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谈多晶硅生产节能减排措施

 论文栏目:节能减排论文     更新时间:2018/11/7 8:59:09   

摘要:近年来我国国民经济迅速发展,多晶硅的生产量达到了一个全新的高度。如今,多晶硅行业内的竞争力也在不断增大。也就迫切需要改良多晶硅的生产方式以期能够进一步降低多晶硅的成本,时下多数研究人员对国内外的新型西门子生产方案进行了详细的观察改良。经过对多晶硅在实际生产当中的机器的耗能分析,以能量耦合利用以及回收综合利用和新型的节能手段等为基础,进一步提出运用多种液体精馏的工艺来进行多晶硅的生产。实验结果显示:经过运用上列的方案之后,可以在很大程度上的减少多晶硅生产的成本,以此就为未来多晶硅的发展提供了一定的便利作用。

关键词:多晶硅;生产工艺;节能耗能;生产成本

前言

伴随着国内科技的持续发展,多晶硅的应用领域也在不断增大。多晶硅大多数都运用在集成电路的合成、半导体的制备、太阳能装置的制造等领域。它亦可以用来制造单晶硅,其更是广泛运用在半导体制备的行业当中,而半导体可以作为现代多种科技的基础原料。与此同时,因现今的地球能源危机以及世界的环境保护等的限制,对于新生能源的研发已经发展成了一个世界性的课题。太阳能因其安全、环保、储备量大等优势而备受人们关注。对于这种能源的一种主要运用手段就是经过光电效应而将其转化为电能,这时就需要多晶硅的作用,硅电池的基本工作原理就是利用了光电效应。因半导体行业以及太阳能源的利用不断发展,而导致更优良的多晶硅的需求量持续增大。

1多晶硅行业的生产现状

时下,国内外生产多晶硅的工艺大多都是运用西门子改良工艺,这种生产技术允许电子级与太阳能级同时生产,其拥有完备的工艺流程以及其相对比较适合量产等优势,改良西门子多晶硅生产工艺是时下多晶硅生产的不二选择。在这种生产工艺的重要流程当中,主要的耗能阶段就是:精馏、还原以及氢化,这三种工艺机器在整个改良西门子多晶硅生产流程当中所消耗的能源大概占据了七成以上。为了达到最大化的减少多晶硅的生产成本,经过对当下国际上的多种多晶硅的生产工艺进行了更加细致的研究分析,综合工程设计行业多年的经验,能够经过时下多晶硅产业在上述最耗能的三部工艺当中运用了与传统生产方式完全不同的改造,形成了更加科学合理的节能手段,进而进一步的降低了多晶硅产业的生产成本。

2多晶硅生产的节能方案

2.1多效精馏

这一环节是多晶硅的各个生产环节当中最耗能的操作之一。多晶硅的生产过程当中氯硅烷的精馏存在着高标准高水平的操作,在其具体的操作过程当中还需要保证一定的回流比以及再沸点比较大的特点,故而在这一过程当中需要用到的降温媒介以及加热的介质的质量的要求也是比较高的。在多晶硅的实际生产当中,采取了一些节能的手段,例如常常采取常温冷水来替代深冷水来对冷凝器的冷却,时下经常运用加压精馏的手段,来进一步提高冷凝的温度。时下我国多晶硅生产行业已经大量投入使用高科技含量的精馏装置,其中大部分都采取了多塔串联的精馏工艺,这种工艺运用塔釜装置以外的高温热媒(例如高温亦或者是饱和的水蒸气)来对整个塔的气相进行加热,在塔釜之顶采用了装置以外的低温冷媒(比如说低温水亦或者是常温水)来对塔内的气相进行冷凝。这种精馏工艺是一种多年来对精馏节能不断的研究而产生的手段,在多晶硅生产行业中的使用频率在持续增加。这是经过拓展多晶硅生产的流程来进行降低能源的消耗的,这种节能工艺是对高能位的塔所排出能量的再次利用来实现的。这种精馏工艺的节能效益非常好,并且器械也相对简单、操作流程也并不算复杂,故而它运用的领域也在逐渐增大。对工艺流程最后的操作压力以及液相沸点的要求都比较低,故而可以将之前的二次蒸汽引入作为后效的加热介质,也就是将后效的再沸器作为前效的二次蒸汽的冷凝液。因此,也就只有前效有较大的能源消耗,在这种精馏工艺当中,伴随着精馏次数的增大,单次蒸汽的消耗量也在不断降低,以此就进一步的降低了多晶硅生产的操作费用。

