年产3000吨电子级多晶硅建设项目可行性研究报告

目录第一章总论111概述1111项目名称、主办单位、建设地点1112编制依据和原则1113项目提出的背景及投资的必要性212项目建设的有利条件5121XXXXXX概况5122项目区水资源概况6123供电情况7124当地交通运输现状713项目研究范围8131工艺生产装置8132辅助生产装置8133公用工程设施8134其它914项目投资915项目主要经济技术指标9第二章市场预测1121产品用途1122市场预测分析12221国外市场分析12222国内市场分析1423产品市场价格分析17第三章生产规模和产品方案1931生产规模1932产品方案19第四章工艺技术方案2141工艺技术方案的选择21411工艺技术概况21412工艺技术方案的确定22413工艺流程2342工艺装置24421三氯氢硅车间24422氯硅烷提纯车间29423多晶硅车间32424高纯多晶硅后处理工序36425硅芯制备工序38426氢气制备及净化车间3843产品产量和原材料、辅助材料及公用工程消耗定额及消耗量40431产品产量40432原材料、辅助材料及公用工程消耗定额及消耗量4044自控技术方案41441简述41432控制水平42443仪表选型42444仪表电源及仪表空气4345主要设备的选择43451设备选择原则43452主要设备选型43453主要设备表45第五章原料、燃料及动力供应4751主要原材料47511工业硅粉47512液氯48513脱盐水48514氢气4952辅助材料49521苛性钠49522生石灰50523氢氟酸50524硝酸5053公用工程规格及供应50531、蒸汽50532循环水51533新鲜水51534电力51535氮气52536仪表空气52第六章建厂条件及厂址方案5361建厂条件53611厂址区域概况53612供热5562厂址方案55第七章总图运输5671总平面布置56711总平面布置原则56712功能划分56713总平面布置方案57714主要技术经济指标5772竖向设计58721设计原则58722竖向设计方式及土方工程量5873工厂运输59731运输量59732运输方案及运输车辆5974工厂防护设施6075绿化60第八章公用、辅助工程6181供水61811供水水源61812项目用水量61813供水系统6282排水量及排水系统划分65821排水量65822排水系统划分6583供电67831全厂用电负荷及负荷等级67832电源状况67833配电方案68834功率因素补偿68835电气设备选型68836节能措施6984电信69841电信系统状况及设置69842电信设施方案7085供热及供冷71851供热71852供冷7286空压、制氮73861空气压缩73862制氮7387维修和仓库74871维修74872仓库7488化验室75881化验室设置的目的75882化验室设置的任务75883化验室的规模、要求和组成75884分析仪器设备7689贮运设施76891概述76892原料、中间产品及成品的贮存天数与贮存量77810工艺及供热外管788101工作范围及介质情况788102管道敷设的原则及敷设方式79811采暖通风及空气调节798111设计采用的标准规范79采暖、通风及空气调节的设计原则808112采暖、通风及空调设计方案81第九章土建工程8291编制依据8292建筑、结构设计原则8293建筑、结构设计方案8394对防火、防腐、防噪、防尘及建筑物内外装修等问题的处理8395工程地质8496地基处理原则8597项目主要建构筑物8698三材估算88第十章节能89104设计依据89102节能措施89103能耗指标91第十一章环境保护92111设计依据92112建设项目的主要污染源及污染物921121建设项目概况921122主要污染源与污染物93113环境保护与综合利用971131废气处理措施971132废水（液）处理措施971133固体废物处理981134降噪措施981135绿化98114清洁生产简述98115环境管理与监测现状991151环境管理991152环境监测99116环境保护费99第十二章劳动保护及安全卫生100121设计依据及设计中采用的标准100122生产过程中职业危害因素及其影响1011221主要职业危险、危害因素分析1011222火灾爆炸1011223毒性危害/窒息性1021224化学灼伤及腐蚀1021225噪声危害1031226高温烫伤及低温冻伤1031227触电及机械伤害1031228粉尘危害1041229其他危害104123劳动安全卫生设计中采用的主要防范措施1041231建筑及场地布置1041232工艺及自控1051233消防1051234电气及电信1051235其它106第十三章消防108131设计依据108132设计范围与分工108133项目概况108134火险分析109135防火安全措施1121351有火灾爆炸危险介质的设备安全控制措施及异常情况的紧急控制措施1121352总图1131353建、构筑物防火1151354排水1161355电气1161356通风与采暖119136消防设计1201361概述1201362水消防1201363泡沫消防1211364干粉消防1211365移动消防设施1211366系统控制121第十四章工厂组织与劳动定员123141工厂体制及组织机构123142生产班制及定员123143工人、技术人员和管理人员的来源124第十五