多晶硅生產(chǎn)中能耗的分析及節(jié)能途徑探究

李 英

（亞洲硅業(yè)（青海）有限公司，青海西寧 810007）

多晶硅生產(chǎn)中能耗的分析及節(jié)能途徑探究

李 英

（亞洲硅業(yè)（青海）有限公司，青海西寧 810007）

在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，多晶硅的生產(chǎn)需要耗費(fèi)較多的能源，采取有效的節(jié)能措施來降低多晶硅生產(chǎn)能耗成為當(dāng)前化工企業(yè)急需解決的重要問題。為此，對多晶硅生產(chǎn)中的能耗進(jìn)行分析，并探討其節(jié)能途徑，以供參考。

多晶硅生產(chǎn)；生產(chǎn)能耗；節(jié)能途徑；分析

1 多晶硅生產(chǎn)中能耗的分析

1.1 制備氫氣時的能耗

在多晶硅生產(chǎn)過程中，高純氫氣是一種極為重要的生產(chǎn)原料，其在生產(chǎn)過程中充當(dāng)著還原劑。通常情況下，多采用裂解制氫、水電解制氫以及化工生產(chǎn)副產(chǎn)物氫氣利用等方法來獲得高純度氫氣。最早使用的制氫方法為電解制氫技術(shù)，其原理在于將電極插入電解質(zhì)溶液當(dāng)中，并通以直流電以電解鹽水，從而在電極陽極產(chǎn)生氧氣，陰極產(chǎn)生氫氣，最后經(jīng)過脫除技術(shù)將氧氣去除后得到氧氣。一般要產(chǎn)生1m3（標(biāo)）的氫氣需耗費(fèi) 3.99～5.12kW·h，這徐往往需要消耗大量的電解制氫成本以及電耗。目前我國仍有不少企業(yè)采用該方法制氫。TCS的轉(zhuǎn)化率以及生產(chǎn)運(yùn)行周期的影響。在相同條件下，生產(chǎn)運(yùn)行周期越長、氫化反應(yīng)的生產(chǎn)越平穩(wěn)、STC轉(zhuǎn)化率越高，則其產(chǎn)生的TCS量就越大，STC循環(huán)就越小，其電耗就越低。因此，在氫化過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能確保生產(chǎn)周期越長、產(chǎn)能平穩(wěn)、STC轉(zhuǎn)化率高，以最大限度降低其電耗。

（2）采用活化、氫化氫氣回收技術(shù)，通過加壓、吸附以及凈化系統(tǒng)來全部回收活化、氫化的尾氣氫氣，并將其返回至系統(tǒng)中循環(huán)利用。

（3）采用余熱利用技術(shù)。利用氫化高溫反應(yīng)產(chǎn)物能力加熱進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物料技術(shù)，經(jīng)過實(shí)踐研究，其能夠降低不小于30%的能耗。

1.2 氫化所產(chǎn)生的能耗

當(dāng)前，主要有冷氫化與熱氫化兩種多晶硅生產(chǎn)中 TCS 的生產(chǎn)工藝。其中耗電量較低的的為冷氫化，其電耗范圍大約在0.8kW·h/（kg·TCS），氫氣轉(zhuǎn)化率為25%；而熱氫化的電耗范圍約為3kW·h/（kg·TCS），轉(zhuǎn)化率僅為10%～15%。

1.3 還原所產(chǎn)生的能耗

一般情況下，還原電耗與綜合電耗是衡量多晶硅生產(chǎn)過程中電耗的指標(biāo)。還原電耗可以有效將還原爐的耗用量反映出來。在整體多晶硅生產(chǎn)過程中，降低還原電耗可以在很大程度上有效控制多晶硅生產(chǎn)的能耗。

1.4 精餾系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗

精餾系統(tǒng)在很大程度上影響著電耗。當(dāng)前，通常是選用多級精餾提純?nèi)葰涔璧姆椒▉碜鳛榫s提純工藝，這種方法分離能耗較大。不僅如此，我國不少企業(yè)還會采用差壓熱偶精餾方法，其原理主要是利用壓力差來進(jìn)行精餾，該方法把常規(guī)的精餾分為低壓精餾與加壓精餾兩個部分。

