多晶硅生产节能技术工艺研究

马明

摘 要：文章在阐述多晶硅化工生产工艺特点的基础上，结合多晶硅化工生产现状，为如何实现多晶硅化工的节能发展进行策略分析，旨在能够更好的发挥出多晶硅在化工领域中的重要作用。

关键词：多晶硅；生产工艺；节能技术；应用

在现代科技的快速发展下，多晶硅的应用范围不断扩大，不仅在集成电路合成、半导体制备、太阳能装置制造领域得到了应用，而且还能够被用来制造单晶硅。但是从实际应用情况来看，多晶硅在化工领域的应用和国外先进国家相比仍然存在较大的差距，且在加工应用的过程中出现了一系列环境污染问题。

1 多晶硅的生产工艺特点

多晶硅的生产操作工艺包含改良的西门子法、冶金法、硅烷热分解法、流化床法。在众多工艺中，西门子工艺以其安全性能强、环保性能良好、技术成熟的特点被人们广泛应用在多晶硅生产领域。西门子工艺能将还原炉排放的废弃物进行回收再利用，实现对废弃物的最优化和绿色化加工处理。

2 多晶硅化工节能生产技术工艺的应用

2.1 实现对还原工艺的优化处理，降低还原电耗

2.1.1 开发多对棒还原炉

在技术的快速发展支持下，以往的还原炉从九对棒、十二对棒、十八对棒发展到当前的二十四对棒、三十六对棒甚至更大的炉型。多对棒还原炉的持续开发使用有效提升了多晶硅产品的单炉产量，并在最大限度上降低了整个系统的能耗。

2.1.2 改进硅芯热启动技术

等离子预热启动硅芯技术。通过对等离子体的加热来降低硅芯炉的电压和温度，从而在一定程度上节省能源消耗。第二，实现对硅芯惨杂工艺的使用。通过在硅芯上惨杂B和P等元素来有效减少电导率，降低硅芯的启动电压和温度，从而达到节约能耗的发展目的。

2.2 优化电控系统

从多晶硅的实際生产情况来看，多晶硅在生产的过程中往往会消耗大量的电能资源。为了节省能源的消耗，需要根据工艺条件来优化和调节电流、电压，实现电流和电压的优化配置。

2.2.1 实现对TCS提纯操作流程的优化

TCS提纯操作能够有效去除B、P、C等金属和非金属杂质。常用的技术形式是多级精馏技术。为了能够减少精馏操作对能耗的需求，需要结合时代发展需要不断优化精馏技术形式。

2.2.2 加强对吸附技术的应用

这种吸附技术会在精馏操作的特定环节中增加吸附塔，让微量的B、P杂质和金属杂质被吸附剂吸附，由此提高产品氯硅烷的纯度。通过吸附技术，可以减少精馏塔的数量、降低精馏塔的高度，从而达到理想的提纯效果并且节约了投资和生产能耗。

2.2.3 加强对高效节能耦合技术的应用

在多级精馏操作中，利用第一个塔的再沸器和第二个塔的冷凝器进行耦合，可以降低蒸汽及循环水的用量；精馏塔的数量较多时，可以进行两两耦合，能显著降低精馏能耗，达到节能目的。

2.2.4 借助先进的技术形式优化精馏系统

通过采用科学合理的导向浮阀塔和高性能的填料来代替低效率的筛板塔；应用动静结合的模拟软件来优化蒸馏过程，从而达到理想的节能效果。

2.3 提升氢气的综合利用率

改良西门子法生产多晶硅工艺中，有部分H2会随着尾气或废气排出系统，造成H2浪费，如氢压机保护气、还原炉启炉时的置换气、吸附柱的再生气等，可以利用变压吸附技术将其排放的H2进行分离回收，降低多晶硅生产H2单耗，达到节能减排的发展目的。

2.4 提升四氯化硅的综合利用率

实现对氢化技术的优化。以往热氢化技术反应温度高，一般在1200℃左右，能耗较高，转化率较低。目前普遍使用冷氢化技术，应用流化床反应炉，降低反应温度，控制在500-530℃之间；提升反应压力，控制在2.5MPa到3MPa之间，SiCl4的转化率会提升到25%左右，节能效果显著。

2.5 实现对废弃物和废热的综合利用

多晶硅在生产的时候会产生大量的废气，这些废气严重污染了环境。为了减少环境污染的发生，可以应用一些先进的技术形式来优化对废弃物的处理。比如通过废气焚烧的方式不仅能够有效回收二氧化碳、浓硫酸，而且还会利用产生的热量来进行结晶蒸发处理。另外，在多晶硅的生产环节还需要强化对废水的处理。①对酸性废水的处理。硅料加工中会产生酸性废水，可以与碱性废水中和后，实现循环使用；②含氯废水的处理。借助生石灰将废水的酸碱度调整到中性的状态，再将沉淀后的废水送入到搅拌器中，在其中加入适量的硫酸亚铁来去掉沉淀废水中的氯化物。

2.6 打造光伏产业循环经济区

在光伏产业循环经济区的打造能够充分利用当地的资源、能源、地域等优势来利用资源，比如利用周围的焦炉煤气、煤层气等来作为蒸汽燃料；利用周围电厂来提供蒸汽；利用产业园区的污水处理厂来提供再生水；以工业硅、多晶硅、单晶硅、太阳能电站等打造资源利用产业链。

综上所述，光伏发电的发展推动了多晶硅的加工制造，改良西门子法作为一种常用的加工方式，在科技的发展支持下多晶硅的生产方式变得更加多样。文章结合多晶硅的生产实际情况，从多个方面具体探究了多晶硅的节能技术应用，旨在能够更好的挖掘和发挥其在资源、能源高效利用和环境保护中的作用，促进我国化学工业稳定发展。

参考文献：

[1]郑盛涛.多晶硅生产的节能降耗研究[J].化工设计通讯， 2017，43（11）.