章项目实施计划125151项目实施阶段的划分125152项目实施进度计划125第十六章投资估算与资金筹措126161投资估算1261611工程概况及投资分析1261612编制依据1261613其它127162资金筹措127163投资估算表128第十七章技术经济分析129171项目概况129172编制依据129173基本经济数据129174生产成本和费用估算130175销售收入131176利润131177财务评价1321771财务盈利能力分析1321772清偿能力分析1321773不确定性分析132178财务评价结论133附表134附图134第一章总论11概述111项目名称、主办单位、建设地点项目名称XXXXXX年产3000吨电子级多晶硅建设项目；主办单位XXXXXX；建设地址XXXXXX；112编制依据和原则（1）编制依据A投资项目可行性研究指南，国家计委，2002年1月；B当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录，2000年修订；C化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定化学工业部1997年8月。（2）编制原则A贯彻可持续发展战略，坚持安全生产与环境保护并重的原则。B遵循国家有关产业政策，深入进行市场调查，紧密跟踪产品市场需求，以高品位的产品质量和较低的生产成本适应激烈的市场竞争，确保项目具有良好的经济效益和发展前景。C高起点、积极采用国内外先进技术，做到工艺技术及设备先进、可靠、成熟、以及具备国际竞争力的原则。D坚持统一规划，充分利用一、二期工程的公用工程及辅助实施，立足当前，兼顾长远的原则。E贯彻工厂规模大型化、布置一体化、生产装置露天化、公用工程社会化、引进技术与创新相结合的方针，大部分设备立足国内制造。F充分了解国家、地方的相关现行政策，根据建设场地现状、周边环境，合理利用地方资源，力争本项目产生良好的社会效益和经济效益。113项目提出的背景及投资的必要性多晶硅材料作为制造集成电路硅衬底、太阳能电池等产品的主要原料，是发展信息产业和新能源产业的重要基石。多晶硅是单晶硅的主要原料，其深加工产品被广泛应用于半导体工业，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件和集成电路的基础材料,国际集成电路芯片及各类半导体器件95以上是用硅材料制造的。半导体工业是信息产业的基础和核心。因此，硅材料业是电子信息产业的基础。专家预计电子信息产业今后一段时期对多晶硅材料的需求量至少以每年5的速度递增。由于世界人口和发展中国家（例如中国）工业进程加快，全球能源消耗以3的速度增长，并在今后较长的时间内将可能维持这个增长速度。在这种情况下，目前全球已经探明的一次能源的储量预计在100年内将会耗尽。因此，全球积极开发利用可再生能源势在必行。太阳能作为最重要的可再生能源之一，由于其清洁、卫生、安全、资源丰富等多方面的优势，其发展越来越得到人们的重视。世界各国积极支持太阳能光伏产业的发展，包括日本、德国、美国在内的许多发达国家都出台了旨在鼓励太阳能光伏产业发展的政策，例如“太阳能屋顶计划”、“新能源法”等，发展中国家政府也是如此。中国不仅加入了“京都议定书”，并且颁布实施了“可再生能源法”。因此，太阳能光伏产业成为世界上发展最快的高新技术产业之一，过去10年的年均增长速度达到39，并呈现加速增长的态势。太阳能光伏产业链的上游主要包括生产太阳能电池所需要的核心原料多晶硅材料的生产；但目前高纯度多晶硅原料的供应短缺，成为制约太阳能光伏产业发展的瓶颈。2007年全世界高纯度多晶硅材料的消费量增长到了46700吨，而供应量仅37500吨，近20的供需缺口要通过企业库存的减少来弥补。在46700吨的消费量中，电子行业消费了21700吨，太阳能光伏发电行业消费了25200吨。随着太阳能光伏发电行业的高速发展，其对高纯度多晶硅材料的需求量将大大超过电子行业的需求量。由于多晶硅材料严重供不应求，高纯多晶硅国际市场供货价格2007年上涨到了250300美元/公斤，目前国际市场长期供货价格超过了300美元/公斤，今年价格还将进一步上涨到350美元/公斤。目前多晶硅材料2008年全年的期货已经售完，这些材料的现货价格近期超过了350美元/公斤。部分太阳能电池生产企业抢购电路级多晶硅用于太阳能电池的生产，导致全世界电路级多晶硅材料也供应紧张，并且拉动了电路级多晶硅材料的价格上扬。世界太阳能光伏发电市场的高速发展也带动了我国太阳能光伏发电行业的巨大发展，尤其是产业链中劳动密集型的太阳能电池加工，正大量向我国转移，据不完全统计，2007年我国太阳能电池的生产能力已经超过了1000MW，包括无锡尚德和保定英利等企业的在建生产规模超过了800MW，而规划中的产能合计超过4000MW。预计2008年我国太阳能电池的生产能力将达到1900MW，对多晶硅材料的需求将达1500017000吨，加上电子行业的需求，我国对多晶硅材料的需求量将超过18000吨。而2007年我国的多晶硅生产能力仅为1400吨，迫使我国企业不得不从国外大量进口多晶硅原料。但是，国外生产企业却对我国采取高价限量的措施，大大制约了我国电子信息产业和太阳能光伏发电产业的发展。因此，中国急需建设一个或多个大型的多晶硅生产厂，以缓解国内多晶硅原料需求供给严重不足的问题，并为我国太阳能光伏产业和电子产业的健康蓬勃发展提供必要的基础保证。