三氯氫硅精餾提純模擬和優(yōu)化

馬永飛　趙建章

【摘 要】采用化工流程模擬軟件，采用NRTL-RK物性方法對三氯氫硅精餾提純過程進(jìn)行了模擬計算，得到了和實際相符的結(jié)果，并在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進(jìn)行了優(yōu)化，降低了能耗，對生產(chǎn)實際具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】三氯氫硅；模擬；精餾

迄今為止，多晶硅生產(chǎn)方法多采用改良西門子法工藝生產(chǎn)的，即氫氣和三氯氫硅反應(yīng)生成高純硅。三氯氫硅的純度是最終產(chǎn)品太陽能級多晶硅純度的關(guān)鍵因素之一[1]。

在現(xiàn)階段工藝流程中，三氯氫硅的提純方法主要采用精餾提純的方式。精餾分離效果直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是硼，磷等微量雜質(zhì)，產(chǎn)品中要求三氯氫硅的含量大于0.9999，硼的含量不超過2ppb，磷的含量不超過6ppb。

本文根據(jù)某廠實際工藝過程，采用化工流程模擬軟件對三氯氫硅精餾提純過程進(jìn)行模擬計算，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下并對操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，降低能耗。

1 工藝流程及物性方法的選擇

該廠在傳統(tǒng)脫重—脫輕工藝基礎(chǔ)上，增加了一個精餾塔，以保證硼， 磷等微量雜質(zhì)的脫除。

圖1 某廠三氯氫硅精餾提純工藝流程

黃國強[2]等對三氯氫硅精餾體系采用NRTL-RK物性方法，李聞笛[3]等對三氯氫硅精餾體系采用NRTL物性方法，李群生[4]等也對三氯氫硅精餾體系采用NRTL物性方法。比較這兩種方法，液相都采用NRTL活度系數(shù)模型；NRTL氣相采用IDEAL GAS，NRTL-RK氣相采用RK方程。本文通過兩種物性方法模擬，并對結(jié)果進(jìn)行對比，采用NRTL-RK模擬結(jié)果和實際更符合，故本文采用NRTL-RK物性方法。

2 原工況模擬結(jié)果

原料組成見表1。

各個塔的塔壓和回流比及產(chǎn)品采出量見表2。

通過模擬，最終產(chǎn)品除三氯氫硅外其它所有組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)都不足1E-11。該結(jié)果實際是相符的，再一次驗證物性方法的正確。冷凝器和再沸器的能耗見表3。C2、C3塔能耗之所以如此之高是由于回流比過大的原因，尤其是C3塔的塔頂采出量很高，回流比增大能耗明顯增高。

3 優(yōu)化模擬結(jié)果

在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，通過適當(dāng)降低產(chǎn)品純度的方式降低回流比以達(dá)到降低能耗的目的。

先通過DSTWU多組分精餾的簡捷設(shè)計模塊，在給定塔板數(shù)條件下計算回流比及進(jìn)料板；再把結(jié)果輸入到先前的模擬過程中，查看最終產(chǎn)品質(zhì)量和能耗。為了方便，引入了Transfer流程選項。模擬結(jié)果見表4、表5。由此看出既保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，又使能耗明顯降低，同時在生產(chǎn)中也易于實現(xiàn)。

4 結(jié)論

（1）采用NRTL-RK物性方法按原工況進(jìn)行模擬，得到模擬結(jié)果，驗證了物性方法的正確，也發(fā)現(xiàn)了原來操作參數(shù)的問題。

（2）通過調(diào)整回流比，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下明顯降低了能耗，給實際生產(chǎn)提出了良好的建議。

【參考文獻(xiàn)】

[1]董前程.影響多晶硅質(zhì)量的因素[J].氯堿工業(yè)，2012，9：31.

[2]黃國強，趙虎勇，孫帥帥.熱泵精餾在三氯氫硅提純過程中的模擬[J].化工進(jìn)展，2013，6：1450.

[3]李聞笛，廉景燕，叢山，李洪.高純?nèi)葰涔杈s節(jié)能工藝的模擬分析[J].現(xiàn)代化工，2012，9：94.

[4]李群生，白潔，郭增昌，王寶華.三氯氫硅精餾過程的模擬與優(yōu)化[J].北京化工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，1：1.