多晶硅生產(chǎn)的節(jié)能減排措施

涂志文

(賽維LDK太陽(yáng)能高科技(南昌)有限公司，江西 南昌 330000)

前言

伴隨著國(guó)內(nèi)科技的持續(xù)發(fā)展，多晶硅的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷增大。多晶硅大多數(shù)都運(yùn)用在集成電路的合成、半導(dǎo)體的制備、太陽(yáng)能裝置的制造等領(lǐng)域。它亦可以用來(lái)制造單晶硅，其更是廣泛運(yùn)用在半導(dǎo)體制備的行業(yè)當(dāng)中，而半導(dǎo)體可以作為現(xiàn)代多種科技的基礎(chǔ)原料。

與此同時(shí)，因現(xiàn)今的地球能源危機(jī)以及世界的環(huán)境保護(hù)等的限制，對(duì)于新生能源的研發(fā)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)世界性的課題。太陽(yáng)能因其安全、環(huán)保、儲(chǔ)備量大等優(yōu)勢(shì)而備受人們關(guān)注。

對(duì)于這種能源的一種主要運(yùn)用手段就是經(jīng)過(guò)光電效應(yīng)而將其轉(zhuǎn)化為電能，這時(shí)就需要多晶硅的作用，硅電池的基本工作原理就是利用了光電效應(yīng)。因半導(dǎo)體行業(yè)以及太陽(yáng)能源的利用不斷發(fā)展，而導(dǎo)致更優(yōu)良的多晶硅的需求量持續(xù)增大。

1 多晶硅行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀

時(shí)下，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)多晶硅的工藝大多都是運(yùn)用西門(mén)子改良工藝，這種生產(chǎn)技術(shù)允許電子級(jí)與太陽(yáng)能級(jí)同時(shí)生產(chǎn)，其擁有完備的工藝流程以及其相對(duì)比較適合量產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，改良西門(mén)子多晶硅生產(chǎn)工藝是時(shí)下多晶硅生產(chǎn)的不二選擇。

在這種生產(chǎn)工藝的重要流程當(dāng)中，主要的耗能階段就是：精餾、還原以及氫化，這三種工藝機(jī)器在整個(gè)改良西門(mén)子多晶硅生產(chǎn)流程當(dāng)中所消耗的能源大概占據(jù)了七成以上。

為了達(dá)到最大化的減少多晶硅的生產(chǎn)成本，經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)下國(guó)際上的多種多晶硅的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了更加細(xì)致的研究分析，綜合工程設(shè)計(jì)行業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)，能夠經(jīng)過(guò)時(shí)下多晶硅產(chǎn)業(yè)在上述最耗能的三部工藝當(dāng)中運(yùn)用了與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式完全不同的改造，形成了更加科學(xué)合理的節(jié)能手段，進(jìn)而進(jìn)一步的降低了多晶硅產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本。

2 多晶硅生產(chǎn)的節(jié)能方案

2.1 多效精餾

這一環(huán)節(jié)是多晶硅的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中最耗能的操作之一。多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中氯硅烷的精餾存在著高標(biāo)準(zhǔn)高水平的操作，在其具體的操作過(guò)程當(dāng)中還需要保證一定的回流比以及再沸點(diǎn)比較大的特點(diǎn)，故而在這一過(guò)程當(dāng)中需要用到的降溫媒介以及加熱的介質(zhì)的質(zhì)量的要求也是比較高的。

在多晶硅的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，采取了一些節(jié)能的手段，例如常常采取常溫冷水來(lái)替代深冷水來(lái)對(duì)冷凝器的冷卻，時(shí)下經(jīng)常運(yùn)用加壓精餾的手段，來(lái)進(jìn)一步提高冷凝的溫度。

時(shí)下我國(guó)多晶硅生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)大量投入使用高科技含量的精餾裝置，其中大部分都采取了多塔串聯(lián)的精餾工藝，這種工藝運(yùn)用塔釜裝置以外的高溫?zé)崦?例如高溫亦或者是飽和的水蒸氣)來(lái)對(duì)整個(gè)塔的氣相進(jìn)行加熱，在塔釜之頂采用了裝置以外的低溫冷媒(比如說(shuō)低溫水亦或者是常溫水)來(lái)對(duì)塔內(nèi)的氣相進(jìn)行冷凝。

這種精餾工藝是一種多年來(lái)對(duì)精餾節(jié)能不斷的研究而產(chǎn)生的手段，在多晶硅生產(chǎn)行業(yè)中的使用頻率在持續(xù)增加。這是經(jīng)過(guò)拓展多晶硅生產(chǎn)的流程來(lái)進(jìn)行降低能源的消耗的，這種節(jié)能工藝是對(duì)高能位的塔所排出能量的再次利用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

這種精餾工藝的節(jié)能效益非常好，并且器械也相對(duì)簡(jiǎn)單、操作流程也并不算復(fù)雜，故而它運(yùn)用的領(lǐng)域也在逐漸增大。對(duì)工藝流程最后的操作壓力以及液相沸點(diǎn)的要求都比較低，故而可以將之前的二次蒸汽引入作為后效的加熱介質(zhì)，也就是將后效的再沸器作為前效的二次蒸汽的冷凝液。

因此，也就只有前效有較大的能源消耗，在這種精餾工藝當(dāng)中，伴隨著精餾次數(shù)的增大，單次蒸汽的消耗量也在不斷降低，以此就進(jìn)一步的降低了多晶硅生產(chǎn)的操作費(fèi)用。