根据目前的市场格局和发展趋势，本项目采用立足电路级，主要面向太阳能市场，暂不参与高端市场的建设方案。既避免了高品质多晶硅生产技术门槛高的难点，又能利用现有成熟技术在较短时间完成工厂建设，抓住市场时机，也能部分参与电路级市场竞争，具有风险小，见效快，适应性强的特点。因此，从工艺和规模经济、以及市场容量而言，总体规划10000吨/年多晶硅，一期设计3000吨/年多晶硅生产线建设是比较切合实际的规模，这也得到了美国、日本、中国的多晶硅厂的实践证明。12项目建设的有利条件121XXXXXX概况XXXXXX地处县城城区西部，地处内蒙、辽宁、河北三省区交汇处，园区紧靠306国道，距天义火车站5公里，距赤峰机场110公里，距北京380公里，距锦州港200公里，距秦皇岛港口300公里。这里交通十分方便，自然环境良好，四季分明，气候温和，具有良好的投资发展环境。项目周边地区硅石资源丰富，矿石品位高，目前在开发区已建成东北第一家三氯氢硅生产企业，一期生产规模为年产三氯氢硅5000吨，二期工程计划在2010年开始建设，预计2011年投产，达到年产三氯氢硅3万吨的生产规模，为建设多晶硅项目提供了原料保障，同时，XXXXXX经济开发区是自治区级开发区，经内蒙古自治区建设厅批复的总体规划面积为45平方公里，由国土资源部核准的近期建设面积为176平方公里，规划符合XXXXXX县城市总体规划和土地利用总体规划的要求，多晶硅项目具备在开发区选址的条件。XXXXXX经济开发区（中京工业园区）自2003年建设以来，目前基础设施功能比较完备，三横一纵道路格局已经形成，园区变电站项目目前已经开工建设，预计在2010年投入使用。项目占地应按照投资规模或产值来考虑，根据内蒙古自治区工业项目用地控制指标的要求，非金属矿物制造业用地投资强度至少为405万元/公顷，参照近期由自治区编制的用地报告其园区现状投资强度为650万元/公顷、工业用地产出强度1616万元/公顷；确定的园区理想值投资强度为750万元/公顷、工业用地产出强度1850万元/公顷。所用地位置应尽量靠近三氯氢硅项目。园区目前土地费用主要是土地出让金最低标准为56万元/亩、建设用地批转约为51万元/亩、征地费约为4万元/亩。其它如勘界、土地评估、报件图纸编制等由中介结构收取。122项目区水资源概况XXXXXX县污水处理厂设计处理能力4104T/D，实际处理能力2104T/D。据1990年水利区划资料，全县地表水资源量为349108M3，其中境外客水177108M3；地下水资源量为274108M3，其中地下水可开采量为182108M3。全县人均水资源占有量不足900M2。目前全县地表水用量为02378108M3，占全市地表水资源量的68，地下水现状耕水量105108M3。除少部分地区出现超采现象外，其它地区地下水仍有开发潜力。老哈河属辽河二级支流水系，发源于河北省七老图山脉的光头山，自甸子乡七家入境与黑里河汇流后，由西南向东北穿越全县。主河道流经甸子、双庙、必斯营子、榆树林子、大明、铁匠营子、城关、二龙、汐子等九个乡（镇），至汐子与坤兑汇流后出境，境内主河道长782公里。取水处老哈河以上流域面积2340平方公里，多年平均径流量15384万立方米。W5012512万立方米，W951289万立方米。123供电情况XXXXXX县电厂数量为4个（打虎石发电站、大城子钓鱼台发电站、大城子白塔子发电站、西泉发电站）。发电厂装机容量（66KV打虎石发电站为1500KW、10KV大城子钓鱼台发电站为625KW、10KV大城子白塔子发电站150KW、10KV西泉发电站为50KW），主网架电压等级为66KV。XXXXXX县以天义尤家洼220KV一次变电站为中心，以6条66KV246公里的送电线路为网架，现有12座66KV农村及工矿变电站，主变21台，容量72950千伏安（其中农电管辖10座变电站，主变19台，容量70950千伏安）。54条10KV配电线路2150公里，有配电变压器3560台，容量168400千伏安。有494613公里的低压线路形成辐射全县13个乡镇，342个行政村的输变电及高压供电网络。现在全县2648个村民组全部通电。124当地交通运输现状XXXXXX地处三省区交界，交通便利，境内“叶柏寿赤峰”铁路纵贯境内，铁路复线工程正在开展前期工作。经过县城天义、“承四”和“赤朝”两条高速公路的连接线已列入市政府主推的重点工程。“306”国道、“207”省道贯通境内，距“四平承德”、“朝阳赤峰”高速公路出口30公里左右，距“丹拉”线赤峰北部大通道300公里。境内乡乡通油路，村村通公路，天旺线、天山线、大三线等县级公路和二十三条乡级公路形成了十分便利的公路运输网络。