2 多晶硅生產(chǎn)中的節(jié)能途徑

2.1 制備氫氣的節(jié)能途徑

（1）還可以采用天然氣裂解制氫以及輕質(zhì)石油的方法來制氫，讓天然氣、輕質(zhì)石油以及水在催化劑的作用下生產(chǎn)氫氣、二氧化碳、一氧化碳以及甲烷的混合氣，通過分離后獲得高純度氫氣。該工藝雖然具有一定的復(fù)雜性，但其節(jié)能效果極為明顯。

（2）回收利用化工生產(chǎn)中的副產(chǎn)氫氣也是一種節(jié)能的有效途徑。

2.2 氫化的節(jié)能途徑

氫化的節(jié)能途徑可以采用如下幾種方法：

（1）采用冷氫化方法。冷氫化的電耗在很大程度上受

2.3 還原的節(jié)能途徑

2.3.1 優(yōu)化還原工藝

當(dāng)前我國多數(shù)企業(yè)主要采用的是鐘罩式還原爐，其電耗（80～100kW·h/kg）與國際平均能耗（50kW·h/kg）仍存在一定距離，所以非常有必要對其進(jìn)行改進(jìn)。而硫化床反應(yīng)器是一種節(jié)能性能優(yōu)越的多晶硅反應(yīng)器，其能夠有效降低還原電耗至15～25kW·h/kg，并且其具有較大的沉積表面積，生產(chǎn)效率極高。

2.3.2 開發(fā)大型節(jié)能還原爐

在多晶硅生產(chǎn)中開發(fā)大型節(jié)能還原爐是今后發(fā)展的重要趨勢。使用大型還原爐不但能夠有效提升單爐產(chǎn)量，提高其生產(chǎn)效率，而且還能夠大幅減少還原電耗。

2.3.3 改進(jìn)硅心熱啟動技術(shù)

該項技術(shù)的應(yīng)用主要目的在于減小硅心爐啟動時的溫度與電壓，從而達(dá)到降低能耗的目的。具體可采用如下兩種方法來：

① 將P、B等元素參雜到硅心中，通過減小電導(dǎo)率來降低硅心的啟動溫度與電壓。

② 采用等離子預(yù)熱啟動硅心技術(shù)，通過加熱等離子體，來達(dá)到降低溫度與電壓的目的。

2.4 精餾系統(tǒng)的節(jié)能途徑

（1）通過大量的模擬計算、資料研究以及實(shí)驗驗證，可將大型加壓、高效、高溫的三氯氫硅提純工藝運(yùn)用到多晶硅原料提純系統(tǒng)中，把二塔的高溫氣體應(yīng)用到加熱配套塔進(jìn)料，從而降低了塔頂循環(huán)水以及蒸汽的消耗，減少了45%的能耗。

（2）應(yīng)用反應(yīng)精餾技術(shù)。TCS精餾提純的原理主要在于將P、B、C、金屬雜質(zhì)以及其他非金屬雜質(zhì)除去，雜質(zhì)含量越低，其能耗就越低。當(dāng)前主要有濕氮除硼技術(shù)以及硅膠除硼法，均是將一定量的物質(zhì)加入到精餾反應(yīng)當(dāng)中。其中，濕氮除硼技術(shù)主要是往其中加入含有水分的氮?dú)馀c氫氣，硅膠除硼法主要是添加硅膠。

（3）可以采用熱偶精餾、多效精餾、熱泵精餾等高效精餾方法來有效利用精餾塔系統(tǒng)塔頂蒸汽，以達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

3 結(jié)束語

總而言之，多晶硅在我國各領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，在倡導(dǎo)節(jié)能減排的社會大環(huán)境下，相關(guān)企業(yè)以及工作人員應(yīng)當(dāng)對多晶硅生產(chǎn)過程中的能耗進(jìn)行分析，并不斷采取有效的節(jié)能途徑來不斷降低其能源消耗，降低生產(chǎn)成本從而提高企業(yè)的綜合競爭力。

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表1 化合物1-3的IC50值

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Analysis of Energy Consumption in Polysilicon Production and Approach to Energy Saving

Li Ying

In the modern chemical industry，polysilicon production needs to consume more energy.How to reduce energy consumption of polysilicon by effective energy-saving way becomes an urgent problem that chemical enterprises need to solve.To this end，the polysilicon production energy consumption will be analyzed，and explore its energy-saving approach for reference.

polysilicon production；production energy consumption；energy saving way；analysis

TQ127.2

A

1003–6490（2016）10–0105–02

2016–10–19

李英（1985—），女，四川南部人，助理工程師，主要從事多晶硅生產(chǎn)工藝工作。