多晶硅生产中精馏节能减排与提高质量技术的应用

多晶硅生产中精馏节能减排与提高质量技术的应用

李雪峰

身份证号码：15262919960827401

摘要：介绍了多晶硅及晶硅塔的生产过程及工作机理，并对其节能减排、提高硅石洁净度及提高产品质量进行了探讨。本文对现有的多晶硅及晶硅塔的蒸馏过程中能耗高、设备损耗大、操作繁琐等问题进行了剖析。通过优化工艺参数，改善设备设计，改进操作工艺，改善生产工艺，有效地减少了生产成本。本项目的实施将为我国工业的可持续发展，促进我国工业的健康发展。

关键词：多晶硅；精馏；节能减排；提高质量技术

    多晶硅及晶硅塔是硅原料制造工艺中经常使用的一种重要工艺。多晶硅是一种非常关键的原材料，其品质对其性质及使用范围有很大的影响。在可持续发展思想的指导下，以科技的方法达到降低能耗、改善产品品质的目的，已是业界面临的一个重大问题。文章就多晶硅与多晶硅蒸馏两种工艺的原理、应用中存在的问题及应对措施进行了探讨，希望能促进我国工业的可持续发展。

   1.在工业生产中采用的晶硅、精馏进行节能

    1.1多晶硅工艺的基本理论和工艺过程

    多晶硅（Cl-Si）是利用其自身的物理特性，利用其自身的物理特性，对其进行高温、低温等处理，实现对其进行有效的分离与纯化。本发明涉及一种多晶硅烷萃取、预分离、加热冷却的工艺路线。

    1.2精馏法的理论和方法

    多晶硅精馏是利用多晶硅及其他杂质元素的挥发特征，在特定的温压环境下，对其进行逐级剥离，从而实现对杂质元素的有效分离。生产过程主要由加热、蒸馏、冷凝三个阶段组成。

    1.3多晶硅、在节约能源和改善品质方面的优越性

    通过对全流程进行有效的能量循环与循环使用，使多晶硅整体能耗降低到了最小，从而达到了节能降耗的目的。另外，通过对尾气及废水进行有效的治理，可以降低对环境的影响，达到降低排放的目的。采用多晶硅与精馏工艺，能显著地改善产品质量，减少其他杂质。在电子、光伏等领域，高纯产物被广泛用于改善其质量与特性。在此基础上，通过精准调控与监控，实现过程的可控与稳定，进而提升产品质量与稳定性。

2.在工业生产中采用的多晶、精馏等工艺中的节能、减排量及品质改进问题

    2.1高能耗问题

    多晶硅及精馏工艺能耗较高。一是多晶硅制备工艺中存在着高温、精馏等多个环节，能耗高，能耗大。二是由于多晶硅的精馏是一种高能源消耗工艺，要进行多段熔凝、降温，且每一次熔炼都要消耗大量能源以保证熔体的熔点。

    2.2严重浪费的设施

多晶硅烷及精馏工艺中，由于原料损失大，造成了大量的材料损失，其中包括：（1）材料损失：多晶硅烷及蒸馏工艺中，原料流速高，易发生碰撞、磨损等现象，造成材料损失。尤其是在设备搬运、搬运等环节，更易发生漏失、溢等问题。第二、装置损失：因为要加工的是高温、强腐蚀性的多晶硅、聚硅氧烷等，所以对装置的抗腐蚀性有很大的需求。但是，目前的装备在材质、构造等方面都无法很好地达到上述标准，因此很可能会造成装备的损伤甚至报废，造成大量的损失。

    2.3施工过程中出现的疑难问题

    多晶硅及聚硅的精馏工艺具有工艺复杂性，一是工艺上的困难，二是工艺上要求严格控制工艺条件，如温度、压力、反应时间等。对各种工艺条件的调节和控制，要求有较强的业务水平和丰富的工作经验。而熟练程度较低的操作者，要保证每次作业都能取得理想的结果是非常困难的。二是存在着潜在的风险：多晶硅属于高毒性的气体，在使用时必须对其进行严密的泄露与暴露。另外，由于硅在大气中与水分发生化学反应，导致了硅原子的溅射，极易引起火灾、爆炸。

