多晶硅生產中能耗的分析及節能的途徑

劉銘

摘 要：就目前發展來說，多晶硅在社會上的應用是非常廣泛的，經其加工后生產的很多后期產品如半導體材料、集成電路等在各個領域都有很大的價值，而在多晶硅的制備過程中需要以大量的能源消耗為代價，而多晶硅又是一個需要消耗大量能耗的產業，為了在實際制備過程中節能，我國相關研究人員也進行了很多的嘗試。

關鍵詞：多晶硅生產；能源損耗；節能途徑

隨著現代社會的發展，人們的節能意識也變得越來越強烈，并且現代化工行業在生產的過程中也十分注重節能，多晶硅的制備工藝也在不斷進行改善，希望在其生產過程中能夠有效降低能耗，減小能源成本，在國外市場的影響下謀求穩定的發展，本文即對多晶硅生產中的能耗以及節能進行分析。

1 制備工藝及特點

當前多晶硅在我國最主要是應用于光伏行業，多晶硅有多種制備的途徑，目前市場上主要流傳的制備工藝有改良西門子法、冶金法、以及流化床法等。其中改良西門子法是發展最早的一種制備工藝，發展到現在其技術已經相當成熟了，且具有較好的穩定性和安全性、適合用于多晶硅產業化的生產，接受程度很高，不僅是國內在國外也是最普遍用于多晶硅生產的制備工藝。還有，因國內的多晶硅發展史較短，大部分是引進、借鑒國外的工藝技術，多是跟隨國外的發展腳步，所以導致在多晶硅相關工藝的改進優化上有較大的國內外差距。另外，多晶硅的制備工藝正在向著節能、環保性的方向發展，在目前自然環境以及社會政策的影響下，實行可持續性的、節能環保的工業化生產是大勢所趨，多晶硅的制備工藝也自然地順著節能、環保的方向發展。

2 能耗及節能途徑

多晶硅在其制備的流程中，各個環節對能源的消耗都有一定程度的影響，并且想達到節能的效果，就是要根據各環節的能耗情況有針對性的開展的，下面就多晶硅制備工藝中多個環節的能耗進行分析，并探討節能途徑。

2.1 氫氣制備環節

在多晶硅的制備流程中氫氣的制備過程主要是通過其制備的手段來影響能耗的。氫氣在多晶硅的制備中扮演的是還原劑的角色，是多晶硅的制備工藝中很關鍵的一種原料，并且它對的純度有較嚴格的要求、用量也非常大，因此很大程度的牽連著多晶硅的制備成本與品質。在氫氣制備方法上，以前多采用的電解制成本高、耗能大，目前較多企業采用輕質石油或天然氣裂解法來制備氫氣，這種制氫手段因能有效的節能而被廣泛采納。

2.2 氫化環節

氫化階段的氫化方式以及過程對耗電量都有較大的影響，現在通常采用的有熱氫化和冷氫化法，在兩種方法的選擇上，通過對比發現熱氫化法的耗能遠大于冷氫化法，并且其氫化的轉化效率也高于熱氫化法的轉化效率，所以一般情況下絕大部分企業都是選擇冷氫化法進行氫化，可以有效地降低能源成本。

2.3 還原過程

就多晶硅的整個生產過程來說，電能的消耗主要包括綜合電耗以及還原電耗這兩部分，而其中的還原電能消耗指的是反應還原爐的耗用量，并且在整個改良西門子法的制備工藝的具體操作流程中，還原電耗約是整體能耗的一半，在整個能源損失中占有最大的比例，所以這樣看來還原過程的工藝非常需要改進和調控，如果能進其控制好、改善還，那么這對整個生產過程的節能降耗將起到巨大且良好的作用，目前主要通過改善還原過程工藝、開發挖掘節能型還原爐等來實現對還原過程電耗的調控。

2.4 精餾系統

產多晶硅的過程中采用的精餾系統也同樣的對影響能耗的發生，目前，精餾系統一般利用多級化的精餾提純三氯氫硅，其分離過程的能源損失較大，所以在其生產的工藝流程上急需進行改進優化。目前常被用于提純的三氯氫硅，分離過程能源損耗程度較大，所以現在有部分企業在生產過程中采用壓差熱偶精餾的精餾方式，它是將精餾過程拆分成了兩個相差較大的精餾部分系統：加壓精餾以及低壓精，這種復合精餾系統主要是通過利用壓力差的形成，其中低壓精餾的實施流程與過去傳統的精餾方法的實施流程大體是相似的。而加壓精餾就不太一樣，是需要一些有針對性的方案，來提升精餾塔頂部的氣體溫度，這樣才能和低壓精餾互相融合的實行精餾流程，有效的利用能源，實行整個操作的可持續性。另外，還需要強調的是，絕大部分傳統精餾手段現在已經很難符合化工產業的發展的節能需求了，要進一步實現節能，就要積極的引入一些新型的、科學的精餾系統如熱泵精餾系統、多效精餾系統、熱偶精餾系統等，這些更加先進的精餾手段，能夠將能源進行更加充分有效的利用，從而一定程度的達到節能。

3 結束語

我國的多晶硅行業市場競爭一直很激烈，且其在我國的發展時間較短、目前的制備成本相對于國外而言仍然過高，所以長期深受國外市場的牽制，發展的不是很理想，因此多晶硅制備過程中的相關節能措施非常重要，目前實行的針對各生產環節的能耗現象來采取節能措施的策略也已經有了一定的成果，逐步提高相關行業的競爭力。

參考文獻：

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