2.2关于流程中还原热能的运用

多晶硅生产的工艺流程大多是采用了改良西门子法,而在这种生产方法当中多晶硅的还原是其中相当重要的一个环节,它不仅仅会影响到多晶硅的量化生产而且还会在很大程度上影响多晶硅的生产成本,多晶硅还原的核心器械就是还原炉。在四氯氢硅还原成三氯氢硅这一流程当中,我国曾经运用了热氢化技术,故而在此之前,我国已经量产的多晶硅还原这一流程当中除了江苏之外,大都运用了热氢化技术将四氯化硅还原成三氯氢硅。运用这种改良版的西门子法配合着热氢化技术来生产多晶硅,能够将能耗控制在每千克多晶硅消耗八十到一百三十千瓦每小时的电量,这种能耗占据了多晶硅生产能耗的三成左右。

3多晶硅生产过程中的节能减排方案

3.1对于生产中产生的气态污染物以及含氯化氢的废气

三氯氢硅的提纯工艺会产生含三氯氢硅、四氯化硅以及二氯二氢硅等废气,经过淋洗塔对这种废气的清洗,氯硅烷在与水相遇之后全部被水解成二氧化硅和氯化氢,其中氯化氢被水收,但是尾气当中仍然含有少量的氯化氢。采用干法回收能够得到水汽中的氯化氢,并运用三级水喷淋吸收塔将干法收集的氯化氢制作成盐酸,不过在制作盐酸剩余的尾气当中还是含有很多氯化氢。氯化氢气体无色但有比较刺鼻的强烈的气味,无论是对于环境还是人体来说都有很大的破坏性。因HCL在水中有很大的溶解性,其中四百五十到五百个体积的氯化氢能溶解在一个单位的水中,故而采用多次水吸收的方法来对含氯化氢的尾气进行处理,并且具有极好的效果,这也是时下处理含氯化氢尾气最有效的方法之一,并且也是操作、所需器械最简便的方法之一。

3.2多晶硅生产环节当中各种废水的处理

3.2.1关于酸性废水的处理在多晶硅生产的各个环节当中所产生的酸性废水主要是三氯氢硅提纯环节当中所产生的,对酸性废水用石灰乳以及絮凝沉淀进行处理;可以以所需处理酸性废水的量以及废水的酸度来调整加入化学制剂的量,进而可以保证处理后水的水质。经过处理之后的废水的酸度大概都在6.15到8.15之内。其中酸性废水处理中用到的生石灰拥有源广泛、价位比较底、在各个环境的适应性极强等特点,因其以上优点而被大量运用在各种工业产生的酸性废水当中。3.2.2关于含氟废水的处理对于含氟废水的处理,应当首先用生石灰将废水的酸度调至中性,以此可以使得一大部分氟化物形成氟化钙而沉淀;将出现沉淀后的废水送入搅拌器当中,并在其中加入硫化亚铁将氟化物进一步去除;而后将上述处理过的废水和经过中和后的酸性废水搅拌在一起,并在其中加入大量絮凝剂将当中含的废物进行絮凝沉淀,然后将溶液静置最后将上清液倒出。运用此种方法处理含氟废水,拥有操作简便、成本低廉、原料来源广泛、器械简便、氟化物的清除率高等优势。

4结语

在时下多晶硅生产行业中,多晶硅的生产方式比较多样,但是其中又以改良西门子法运用最为广泛且相对比较节能。在其生产当中,运用了更加低耗能并且高效率的多效精馏来替换普通的精馏方式,进而可以将精馏体系当中剩余的能量更大程度的利用。在其生产环节当中运用还原热能的再次利用体系可以将还原炉当中散出的热能以更高的效率转化成水蒸气的热能来进一步对生产环节的其他系统来进行加热。运用冷氢化生产手法来替代普通的热氢化的手法可以极大程度的减少四氯化氢的生产成本。运用上述工艺流程,能够使多晶硅的生产公司在市面上拥有更加强大的竞争实力。在该篇文章当中对多晶硅的生产节能减排进行了详尽的描述,以期能够对我国多晶硅的生产起到一定的引导作用。

参考文献

[1]梁骏吾.电子级多晶硅的生产工艺[J].中国工程科学,2000.

[2]黄碧慧.制备三氯氢硅和多晶硅的改进方法和装置:中国,2008.

作者:涂志文 单位:赛维LDK太阳能高科技(南昌)有限公司

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