多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺

刘露(江苏索普工程科技有限公司，江苏镇江212006)

多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺

刘露(江苏索普工程科技有限公司，江苏镇江212006)

多晶硅在我国拥有着广泛的生产市场和消费市场，为了实现能量的集成与过程的优化，可以采用化工模拟软件PRO进行模拟集成，减少设备投资，提高工业化程度。全球性的气候变化和能源安全使各国积极推进能源产业转型，我国光伏产能以70%的速度增长，位居世界前列，多晶硅的供应将直接影响光伏产业的发展。本文主要分析了多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺在我国的发展。

多晶硅生产;三氯氢硅;精馏节能工艺

多晶硅作为高能耗的化工产品，是生产太阳能电子元件的基础性材料，在光伏产业发展的过程中发挥着极其重要的作用，在国家能源中占有很大的比重，当前，全球多晶硅的需求量远远大于生产能力，出现了供应紧张的现象，价格不断提高，给国内光伏产业的发展带来了很大的影响，当前，我国急需改善多晶硅行业的发展状况，提高多晶硅的供应量，解决成本高、能耗大，技术相对落后的问题，升级多级精馏提纯三氯氢硅的技术，降低分离能耗，提高多晶硅的生产率，为光伏行业的发展奠定良好的基础。

1 多晶硅生产中三氯氢硅精馏基础性节能工艺

1.1 差压热耦合技术

差压热耦合技术最早由苏联学者提出，此技术具备了最理想的热力学结构，能够有效降低能耗，至少降低30%，且能够减少生产设备的投资，利用两塔之间存在的压力差进行精馏分化，最主要的原料有三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅，根据三氯氢硅精馏塔的主要构成与温度设定，将其他原料依照标准进行合理的设定与操作，选择适当的集成条件，实现能量集成与能量的强化，此技术适用于中间产品组成大的物系，三氯化硅的组成为90%-99%。如图：

热耦合技术对于三氯化硅的纯度要求较高，为99.9999%以上，在两塔之间形成压力差,解决常规热耦精馏主塔与副塔之间压力过大的问题，便于生产过程的操作与控制，高纯三氯氢硅的提炼难度较大，能耗也较大，对于此生产过程余热的回收将会产生巨大的经济效益，具有很强的节能意义。

1.2 高纯三氯化硅差压耦合精馏技术

在化工领域，高纯三氯氢硅的差压耦合技术在大范围的推广使用中，从已有的数据研究可以看出，三氯氢硅的能耗得到明显的降低，结合多个项目工程的开发，可以分为多塔和两塔高纯三氯氢硅差压耦合开发技术。将精馏塔分为低压和加压精馏塔，低压精馏塔与常规单塔使用方法与效果相同，加压分馏塔的加压操作以提高塔顶馏出气的温位，实现了热匹配，利于高压塔冷凝器和低压塔再沸器之间的热源匹配，实现能量的集成与工艺优化，降低多晶硅的生产能耗，实现节能生产。由T1口进料，在塔顶得到二氯氢硅等成分，在经过加工处理后塔底的脱轻液一部分进入再沸器，为塔顶的蒸汽提供冷量而另一部分则为低压塔塔釜提供热量，以作为输出，以实现进一步的处理，此技术能够使多晶硅的提炼纯度增加，杂质含量大大减少，这项技术的推广应用在国内多家多晶硅生产企业得到推广应用，拓展出三塔耦合、四塔耦合等工艺流程，并取得了巨大成效。下图为提炼工艺流程图。

2 节能生产工艺对比

2.1 两塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术

主要参数应用对比：

两塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术的各项参数如上图所示，根据此参数可以进行高纯度多晶硅的生产，理论板数、回流进料比和采出都需要经过科学的测定，将高压塔之间的压力差控制在300KPa左右，使塔顶的的温度提高并满足燃料雾化所需的温度和冷凝所需要的热量，进行热耦合，合理控制温度差与压差，实现能量的集成。此项技术节能效果显著，三氯化硅的收率较高，值得进一步推广和应用，在使用过程中全塔的压力、温度、浓度变化不大，稳定性强，安全性高。

2.2 三塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术

三塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术的工艺流程与两塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术相近，参数状况与上一项技术不尽相同，工艺流程更为复杂，分离效果远远高于两塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术。三塔高纯三氯化硅差压耦合精馏技术主要设计参数如下。精制，对三个塔的气压、温度进行合理的控制与实时监测，实现塔顶物料的回收利用，降低生产成本和生产能耗，进行热耦合以实现能量的集成。

高纯三氯化硅差压耦合精馏技术对于我国光伏产业的发展具有十分重要的意义，太阳能作为最清洁、最安全的能源在我国拥有着广阔的发展前景，发达国家对于光伏产业的发展更是格外的重视，能源革命将会是未来科技革命的主要方式。太阳能最佳的利用方式便是光伏的转化，即光伏效应，利用太阳能直射到光材料上进行直接发电，以硅材料的应用开发为基础，形成我国光电转化产业链，即光伏产业包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等，我国政府大力支持光伏产业的发展，支持用户使用光伏应用、完善电价补贴政策、改进补贴管理、通过税收及财政制度从对光伏企业的发展予以支持，完善土地管理及使用政策，支持关键材料及设备的技术研发和产业化，加强光伏产业标准和规范建设，鼓励银行等金融机构采取措施，缓解光伏制造企业融资困难，为我国光伏产业的发展创造良好的环境。

脱轻塔除去二氯氢硅等氢组分，脱重塔除去STC等重组分，再脱轻塔则对三氯氢硅进行再次脱轻，实现多晶硅原料的

[1]周舟,谢岩.多晶硅生产过程中三氯氢硅精馏装置改造项目研究[J].中国石油和化工标准与质量,2016,(16):95-96+98.

[2]张远弟,谢刚,俞小花.国内三氯氢硅精馏节能技术应用进展[J].化学工业与工程技术,2013,(04):62-65.

[3]李闻笛,廉景燕,丛山,李洪.高纯三氯氢硅精馏节能工艺的模拟分析[J].现代化工,2012,(09):93-95.

[4]黄国强,石秋玲,王红星.多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺[J].化工进展,2011,(12):2601-2605.