多晶硅生產的節能降耗研究

鄭盛濤

（石河子大學，新疆石河子 832000)

多晶硅生產的節能降耗研究

鄭盛濤

（石河子大學，新疆石河子 832000)

隨著當前環境污染與能源浪費問題的日漸突出，促使人們也開始將目光更多的轉向對新能源的開發與利用，太陽能是目前人類在新能源應用領域開展最廣泛的一項內容。在光伏與半導體產業的生產過程中，多晶硅是其中必不可少的一項生產原材料，因此針對多晶硅生產的節能降耗展開相關的研究工作意義重大。分析了當前多晶硅生產的主要工藝流程，并提出了優化電控系統、優化提純工藝、廢物廢熱利用等具體的節能降耗措施，希望能夠為有關研究人員提供一些有價值的參考。

多晶硅；生產工藝；節能；太陽能

隨著目前新能源市場的快速化發展，太陽能電池產業也取得了巨大的發展成就，而在整個太陽能電池市場中多晶硅太陽能電池約占到總額的90%以上，并且這一材料在未來的很長一段時間內將仍是太陽能電池行業的主要材料。因此，企業在面臨激烈的市場競爭時，只有不斷探索相關節能降耗新技術，生產出更高質量、更低能耗與成本的多晶硅光伏產品，才能夠實現對企業競爭力的全面提升，并最終促成企業經濟利潤與社會效益的共贏。

1 多晶硅生產工藝分析

目前在多晶硅產生過程中所采取的工藝流程主要就包括了以下5個方面的內容，現具體分析如下：

1）合成三氯氫硅。將氯化氫和粗硅粉置于環境溫度約為300℃，大氣壓約為0.3MPa的條件下，便可合成出三氯氫硅。

2）精餾。將合成之后的三氯氫硅通過多級精餾，使其能夠達到99.999 9%級別的純度水平，將其中所包含的各類雜物徹底清除。

3）還原。將經過提純之后的三氯氫硅和氫氣置于環境溫度約為115 0℃，大氣壓約為0.6MPa的條件下，便可在導電硅芯之上沉積產生出高純度多晶硅材料，硅芯電壓最大能夠達到55kV，最大電流能夠達到5 500A。

4）氫化。三氯氫硅在合成以后，四氯化硅可在環境溫度約為1 300℃，大氣壓約為0.65MPa的條件下通過高純度氫氣還原生成三氯氫硅，在化學反應過程當中其溫度熱力主要是來源于氫化爐內的導電石墨電極。

5）尾氣回收。將氫化尾氣內的氯硅烷、氯化氫、氫氣等利用尾氣回收裝置經過分離處理之后便可再次進行重復利用。

這一工藝流程即為通過閉環生產方式來進行多晶硅產品的生產，是多晶硅生產過程中的一項主流技術手段，其所產生出的能源耗損大都來自于精餾工藝蒸汽和還原氫化工藝電耗兩部分。不同供料和功率比值之時的還原爐一次還原率情況如下圖1所示。

2 節能降耗措施

基于現代理念下的化工產品生產，越來越注重生產過程的節能性，目前行業內在節能降耗方面的研究也投入了大規模的人力、物力來開展新型節能技術的研發工作，也有許多新的工藝技術不斷問世，現介紹集中目前較為主流的多晶硅生產節能降耗措施。

圖1 不同供料和功率比值之時的還原爐一次還原率情況

2.1 優化電控系統

多晶硅的生產過程當中對于電力能源的耗損十分龐大，對此可借助于對供電能源控制系統的優化改進來達到降低電能耗損的目的，具體可由以下兩方面來著手實施：①依據工藝條件對電壓與電流進行優化調控，也就是結合反應爐的實時性溫度條件以及壓力情況來調控電流及電壓，最終確保電流與電壓能夠達到最優化配置；②降低電磁與其他有害輻射對產品本身所造成的損傷，例如采用特殊形式所設計出的電控系統，可大幅度降低還原爐當中的電磁輻射，此舉不但能夠大大縮減倒爐次數，同時還有助于減小還原電壓力值。

