多晶硅生产中还原工序的节能减排探讨.pdf

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1、总第129期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2010．07．007多晶硅生产中还原工序的节能减排探讨郭志鹏，张云(潞安高纯硅业科技有限公司，山西长治06204)摘要：三氯氢硅氢还原工序是改良西门子法生产多晶硅的核心技术，文章对三氯氢硅氢还原工序的工艺条件和物料能耗进行了探讨，分别从工艺参数、生成反应器及辅助装置提出了一些节能减排的措施。关键词：改良西门子；多晶硅；三氯氢硅氢还原；节能减排中图分类号：TN304．11文献标识码：B文章编号：1005—2798(2010)07—0¨3—03能源和环境问题日益成

2、为世界关注的焦点，为解，国外完善的闭式循环体系中，每生产1kg的了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将太多晶硅消耗大约8kg的三氯氢硅、90～l20kW·h阳能发电行业作为发展的重点。在积极政策的引导的电量，产生的四氯化硅等副产物经分离再返回原下，国际太阳能电池市场得到迅速扩大，而作为太阳料中循环利用。而我国工艺技术水平比较落后，尚能光伏产业的基础原材料——多晶硅产业也随之驶处于闭式循环的试验阶段，每生产1kg的多晶硅将入快车道。目前多晶硅生产的关键技术仅仅掌握在消耗大约10～15kg的三氯氢硅、150～200kW·h美、日、

3、德等3个国家的7个公司手中，形成技术封的电量，产生12～15kg的四氯化硅副产物等。我锁、市场垄断的状况，他们的产量占全球总产量的国与国外先进水平存在很大的差距，见表1。因此，90％。多晶硅的短缺已成为制约我国光伏产业如何有效降低多晶硅生产成本、减少资源浪费、实现发展的瓶颈。目前我国的多晶硅生产企业工艺技术节能减排是目前我国多晶硅生产企业面临的紧迫问落后，生产规模小，环境污染严重，消耗大，成本高。题和技术难点。表1国内外单位()产品能耗、物耗指标对照(2007)因此如何有效的降低成本，实行节能减排、扩能增效是我国多晶硅生产企业面临

4、的重大技术难题，也只有通过技术创新，实行节能减排才是我国多晶硅产业发展的唯一出路。为寻求节能减排、扩能增效的有效途径，首先必须对本工艺流程中物料的能耗情况及工艺路线进行分析，并据此分析采取相应措施。2工艺技术分析1能耗分析梁骏吾指出，成功运行多晶硅生产工艺的关改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、投键是充分了解反应物和生成物的组成及每步反应的资风险最小、最容易扩建的工艺，国内外现有的多晶最佳条件，才能正确地设计工厂的工艺流程及装备。硅厂大多采用此法生产太阳能级与电子级多晶硅。由于受各国严密的技术封锁，目前对于多晶硅所生产的多晶硅占

5、当今世界生产总量的70％～生产过程的工艺条件，国内外文献资料报道甚少，对80％。其工艺流程主要包括：三氯氢硅合成工于闭环式SiHC1氢还原法工艺的文献报道更少。艺，三氯氢硅精馏提纯工艺，三氯氢硅氢还原工艺和SiHC1氢还原过程为经精馏提纯的高纯SiHC1与尾气回收再利用工艺。而三氯氢硅还原工艺是多晶高纯氢气按适宜的摩尔配比进入还原炉，在l050cc硅生产的最核心技术，长期垄断在美国、德国、日本的硅芯发热体表面上沉积、生成多晶硅，使硅芯／硅等国企业手中，中国企业很难获得关键技术。棒的直径逐渐变大，直至达到规定的尺寸。在钟罩改良西门子

6、法生产多晶硅属高能耗的产业，还式反应器中这个过程只有5％～25％的三氯氢硅反原工艺是能源消耗和产生副产物最多的工序。据了应生成多晶硅，其余大量进入尾气，同时生成副产收稿日期：2009．12-08作者简介：郭志鹏(1983一)，男，山西长治人，硕士，助理工程师，从事改良西门子法多晶硅生产工艺研究。l132010年7月郭志鹏等：多晶硅生产中还原工迎苎!叁查!一物——二氯二氢硅、四氯化硅等氯硅烷和氯化氢。矛盾，在实际生产中需要找到最佳的一个平衡点。在还原炉内的反应有：各生产企业往往根据自身不同的实践经验来指导生(1)SiHCI3+H2=

7、Si+3HC1产，其H／SiHCI比在3：1～10：1之间。(2)4SiHC13=Si+2H2+3SIC14苗军舰等。利用热力学数据计算得出以上绝(3)SiHCI3+2H2=Sil3C1+2HC1大部分反应在1000～1500K内吉布斯自由能都大(4)SiHCI3+H2=Sil2C12+HC1于零，且主反应(1)在1000～1500K内的最大(5)Si+2HC1：Sil2C12值也仅有0．038，说明该方法制硅的产率本身就不(6)2SiHC13=Sil2C12+SiC14高是客观事实并进一步计算推导出平衡状态下温(7)SiC14+

8、2H2：Si+4HC1度、压力和物料比的最佳值。(8)Si+4HCI=2H2+SiC14李国栋等利用AspenPlus软件，分别就反应(9)SiHCI3=SiC12+HC1温度、压力和进料组成对平衡体系的主要组分(si，(10)SiC14+H2=S