13项目研究范围131工艺生产装置（1）氢气制备和净化（2）氯氢化车间（3）精馏车间（三氯氢硅精馏及罐区）（4）还原车间（三氯氢硅还原）（5）整理车间（硅芯制备及产品后处理）（6）还原尾气回收（CDI）（7）废料处理（工艺废气及废液处理）132辅助生产装置（1）空压、（2）冷冻站（3）脱盐水站（4）三废处理133公用工程设施（1）循环水站；（2）车间变电所和全厂供配电；（3）通信设施；（4）厂区供热及工艺外管；（5）道路和运输；134其它（1）大门、围墙；（2）消防（扩建消防水管网）14项目投资15项目主要经济技术指标本项目的主要技术经济指标见下表主要技术经济指标序号项目名称单位数量备注一产品方案1主产品太阳能级多晶硅T/A30002副产品氧气NM3/A1246105二原料消耗1硅粉T/A3500主要原料2液氯T/A1900主要原料3氢氟酸T/A1304无水硝酸T/A12246氢氧化钠（以20NAOH溶液计）T/A3767生石灰（以100CAO计）T/A1110序号项目名称单位数量备注8包装物个/A1200000三公用工程消耗量1新鲜水T/A45280002电106KWH/A5403蒸汽T/A5600004仪表空气正常NM3/H40005氮气正常NM3/H4000五三废排放量1废气NM3/H3002废水M3/H503废渣T/A450六运输量1运入量吨/年80002运出量吨/年70603总运输量吨/年15060七全厂定员人475八建筑面积M280100占地面积300000M2约450亩九工程项目总投资（报批总投资）万元2668021固定资产投资万元262110十财务评价指标1年均销售收入万元1764002年平均利润总额万元841913内部收益率税前3642税后29424投资回收期税前年397含建设期2年税后年446含建设期2年5投资利润率3156序号项目名称单位数量备注投资利税率40276贷款偿还期年413含建设期2年7盈亏平衡点2885第二章市场预测21产品用途多晶硅是信息产业和太阳能电池产业的重要原材料。高纯度多晶硅材料主要应用于电子行业和太阳能光伏发电行业。硅材料是生产集成电路和分立器件，如二极管、三极管、大功率整流管（ZP）、晶闸管（KP）、电力半导体模块（GLRIPM）、功率集成电路（PGC）等的基础材料。在过去较长的时间内，多晶硅材料的产品定位为电子行业需要的多晶硅材料，并不针对太阳能光伏行业，其产品85用于芯片和集成电路，只有少量边角料或次品等用于太阳能光伏行业多晶硅等外品约为多晶硅产量的5；结晶过程的等外品硅约为单晶硅产量的13左右；切片过程产生的次废品约为硅片产量的8左右；电子级硅的次级产品；随着石油、煤等资源的逐渐匮乏，太阳能在世界能源中的地位越来越重要，太阳能光伏发电行业得到世界各国前所未有的高度重视，美国能源部计划到2010年累计安装的太阳能发电装置所能达到的容量会超过4500MW，欧盟的目标是到2010年光伏发电装机容量要达到3600MW以上，日本政府提出2010年光伏发电装机容量要达到5000MW。太阳能光伏发电产业迅速崛起，对高纯晶体硅的需求量迅速增加。据统计，2007年全世界共消费了46900吨高纯度多晶硅材料，其中电子行业消费了21700吨，太阳能光伏发电行业消费了25200吨；而2008年全世界高纯度多晶硅材料的需求量增长到了62940吨，其中电子行业需求量25100吨，太阳能光伏发电行业需求量37840吨。随着太阳能光伏发电行业的高速发展，其对高纯度多晶硅材料的需求量将很快超过电子行业的需求量。22市场预测分析221国外市场分析（1）世界多晶硅材料需求分析近年世界电子行业的复苏和发展，尤其是世界太阳能光伏行业的的高速发展带动了对高纯度多晶硅材料的大量需求。A太阳能光伏行业需求分析在美国、日本、德国、西班牙等40多个国家政府的积极支持推动下，太阳能终端用户对太阳能光伏发电电池的需求大大超过了生产能力，因此世界太阳能电池的产量从2005年的165GW迅速增长到2007年的35GW,到2008年达到了54GW，预计到2010年以前太阳能电池的产量都将保持35的年增长速度。按照这个速度，太阳能电池的产量到2010年将比2007年的产量增长5倍，达到107GW以上。1994年全世界太阳能电池的生产量只有69MW，而2005年就达到165GW，10年间就增长了20多倍，特别是2004年比上一年增长了61。上述太阳能电池中，晶体硅电池占总产量的85。如果加上硅基材料，则99的太阳能电池都是以高纯度多晶硅硅材料为主要原料。2006年太阳能光伏发电行业利用了19320吨高纯度多晶硅硅材料，2007年为25200吨。太阳能电池产量的高速增长导致对高纯多晶硅材料的大量需求，预计2008年多晶硅材料的需求量为37840吨，到2010年的需求量将超过73000吨。B电子行业需求分析随着世界电子行业的复苏和发展，2007年电子行业利用了21700吨高纯度多晶硅材料，预计2008年2010年电子行业对多晶硅材料需求的年增长率将超过7，到2010年对多晶硅材料的需求将超过30400吨。因此，预计2010年全世界太阳能行业和电子行业的硅料需求将超过73000吨。（2）世界多晶硅材料生产情况世界上多晶硅制造技术主要是由美、日、德三个国家垄断，生产厂家主要控制在七大公司10个工厂。世界主要多晶硅厂情况公司产能T/A原料直拉原料；工艺现反应器、产品形状技术研发动向及对应产品方向公司产能T/A原料直拉原料；工艺现反应器、产品形状技术研发动向及对应产品方向HEMLOCKUSA7400CL2、H2、冶金SI；SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENSREOCTOR棒状研发能生产粒状反应器；SOG硅TOKUYAMAJAP5200CL2、H2、冶金SI；SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENS反应器；REOCTOR棒状VLD工艺技术，TUBRCATOR；SOG硅WACKERGERMAN5000CL2、H2、冶金SI；SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENS反应器；R棒状FRB反应器技术装置；粒状SOG多晶硅MITSUBISHIUSA1200CL2、H2、冶金SI；SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENS反应器；R棒状MITSUBICHJAP1600CL2、H2、冶金SI；SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENS反应器；R棒状SUMITOMOJAP700CL2、H2、冶金SI；SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENS反应棒状MEMEITALY1100SIHCL3；改良西门子工艺SIEMENS反应棒状MEMEUSA2700AL、NA、H2、H2SIF；SIH4；SIH4热分解工艺FRB反应器粒状硅SGSUSA2300冶金硅、SICL4、H2；SIH4；SIH4热分解工艺SIEMENS反应棒状研发新型反应器；采用SIH4热分解生产粒状多晶硅ASIMIUSA2400冶金硅、SICL4、H2；SIH4；SIH4热分解工艺SIEMENS反应棒状世界高纯度多晶硅材料的产量从2005年的30680吨增长到2007年的37500吨左右。许多生产企业采取消除生产薄弱环节、生产线满负荷运作、降低库存等措施来满足电子行业和太阳能行业飚升的需求，但是远远不能满足快速增长的太阳能行业的需求。根据世界各国已经投资和很可能投资的产能扩张计划，预计多晶硅产量将从2005年的30680吨增长到2006年的33390吨，2007年的37500吨，2008年的50800吨，2009年的73050吨，2010年的96050吨。222国内市场分析（1）国内多晶硅市场分析A电子行业需求分析我国电子行业（集成电路）近年的高速增长,2004年我国集成电路产量达到219亿块，与2003年相比增长637，2005年其产量达到260亿块，产量增长十分迅速。当前我国电子级单晶硅、多晶硅与集成电路在发展步伐上不协调，产需不匹配的现象表现严重,尤其是生产电子级单晶硅所需的多晶硅基本都需从国外进口。初步统计，2007年电子行业对高纯度多晶硅材料的消耗量为1340吨（见表22）。预计我国电子行业“十一五”期间的增长率会超过7，到2008年对高纯度多晶硅材料的需求量将超过1560吨，到2010年对高纯度多晶硅材料的需求量将超过1800吨。B太阳能光伏行业需求分析由于我国常规能源的相对缺乏，我国近年高度重视太阳能光伏发电产业的发展。尤其从2004年开始，世界太阳能光伏发电市场的高速发展带动了我国太阳能光伏发电产业的巨大发展。据不完全统计，2005年我国太阳能电池的生产能力已经超过了200MW，对多晶硅材料的需求量将超过2000吨。包括无锡尚德和保定英利等企业的在建生产规模超过了800MW，而规划中的产能合计超过4000MW（见表22）。这些在建的生产能力预计在2008年建成投产，届时我国太阳能电池的生产能力将达到1900MW。随着新的生产能力的建设和投产，到2010年我国太阳能电池的生产能力也将大大超过3000MW。按照每MW太阳能电池需要消耗810吨高纯度多晶硅材料测算，到2008年我国太阳能光伏行业需求的多晶硅材料将为1400016000吨，到2010年对多晶硅材料的需求量将超过28000吨。我国太阳能电池/组件产能情况单位MW年份太阳能电池产量（MW）太阳能多晶硅需求量T电子级多晶硅需求量T中国总需求量T中国总产量T短缺量T200460630980161098015532005118711511090224110902161200640093688121048981210466820071021591941340105341340913420081900516724156018284156014784200927752414316902583316901498320103477628864189030724189010974因此，预计2010年我国太阳能光伏行业和电子行业的多晶硅料需求量将超过96000吨左右。（2）国内多晶硅材料生产现状我国多晶硅材料的生产起步于1964年，国家开始在四川峨嵋半导体材料厂（所）建设我国第一个多晶硅单晶硅厂。七十年代多晶硅厂曾高达20多家，但生产规模小，年产量都在30吨以下，生产装备工艺落后、成本高、缺乏竞争力，所以陆续停产。截止2007年底，我国高纯度多晶硅材料的生产厂家只有两家，即峨嵋半导体厂、洛阳中硅及江苏中能，产能2500吨，而实际的产量不足1500吨（见表23），同时国内的需求量超过3000吨，使得我国企业不得不从国外大量进口多晶硅。国内多晶硅的主要厂家及产量年产能/吨建成时间包括预期四川峨眉多晶硅生产示范线1001999年底四川峨眉太阳电池多晶硅项目2002006洛阳中硅300吨项目30020058洛阳中硅700吨扩产项目7002007年初洛阳中硅二期扩建工程20002008年四川新光硅业126020072江苏中能15002007合计606020072008尽管目前我国有1000吨级多晶硅材料生产企业正在筹建或试车投产，但我国的高纯度多晶硅材料的生产仍然处于刚刚开始起步阶段，完全不能满足国内需求，急需加快速度发展。23产品市场价格分析尽管多晶硅材料生产企业通过消除生产薄弱环节、生产线满负荷运作、降低库存等措施提高产量，但是远远不能满足电子行业和太阳能行业飚升的需求。