多晶硅生產(chǎn)中能耗的分析及節(jié)能的途徑

劉銘

摘 要：就目前發(fā)展來(lái)說(shuō)，多晶硅在社會(huì)上的應(yīng)用是非常廣泛的，經(jīng)其加工后生產(chǎn)的很多后期產(chǎn)品如半導(dǎo)體材料、集成電路等在各個(gè)領(lǐng)域都有很大的價(jià)值，而在多晶硅的制備過(guò)程中需要以大量的能源消耗為代價(jià)，而多晶硅又是一個(gè)需要消耗大量能耗的產(chǎn)業(yè)，為了在實(shí)際制備過(guò)程中節(jié)能，我國(guó)相關(guān)研究人員也進(jìn)行了很多的嘗試。

關(guān)鍵詞：多晶硅生產(chǎn)；能源損耗；節(jié)能途徑

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們的節(jié)能意識(shí)也變得越來(lái)越強(qiáng)烈，并且現(xiàn)代化工行業(yè)在生產(chǎn)的過(guò)程中也十分注重節(jié)能，多晶硅的制備工藝也在不斷進(jìn)行改善，希望在其生產(chǎn)過(guò)程中能夠有效降低能耗，減小能源成本，在國(guó)外市場(chǎng)的影響下謀求穩(wěn)定的發(fā)展，本文即對(duì)多晶硅生產(chǎn)中的能耗以及節(jié)能進(jìn)行分析。

1 制備工藝及特點(diǎn)

當(dāng)前多晶硅在我國(guó)最主要是應(yīng)用于光伏行業(yè)，多晶硅有多種制備的途徑，目前市場(chǎng)上主要流傳的制備工藝有改良西門(mén)子法、冶金法、以及流化床法等。其中改良西門(mén)子法是發(fā)展最早的一種制備工藝，發(fā)展到現(xiàn)在其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，且具有較好的穩(wěn)定性和安全性、適合用于多晶硅產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，接受程度很高，不僅是國(guó)內(nèi)在國(guó)外也是最普遍用于多晶硅生產(chǎn)的制備工藝。還有，因國(guó)內(nèi)的多晶硅發(fā)展史較短，大部分是引進(jìn)、借鑒國(guó)外的工藝技術(shù)，多是跟隨國(guó)外的發(fā)展腳步，所以導(dǎo)致在多晶硅相關(guān)工藝的改進(jìn)優(yōu)化上有較大的國(guó)內(nèi)外差距。另外，多晶硅的制備工藝正在向著節(jié)能、環(huán)保性的方向發(fā)展，在目前自然環(huán)境以及社會(huì)政策的影響下，實(shí)行可持續(xù)性的、節(jié)能環(huán)保的工業(yè)化生產(chǎn)是大勢(shì)所趨，多晶硅的制備工藝也自然地順著節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。

2 能耗及節(jié)能途徑

多晶硅在其制備的流程中，各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)能源的消耗都有一定程度的影響，并且想達(dá)到節(jié)能的效果，就是要根據(jù)各環(huán)節(jié)的能耗情況有針對(duì)性的開(kāi)展的，下面就多晶硅制備工藝中多個(gè)環(huán)節(jié)的能耗進(jìn)行分析，并探討節(jié)能途徑。

2.1 氫氣制備環(huán)節(jié)

在多晶硅的制備流程中氫氣的制備過(guò)程主要是通過(guò)其制備的手段來(lái)影響能耗的。氫氣在多晶硅的制備中扮演的是還原劑的角色，是多晶硅的制備工藝中很關(guān)鍵的一種原料，并且它對(duì)的純度有較嚴(yán)格的要求、用量也非常大，因此很大程度的牽連著多晶硅的制備成本與品質(zhì)。在氫氣制備方法上，以前多采用的電解制成本高、耗能大，目前較多企業(yè)采用輕質(zhì)石油或天然氣裂解法來(lái)制備氫氣，這種制氫手段因能有效的節(jié)能而被廣泛采納。

2.2 氫化環(huán)節(jié)

氫化階段的氫化方式以及過(guò)程對(duì)耗電量都有較大的影響，現(xiàn)在通常采用的有熱氫化和冷氫化法，在兩種方法的選擇上，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)熱氫化法的耗能遠(yuǎn)大于冷氫化法，并且其氫化的轉(zhuǎn)化效率也高于熱氫化法的轉(zhuǎn)化效率，所以一般情況下絕大部分企業(yè)都是選擇冷氫化法進(jìn)行氫化，可以有效地降低能源成本。

2.3 還原過(guò)程

就多晶硅的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，電能的消耗主要包括綜合電耗以及還原電耗這兩部分，而其中的還原電能消耗指的是反應(yīng)還原爐的耗用量，并且在整個(gè)改良西門(mén)子法的制備工藝的具體操作流程中，還原電耗約是整體能耗的一半，在整個(gè)能源損失中占有最大的比例，所以這樣看來(lái)還原過(guò)程的工藝非常需要改進(jìn)和調(diào)控，如果能進(jìn)其控制好、改善還，那么這對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能降耗將起到巨大且良好的作用，目前主要通過(guò)改善還原過(guò)程工藝、開(kāi)發(fā)挖掘節(jié)能型還原爐等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)還原過(guò)程電耗的調(diào)控。

2.4 精餾系統(tǒng)

產(chǎn)多晶硅的過(guò)程中采用的精餾系統(tǒng)也同樣的對(duì)影響能耗的發(fā)生，目前，精餾系統(tǒng)一般利用多級(jí)化的精餾提純?nèi)葰涔?，其分離過(guò)程的能源損失較大，所以在其生產(chǎn)的工藝流程上急需進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。目前常被用于提純的三氯氫硅，分離過(guò)程能源損耗程度較大，所以現(xiàn)在有部分企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中采用壓差熱偶精餾的精餾方式，它是將精餾過(guò)程拆分成了兩個(gè)相差較大的精餾部分系統(tǒng)：加壓精餾以及低壓精，這種復(fù)合精餾系統(tǒng)主要是通過(guò)利用壓力差的形成，其中低壓精餾的實(shí)施流程與過(guò)去傳統(tǒng)的精餾方法的實(shí)施流程大體是相似的。而加壓精餾就不太一樣，是需要一些有針對(duì)性的方案，來(lái)提升精餾塔頂部的氣體溫度，這樣才能和低壓精餾互相融合的實(shí)行精餾流程，有效的利用能源，實(shí)行整個(gè)操作的可持續(xù)性。另外，還需要強(qiáng)調(diào)的是，絕大部分傳統(tǒng)精餾手段現(xiàn)在已經(jīng)很難符合化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的節(jié)能需求了，要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能，就要積極的引入一些新型的、科學(xué)的精餾系統(tǒng)如熱泵精餾系統(tǒng)、多效精餾系統(tǒng)、熱偶精餾系統(tǒng)等，這些更加先進(jìn)的精餾手段，能夠?qū)⒛茉催M(jìn)行更加充分有效的利用，從而一定程度的達(dá)到節(jié)能。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的多晶硅行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)一直很激烈，且其在我國(guó)的發(fā)展時(shí)間較短、目前的制備成本相對(duì)于國(guó)外而言仍然過(guò)高，所以長(zhǎng)期深受?chē)?guó)外市場(chǎng)的牽制，發(fā)展的不是很理想，因此多晶硅制備過(guò)程中的相關(guān)節(jié)能措施非常重要，目前實(shí)行的針對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)象來(lái)采取節(jié)能措施的策略也已經(jīng)有了一定的成果，逐步提高相關(guān)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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