氯硅烷和多晶硅精餾節(jié)能減排與提高質(zhì)量的技術(shù)措施

周玲英（新特能源股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

在信息產(chǎn)業(yè)、光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域當(dāng)中，多晶硅都是十分理想的材料之一。它的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)于我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步具有十分重要的意義。但是，我國(guó)當(dāng)前掌握的多晶硅生產(chǎn)工藝較為落后，對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種問(wèn)題，往往難以進(jìn)行有效處理。而且在多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的廢氣和廢水對(duì)環(huán)境污染十分嚴(yán)重，也會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)氯硅烷和多經(jīng)過(guò)精餾節(jié)能減排與提高質(zhì)量的技術(shù)措施進(jìn)行細(xì)致的研究，從而更好的推動(dòng)我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 多晶硅的生產(chǎn)工藝

1.1 改良西門(mén)子法

改良西門(mén)子法就是利用氫氣對(duì)三氯氫硅進(jìn)行還原，將多晶硅沉積在硅芯發(fā)熱體上。在當(dāng)前的多晶硅生產(chǎn)工藝當(dāng)中，改良西門(mén)子法是應(yīng)用最為廣泛的工藝，具有擴(kuò)建容易、風(fēng)險(xiǎn)低、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前世界的多晶硅總產(chǎn)量當(dāng)中，利用改良西門(mén)子法生產(chǎn)的多晶硅約占70%—80%的比例。而該工藝對(duì)能源的消耗量十分巨大，在總成本中，電力成本就占了70%。

1.2 硅烷法

硅烷法與改良西門(mén)子法十分相似，不過(guò)，二者的中間產(chǎn)品有所不同。在改良西門(mén)子法當(dāng)中，產(chǎn)生的中間產(chǎn)品為三氯氫硅。而在硅烷法當(dāng)中，產(chǎn)生的中間產(chǎn)品則是四氫化硅[1]。利用硅的直接氫化法、氫化物還原法、硅合金分解法、四氯化硅氫化法等方法，都能夠制備四氫化硅。將制備的硅烷氣進(jìn)行提純，然后在熱分解爐當(dāng)中進(jìn)行多晶硅的生產(chǎn)。

2 多晶硅精餾節(jié)能技術(shù)原理

2.1 節(jié)能減排的精餾技術(shù)的比較

在當(dāng)前氯硅烷和多晶硅精餾節(jié)能減排技術(shù)當(dāng)中，主要包含耦合精餾、熱泵精餾、隔壁精餾、吸附精餾等精餾技術(shù)。通過(guò)對(duì)這些精餾技術(shù)的分析和比較可以發(fā)現(xiàn)，在這些節(jié)能減排的精餾技術(shù)當(dāng)中，存在著一些共同點(diǎn)，都是通過(guò)采取相應(yīng)的方式，來(lái)降低塔器操作的波動(dòng)，從而使產(chǎn)品純度的要求降低。同時(shí)，分別采取不同的技術(shù)手段，使分離過(guò)程中塔器需要的回流得以降低，這樣，就能夠有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2.2 多效精餾

在多效精餾當(dāng)中，現(xiàn)將原料分為若干股進(jìn)行進(jìn)料，然后將其以此輸入同等數(shù)量壓力遞增的精餾塔當(dāng)中，這些精餾塔的操作溫度也是依次遞增的。高壓力塔塔頂?shù)恼羝虻蛪毫λ俜衅鬟M(jìn)行供熱，同時(shí)將自身進(jìn)行冷凝。通過(guò)這種方式，能夠?qū)⒌蛪核俜衅鞯哪芎摹⒏邏核淠鞯乃牡荣Y源消耗有效降低。在這一過(guò)程中，只需要向壓力最高的塔進(jìn)行供熱即可。

2.3 提高分離效率，降低回流比例

在分離過(guò)程中，如果能夠有效的提高分離效率，就能夠?qū)崿F(xiàn)回收率的提高、排放量的減少、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、能耗的降低等，從而使多晶硅生產(chǎn)企業(yè)會(huì)的更大的經(jīng)濟(jì)效益[2]。對(duì)于這一點(diǎn)，可以根據(jù)Q=（R+1）D的公式來(lái)進(jìn)行解釋。其中Q代表精餾塔的能耗，R代表精餾塔的回流比例，D代表精餾塔塔頂產(chǎn)品的流量。

3 高效分離技術(shù)的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)品質(zhì)量的提高

物料在進(jìn)入和離開(kāi)塔板的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生分離和組分的變化。如果組分的變化能夠達(dá)到理論上的最大程度，它就能夠獲得一個(gè)理論板數(shù)的分離。不過(guò)，在實(shí)際操作中，存在著泛液、漏液、夾帶霧沫等情況。而由于物料在進(jìn)入塔板進(jìn)行分離之后，將會(huì)很快離開(kāi)塔板，因此，理論上的分離程度往往很難達(dá)到。因此，在精餾研究當(dāng)中，重點(diǎn)是分離效率。采用高效分離技術(shù)，就能夠越徹底的分離產(chǎn)品，從而使產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高。

3.2 排放的降低

將分離效率提高，在物料經(jīng)過(guò)塔板的時(shí)候，其組分變化就會(huì)得到提高。因此，如果同樣將高效分離技術(shù)應(yīng)用在精餾塔底部，就能夠?qū)崿F(xiàn)排放的降低。在精餾塔當(dāng)中，物料每經(jīng)過(guò)一層塔板，目標(biāo)產(chǎn)物的組成就會(huì)降低，達(dá)到塔底的時(shí)候，滿足排放的標(biāo)準(zhǔn)[3]。如果理論上塔板的數(shù)量較少，目標(biāo)產(chǎn)物在到底塔底的時(shí)候，排放的組成就會(huì)比較高，這樣，就會(huì)有更多的產(chǎn)品被排放出去。而當(dāng)理論上塔板的數(shù)量較多的時(shí)候，能夠充分的分離目標(biāo)產(chǎn)物，因此在到達(dá)塔底進(jìn)行排放的時(shí)候，組成就會(huì)很少。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)排放的降低，減少對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)，由于進(jìn)行了充分的回收，目標(biāo)產(chǎn)物的排放較少，也使得回收率有所提高，從而帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

多晶硅是當(dāng)前社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中都有著十分廣泛應(yīng)用的一種重要材料。而在多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程中，存在著精餾程度較低、能耗較大、排放較多等問(wèn)題。對(duì)此，結(jié)合多晶硅的生產(chǎn)工藝，對(duì)多晶硅精餾節(jié)能技術(shù)的原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)高效分離技術(shù)的應(yīng)用，從而提高氯硅烷和多晶硅的精餾程度、降低能耗、減少排放，最終提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

[1]李群生.氯硅烷和多晶硅精餾節(jié)能減排與提高質(zhì)量的技術(shù)與應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè),2012,11（09）:60-66.

[2]李群生.多晶硅生產(chǎn)中精餾節(jié)能減排與提高質(zhì)量技術(shù)的應(yīng)用[J].精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品,2011,12（02）:25-30.

[3]郭樹(shù)軍,董雪平,林占元.多晶硅精餾生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際問(wèn)題探討[J].河南化工,2012,11（04）:18-20.