2.2 關(guān)于流程中還原熱能的運(yùn)用

多晶硅生產(chǎn)的工藝流程大多是采用了改良西門(mén)子法，而在這種生產(chǎn)方法當(dāng)中多晶硅的還原是其中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它不僅僅會(huì)影響到多晶硅的量化生產(chǎn)而且還會(huì)在很大程度上影響多晶硅的生產(chǎn)成本，多晶硅還原的核心器械就是還原爐。

在四氯氫硅還原成三氯氫硅這一流程當(dāng)中，我國(guó)曾經(jīng)運(yùn)用了熱氫化技術(shù)，故而在此之前，我國(guó)已經(jīng)量產(chǎn)的多晶硅還原這一流程當(dāng)中除了江蘇之外，大都運(yùn)用了熱氫化技術(shù)將四氯化硅還原成三氯氫硅。

運(yùn)用這種改良版的西門(mén)子法配合著熱氫化技術(shù)來(lái)生產(chǎn)多晶硅，能夠?qū)⒛芎目刂圃诿壳Э硕嗑Ч柘陌耸揭话偃呙啃r(shí)的電量，這種能耗占據(jù)了多晶硅生產(chǎn)能耗的三成左右。

3 多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能減排方案

3.1 對(duì)于生產(chǎn)中產(chǎn)生的氣態(tài)污染物以及含氯化氫的廢氣

三氯氫硅的提純工藝會(huì)產(chǎn)生含三氯氫硅、四氯化硅以及二氯二氫硅等廢氣，經(jīng)過(guò)淋洗塔對(duì)這種廢氣的清洗，氯硅烷在與水相遇之后全部被水解成二氧化硅和氯化氫，其中氯化氫被水收，但是尾氣當(dāng)中仍然含有少量的氯化氫。

采用干法回收能夠得到水汽中的氯化氫，并運(yùn)用三級(jí)水噴淋吸收塔將干法收集的氯化氫制作成鹽酸，不過(guò)在制作鹽酸剩余的尾氣當(dāng)中還是含有很多氯化氫。

氯化氫氣體無(wú)色但有比較刺鼻的強(qiáng)烈的氣味，無(wú)論是對(duì)于環(huán)境還是人體來(lái)說(shuō)都有很大的破壞性。因HCL在水中有很大的溶解性，其中四百五十到五百個(gè)體積的氯化氫能溶解在一個(gè)單位的水中，故而采用多次水吸收的方法來(lái)對(duì)含氯化氫的尾氣進(jìn)行處理，并且具有極好的效果，這也是時(shí)下處理含氯化氫尾氣最有效的方法之一，并且也是操作、所需器械最簡(jiǎn)便的方法之一。

3.2 多晶硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中各種廢水的處理

3.2.1 關(guān)于酸性廢水的處理

在多晶硅生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中所產(chǎn)生的酸性廢水主要是三氯氫硅提純環(huán)節(jié)當(dāng)中所產(chǎn)生的，對(duì)酸性廢水用石灰乳以及絮凝沉淀進(jìn)行處理；可以以所需處理酸性廢水的量以及廢水的酸度來(lái)調(diào)整加入化學(xué)制劑的量，進(jìn)而可以保證處理后水的水質(zhì)。

經(jīng)過(guò)處理之后的廢水的酸度大概都在6.15到8.15之內(nèi)。其中酸性廢水處理中用到的生石灰擁有源廣泛、價(jià)位比較底、在各個(gè)環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)等特點(diǎn)，因其以上優(yōu)點(diǎn)而被大量運(yùn)用在各種工業(yè)產(chǎn)生的酸性廢水當(dāng)中。

3.2.2 關(guān)于含氟廢水的處理

對(duì)于含氟廢水的處理，應(yīng)當(dāng)首先用生石灰將廢水的酸度調(diào)至中性，以此可以使得一大部分氟化物形成氟化鈣而沉淀；將出現(xiàn)沉淀后的廢水送入攪拌器當(dāng)中，并在其中加入硫化亞鐵將氟化物進(jìn)一步去除；而后將上述處理過(guò)的廢水和經(jīng)過(guò)中和后的酸性廢水?dāng)嚢柙谝黄?，并在其中加入大量絮凝劑將?dāng)中含的廢物進(jìn)行絮凝沉淀，然后將溶液靜置最后將上清液倒出。

運(yùn)用此種方法處理含氟廢水，擁有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、原料來(lái)源廣泛、器械簡(jiǎn)便、氟化物的清除率高等優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

在時(shí)下多晶硅生產(chǎn)行業(yè)中，多晶硅的生產(chǎn)方式比較多樣，但是其中又以改良西門(mén)子法運(yùn)用最為廣泛且相對(duì)比較節(jié)能。在其生產(chǎn)當(dāng)中，運(yùn)用了更加低耗能并且高效率的多效精餾來(lái)替換普通的精餾方式，進(jìn)而可以將精餾體系當(dāng)中剩余的能量更大程度的利用。

在其生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中運(yùn)用還原熱能的再次利用體系可以將還原爐當(dāng)中散出的熱能以更高的效率轉(zhuǎn)化成水蒸氣的熱能來(lái)進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的其他系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行加熱。

運(yùn)用冷氫化生產(chǎn)手法來(lái)替代普通的熱氫化的手法可以極大程度的減少四氯化氫的生產(chǎn)成本。運(yùn)用上述工藝流程，能夠使多晶硅的生產(chǎn)公司在市面上擁有更加強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。在該篇文章當(dāng)中對(duì)多晶硅的生產(chǎn)節(jié)能減排進(jìn)行了詳盡的描述，以期能夠?qū)ξ覈?guó)多晶硅的生產(chǎn)起到一定的引導(dǎo)作用。