多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅精餾節(jié)能工藝

劉露(江蘇索普工程科技有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212006)

多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅精餾節(jié)能工藝

劉露(江蘇索普工程科技有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212006)

多晶硅在我國擁有著廣泛的生產(chǎn)市場和消費(fèi)市場，為了實現(xiàn)能量的集成與過程的優(yōu)化，可以采用化工模擬軟件PRO進(jìn)行模擬集成，減少設(shè)備投資，提高工業(yè)化程度。全球性的氣候變化和能源安全使各國積極推進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，我國光伏產(chǎn)能以70%的速度增長，位居世界前列，多晶硅的供應(yīng)將直接影響光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文主要分析了多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅精餾節(jié)能工藝在我國的發(fā)展。

多晶硅生產(chǎn);三氯氫硅;精餾節(jié)能工藝

多晶硅作為高能耗的化工產(chǎn)品，是生產(chǎn)太陽能電子元件的基礎(chǔ)性材料，在光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中發(fā)揮著極其重要的作用，在國家能源中占有很大的比重，當(dāng)前，全球多晶硅的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)能力，出現(xiàn)了供應(yīng)緊張的現(xiàn)象，價格不斷提高，給國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了很大的影響，當(dāng)前，我國急需改善多晶硅行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，提高多晶硅的供應(yīng)量，解決成本高、能耗大，技術(shù)相對落后的問題，升級多級精餾提純?nèi)葰涔璧募夹g(shù)，降低分離能耗，提高多晶硅的生產(chǎn)率，為光伏行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅精餾基礎(chǔ)性節(jié)能工藝

1.1 差壓熱耦合技術(shù)

差壓熱耦合技術(shù)最早由蘇聯(lián)學(xué)者提出，此技術(shù)具備了最理想的熱力學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠有效降低能耗，至少降低30%，且能夠減少生產(chǎn)設(shè)備的投資，利用兩塔之間存在的壓力差進(jìn)行精餾分化，最主要的原料有三氯氫硅、四氯化硅、二氯二氫硅，根據(jù)三氯氫硅精餾塔的主要構(gòu)成與溫度設(shè)定，將其他原料依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理的設(shè)定與操作，選擇適當(dāng)?shù)募蓷l件，實現(xiàn)能量集成與能量的強(qiáng)化，此技術(shù)適用于中間產(chǎn)品組成大的物系，三氯化硅的組成為90%-99%。如圖：

熱耦合技術(shù)對于三氯化硅的純度要求較高，為99.9999%以上，在兩塔之間形成壓力差,解決常規(guī)熱耦精餾主塔與副塔之間壓力過大的問題，便于生產(chǎn)過程的操作與控制，高純?nèi)葰涔璧奶釤掚y度較大，能耗也較大，對于此生產(chǎn)過程余熱的回收將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有很強(qiáng)的節(jié)能意義。

1.2 高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)

在化工領(lǐng)域，高純?nèi)葰涔璧牟顗厚詈霞夹g(shù)在大范圍的推廣使用中，從已有的數(shù)據(jù)研究可以看出，三氯氫硅的能耗得到明顯的降低，結(jié)合多個項目工程的開發(fā)，可以分為多塔和兩塔高純?nèi)葰涔璨顗厚詈祥_發(fā)技術(shù)。將精餾塔分為低壓和加壓精餾塔，低壓精餾塔與常規(guī)單塔使用方法與效果相同，加壓分餾塔的加壓操作以提高塔頂餾出氣的溫位，實現(xiàn)了熱匹配，利于高壓塔冷凝器和低壓塔再沸器之間的熱源匹配，實現(xiàn)能量的集成與工藝優(yōu)化，降低多晶硅的生產(chǎn)能耗，實現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)。由T1口進(jìn)料，在塔頂?shù)玫蕉葰涔璧瘸煞?，在?jīng)過加工處理后塔底的脫輕液一部分進(jìn)入再沸器，為塔頂?shù)恼羝峁├淞慷硪徊糠謩t為低壓塔塔釜提供熱量，以作為輸出，以實現(xiàn)進(jìn)一步的處理，此技術(shù)能夠使多晶硅的提煉純度增加，雜質(zhì)含量大大減少，這項技術(shù)的推廣應(yīng)用在國內(nèi)多家多晶硅生產(chǎn)企業(yè)得到推廣應(yīng)用，拓展出三塔耦合、四塔耦合等工藝流程，并取得了巨大成效。下圖為提煉工藝流程圖。

2 節(jié)能生產(chǎn)工藝對比

2.1 兩塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)

主要參數(shù)應(yīng)用對比：

兩塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)的各項參數(shù)如上圖所示，根據(jù)此參數(shù)可以進(jìn)行高純度多晶硅的生產(chǎn)，理論板數(shù)、回流進(jìn)料比和采出都需要經(jīng)過科學(xué)的測定，將高壓塔之間的壓力差控制在300KPa左右，使塔頂?shù)牡臏囟忍岣卟M足燃料霧化所需的溫度和冷凝所需要的熱量，進(jìn)行熱耦合，合理控制溫度差與壓差，實現(xiàn)能量的集成。此項技術(shù)節(jié)能效果顯著，三氯化硅的收率較高，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，在使用過程中全塔的壓力、溫度、濃度變化不大，穩(wěn)定性強(qiáng)，安全性高。

2.2 三塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)

三塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)的工藝流程與兩塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)相近，參數(shù)狀況與上一項技術(shù)不盡相同，工藝流程更為復(fù)雜，分離效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兩塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)。三塔高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)主要設(shè)計參數(shù)如下。精制，對三個塔的氣壓、溫度進(jìn)行合理的控制與實時監(jiān)測，實現(xiàn)塔頂物料的回收利用，降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)能耗，進(jìn)行熱耦合以實現(xiàn)能量的集成。

高純?nèi)然璨顗厚詈暇s技術(shù)對于我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義，太陽能作為最清潔、最安全的能源在我國擁有著廣闊的發(fā)展前景，發(fā)達(dá)國家對于光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更是格外的重視，能源革命將會是未來科技革命的主要方式。太陽能最佳的利用方式便是光伏的轉(zhuǎn)化，即光伏效應(yīng)，利用太陽能直射到光材料上進(jìn)行直接發(fā)電，以硅材料的應(yīng)用開發(fā)為基礎(chǔ)，形成我國光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，即光伏產(chǎn)業(yè)包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽能電池生產(chǎn)、太陽能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等，我國政府大力支持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，支持用戶使用光伏應(yīng)用、完善電價補(bǔ)貼政策、改進(jìn)補(bǔ)貼管理、通過稅收及財政制度從對光伏企業(yè)的發(fā)展予以支持，完善土地管理及使用政策，支持關(guān)鍵材料及設(shè)備的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，加強(qiáng)光伏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范建設(shè)，鼓勵銀行等金融機(jī)構(gòu)采取措施，緩解光伏制造企業(yè)融資困難，為我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。

脫輕塔除去二氯氫硅等氫組分，脫重塔除去STC等重組分，再脫輕塔則對三氯氫硅進(jìn)行再次脫輕，實現(xiàn)多晶硅原料的

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