冷氢化及热氢化工艺技术比较

1、冷氢化及热氢化工艺技术比较目前，国内外多晶硅生产企业已投入工业化运行的四氯化硅氢化系统主要有以下两种工艺：(1)热氢化工艺(2)冷氢化工艺两种方法各有优劣， 不过随着多晶硅市场价格的下降， 成本低廉的冷氢化技术受到原生多晶硅生产商的亲睐。上述两种氢化工艺技术具体特点比较见下表。表1-1两种氢化工艺比较表二-I-热氢化口冷氧化不技术成熟性/成翦/比较成熟操作JE方小06鼠映浒.X操作温度卡I空o*c卓反应原野SiC口一a=SFULLKCLQSi-3虱CLL-2氏二45iHCL口综合电耗卡2,5-3khks-TCSl-12Hhg-TC/占地面积小1000闹;少氢化尾笼回收尸建谀投潴1第1诉9010

2、阖沙氧化尾气回收产生产成本*,产品多晶硅v10OW90W较易/操作技术毂.较高/优点口汽相逢犊反应，不需催佝小易操作却控制,维傕量小;反应无硼磷杂质带入，后飘的精与建简单；蒸汽耗量低！工艺成熟，有可靠的技术来龈业主已有操修堂/蛙粉力DA,是普通的流化床反应二电耗住二STC转化率高（22人23%国外运行时阊长， 国内已有运行？是未来多晶隹的发展方方缺点一反应是电氨化还原反应，电耗高STC跳率低153cF多晶硅产品含匚较高炉是气固反应,间断操作； 操作压力高： 对蟆件的要求高口一要求高，国内有3冢投产，运行时间不趟S隼，有待提高工艺成熟性平综上比较，这二者各有其特点。考虑到低能耗、投资省的优势，建

3、议根据具体的情况而定。2.冷氢化工艺技术说明2.1冷氢化工序原料及装置配置说明冷氢化工序原料来源有以下两种：（1）以外购四氯化硅（STC）为原料，以下简称Casel。（2）以外购硅粉、液氯为原料、只转化多晶硅装置内部四氯化硅（STC）,以下简称Case2。上述两种原料来源所需多晶硅装置配置的生产工序见下表。表2T两种冷氢化来源生产序现置时照表+各工序名称审生产工ffKE1情况小Casel*-1CaseSP液氯无甲有一旦由合成及脱水 i无r有TC与/无有一TCS合成尾气回收口无甲TCS合成精馆”无有冷氢化中有有打三氯氢f圭还原炉有 4有炉还原尾气回收有有冷氢似a谣（注1）有V仔氢硅烷精谣（注1）

4、/有。有罐区4有一有口厘气及戢液处理.有一机工艺蝴也里户有有秒备注1：粗储是与精储相对设立的工序，主要用于处理自冷氢化工序出来的杂质含量比较高的氯硅烷，将其提纯到送入精储工序作进一步处理的纯度要求。将粗储和精微分开设置的原因是基于冷氢化工序出来的氯硅烷和还原单元返回的氯硅烷是否混合，可根据客户的要求采取灵活的不同精微工艺路线而设置。考虑本项目与国内中、东部地区从多的多晶硅生产企业不同，其周边仅有的几家多晶硅生产企业都建设有热氢化单元（如鄂尔多斯多晶硅业有限公司）和冷氢化单元（如内蒙峰威多晶硅业有限公司），没有多余的STC外卖，而长距离外运STC作原料既不可靠，经济上也不合理。因此，本报告建议二

5、期工程采用以外购硅粉、液氯为原料，只转化多晶硅装置内部四氯化硅（STC）的工艺路线。本项目二期工程2500吨/年太阳能级多晶硅装置以外购四氯化硅（STC）为原料的总物料平衡图见附图1。本项目二期工程2500吨/年太阳能级多晶硅装置以以外购硅粉、液氯为原料、只转化多晶硅装置内部四氯化硅(STC)的总物料平衡图见附图2。2.2冷氢化单元主要组成冷氢化单元由以下主要工序组成：(1)冷氢化工序(2)粗储工序(3)配套的中间罐区2.3冷氢化单元工艺流程简述2.4冷氢化工序工业级硅粉送至硅粉干燥器，干燥后排入硅粉中间仓。硅粉在硅粉中间仓中由氢气带入氢化反应器中。提纯后的四氯化硅经过加压、预热后送至四氯化硅

6、汽化器，汽化后的四氯化硅气体经过加热器进一步加热后送至氢化反应器中。循环氢气和补充的新鲜氢气经各自的压缩机加压后混合，按与硅粉规定比例经过预热器、加热器加热后送至氢化反应器中。将来自还原尾气干法分离的氯化氢气体经压缩机加压和加热器加热后送至氢化反应器中(casel)。在氢化反应器中，硅粉与四氯化硅、氢气、氯化氢气体在550c左右、约3.0MPa压力下进行气固流化反应，生成含一定比例三氯氢硅的氯硅烷混合气。其主要反应方程式如下：Si+2SiCl4+H2+HC1=3SiHCl3或在没有氯化氢气体的情况下(case2),在氢化反应器内硅粉与四氯化硅与氢气发生气固流化反应，主要化学反应方程式如下：Si