2.2 優化提純工藝

在進行三氯氫硅提純處理之時，主要是要將其中的金屬與非金屬雜質徹底清除，當前得到廣泛應用的一項提純技術即精餾技術，選用先進的提純技術與精餾技術可大幅度降低能源耗損。可將精餾塔分成多個不同能位的結構形式，能位級別相對較高的塔頂蒸汽能為再沸器供熱，并且其自身也將會被冷凝。由此，在多效精餾塔內，僅需在首個塔釜中添加能量，末尾塔頂蒸汽可采用冷卻介質做到冷凝，其余各塔無需額外再進行供熱及冷卻，因此節能效果極為明顯。通過理論計算來看，和單塔結構相對比而言，雙塔所構成的雙效精餾節能效果能夠達到52%以上，三效精餾塔節能效果則可達到69%以上，四效精餾節能效果可達到77%以上。

2.3 廢物廢熱利用

2.3.1 廢物利用

在多晶硅生產階段會有大規模的廢氣、廢液產生，傳統處

理方式是利用堿液淋洗，這將會導致大規模的高鹽分廢水生成，這些廢水不但會對環境造成嚴重影響，也是一種資源浪費行為。對此，有部分廠家就通過采用焚燒處理的方式來回收廢物中的二氧化硫與濃鹽酸等物質，同時在焚燒過程中所產生出的熱能還能夠用于結晶蒸發環節，實現對廢水的回收利用。

2.3.2 廢熱利用

在還原與氫化工藝環節會產生出大規模的熱量，這些熱量大多會被循環水帶走，循環水的溫度與壓力均相對較高，傳統工藝主要是利用空冷與冷卻水循環方式帶走。而目前部分企業通過工藝改造，把這一部分熱水應用在了溴化鋰鍋爐制冷環節，取得十分顯著的應用效果。

3 結束語

總而言之，伴隨著當前國家對于新能源發展與利用在政策層面上的大力支持，必定會促進多晶硅產業的高速化發展。面對當前競爭激勵程度日漸加劇的國際市場，只有掌握技術與成本優勢，才能夠始終屹立于巨大的市場沖擊影響，促使企業在激烈的市場競爭中處于不敗地位，因此節能降耗工作的有序開展也將是實現這一目標的主要途徑。

[1] 柯曾鵬，楊志國，劉繼三，等.多晶硅行業生產節能有效途徑探討[J].化學工程，2013，41（3）.

[2] 嚴大洲，楊永亮，張升學，等.多晶硅能耗分析與節能實踐[J].電子科學技術，2014，（2）.

[3] 劉建海，李萬存，郭蔡民，等.多晶硅行業生產節能有效途徑解析[J].中國化工貿易，2015，7（24）.

[4] 鄭盛濤.多晶硅生產中能耗的分析及節能對策分析[J].環球人文地理，2016，（4）.

Study on Energy Saving and Consumption Reduction of Polycrystalline Silicon Production

Zheng Sheng-tao

With the development of the environmental pollution and waste of energy issues have become increasingly prominent，the people also began to look more to the development and utilization of new energy，solar energy is the human to carry out a content most widely used in new energy applications.In the production process of photovoltaic and semiconductor industry，polysilicon is one of the essential raw materials for production.Therefore，it is of great significance to carry out relevant research on the energy saving and consumption reduction of polysilicon production.This paper analyzes the main process of polysilicon production at present，further put forward the optimization of electronic control system and optimization of the purification process of waste，waste heat utilization of energy saving measures，hoping to provide some valuable reference for the related researchers.

polycrystalline silicon；production process；energy saving；solar energy

TQ127.2

A

1003–6490（2017）11–0212–02

2017–09–26

鄭盛濤（1983—），男，山東濰坊人，助理工程師，主要研究方向為化學工程與工藝。