合作为还原工艺用原料进入还原炉（100）进行还原反应制备多晶硅。2.根据权利要求1所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，其特征在于，在所述s30步骤中，所述将补充tcs和所述回收tcs通入分离二塔（500）进行除碳处理，包括以下步骤：将冷氢化得到的补充氯硅烷通入到分离三塔（600）分离处理，所述分离三塔（600）可将所述补充氯硅烷中的轻组分从塔顶排出，中组分从塔侧排出，重组分从塔底排出，从所述分离三塔（600）的塔侧采出补充tcs；将所述补充tcs和所述回收tcs通入分离二塔（500）进行除碳处理。3.根据权利要求1所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，其特征在于，在所述s20步骤中，所述将所述回收氯硅烷通入分离一塔（400）分离处理，包括以下步骤：将冷氢化得到的补充氯硅烷和所述回收氯硅烷一同通入到所述分离一塔（400）分离处理，从所述分离一塔（400）的塔侧采出混合态的补充tcs和回收tcs。4.根据权利要求1所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，其特征在于，所述原料氢气中碳杂质含量小于3ppm，所述原料tcs中碳杂质含量小于8ppm。5.根据权利要求1所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，其特征在于，所述s40具体包括以下步骤：s41.从所述分离一塔（400）的塔顶采出dcs，和/或，从所述分离二塔（500）的塔顶采出dcs，和/或，外购高纯dcs，得到原料dcs；s42.将所述原料dcs、所述原料氢气与所述原料tcs按比例混合作为还原工艺用原料进入还原炉（100）进行还原反应制备多晶硅。6.根据权利要求1所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法，其特征在于，在所述s10步骤后、且所述s20步骤前，还包括以下步骤：s50.将所述回收氢气通入到75%乙醇溶液中进行清洗，再将补充氢气和清洗后的所述回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳。7.一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，其特征在于，包括还原炉（100）、尾气回收系统（200）、吸附除碳装置（300）、分离一塔（400）和分离二塔（500），所述还原炉（100）的还原尾气出口与所述尾气回收系统（200）的进口相连，所述尾气回收系统（200）的氢气出口与所述吸附除碳装置（300）的进口相连，所述吸附除碳装置（300）的进口还连接有补充氢气管道（710），所述尾气回收系统（200）的氯硅烷出口与所述分离一塔（400）的进口相连，所
述分离一塔（400）的塔侧出口与所述分离二塔（500）的进口相连，所述分离二塔（500）的进口还连接有补充tcs管道（720），所述分离二塔（500）的塔侧出口和所述吸附除碳装置（300）的出口均与所述还原炉（100）的进口相连。8.根据权利要求7所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，其特征在于，还包括分离三塔（600），所述分离三塔（600）的进口连接有第一冷氢化产物管道（730），所述分离三塔（600）的塔侧出口通过所述补充tcs管道（720）与所述分离二塔（500）的进口相连。9.根据权利要求7所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，其特征在于，所述分离一塔（400）的进口还连接有第二冷氢化产物管道（740）。10.根据权利要求7所述的一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制系统，其特征在于，所述还原炉（100）的进口还与所述分离一塔（400）的塔顶出口，和/或，所述分离二塔（500）的塔顶出口，和/或，外购高纯dcs管道相连。

技术总结
本申请涉及一种还原工艺用氢气中碳杂质含量控制方法及系统，将补充氢气和回收氢气通过专项吸附剂吸附除碳，将回收氯硅烷通入分离一塔分离处理，得到回收TCS，将补充TCS和回收TCS通入分离二塔进行除碳处理。通过分离一塔和分离二塔对原料TCS进行深度除碳，避免原料TCS向还原工艺引入碳杂质，使得回收氢气中无碳杂质引入，同时，在回收氢气中无碳杂质引入增加的基础上，除去回收氢气中的碳杂质，确保原料氢气的纯度，还能够将循环累积的碳杂质通过回收氢气除碳步骤从还原工艺中去除，从而使得回收氢气无碳循环利用，防止因原工艺用氢气中碳杂质较多而影响多晶硅的纯度，进而使得所生产的多晶硅碳杂质含量低，品质高。品质高。品质高。


技术研发人员：杨鹏 张杰 周迎春 马俊露 李广 何紫微 李万存 王正云 陈朝霞
受保护的技术使用者：内蒙古润阳悦达新能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/9