一些大型电池和组件企业多晶硅原料库存不足5天，许多小公司根本没有硅原料库存。由于多晶硅材料严重供不应求，高纯多晶硅国际市场长期供货价格由2006年初的100美元/公斤上涨到2007年的300350美元/公斤，目前国际市场长期供货价格超过了350美元/公斤，今年价格还将进一步上涨到380400美元/公斤。目前多晶硅材料2008年全年的期货已经售完，这些材料的现货价格近期超过了400美元/公斤。部分太阳能电池生产企业抢购电路级多晶硅用于太阳能电池的生产，导致全世界电路级多晶硅材料也供应紧张，并且拉动了电路级多晶硅材料的价格上扬。因此，本可研报告多晶硅价格按100美元/公斤计，与目前市场价格相比较低，但随着全世界多晶硅项目的建设和扩产，最终价格应保持在80美元/公斤左右。第三章生产规模和产品方案31生产规模2007年我国的多晶硅需求超过10500吨，预计2010年我国太阳能光伏行业和电子行业的多晶硅料需求量将超过30700吨左右，而07年我国的生产能力只有1400吨/年，因此适当引进国外先进技术工艺，通过集成和消化创新，项目建设3000吨/年多晶硅生产厂，从工艺和规模经济，以及市场容量而言，是比较合适的规模。项目建设1500吨/年两条条生产线，不仅具备规模效应，且技术成熟可靠，系统主工艺及公用工程的配置都不存在工程技术障碍，能量及物料的综合利用等更平衡合理。32产品方案根据上述建设方案，本项目一期按照年产3000吨/年多晶硅、产品质量按电子级级进行设计，全部产品均满足太阳能电池的要求。工厂实际指标见下表多晶硅质量指标参数测量数值及单位分析方法备注掺杂及电阻率施主（P，AS，SB）150PPTA（最大）500CM（最小）受主（B，AL）100PPBA（最大）5000CM（最小）杂质含量的测定方法是用一个在区熔状态下的样品、通过光致发光光谱法（FTPL）或红外吸收法（FTIR）获得的。用于测定杂质和碳元素含量的样品是成批取样的。还原炉的每个沉积周期都需要抽取一批样品。参数测量数值及单位分析方法备注碳元素100PPBA（最大）碳元素含量是用一个经过退火的多晶硅样品、通过红外吸收法（FTIR）获得的。掺杂金属元素掺杂金属元素（FE，CU，NI，CR，ZN）总含量500PPTW表面金属元素FE500PPTW/250PPTA（最大）CU50PPTW/25PPTA（最大）NI100PPTW/50PPTA（最大）CR100PPTW/55PPTA（最大）ZN300PPTW/130PPTA（最大）NA800PPTW/980PPTA（最大）表面金属元素含量采用感应耦合等离子体法（ICP）、原子发射光谱法（AES）或其它类似的方法，测定多晶硅块酸腐蚀溶液而确定的。表面进行酸腐蚀、清洗块状多晶硅规格规格尺寸长度重量备注020MM20110MM110150MM1（最大）90（最小）10（最大）从电极上取下硅棒时，不包括任何小于20MM的部分第四章工艺技术方案41工艺技术方案的选择411工艺技术概况自西门子发明采用提纯的三氯氢硅在氢气气氛下，在加热的硅芯表面反应沉积多晶硅的方法（西门子法）后，经过多年的改进，逐步增加了四氯化硅的综合利用（四氯化硅热氢化为其中之一）和还原尾气的“干法回收”系统，工艺技术已趋于完善，即目前广泛采用的改良西门子法。为了稳妥可靠，其主要的生产工艺（三氯氢硅还原、四氯化硅氢化及还原尾气回收）采用国外引进，是通过工业硅与气态氯化氢的反应，将其转化为由三氯氢硅、四氯化硅、二氯氢硅、聚氯硅烷、金属杂质等组成的混合蒸汽并将其冷凝，用精馏的方法从冷凝液中分离出高纯度的三氯氢硅，再将汽化的三氯氢硅，与氢气按一定比例混合引入多晶硅还原炉，在置于还原炉内的棒状硅芯两端加以电压，产生高温，在高温硅芯表面，三氯氢硅被氢气还原成元素硅，并沉积在硅芯表面，逐渐生成所需规格的多晶硅棒。其工艺主要特点如下（1）采用国际上先进的工业硅与气态氯化氢的反应合成三氯氢硅技术，四氯化硅进行氢化，可以转化为三氯氢硅，利用率高，降低了多晶硅生产的单位原料消耗。使多晶硅生产系统的废气、废液、废渣排放量、排放种类大大减少，环境保护从根本上得到了保证；（2）采用高效、综合回收的精馏系统，物料消耗、能耗得到大幅度下降；（3）采用大流量、高沉积速度的18对棒进口还原炉工艺技术，大幅度提高了单炉年产量，降低了能耗；（4）采用还原尾气的干法回收技术，原料综合回收率达95，分离的氢气、氯化氢产品质量高，使混合气中的各种有用物料得到最大限度回收利用，也提高了多晶硅产品品质，减少了环境污染；（5）采用三相可控硅的还原电气自动控制技术，提高了还原的成功率、产量和安全性；（6）采用还原热能综合利用技术，降低了综合能耗；（7）在系统综合回收减少原料损耗的基础上，设计有完善的尾气、残液处理系统和先进的废水循环处理系统，确保了各项指标均符合国家环保要求；（8）采用先进的DCS自动控制系统、过程产量、质量更稳定，减少操作人员，降低成本。412工艺技术方案的确定本项目采用目前国外普遍采用的改良西门子工艺，即经过精馏提纯的三氯氢硅在纯氢气环境下，在1080的硅芯表面沉积，生成多晶硅，产品为棒状。还原反应后的“尾气”通过低温吸收法分离回收，分离出的氯硅烷到精馏提纯，氢气回还原炉循环使用，氯化氢返到三氯氢硅车间合成三氯氢硅。从精馏分离出的四氯化硅到四氯化硅氢化炉转化为三氯氢硅，精馏的产品三氯氢硅则到还原炉生产多晶硅。