多晶硅化工节能生产技术分析

刘 松

(赛维LDK太阳能高科技(南昌)有限公司，江西 南昌 330000)

现阶段，多晶硅的生产技术面临着降低能源能耗，保护环境、减少污染的难题，需要在此基础上提高生产质量和产量，所以这还需要我国人员的努力和合作，还有很长的一段路要走。

目前我国的一些太阳能硅材料大多数都依赖于进口，这说明多晶硅的生产技术需要革新，不能受制于人。

使用最多的多晶硅材料就是太阳能光伏产业了，太阳能光伏产业链包括硅原料生产，硅棒以及硅片生产，包含太阳能电池组装、组件和光伏产品生产和发电等系统。其中硅原料的生产是最重要的环节，比如说现在世界上最大的太阳能光伏电池90%以上都是由多晶硅或单晶硅制作的，多晶硅的生产主要有几个问题需要解决，第一个是解决能耗问题，减少污染和提高质量、产量，另外，还要引进先进技术，并在结合我国实际的基础上进行创新。

1 多晶硅化工生产技术现状

1.1 技术尚有欠缺

在世界的光伏产业中，对硅的生产要求较高，要求多晶硅具有较高的纯度，纯度需要达到7～9个9，并且其中硼和磷的含量也要控制在较小的范围之内，它是光伏企业中太阳能电池所用的最核心原料，所以，具有高纯度硅原料的企业就具有了较大的市场竞争力。

在企业中，都追求高纯度硅料生产的合成、精制以及提纯等，现阶段，我国的多晶硅储量比较大，占全世界总储量的1/4，但是我国的太阳能企业的多晶硅原料大多依赖国外企业，从外国进口，这是因为太阳能企业中所用的硅原料需要从不同的提炼方式中提取出来，提取成功后，生产出多晶硅或单晶硅，但是这些硅的原料纯度与西方发达国家相比，还具有一定距离，产量和能耗都难以达到要求，这样一来，不仅仅会加大企业的生产成本，还会阻碍我国光伏企业向上发展，使我国出很低的价格购买高污染的多晶硅原料，再用极高的价格回收高纯度的硅原料。

我国的硅原料工业的发展起步较早，但是生产规模较小，工艺技术较为落后，环境污染较大，消耗能源较多，所花费的成本较高，一些企业甚至因为生产有亏损而停产。

近几年，我国的硅原料生产企业屈指可数，每年的生产量为几十万吨，并不能满足每年的需求量，因为能满足太阳能生产所需要的硅原料总共有80吨，据估计，迄今为止，我国使用的太阳能硅材料的需求量将达到4500吨，2015年达到1.6万吨，如果不以设立自主知识权的方式改变此现状，那么我国的硅料生产工业将很难在国际市场上立足，这也将威胁我国的光伏产业的进一步发展。

1.2 精馏节能技术降低能耗，减少污染

人员可以通过一些计算和分析资料、实例验证，通过加大压力，将高温三氯氢硅的提纯工艺运用到原料提纯系统中，在加热配套塔中，将二塔的高温气体用于进料，从而降低塔顶的水循环以及蒸汽的能耗，可以减少将近一半的消耗。

还可以利用反应精馏技术，精馏方法的使用主要在于将一些金属物质排除出去，还包括一些非金属物质，只有将杂质清除干净，才能降低能耗，因为杂质含量越低，能耗就越低，目前清除杂质的方法有湿氮除硼技术和硅胶除硼法，都是将一些物质加入到精馏反应中，其中，采用湿氮除硼技术是将含有水分的氮气和氢气加入其中，而硅胶除硼法是在其中添加硅胶，除此之外，还能够采用多效精馏和热精馏的方法有效利用塔顶蒸馏系统，已达到节约能耗的效果。

