多晶硅生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)工藝研究

馬明

摘 要：文章在闡述多晶硅化工生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合多晶硅化工生產(chǎn)現(xiàn)狀，為如何實(shí)現(xiàn)多晶硅化工的節(jié)能發(fā)展進(jìn)行策略分析，旨在能夠更好的發(fā)揮出多晶硅在化工領(lǐng)域中的重要作用。

關(guān)鍵詞：多晶硅；生產(chǎn)工藝；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用

在現(xiàn)代科技的快速發(fā)展下，多晶硅的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，不僅在集成電路合成、半導(dǎo)體制備、太陽(yáng)能裝置制造領(lǐng)域得到了應(yīng)用，而且還能夠被用來(lái)制造單晶硅。但是從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，多晶硅在化工領(lǐng)域的應(yīng)用和國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比仍然存在較大的差距，且在加工應(yīng)用的過(guò)程中出現(xiàn)了一系列環(huán)境污染問(wèn)題。

1 多晶硅的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

多晶硅的生產(chǎn)操作工藝包含改良的西門(mén)子法、冶金法、硅烷熱分解法、流化床法。在眾多工藝中，西門(mén)子工藝以其安全性能強(qiáng)、環(huán)保性能良好、技術(shù)成熟的特點(diǎn)被人們廣泛應(yīng)用在多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域。西門(mén)子工藝能將還原爐排放的廢棄物進(jìn)行回收再利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄物的最優(yōu)化和綠色化加工處理。

2 多晶硅化工節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)工藝的應(yīng)用

2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)還原工藝的優(yōu)化處理，降低還原電耗

2.1.1 開(kāi)發(fā)多對(duì)棒還原爐

在技術(shù)的快速發(fā)展支持下，以往的還原爐從九對(duì)棒、十二對(duì)棒、十八對(duì)棒發(fā)展到當(dāng)前的二十四對(duì)棒、三十六對(duì)棒甚至更大的爐型。多對(duì)棒還原爐的持續(xù)開(kāi)發(fā)使用有效提升了多晶硅產(chǎn)品的單爐產(chǎn)量，并在最大限度上降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

2.1.2 改進(jìn)硅芯熱啟動(dòng)技術(shù)

等離子預(yù)熱啟動(dòng)硅芯技術(shù)。通過(guò)對(duì)等離子體的加熱來(lái)降低硅芯爐的電壓和溫度，從而在一定程度上節(jié)省能源消耗。第二，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅芯慘雜工藝的使用。通過(guò)在硅芯上慘雜B和P等元素來(lái)有效減少電導(dǎo)率，降低硅芯的啟動(dòng)電壓和溫度，從而達(dá)到節(jié)約能耗的發(fā)展目的。

2.2 優(yōu)化電控系統(tǒng)

從多晶硅的實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，多晶硅在生產(chǎn)的過(guò)程中往往會(huì)消耗大量的電能資源。為了節(jié)省能源的消耗，需要根據(jù)工藝條件來(lái)優(yōu)化和調(diào)節(jié)電流、電壓，實(shí)現(xiàn)電流和電壓的優(yōu)化配置。

2.2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)TCS提純操作流程的優(yōu)化

TCS提純操作能夠有效去除B、P、C等金屬和非金屬雜質(zhì)。常用的技術(shù)形式是多級(jí)精餾技術(shù)。為了能夠減少精餾操作對(duì)能耗的需求，需要結(jié)合時(shí)代發(fā)展需要不斷優(yōu)化精餾技術(shù)形式。

2.2.2 加強(qiáng)對(duì)吸附技術(shù)的應(yīng)用

這種吸附技術(shù)會(huì)在精餾操作的特定環(huán)節(jié)中增加吸附塔，讓微量的B、P雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)被吸附劑吸附，由此提高產(chǎn)品氯硅烷的純度。通過(guò)吸附技術(shù)，可以減少精餾塔的數(shù)量、降低精餾塔的高度，從而達(dá)到理想的提純效果并且節(jié)約了投資和生產(chǎn)能耗。

