三氯氫硅生產工藝的優化

李雪瑛（唐山三孚硅業股份有限公司，河北 唐山 063305）

三氯氫硅生產工藝的優化

李雪瑛
（唐山三孚硅業股份有限公司，河北 唐山 063305）

摘 要：本文針對三氯氫硅生產工藝中存在的問題，提出了具體的整改措施，并闡述了方案實施后取得的良好經濟效益和環境效益。

關鍵詞：三氯氫硅；生產工藝；改造；優化

1 概述

唐山三孚硅業股份有限公司成立于2006年10月20日，以生產三氯氫硅﹑四氯化硅﹑氫氧化鉀等產品為主，目前三氯氫硅生產能力6.5萬噸/年﹑四氯化硅1.08萬噸/年﹑氫氧化鉀5.6萬噸/年，該公司已經成為我國最大的三氯氫硅生產基地；本文主要針對三氯氫硅生產中進行的合成爐蒸汽管道改造以及往復式隔膜壓縮機的更換進行了闡述。

2 生產工藝簡介

氯堿電解工藝產生的氯化氫氣體經過預處理后與干燥的硅粉在三氯氫硅合成爐反應生成三氯氫硅﹑四氯化硅混合氣體，反應混合氣體經存渣槽﹑沉降器﹑袋濾器除塵后，經一級水冷器﹑二級水冷器﹑-35℃鹽水冷卻器冷凝，冷凝液經計量罐計量后放入中間產品儲罐。中間產品貯罐中的混合液，經分餾塔后進入成品儲罐。剩余不凝反應氣經隔膜壓縮機加壓后，再經機后冷卻器及-35℃鹽水冷卻器冷凝回收冷凝液后，不凝尾氣進入變壓吸附裝置回收處理。

3 三氯氫硅生產過程中存在問題

3.1 三氯氫硅合成低壓蒸汽回收方面。硅粉干燥后加入三氯氫硅合成爐與氯化氫反應生成三氯氫硅﹑四氯化硅混合氣體，合成反應溫度為280℃～370℃。三氯氫硅合成爐操作壓力0.1MPa～0.15MPa（表），其副產蒸汽為7t/h，在此過程中有壓力為0.05MPa的蒸汽直接排空，生產系統不能進行有效利用，造成浪費。

3.2 尾氣壓縮機方面。自三氯氫硅投產以來，由于當時的工藝技術及設備原因，用于合成工序對半成品“氣相氯硅烷”加壓的設備，是當時同行業比較普遍的隔膜式壓縮機。但隨著技術的發展，行業內部價格的競爭，生產成本被進一步壓縮，隔膜壓縮機設備維修率高﹑效率低成為一大難題。

4 優化控制措施及效益

4.1 三氯氫硅合成爐副產蒸汽回收利用

4.1.1 技術控制。經論證，公司投資29.06萬元進行生產蒸汽系統改造，將排放的蒸汽回收用于低于0.04MPa需求的用戶，取得了可觀的經濟效益。設備改造：從原來的副產蒸汽排放口安裝新管線至低壓蒸汽用戶，安裝蒸汽補充調節閥﹑壓力變送器和放空閥。熱水罐蒸汽壓力控制在0.045MPa，利用熱水罐蒸汽放空調節閥進行控制，如果副產蒸汽不能滿足生產，則利用蒸汽補充調節閥由與新管連接的0.25MPa蒸汽自動向回收蒸汽補壓，壓力設定值為0.04MPa。當生產系統出現問題時，可根據需要切換回收蒸汽，將熱水罐蒸汽放空閥手動打開，蒸汽可自動放空，同時關閉回收蒸汽管線的切斷閥，回收蒸汽管線蒸汽由蒸汽補壓閥自動向系統補壓，以保持低壓蒸汽用戶的需求。在熱水罐罐頂安裝可燃氣體探頭，防止因合成爐氫氣泄露進入管道，如發現有氫氣泄露，立即對回收蒸汽系統進行切換，回收蒸汽放空。

表1投資費用統計表

4.1.2 環境效益。將原先三氯氫硅合成爐的副產排空蒸汽全部回收利用，降低了企業外購蒸汽量，減少了企業的蒸汽排放量，熱蒸汽排到大自然中不僅是資源的浪費，更加重了大氣污染，水汽反饋還可以放大其它溫室氣體變暖的影響進而形成惡性循環。蒸汽管道改造一方面解決了能源浪費問題，實現資源的節約，達到降低生產成本和資源的節約雙贏；另一方面解決了熱蒸汽污染環境的問題。

4.1.3 經濟效益。按全年開車8000小時計算，其中夏季（非供暖期）開車4000小時，節約蒸汽5.2t/h×4000h=20800t。冬季（供暖期）開車4000小時，節約蒸汽4.7t/h×4000h=18800t。每噸蒸汽按160元計算，全年可節約（20800+18800）×160=637.56萬元，

4.2 隔膜式壓縮機更換為活塞式壓縮機

4.2.1 技術控制。經研究公司投資158.59萬元進行設備換型，新上一套活塞式壓縮機取代12臺隔膜壓縮機，這12臺隔膜壓縮機作為生產應急備用。通過電機帶動機身上的曲軸，使連接曲軸的活塞桿在一﹑二級氣罐內做活塞運動，以達到對工藝氣體的加壓目的。單臺系統拉氣量可達到2000Nm3/h，有穩定性好﹑維修保養工作量小等特點。

4.2.2 環境效益。經驗數據表明，每節約1度電就可少用0.4kg標準煤，同時減排粉塵0.272kg﹑二氧化碳0.997kg﹑二氧化硫0.03kg﹑氮氧化物0.015kg，對工業生產環境具有明顯的意義。

表2 投資費用統計表

4.2.3 經濟效益。經濟效益對比如下：

改造前：

隔膜式壓縮機年維修費﹑電費等統計如下：

使用膜片84套，每套均價1500元。84×1500=12.6萬元

使用抗磨液壓油44桶，每桶2700元。44×2700=11.88萬元

耗電量：22kW，12臺，22×12×0.75 元×8000小時=158.4萬元。

改造后：

耗電量：200kW，1臺，200×1×0.75× 8000小時=120萬元。

使用易損件，每年更換兩次，共計10.87萬元。

年可節約費用158.4+11.88+12.6-120-10.87=52.01萬元。

結語

光伏產業的發展帶動了三氯氫硅生產技術向大型化﹑專業化﹑自動化方向發展，為了適應工業發展的需要，加強三氯氫硅生產工藝過程的優化和控制，對三氯氫硅的品質，降低企業的生產成本，實現環境效益﹑經濟效益﹑社會效益的統一具有重要的意義。

參考文獻

[1]李文光，李光茜，羅平，譚宗國.三氯氫硅合成工藝及控制[J].云南冶金，2010 （05）.

中圖分類號：TQ127.2

文獻標識碼：A