该工艺是大部分物料在系统内部循环的相对封闭的系统，技术成熟，生产稳定、安全、可靠、产品质量最稳定。本装置的设计能力为年产高纯多晶硅3000吨（以年操作时间330天为基准）。多晶硅装置由以下几个车间组成（1）三氯氢硅车间这一车间包括液氯储存及汽化、氯化氢合成工序及三氯氢硅合成工序。（2）氯硅烷提纯车间这一车间包括粗提纯、精提纯、废气净化和蒸馏釜残液处理工序。（3）多晶硅车间这一车间包括多晶硅制取工序、还原反应气分离回收系统CDI和四氯化硅氢化工序。（4）氢气制备及净化车间（5）工艺废料处理车间（6）整理工序这一车间包括硅芯拉制、酸洗及产品后处理工序。413工艺流程多晶硅生产工艺流程详见附图三“工艺流程示意图”。42工艺装置421三氯氢硅车间（1）氯化氢合成工序氯化氢是合成三氯氢硅的主要原料之一。在合成炉内，通过氢气、氯气混合气体的燃烧反应制得氯化氢。氯化氢合成工序的流程由初始原料输入、氯化氢合成系统和废气处理系统三部分组成。A初始原料输入来自氢气制取工序及从三氯氢硅合成工序返回的循环氢气输送入氢气缓冲罐。出的氢气去生产线的氯化氢合成炉。来自液氯汽化工序的氯气通过氯气缓冲罐，分别去生产线的氯化氢合成炉。考虑设置氯气缓冲罐作为安全阀泄放废气储存罐。为点燃氯化氢合成炉应使用氩甲硅烷混合物，该混合物由放在装卸台上的气瓶送出。B氯化氢合成系统氯化氢合成生产线由安装在氢气输送线上的阻火器、氯化氢合成炉、两个热交换器（空气冷却器和氯化氢冷却器）和氯化氢贮气罐组成。氢气和氯气在炉内燃烧，反应生成氯化氢，反应式如下H2CL22HCL炉内的工作压力为04MPA到05MPA。温度不超过450。输出的氯化氢通过空气冷却器被冷却到150，并穿过氯化氢冷却器，被循环冷却水冷却到4050温度。冷却后的氯化氢送入氯化氢储罐，然后被送往三氯氢硅合成工序。C废气处理系统尾气处理系统分为A）用于在启动氯化氢合成炉上的安全爆破膜时，以及合成炉启动和停炉时的氯化氢废气处理系统，B）氯气处理系统。A）氯化氢废气处理系统从合成系统排放的废气被送入两级管壳式石墨斜片降膜吸收器的顶部，与送入的稀盐酸混合，从管侧自上而下流过，废气中的大部分氯化氢被稀盐酸吸收。吸收反应产生的热量由吸收器壳侧的循环冷却水移走。从两级吸收器底部得到质量浓度为1520的盐酸，分别被收集到一、二级吸收液罐中，然后分别用一、二级吸收液泵循环送入两级降膜吸收器顶部，用作吸收剂。部分盐酸由一级吸收液泵送至盐酸贮槽。定时向二级吸收液罐中补充工艺水。未被吸收的氯化氢和惰性气体被送往一级尾气洗涤塔，用质量浓度为10的氢氧化钠溶液洗涤。氯化氢与氢氧化钠反应生成氯化钠而被吸收。洗涤液收集到一级洗涤液罐。用一级洗涤液泵输送一级洗涤液罐内的液体，穿过一级尾气洗液冷却器，循环送入一级尾气洗涤塔用作吸收剂。当氢氧化钠浓度降低到23时，将部分洗涤液送往工艺废液处理工序，然后向一级洗涤液罐内补充浓氢氧化钠溶液。出一级尾气洗涤塔，含氢气和惰性气体的尾气，穿过尾气阻火器排入大气。B）氯气处理系统吹洗设备的废气和氯气输送管道的废气，以及氯气缓冲罐安全阀泄放的氯气被送到氯气处理系统。氯气被送进二级尾气洗涤塔内，用质量浓度为10的氢氧化钠溶液洗涤。氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠和氯化钠而被吸收。洗涤液在包括塔、二级洗涤液罐、二级洗涤液泵及二级尾气洗涤液冷却器的回路内循环。冷却器用循环水冷却。塔底吸收液为1015次氯酸钠溶液，该溶液可作商品外售。当循环洗涤液中氢氧化钠浓度降低到23时，向二级洗涤液罐内补充浓氢氧化钠溶液。（2）三氯氢硅合成工序三氯氢硅是制取多晶硅的原料。在合成炉内，用硅粉与气态氯化氢反应制得三氯氢硅。三氯氢硅合成工序包括以下几个系统原料处理系统；三氯氢硅合成系统；汽气混合气“干法”除尘系统；汽气混合气“湿法”除尘系统；A原料处理系统原料处理系统完成对原料氯化氢的预热，及对三氯氢硅合成炉启动和停炉时使用的氮气的加热。从氯化氢合成系统的来的氯化氢气体，输送到生产线氯化氢预热器中，用蒸汽加热。预热后的氯化氢送往三氯氢硅合成炉。氮气电加热器用于将氮加热到450。450的氮气用于三氯氢硅合成反应炉启动时加热反应炉和硅粉。氮气电加热器用于将氮气加热至300。300的氮气用于在工艺流程有计划停止或紧急状态下吹洗反应装置设备和“干法”除尘系统。B三氯氢硅合成系统原料硅粉用运输罐送入车间，用单梁吊车，将运输罐提升并安装在硅粉验收槽的顶部，并将硅粉放入接收槽内。硅粉由接收槽放入安装于下方的硅粉计量罐，再放入下方的硅粉供料罐。用安装于供料罐底部的硅粉给料机将硅粉以一定的流量供入到氯化氢输送管道中，硅粉被氯化氢气流携带，送入三氯氢硅合成炉底的锥形部分。表压04505MPA的氯化氢同时被分别送入硅粉接收槽、硅粉计量罐和硅粉供料罐中，以平衡硅粉装料设备和合成系统的压力。在三氯氢硅合成炉内，硅粉和氯化氢发生反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷等副产物。主要反应式如下SI3HCLSIHCL3H2QSI2HCLSIH2CL2QSI4HCLSICL42H2Q反应产物以汽气混合气的形式出合成炉顶，去“干法”除尘系统。反应炉下部区域压力为035045MPA，温度为290330。在反应过程中生成大量的热，用蒸发反应炉夹套内的水而移出。三氯氢硅合成炉生产线冷却系统该系统是一个封闭的回路，包括热水循环泵将热水送入反应炉夹套，在此处热水部分蒸发，移去反应热。