7、+3SiC14+2H2=4SiHC13反应后的氯硅烷混合气体经过急冷除尘系统，以除去反应气体中夹带的细微硅粉颗粒，同时使反应气体得到了降温。除尘后的反应气体经过冷凝器冷凝回收，冷凝液主要为氯硅烷的混合液，送入粗储提纯工序分离，而主要组份为氢气的不凝气体则经循环氢气压缩机循环使用。来自冷氢化工序的氯硅烷混合液送入1级粗储塔进行预分离。1级粗储塔顶排出含二氯二氢硅的不凝气体被送往全厂的V9100-废气处理单元进行处理；塔顶储出液为含有部分SiCl4的三氯氢硅冷凝液，送入全厂的V1200-精储工序继续精福提纯。1级粗储塔釜得到含高沸点杂质的粗四氯化硅，送入2级粗储塔进行处理。2级粗储塔的作用是将粗四

8、氯化硅和高沸点杂质进行分离，塔顶排出的不凝气体同样送往V9100-废气处理单元进行处理；塔顶储出液为粗四氯化硅冷凝液，送入冷氢化工序的冷氢化反应器继续参与反应；2级粗储塔釜排出高沸点釜液，送入全厂V9100-残液处理系统进行处理。2.5冷氢化单元建设规模及消耗定额(1)建设规模根据全厂总物料平衡，确定本项目二期工程冷氢化单元建设规模按两种工况计：Case1:年处理四氯化硅39498吨，年产粗三氯氢硅按43621吨。Case2:年处理四氯化硅35177吨，年产粗三氯氢硅按36257吨。冷氢化单元年操作时间7440小时计。(2)消耗定额冷氢化单元原辅材料和公用工程消耗定额见下表。表IV庾辅材料和公

9、用工程消耗定额F名称V主要施格 4单位消耗量*小时平正常尸每吨租TUS产品消耗定翻备注口Case1干CaseinW原料、燃料、辅助材料J与心Q+-1R工业因和二级品;立妾%粒度0J4蜿my3必72.5*?655秒氨气氐争的995%（圾DO.TMPatG产三W6.25PS.O-P四氯化畦 q，四%MKgq97gg氯化氢一学99%kWK物f6.W中甲公用工程 QPo.炉循环水口Eg*3+205+320gQ工艺装置用量口贰气/Nma6Sr72-fl卡工艺装置用量压缩空气F产Mm-e3672-P工艺装置用量，仪表空气/eMm：。40口”中4J工艺装置用量口越汽小中压甚汽Fk冢卓2.4P2.89PA工艺

10、装置用量一冷量?1-1R二匕甲3.13.78工艺装置用量一电P口的拉一4-1S41+3升”工艺装置用量门2.4冷氢化单元主要设备选型冷氢化单元主要设备配置及选型如下：(1)冷氢化反应器规格：41200*9000;V=11m3,主要材质为INCOLOY800。国内加工制造。(2)粗储塔规格：浮阀塔。1600/36900,塔板数：60块。国内加工制造。(1)主要设备表冷氢化单元主要设备见下表。表2-3冷氢化单元主要设备表股备名称 Q规百材质，装量户一、冷氧化工序?甲G 骁VCasein氢气电加热器1片炉尹2P2心氢气电加热器2#2甲%STC电加热器炉20STC汽化器 Q+1a曲氢化氢电加热器小干2

11、P急冷塔顶水冷器。产.2/2叫急冷塔顶深冷器F田IP1P5TC热交换器甲3中*氢硅烷蒸汽冷豳器一IP*吊车1P硅粉过蹋器户a“*旋风分离器P3P%旋分离器233P2口西氯代硅进料泵一甲4-2户氯硅烷冷徐液输送泵4加2-2小急冷塔顶回流泵小2P%洗涤液循环系，甲2*卜卜充H二压缩机口甲*然循环压缩机p2口的.压缩机一甲)0冷氧化反应器口和上急冷塔口平2-加料料斗小2口硅粉干燥雁口如*州硅粉加料罐*2-硅粉缓冲硬口p5/四氯化硅提冲耀一甲*W急冷塔釜液蒸发槽,g0即20氯硅烷泠凝液缓1中耀”3!氯硅烷冷曲液中间槽J甲卬2(急冷塔氯硅煤贮槽,*10补充氢气缓冲is4Pq2P循环氨气皴冲耀。W1*2/也缓冲耀尸川年仃卓村二、粗福工序