多晶硅生產節能技術工藝研究
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摘 要：文章在闡述多晶硅化工生產工藝特點的基礎上，結合多晶硅化工生產現狀，為如何實現多晶硅化工的節能發展進行策略分析，旨在能夠更好的發揮出多晶硅在化工領域中的重要作用。
關鍵詞：多晶硅；生產工藝；節能技術；應用
在現代科技的快速發展下，多晶硅的應用范圍不斷擴大，不僅在集成電路合成、半導體制備、太陽能裝置制造領域得到了應用，而且還能夠被用來制造單晶硅。但是從實際應用情況來看，多晶硅在化工領域的應用和國外先進國家相比仍然存在較大的差距，且在加工應用的過程中出現了一系列環境污染問題。
1 多晶硅的生產工藝特點
多晶硅的生產操作工藝包含改良的西門子法、冶金法、硅烷熱分解法、流化床法。在眾多工藝中，西門子工藝以其安全性能強、環保性能良好、技術成熟的特點被人們廣泛應用在多晶硅生產領域。西門子工藝能將還原爐排放的廢棄物進行回收再利用，實現對廢棄物的最優化和綠色化加工處理。
2 多晶硅化工節能生產技術工藝的應用
2.1 實現對還原工藝的優化處理，降低還原電耗
2.1.1 開發多對棒還原爐
在技術的快速發展支持下，以往的還原爐從九對棒、十二對棒、十八對棒發展到當前的二十四對棒、三十六對棒甚至更大的爐型。多對棒還原爐的持續開發使用有效提升了多晶硅產品的單爐產量，并在最大限度上降低了整個系統的能耗。
2.1.2 改進硅芯熱啟動技術
等離子預熱啟動硅芯技術。通過對等離子體的加熱來降低硅芯爐的電壓和溫度，從而在一定程度上節省能源消耗。第二，實現對硅芯慘雜工藝的使用。通過在硅芯上慘雜B和P等元素來有效減少電導率，降低硅芯的啟動電壓和溫度，從而達到節約能耗的發展目的。
2.2 優化電控系統
從多晶硅的實際生產情況來看，多晶硅在生產的過程中往往會消耗大量的電能資源。為了節省能源的消耗，需要根據工藝條件來優化和調節電流、電壓，實現電流和電壓的優化配置。
2.2.1 實現對TCS提純操作流程的優化
TCS提純操作能夠有效去除B、P、C等金屬和非金屬雜質。常用的技術形式是多級精餾技術。為了能夠減少精餾操作對能耗的需求，需要結合時代發展需要不斷優化精餾技術形式。
2.2.2 加強對吸附技術的應用
這種吸附技術會在精餾操作的特定環節中增加吸附塔，讓微量的B、P雜質和金屬雜質被吸附劑吸附，由此提高產品氯硅烷的純度。通過吸附技術，可以減少精餾塔的數量、降低精餾塔的高度，從而達到理想的提純效果并且節約了投資和生產能耗。
2.2.3 加強對高效節能耦合技術的應用
在多級精餾操作中，利用第一個塔的再沸器和第二個塔的冷凝器進行耦合，可以降低蒸汽及循環水的用量；精餾塔的數量較多時，可以進行兩兩耦合，能顯著降低精餾能耗，達到節能目的。
2.2.4 借助先進的技術形式優化精餾系統
通過采用科學合理的導向浮閥塔和高性能的填料來代替低效率的篩板塔；應用動靜結合的模擬軟件來優化蒸餾過程，從而達到理想的節能效果。
2.3 提升氫氣的綜合利用率
改良西門子法生產多晶硅工藝中，有部分H2會隨著尾氣或廢氣排出系統，造成H2浪費，如氫壓機保護氣、還原爐啟爐時的置換氣、吸附柱的再生氣等，可以利用變壓吸附技術將其排放的H2進行分離回收，降低多晶硅生產H2單耗，達到節能減排的發展目的。
2.4 提升四氯化硅的綜合利用率
實現對氫化技術的優化。以往熱氫化技術反應溫度高，一般在1200℃左右，能耗較高，轉化率較低。目前普遍使用冷氫化技術，應用流化床反應爐，降低反應溫度，控制在500-530℃之間；提升反應壓力，控制在2.5MPa到3MPa之間，SiCl4的轉化率會提升到25%左右，節能效果顯著。
2.5 實現對廢棄物和廢熱的綜合利用
多晶硅在生產的時候會產生大量的廢氣，這些廢氣嚴重污染了環境。為了減少環境污染的發生，可以應用一些先進的技術形式來優化對廢棄物的處理。比如通過廢氣焚燒的方式不僅能夠有效回收二氧化碳、濃硫酸，而且還會利用產生的熱量來進行結晶蒸發處理。另外，在多晶硅的生產環節還需要強化對廢水的處理。①對酸性廢水的處理。硅料加工中會產生酸性廢水，可以與堿性廢水中和后，實現循環使用；②含氯廢水的處理。借助生石灰將廢水的酸堿度調整到中性的狀態，再將沉淀后的廢水送入到攪拌器中，在其中加入適量的硫酸亞鐵來去掉沉淀廢水中的氯化物。
2.6 打造光伏產業循環經濟區
在光伏產業循環經濟區的打造能夠充分利用當地的資源、能源、地域等優勢來利用資源，比如利用周圍的焦爐煤氣、煤層氣等來作為蒸汽燃料；利用周圍電廠來提供蒸汽；利用產業園區的污水處理廠來提供再生水；以工業硅、多晶硅、單晶硅、太陽能電站等打造資源利用產業鏈。
綜上所述，光伏發電的發展推動了多晶硅的加工制造，改良西門子法作為一種常用的加工方式，在科技的發展支持下多晶硅的生產方式變得更加多樣。文章結合多晶硅的生產實際情況，從多個方面具體探究了多晶硅的節能技術應用，旨在能夠更好的挖掘和發揮其在資源、能源高效利用和環境保護中的作用，促進我國化學工業穩定發展。
參考文獻：
[1]鄭盛濤.多晶硅生產的節能降耗研究[J].化工設計通訊， 2017，43（11）.
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