出夹套的水汽混合物用循环水进行冷凝和冷却，返回到热水循环槽，并从这里经热水循环泵重新送入反应炉夹套。反应炉最初的装料，是将硅粉直接从接收槽送入反应炉分离器下部。当反应炉启动时，从合成炉底部供入热氮气流，实现硅的加热。当用氮气对反应炉进行加热时，反应炉的废气（氮和硅尘）被送往硅粉接收槽所配硅尘捕集器和袋式除尘器进行净化。氮气被排入大气中。当反应炉内温度达到200250时，停止输送加热氮气，并开始在反应炉下部输送经预热的氯化氢。在从输氮变为输氯化氢以及反应炉进入规定状态期间，废气通过“干法”除尘系统进入氯化氢合成工序的氯化氢废气处理系统。当反应炉停下维修或更换硅时，用温度为300的热氮气，在4小时内将其吹入氯化氢合成工序的氯化氢废气处理系统。然后吹入冷氮气以将炉温降至50。冷却后的硅粉从反应炉底卸出，用运输罐运至清洗处理工序，处理后运至库房。C汽气混合气“干法”除尘系统汽气混合气“干法”除尘的每条生产线由三级旋风除尘器、三个集尘罐组成。出三氯氢硅合成炉的夹带有硅粉的汽气混合气依次进入一、二、三级旋风除尘器，气体中的大部分硅粉被分离下来，随即落入安装于下方的三个集尘罐。定期把硅尘从集尘罐中卸出，送去处理。D汽气混合气“湿法”除尘系统经“干法”除尘后的汽气混合气进入湿氢处理塔顶部，与同样从顶部注入的四氯化硅液体混合，自上而下流动。从塔下部送入用脱盐水增湿的氢气，与塔内的气液混合物接触，促使汽气混合气中所含的金属氯化物发生部分水解，同时，汽气混合气中的部分细小硅尘被液体四氯化硅洗下，混合气亦被四氯化硅冷却。从湿氢处理塔下部出来，含固态杂质的汽气液混合物进入鼓泡蒸馏釜并被引至液下。气体鼓泡溢出，随后由下而上进入鼓泡塔，与从塔顶流下的液体四氯化硅逆流接触，被进一步冷却并最终除去细小的硅尘和金属杂质。出鼓泡塔，除去了固态杂质的冷却汽气混合气，压力为02025MPA，温度为5090，被送入氯硅烷冷凝器，汽气混合气中的氯硅烷被冷凝分离出来，送入三氯氢硅储槽（氯硅烷储槽），然后被送往三氯氢硅精馏部分的一级精馏塔。同时，氢气和氯化氢气体两种气体分别被送回氯化氢合成工序的氢气缓冲罐和氯化氢缓冲罐，循环用于氯化氢合成和三氯氢硅合成。422氯硅烷提纯车间（1）三氯氢硅精馏三氯氢硅的精馏原理为利用原料各种组分或成分在一定压力、温度下挥发度不同的特点，采用高效筛板塔进行有效分离，最终得到产品纯度满足电子级要求的三氯氢硅产品。三氯氢硅的精馏，是保障生产出的多晶硅内部质量的最重要环节，只有在此环节对三氯氢硅中的杂质进行了有效、彻底的分离提纯，才能保证还原多晶硅的内在质量。三氯氢硅的精馏技术在国内已有多年成功的生产运行经验，技术成熟可靠。三氯氢硅精馏包括八个塔，其中六个塔分离三氯氢硅合成车间来的粗三氯氢硅，另外两个塔分离还原系统来的氯硅烷。A粗三氯氢硅精馏将粗三氯氢硅送入脱轻塔，在此进行蒸馏脱二氯氢硅烷及其它轻组分。大部分低沸点杂质随同二氯氢硅烷在塔顶馏出，所有高沸点杂质则随同三氯氢硅由塔釜排出，并进入塔脱高塔。脱高塔塔顶馏出三氯氢硅，塔釜排出四氯化硅及高沸点杂质，后者再进四氯化硅TET精制塔，由该塔塔釜除去高沸点杂质。脱高塔所得化学级三氯氢硅可再经精制得高纯产品。为此，将脱高塔塔顶三氯氢硅产品再经两个塔，进一步脱除高、低沸物杂质。得到的化学品级三氯氢硅首先在一个塔进一步蒸馏，塔顶蒸出带有全部轻组份杂质如BCL3的部分三氯氢硅返回脱轻塔，塔釜排出物再进塔另一塔蒸馏，由该塔釜适当地排出部分三氯氢硅返回脱高塔，以除去所有的高沸点杂质；塔顶馏出液则为高纯三氯氢硅。B还原尾气回收的三氯氢硅精馏由还原尾气分离出的氯硅烷，基本不含杂质，因此采用两个塔单独精馏分离，回收三氯氢硅和四氯化硅。第一个塔脱除四氯化硅。由还原尾气回收的氯硅烷连续进入第一个塔，塔顶分离出粗三氯氢硅进入第二个塔继续分离，塔釜为四氯化硅，去四氯化硅氢化车间。第二个塔塔顶为三氯氢硅，去还原车间，塔釜含四氯化硅的三氯氢硅返回到粗三氯氢硅进料槽。（2）废气净化和蒸馏釜残液处理工序A废气净化三氯氢硅提纯工序各精馏塔顶排放的含氯硅烷、氮气的废气，及含氯硅烷、氢气、氮气、氯化氢的多晶硅还原炉置换吹扫气和多晶硅还原炉事故排放气，被送进尾气洗涤塔此塔一开一备，用10石灰水洗涤，废气中的氯硅烷（以SIHCL3为例）和氯化氢与石灰水中的CAO发生以下反应而被除去SIHCL33H2OH2SIO33HCLH2H2SIO3CAOCASIO3H2O2HCLCAOCACL2H2O废气经液封罐放空。出塔底洗涤液用泵送入带搅拌的石灰浆液槽，随后用泵送回尾气洗涤塔顶循环使用。当槽内的石灰浆浓度下降至2时，将含有CACL2、CASIO3和未反应CAO的部分液体抽出送往工艺废料处理车间处理，随即向槽内补充新鲜石灰浆。B蒸馏釜残液处理在三氯氢硅合成过程中，除了生成三氯氢硅的主反应外，同时发生生成最高级的硅的氯化物聚氯硅烷合物的反应。聚氯硅烷合物是一种易燃、易爆的物质。这些化合物将会在三氯氢硅提纯工序的精馏塔底部被浓缩，这样将会大大提高它们的易燃性，故需定期从相关的精馏塔底部，排出一定量的主要含有四氯化硅和聚氯硅烷合物的液体并送到本工序加以处理。另外，装置停车放净的氯硅烷液体也需送入本工序。需要处理的液体被送入残液收集槽。然后用氮气将液体压出，送进灌注有10石灰水的残液处理槽的液下。通过不停地搅拌，废液中的氯硅烷与CAO发生如下反应而被转化成无害的物质SICL42CAO2H2OH4SIO42