摘要:本文主要阐述了多晶硅生产中还原尾气回收氢中氮含量过高的问题,并分析了问题产生的原因,结合实际生产和现有工艺设备提出了优化的措施,最终得出结论。
　　关键词: 多晶硅还原尾气回收氢杂质氮气
　　
　　
　　目前，多晶硅生產大部分使用的是改良西门子法【1】，主要设备和核心工艺从欧美国家引进，能耗低，自动化程度高，真正实现了闭路循环，系统包括三氯氢硅合成、三氯氢硅精馏提纯和还原、四氯化硅热氢化、尾气回收等主要工序，硅芯制备、硅棒后处理、产品分析检测等配套工序及氢气制备、氮气制备、脱盐水制备、废气废液处理、锅炉等公辅设施。这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。此工艺将尾气中的各种组分全部进行回收利用，这样大大低降低原料的消耗。其中尾气回收工艺主要是对还原、氢化系统回收的气体进行分离后循环使用，回收物料氯化氢、氢气、三氯氢硅的纯度直接影响多晶硅产品质量，本文主要结合实际生产分厂回收氢气中氮含量过高的原因并从操作过程中提出优化措施。
　　1.还原尾气回收氢中氮含量过高
　　还原尾气是高纯的氢气和三氯氢硅进入还原炉沉积硅棒后排出的气体,由于反应转化率非常低,需回收再利用。还原尾气进入尾气回收系统分离成氢气、氯化氢和混合氯硅烷，其中回收的氢气直接进入还原炉作为原料再利用，因此回收氢的品质和杂质含量多少直接影响到多晶硅硅棒的品质。下面对回收氢中的杂质氮进行分析探讨【2】。
　　在实际生产中，根据对还原回收氢气的取样分析数据总结发现，杂质氮气含量过高，平均含量为8435.9ppmv，严重影响着还原回收氢的品质，从而影响多晶硅质量。
　　2.还原回收氢中氮含量过高的原因及分析
　　根据实际生产中回收氢中的氮气含量数据来看，我们发现氮气含量的趋势线是震荡发散的，即随着生产的继续，氮气含量将会持续升高。氮气含量高的主要原因为：氢气在系统内循环，导致杂质气体氮气富集；源头不断有杂质气体氮气进入系统；整个生产系统没有去除氮气的工艺设计。
　　氮气的净化方法有两种，一是在源头上，通过减少氮气带入系统而去除；一是在氢气净化工艺中增加去除氮气的工艺设计。氮气不是生产的必须原料，不参与生产，也不在生产中产生，因此通过减少氮气带入系统而去除是经济、直接的方法。
　　3.采取措施
　　（1）采取还原炉氮气降压置换
　　还原炉开车前，要用氮气先置换炉内空气再用氢气置换氮气。氮气置换的压力由原来的0.5MPa降为0.2MPa，防止氮气置换压力高于尾气总管压力，由还原炉漏至尾气回收系统而进入回收氢中，增加了回收氢中的氮气含量。
　　（2）还原气控台的优化
　　还原炉的压力为0.5MPa，而氮气管路压力为0.7MPa，通往淋洗管路的压力几乎为0。以往的正常生产时三个阀门同时关闭，而氮气压力高于还原炉压力，如果阀门有内漏或其它原因，就会有氮气进入还原炉带入了密闭系统。现采取优化措施，将通往淋洗的阀门打开，其它两个阀门关闭，这样三个阀门中间的压力为0，也就不存在上面所说的问题了。
　　（3）回收氢缓冲罐的优化
　　在多晶硅生产中，回收氢缓冲罐起到储存氢气和稳定氢气压力的作用。当缓冲罐压力过高时通过阻火器高处放空，当压力过低时开电解氢补充氢气。我们采取电解氢只补充到还原回收氢缓冲罐，再由还原回收氢缓冲罐向氢化氢缓冲罐补氢的措施。使还原回收氢气部分进入氢化回收氢气中，再补充氮含量较低的电解氢气进还原系统，达到降低氮含量的目的。
　　（4）再生氢气的部分释放
　　根据设计，再生氢气是要全部回收进系统再利用的。现在，我们采用周期性的排出部分再生氢气进淋洗后放空，增加了电解氢气的补充量，使回收氢气中的氮气得到稀释，含量降低，从而提高回收氢气的质量。
　　4.结论
　　以上几项措施实施后，其还原回收氢中的氮平均含量为4137.6ppmv。相对实施措施前，还原回收氢中8435.9ppmv的氮平均含量明显下降。由此说明，上述几项措施的实施，降低了还原回收氢中的氮含量，提高了还原回收氢的质量。
　　目前，多晶硅的市场价格仍然很低，且市场对多晶硅品质的要求也不断提高。我们只有不断努力，对现有生产存在的问题提出解决优化措施，才能提高产品质量，早日实现批量生产电子级多晶硅，在光伏行业占有一席之地。
　　参考文献:
　　[1]刘建军.多晶硅生产中回收氢气的净化,有色冶炼[J].2000（12）； 17-19.
　　[2]陈齐国 ,高建等.多晶硅尾气回收工艺研究进展,化学工业与工程[J]. 2011（9）;47-49.