3.采用节能、降碳及改善产品品质的多晶硅及聚硅精馏工艺的策略

    3.1制备过程中的最优条件

    对氯化硅、多晶硅进行蒸馏时，其操作条件的优化是达到节约能源、改善产品品质的改善。首先，针对不同材料的理化特性，选择合适的工作条件及工作气压。通过调节炉内的温度、压强，达到了节能降耗、降低了废气排放量的目的。比如，在有多晶硅融化过程中，通过增加反应的温度、压力等参数，可以有效地加快合成速度，缩短合成周期，降低能耗。其次，要对催化剂的类型及用量进行适当的选择与调节。催化剂的选用及用量对反应速度、产物选择性有很大的影响，进而对产物的纯度及品质有重要的作用。通过选择合适的催化剂类型及加入量，可以改善结晶结构、粒度及均匀性，改善制品品质，减少废料。改进换热形式，增大换热区域，是实现换热效果的有效途径。在蒸馏工艺中，热量传递是一个重要的能量消耗源。改善换热装置，调节换热系数，可以达到改善换热效果、降低能源消耗、减轻污染的目的。最终，对工艺条件进行了严密的调控与优化。在蒸馏生产中，工艺条件的调节直接关系到生产的品质与能源消耗。通过对工艺条件的选择及工艺调控，保证工艺的稳定与稳定，提升产物品质与收率，降低能耗与废气排放量。

    3.2提高装置的结构

    为了实现多晶硅、聚硅塔的节能、降低能耗、改善产品品质，必须加强装置设计。对生产过程进行了优化，对生产过程进行了优化，降低了对环境的影响，改善了生产过程中的能耗，改善了生产过程中的能耗。第一，通过对其进行优化，改善其内部质量转移的效果。利用高效的搅拌设备，增加气液界面的接触面积，加快反应速度，同时降低高温高压，达到节能降耗的目的。第二，采用高效率的精馏柱和热交换器也是可行的。蒸馏塔作为最重要的蒸馏装置，其优化的工艺参数、增大塔盘数目，能够有效地降低尾气中的有毒气体的排放量。第三，开发一种能同时实现气液两相分离的新方法。由于其体积小，操作简便，能耗低，因此，在节能减排方面具有广阔的应用前景。第四，对热交换进行了优化，使用了高效率的热交换器，实现了对余热的有效再循环。将余热转换成可用能量，是实现节能减排、节能减排的有效途径。

     3.3提高质量技术方法

    提高工艺，是保证氯硅及多晶硅精馏工艺品质与效率的关键。在实际生产中，各种工艺参数及工艺条件都要受到严密的控制。各工序的主要工艺参数必须熟知，并保证其随时处于合适的状态。对生产过程中出现的故障进行定期检测，并对其进行调试和维修，以保证生产过程的稳定与持续。对工人要进行专门的训练，以提升业务素质。有目标地开展作业技能的训练与辅导，让施工人员熟悉作业流程及作业规程。通过对员工的日常维护及维护训练，提升员工的技能水平。此外，还要制定并改进工作程序和工作指南。该文档应包含操作程序、安全措施及事故处置等内容。在实施施工之前，必须先阅读并了解相关的作业程序及工作指南，然后依照指定的程序去做。

   结束语

通过对多晶硅、精馏进行节能、降碳、提升品质等工艺的研发及使用，认为该工艺是一项可持续发展的新工艺。但目前该技术还面临着能耗高、设备损耗大、运行繁琐等问题。本项目拟从工艺参数优化、设备设计优化、运行工艺优化三个方面入手，全面提升氯硅及多晶硅精馏过程的生产效率与品质，为工业健康发展奠定基础。

     参考文献：

    [1]周玲英.氯硅烷和多晶硅精馏节能减排与提高质量的技术措施[J].化工管理,2015,(21):161.

    [2]王翔宇,李群生.多晶硅生产中三氯氢硅精馏环节的节能增效[C]//中国化工学会.2013中国化工学会年会论文集.北京化工大学;,2013:2.

    [3]李群生.氯硅烷和多晶硅精馏节能减排与提高质量的技术与应用[J].新材料产业,2008,(09):60-66