改良西门子法多晶硅生产中的热能综合应用

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摘 要：多晶硅生产过程中需要进行精馏、还原，同时还需要对产生的尾气进行回收。为了能够降低多晶硅的生产成本，达到节能降耗的目的，需要多晶硅企业的生产技术进行综合分析，通过热能综合应用的方式对不同的单元进行改造。基于此，本文将重点针对改良西门子法多晶硅生产中的热能综合应用方式进行分析，以便更好的达到节能的目的。

关键词：改良西门子法;多晶硅生产;热能综合

1 多晶硅还原生产工艺

多晶硅是一种非常重要的半导体材料，我国针对多晶硅的生产使用最多的就是改良西门子法，多晶硅还原是多晶硅生产过程中一种重要的生产工艺，对高纯度的三氯氢硅进行沉淀反应。在硅棒的表面生成高纯度的多晶硅，其公式为：

以三氯氢硅作为沉淀反应的原料，在硅棒的表面进行沉淀反应，温度约为1100℃左右，生成多晶硅，在生成的过程中会产生氯化氢、四氧化硅等，这种沉淀反应一般被成为吸热，硅棒的温度要保持在1100℃左右，同时硅棒的两端要时刻保持通电的状态，以保证硅棒中有一定量的电流经过，让硅棒能够发热。在硅棒的表面有单质硅的存在，电流越大则沉淀的面积越大，面积越大则热量越高。为了不影响材质，需要将硅棒辐射的热量进行转移。在生成多晶硅的反应中，副产了一定量的HCl，根据大量气态HCl对各种金属合金高温腐蚀影响的研究，HCl对金属的高温强腐蚀主要发生在温度为550～700℃之间，为了不影响还原炉的寿命，需要将还原炉的内壁温度控制在550℃以下。

2 精馏分析

多晶硅精馏单元中有合成、还原以及冷氢化等三个主要的精馏单元，精馏单元作为多晶硅生产过程中消耗能源最大的一个单元，需要进行特别的注意。生产多晶硅的氯硅烷对于分离的要求较高，操作的过程中容易产生回流比，再沸量较大，因此所产生的冷媒质量较好。在生产的过程中为了更好的得到制冷效果，需要使用常温的冷却水代替深度的冷水进行冷却，这样做的目的是为了提高冷凝的温度。传统的多晶硅精馏系统都是采用蒸汽加热的方式，如果是5000t/a的多晶硅精馏，需要的热量大概为47698kW。对传统的多效精馏的工艺进行拓展，能够实现节能降耗的目的，利用能位较高的塔，代替能位较低的塔，这样可以轻松实现节能的目的;对精馏系统的工艺进行改进，利用分离塔进口物流换热的方式，能够有效的节省热量，提高蒸汽。精馏工艺中有一种高效分离技术中，填料作为调料塔的重要介质，其性能取决于填料表面的湿润程度以及流体的分布程度，填料可以在单位体积内提供较大的传质面积，从而达到较高的分离纯度。高效导向筛板生产弹性大，分离效果好，且单板的压降小，维修起来较为方便。

3 蒸汽疏水热能综合利用分析

7℃的水需要的熱量大约为3488kW，采用溴化锂机组的方式进行制冷，而传统的方式则是使用蒸汽加热的方式，对于生产企业的蒸汽疏水，则需要依靠循环水冷却进行降温，蒸汽疏水靠循环水冷却降温，为采取蒸汽疏水热能，蒸汽疏水热能白白浪费。对蒸汽疏水与暖通水进行调换，疏水进水与出水的温度为125℃、89℃;暖通水进水与出水的温度为80℃、90℃，暖通水主要是使用溴化锂机组制冷的方式，将换热后的疏水直接放入锅炉箱中，剩余的热量会通过蒸汽加热器的方式进行加热，从而达到疏水余热综合利用的目的。

4 多晶硅热能综合利用效果

通过热能综合利用5000t/a多晶硅生产线满符合运行所耗的蒸汽和循环水如表1所示。

还原率夹套、尾气冷却水、蒸汽疏水等热能综合利用的二次利用，只需要补充10～11t/h的蒸汽即可满足，还原炉高温水不需要循环水冷却，还原尾气也不需要循环水冷却，蒸馏系统不需要蒸汽加热，每小时能够减少热量58452kW，折合蒸汽83.5t/h，全年节约八8000万元，还原夹套、尾气按循环水进行冷却，每小时可以节约590元，全年可以节省400多万元，循环水系统节约补水100000m3，每年可节约将近50万元，极大的提高了企业的经济效益。

5 结束语

多晶硅还原、精馏、尾气回收等作为多晶硅生产过程中主要的单元，对其进行热量综合利用，能够有效的减少电能消耗，为多晶硅企业创造更高的利润。利用高温水将热量移走，然后使用蒸汽的热能利用方式降低生产成本，以低温水作为热载体的热能方式正在逐渐被淘汰，正在以高温水作为热载体作为新的热能利用方式，为企业带来更高的生产效益。

参考文献：

[1]李锋.热能综合利用在改良西门子法多晶硅生产中的应用[J].现代化工，2015（9）：152-155.

[2]杨志国，柯曾鹏.多晶硅还原热能利用途径的探讨[J].工业技术创新，2016，3（3）：318-321.

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