2.2.3 加強(qiáng)對(duì)高效節(jié)能耦合技術(shù)的應(yīng)用

在多級(jí)精餾操作中，利用第一個(gè)塔的再沸器和第二個(gè)塔的冷凝器進(jìn)行耦合，可以降低蒸汽及循環(huán)水的用量；精餾塔的數(shù)量較多時(shí)，可以進(jìn)行兩兩耦合，能顯著降低精餾能耗，達(dá)到節(jié)能目的。

2.2.4 借助先進(jìn)的技術(shù)形式優(yōu)化精餾系統(tǒng)

通過(guò)采用科學(xué)合理的導(dǎo)向浮閥塔和高性能的填料來(lái)代替低效率的篩板塔；應(yīng)用動(dòng)靜結(jié)合的模擬軟件來(lái)優(yōu)化蒸餾過(guò)程，從而達(dá)到理想的節(jié)能效果。

2.3 提升氫氣的綜合利用率

改良西門(mén)子法生產(chǎn)多晶硅工藝中，有部分H2會(huì)隨著尾氣或廢氣排出系統(tǒng)，造成H2浪費(fèi)，如氫壓機(jī)保護(hù)氣、還原爐啟爐時(shí)的置換氣、吸附柱的再生氣等，可以利用變壓吸附技術(shù)將其排放的H2進(jìn)行分離回收，降低多晶硅生產(chǎn)H2單耗，達(dá)到節(jié)能減排的發(fā)展目的。

2.4 提升四氯化硅的綜合利用率

實(shí)現(xiàn)對(duì)氫化技術(shù)的優(yōu)化。以往熱氫化技術(shù)反應(yīng)溫度高，一般在1200℃左右，能耗較高，轉(zhuǎn)化率較低。目前普遍使用冷氫化技術(shù)，應(yīng)用流化床反應(yīng)爐，降低反應(yīng)溫度，控制在500-530℃之間；提升反應(yīng)壓力，控制在2.5MPa到3MPa之間，SiCl4的轉(zhuǎn)化率會(huì)提升到25%左右，節(jié)能效果顯著。

2.5 實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄物和廢熱的綜合利用

多晶硅在生產(chǎn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，這些廢氣嚴(yán)重污染了環(huán)境。為了減少環(huán)境污染的發(fā)生，可以應(yīng)用一些先進(jìn)的技術(shù)形式來(lái)優(yōu)化對(duì)廢棄物的處理。比如通過(guò)廢氣焚燒的方式不僅能夠有效回收二氧化碳、濃硫酸，而且還會(huì)利用產(chǎn)生的熱量來(lái)進(jìn)行結(jié)晶蒸發(fā)處理。另外，在多晶硅的生產(chǎn)環(huán)節(jié)還需要強(qiáng)化對(duì)廢水的處理。①對(duì)酸性廢水的處理。硅料加工中會(huì)產(chǎn)生酸性廢水，可以與堿性廢水中和后，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用；②含氯廢水的處理。借助生石灰將廢水的酸堿度調(diào)整到中性的狀態(tài)，再將沉淀后的廢水送入到攪拌器中，在其中加入適量的硫酸亞鐵來(lái)去掉沉淀廢水中的氯化物。

2.6 打造光伏產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)區(qū)

在光伏產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)區(qū)的打造能夠充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源、能源、地域等優(yōu)勢(shì)來(lái)利用資源，比如利用周?chē)慕範(fàn)t煤氣、煤層氣等來(lái)作為蒸汽燃料；利用周?chē)姀S來(lái)提供蒸汽；利用產(chǎn)業(yè)園區(qū)的污水處理廠來(lái)提供再生水；以工業(yè)硅、多晶硅、單晶硅、太陽(yáng)能電站等打造資源利用產(chǎn)業(yè)鏈。

綜上所述，光伏發(fā)電的發(fā)展推動(dòng)了多晶硅的加工制造，改良西門(mén)子法作為一種常用的加工方式，在科技的發(fā)展支持下多晶硅的生產(chǎn)方式變得更加多樣。文章結(jié)合多晶硅的生產(chǎn)實(shí)際情況，從多個(gè)方面具體探究了多晶硅的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，旨在能夠更好的挖掘和發(fā)揮其在資源、能源高效利用和環(huán)境保護(hù)中的作用，促進(jìn)我國(guó)化學(xué)工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭盛濤.多晶硅生產(chǎn)的節(jié)能降耗研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊， 2017，43（11）.