1.3 提高光电转换效率，降低生产成本

在多晶硅的生产当中，需要提高光伏材料的转换效率，另外还需要降低太阳能电池的制造成本，这是我国光伏企业一直以来追求的两个目标，在太阳能装置中，多晶硅硅片是其中的核心部分，硅片也能够将太阳能转化为电能，硅片的质量也对太阳能转化的质量起着至关重要的作用。通常情况下，太阳能的光电转化率能达到10%，但如果是高纯度的硅片，就能将太阳能电池转化21%以上，甚至是以上，所以对于太阳能电池的生产，多晶硅起着十分重要的作用。

1.4 多晶硅材料是整个光伏发电成本中最高的部分

在一些光伏企业中，多晶硅的材料成本费用达到了太阳能生产总成本的一半以上，占据了网光伏发电系统成本的30%。

所以，进一步减少多晶硅材料的生产成本，可以加大硅企业的市场竞争力，也能够推动整个光伏产业链的发展，针对该问题，合理的应对措施有引入先进的生产硅材料的设备，比如分离传质设备，一些设备能够实现筛选与精馏过程一体化，并能够促进有效清洁，然后需要引进先进的蒸馏设备，需要是精馏装置，这样可以提高多晶硅的生产产量，实现多晶硅的大型化。

引进和使用大型的合成炉和还原炉，帮助更好地进行还原反应，现阶段，一些太阳能电池的原材料多数为多晶硅片制成的，而且在未来也会使用很长一段时间，都不会被代替，多晶硅产品的生产工艺要求较严格，行业技术进步较快，投入的科研经费较多。

在生产中，涉及到的副产物与三废处理技术投入较大，可以很好地起到保护环境的作用，并形成了产业链，初具规模。在将来，也会有多家企业意识到人才、生产成本以及产品质量的重要性。

2 多晶硅生产中的节能生产技术

2.1 制备氢气的节能技术

在多晶硅生产技术中，可以利用天然气和轻质石油的方法来制氢，使天然气、石油以及水在催化的作用下产生氢气、一氧化碳以及甲烷，再将其分离，分离后获得高纯度氢气，虽然该工艺操作复杂，但是具有一定的节能效果；将工业生产中的氢气进行回收利用也能起到节能的效果。

2.2 氢化的节能技术

氢化的节能技术可以分为好几种，第一种是采用冷氢化的方法，冷氢化的耗电量比较低，它一般会受到多晶硅化工转化率的影响，也会受到生产周期的影响，当生产周期越长，氢化反应就越平稳，转化率也就越高，所以生产的多晶硅量就大，通过的循环步骤就少，耗电量就较低，为了产生较低能耗的多晶硅，需要人员在生产过程中保持较长的生产周期，平稳的产能以及高转化率。

还可以利用可活化和氢化氢气回收的技术，以加压的方式吸附尾气氢气，并使其参与到循环利用之中。

最后是可以采用余热的技术，利用氢化产生的高温进行加热，采用这种方法，可以减少大约30%的能耗，达到有效节能的目的。

2.3 还原的节能技术

首先还原技术需要优化，因为目前我国大部分企业采用的还原技术依然是钟罩式还原炉，这种还原炉的耗电量比较高，与国际上规定的标准相比，还存在一定距离。

所以我们有必要对其进行整改，改进和完善技术，比如说使用硫化床反应器，因为它是一种节能性能较优越的多晶硅反应器，能够降低耗电量，而且还会产生较大面积的沉淀，生产效率极高，改进还原炉节能，是未来多晶硅生产的发展趋势。

使用这种节能还原炉不仅可以提高生产效率，还能够减少用电能耗，使用这种设备能够改进硅芯热启动技术，最终能够减小硅芯的温度和电压，从而能够达到降低能耗的目的。

具体的操作步骤为见一些元素融入进硅芯中，通过减小电导率降低硅芯启动的温度和电压，使用等离子预热启动硅芯技术，可以加热等离子，达到降低温度的目的。

3 结语

本文对影响多晶硅质量的因素进行了分析，并详细分析了高纯氢气、精馏以及还原技术，这样不仅可以保证多晶硅的质量，保证各个车间的操作规范，提高生产技术，还能保证起到节能的作用。