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探讨多晶硅生产节能减排措施 　　摘要：随着我国经济的飞速发展，多晶硅生产得到了前所未有的发展。为了进一步降低多晶硅企业的生产成本，提高其市场竞争力，针对目前国内外改良西门子法生产多晶硅的主要装置工艺进行了考察。通过对多晶硅生产中工艺装置的能耗分析，从能量耦合利用、能量回收综合利用和新高效节能工艺的角度出发，提出采用多效精馏、还原热能综合利用系统和冷氢化工艺来代替原有多晶硅的生产工艺。结果表明: 通过采取上述措施后，能够大幅度降低多晶硅行业的生产成本，为今后再建多晶硅企业和挖潜改造提供一定的指导作用。 　　关键词: 多晶硅；多效精馏；热能利用；节能减排 　　中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号： 　　前言 　　随着我国科学技术的不断发展，多晶硅的应用更加广泛。多晶硅是制造集成电路衬底和各种半导体器件的单晶硅、太阳能电池等产品的主要原料。多晶硅可以用于制备单晶硅，广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和环境保护的要求，全球正积极开发利用可再生能源。太阳能因其清洁、安全、资源丰富而引人关注。利用太阳能的一种主要方法就是通过光电压效应将太阳能转化为电能，硅太阳能电池即是基于光电压效应的装置，由于半导体工业和太阳能电池的发展，高纯度多晶硅的需求不断增加。 　　1、多晶硅生产现状 　　目前国际上多晶硅生产工艺主要有改良西门子法和硅烷法，其中 85% 以上采用改良西门子法。改良西门子法能兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，具有技术成熟、适合产业化生产等特点，是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺技术。 　　在改良西门子法生产多晶硅整个系统中，主要生产单元包括三氯氢硅合成、精馏提纯、三氯氢硅还原、四氯化硅氢化、尾气回收等工序，其中精馏、还原、氢化这 3 个装置在生产中所占的能耗为整个多晶硅生产过程中总能耗的 70% 以上。为了降低多晶硅的综合生产成本，通过对目前国内外多晶硅企业的生产技术及改进进行了综合调研分析，结合工程设计实际经验，可通过对目前多晶硅行业从精???、还原、氢化这 3 个单元分别采取不同的工艺路线进行改造设计，采取更为有效地节能措施，降低多晶硅行业的综合生产成本。 　　2、多晶硅节能降耗措施 　　2． 1 多效精馏 　　精馏是多晶硅生产过程中能量消耗较大的单元操作之一。生产多晶硅的氯硅烷精馏存在着分离要求高、全塔组分组成接近、操作过程中回流比和再沸大的特点，因此所需的冷媒和加热介质量很可观。在生产过程中，为了节省制冷能耗，使用常温冷却水( 30—40 ℃) 代替深冷水( 6—12 ℃) 进行冷凝器的冷却，目前常采用加压精馏的方法，以提高冷凝温度。 　　目前国内已投产的和在建的多晶硅企业的精馏装置，大多采用传统多塔串联精馏工艺，其工艺流程如图 1 所示，即塔釜用装置外的高温热媒( 如过热或饱和水蒸气) 来加热液体汽化提供整个塔操作气相，塔顶采用装置外的低温冷媒( 如循环水或冷冻水) 来冷凝塔顶气相提供全塔操作的液相。 　　 　　 　　图 1 多塔串联精馏工艺流程图 　　来自合成或者冷氢化的氯硅烷经粗馏塔分离预热至泡点物料后进 1#精馏塔，脱除低沸点化合物，所脱除的低沸点化合物进入高低沸物罐，塔釜产品进 2#精馏塔，脱除高沸点化合物，所脱除的高沸点化合物进入高低沸物罐，塔顶产品进 3#精馏塔，脱除次低沸点化合物，所脱除的次低沸点化合物进入1#精馏塔循环利用，塔釜产品即为最终的高纯三氯氢硅，直接引至还原车间进行三氯氢硅还原生产多晶硅产品。 　　多效精馏作为一种精馏节能的工艺近年来其理论研究不断深入，在工业生产中的应用日益广泛。多效精馏是通过扩展工艺流程来节减能耗的，它是利用能位较高的塔排出的能量用于能位较低的塔，从而达到节能目的。多效精馏节能效果好，设备简单，工艺不甚复杂，其应用范围也比较广泛。多效精馏要求后效的操作压力和溶液的沸点均较前效的为低，因此可引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的再沸器为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗蒸汽; 多效精馏中，随着效数的增加，单位蒸汽的耗量减少，操作费用降低。 　　由于多晶硅生产中的氯硅烷高精密精馏提纯自身存在着分离要求高、全塔组分组成接近、串联操作的各塔能耗相近的特点，该单元的自身特点适合多效精馏。通过对年产 3 000 t 多晶硅的精馏装置粗馏塔氯硅烷产品，利用 Aspen-Plus 软件进行普通加压精馏和加压多效精馏方案进行模拟优化，采用的多效精馏工艺流程图如图 2 所示。 　　 　　 　　图 2 差压耦合精馏工艺流程图 　　表 1 氯硅烷 2 种精馏工艺能耗计算 　　 　　 　　从表1可以看出，新鲜氯硅烷的三效精馏塔流程冷却循环水用量比普通精馏节能约 66