摘要：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。
关键词：多晶硅生产；精馏工艺；优化
引言：
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。
一、原始的设计精馏工序工艺
在进行精馏工序的应用过程中其主要可以分为4个子系统，其中分别为：合成的过程中精制三氯氢硅的生产；还原的过程中精制三氯氢硅的生产；氢化的精制三氯氢硅的生产；在循环的过程中精制的四氯化硅的生产。
二、传统多晶硅生产精馏工艺分类
多晶硅生产精馏工艺根据生产流程可以分为合成工艺、还原工艺、氢化工艺、和循环工艺。
（一）合成工艺
多晶硅的生产原料主要是三氯氢硅，多晶硅精馏过程也是三氯氢硅的精制过程“1。在三氯氢硅合成过程中，主要是选择氯硅烷作为原料，将其以此通过粗馏系统与合成精馏系统中进行物质提纯。该工艺的具体操作流程如下：第一，将氯硅烷添加到粗馏系统当中，粗馏系统由两个反应塔组成，完成原料填充后启动反应装置，在催化剂作用下，氯硅烷会分解成三氯氢硅和部分四氯化硅。第二，粗馏系统会将原料中的大部分杂质进行去除，同时将三氯氢硅从混合物中分离，形成纯度较高的三氯氢硅。第三，将粗提纯的三氯氢硅输送至合成精馏系统当中，在该反应装置中，粗提纯三氯氢硅会经过多次除轻和除重的操作，在每次精馏后都会对材料纯度进行测量，直到材料满足精制要求。
（二）还原工艺
在得到纯度较高的三氯氢硅之后，需要将其输送到精馏塔中对其进行进一步提纯。该操作的主要目的是将三氯氢硅与四氯化硅进行分离，以获得纯度较高的多晶硅生产原料嘲。该工艺的具体操作步骤如下：首先，将精制三氯氢硅输送至第一个精馏塔中，该精馏塔借助三氯氢硅与四氯化硅性质稳定性将其进行初步分离。在此过程中，精馏塔会将三氯氢硅混合物中存在其他杂质进行剔除，提高三氯氢硅的纯度。其次，在完成初步分离的三氯氢硅输送至第二精馏塔中，相较于第一个精馏塔，该精馏塔会将三氯氢硅与四氯化硅杂质彻底分离。以得到纯度达标的三氯氢硅原料。最后，在反复提纯的过程中，技术人员需要对提纯情况进行检测，在完全去除掉四氯化硅杂质后，将原料输送到下一操作工序。
（三）氢化工艺
硅属于非金属物质，化合价有一4和+4，究其原因是因为位于14号位置的元素，性质处于中性，根据不同情况，硅元素会显示金属性或非金属性，出现不同的化合价变化。在三氯氢硅中，硅元素的化合价呈+4。氢化工艺的操作原理是在反应装置中通入适量氢气，在催化剂推动下，氢元素会替代四氯化硅中氯元素位置，生成三氯氢硅。同时，氢化工艺也会对氯硅烷进行回收，将烷烃中的碳元素进行替代，使其形成三氯氢硅，提高进而提高原料产量。
（四）循环工艺
完成分离的四氯化硅会通过反应装置进入除重功能的精馏塔中进行提纯。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在前几道工序当中，四氯化硅会被分离出来，但分离出的四氯化硅中含有较多杂质、如氯硅烷、硅化物等。若直接进行循环反应，那么将造成原料纯度下降，不能，满足多晶硅生产需求。四氯化硅的摩尔质量较高，可以利用精馏塔对其进行除重，获取纯度较高的四氯化硅，将提纯后的四氯化硅重新输送至氢化装置当中，借此提高原材料的利用效率。
三、对已经开展的精馏工艺进行优化
（一）对合成的精制三氯氢硅生产进行工艺优化
1、粗馏系统
在现阶段进行施工的过程中，粗馏系统在进行生产的时候会出现所产出的粗三氯氢硅中其本身的B含量超标这一问题，为此必须对现有的生产过程中的工艺流程进行不断的调整。为此要做到的就是第一保证精馏塔其自身的功能保持不变，其主要的目的是更好将其用于四氯化硅以及三氯氢硅的分离。第二点需要做到的就是将精馏塔其自身的功能发生一定的变更，要求其自身从除重塔变更为除轻塔，也就是说利用塔釜来更好地去采出中间产品所生成的粗三氯氢硅。利用这种工艺来与前期的工艺方法进行对比，利用这种方式可以将粗三氯氢硅中所含有的微量金属杂质的含量提高，有效地去除其中所含的微量非金属杂质B，从而可以导致在实际生产中的粗三氯氢硅其自身的总体质量能够完全的满足其合成的精馏系统的需求。并且在系统中的硬件条件本身都没有出现任何变更的情况下，仅仅是通过调整工艺的流程，就可以使整个工艺过程中的产品的质量得到显著改善。
2、合成的精馏系统
为了在实际生产的过程中能够更好地提高合成精馏系统自身的整体提纯的能力，同时有效地减少在生产的过程中所出现的二级三氯氢硅的排放量，并且从厂商自身的长期效益进行考虑，能够合成精馏的一级塔以及二级塔本身保持不变，对于合成精馏的三级塔、合成精馏的四级塔的塔内，进行有效的优化。同时需要将板式塔改造为填料塔，然后在工艺本身完全完成优化之后，利用精馏塔的理论将塔板数提高一倍，这样一来就相当于是将合成精馏三级塔以及合成的精馏四级塔的塔板数本身都增加了一倍，也就是说可以更好生产出高质量的合成精制三氯氢硅。在进行填料塔的完全改造之后，由于针对填料塔自身有着相对于较大的操作弹性，为此必须对其进行进一步的节能降耗，根据现有的工艺生产设备，为了能够让基本的设备保持不变，新增一台换热器，这样一来就可以完成合成精馏二级塔以及合成精馏四级塔的双重改造，在对填料塔进行改造之后重新投入到工艺当中。合成后精馏系统在进行蒸汽消耗的过程中，消耗的量和改造前进行比较其自身下降了28.2%。
（二）对还原精制三氯氢硅生产工艺的优化
在进行还原精制三氯氢硅生产工艺的优化的过程中主要是利用管道设备的改变，通过对生产的过程中经过还原反应所回收的氯硅烷的来源以及相关的实验所需要的物料进行长期的跟踪，确保其自身的品质和质量，同时结合企业在进行生产的过程中已有的生产经验，在确保精馏塔的主要工艺参数不出现任何变化的情况下，对其主要计量设备以及部分管道进行更换。其目的是降低还原精馏塔的回流比，在进行改造之后其处理能力可以提高0.8倍。
四、结束语
综上所述，作为多晶硅的生产企业要想更好在当今的市场环境下生存，并且让企业本身在市场逐渐的发展，必须要做到的就是不断地提高产品自身的质量、并且降低产品在生产过程中的成本。多晶硅在生产的过程中其精馏工序十分重要，为此需要在保证产品质量的条件下，利用精馏单元操作中已有的技术和工艺不断的进行革新，并且开展节能降耗，让多晶硅在生产的过程中符合可持续发展战略。
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论文作者:朱明龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
标签：精馏论文; 工艺论文; 过程中论文; 多晶硅论文; 硅烷论文; 纯度论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第26期论文;