多晶硅生产中能耗的分析及节能的途径

　　【摘 要】在现代工业不断发展与进步的同时，多晶硅产业面临着巨大的机遇与挑战，但是在如今世界的大环境之下，多晶硅的价格不断降低。在如今，只有逐步改善多晶硅生产中的能耗问题，达到节能的要求才能够解决多晶硅生产中能耗过大的问题。正是因为多晶硅的能耗过大才导致近年来我国多晶硅产业出现亏损的问题，因此积极研究多晶硅生产中的节能方法是现阶段面临的主要问题。
　　【关键词】化工工艺;多晶硅;节能途径
　　多晶硅是制造集成电路衬底和各种半导体器件的单晶硅、太阳能电池等产品的主要原料。多晶硅可以用于制備单晶硅，广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和环境保护的要求，全球正积极开发利用可再生能源，多晶硅市场前景被业内人士看好，未来多晶硅行业的竞争将成为多晶硅先进技术及生产成本的竞争。
　　一、多晶硅产业的现状
　　我国的多晶硅生产工艺相对还处于比较落后的阶段，尽管近些年来不断有新的政策对这一行业进行鼓励，但是在重点生产工艺上还依赖于西方发达国家。在现如今世界经济的大环境下，我国的各个多晶硅生产企业面临着巨大的挑战，很多的企业都处于破产的边缘，只有那些拥有创新性技术以及强大资金为后台的企业仍在支撑着。到目前为止，我国的众多多晶硅企业只有提高其核心竞争力才能在如今的大环境下站稳脚步。而对于这些企业来讲，多晶硅企业核心竞争力的重要体现就是在生产工艺的节能上。只有通过研发高效的节能技术，才能维持多晶硅的生产与企业的运营，所以综合来讲多晶硅的生产过程中最重要的技术就是节能技术，只有有效的降低多晶硅生产过程中的能耗才能提高企业的实力，提升企业的核心竞争力。
　　二、多晶硅生产中能耗的分析
　　1、精馏系统产生的能耗
　　在精馏提纯工艺中，通常会采用多级精馏提纯来实现对三氯氢硅的提纯。但是，在使用多级精馏提纯工艺的过程中，其将需要消耗大量的能量，而国内企业在实际生产的过程中，也会使用到差热偶精馏法，而此种方法的主要原理是利用制造不同的压力差，从而达到精溜的目的;所以，差热偶精馏法在使用的过程中，通常会设置加压精馏以及低压精馏两个部分。
　　2、制备氢气时的能耗
　　在多晶硅生产过程中，高纯氢气是一种极为重要的生产原料，其在生产过程中充当着还原剂。通常情况下，多采用裂解制氢、水电解制氢以及化工生产副产物氢气利用等方法来获得高纯度氢气。最早使用的制氢方法为电解制氢技术，其原理在于将电极插入电解质溶液当中，并通以直流电以电解盐水，从而在电极阳极产生氧气，阴极产生氢气，最后经过脱除技术将氧气去除后得到氧气。一般要产生1m3（标）的氢气需耗费3.99～5.12kW·h，这徐往往需要消耗大量的电解制氢成本以及电耗。目前我国仍有不少企业采用该方法制氢。
　　3、还原所产生的能耗。
　　一般情况下，还原电耗与综合电耗是衡量多晶硅生产过程中电耗的指标。还原电耗可以有效将还原炉的耗用量反映出来。在整体多晶硅生产过程中，降低还原电耗可以在很大程度上有效控制多晶硅生产的能耗。
　　三、多晶硅节能降耗措施
　　1、冷氢化节能技术
　　在多晶硅的生产过程中会产生大量的副产物四氯化硅，大量的副产物需要进行妥善的处理，如若处理不当则会对环境造成严重的危害，因此在这过程中就要求我国的多晶硅生产企业严格按照要求对副产物进行处理，避免其对生态环境造成破坏，甚至是造成不可挽回的后果。同时在这过程中应用冷氢化节能技术能够将四氯化硅转化成三氯氢硅供多晶硅还原使用，做到最大限度的循环利用，在很大程度上进行节能工作，减少能源的损耗。
　　2、精馏系统的节能途径
　　（1）通过大量的模拟计算、资料研究以及实验验证，可将大型加压、高效、高温的三氯氢硅提纯工艺运用到多晶硅原料提纯系统中，把二塔的高温气体应用到加热配套塔进料，从而降低了塔顶循环水以及蒸汽的消耗，减少了45%的能耗。
　　（2）应用反应精馏技术。TCS精馏提纯的原理主要在于将P、B、C、金属杂质以及其他非金属杂质除去，杂质含量越低，其能耗就越低。当前主要有湿氮除硼技术以及硅胶除硼法，均是将一定量的物质加入到精馏反应当中。其中，湿氮除硼技术主要是往其中加入含有水分的氮气与氢气，硅胶除硼法主要是添加硅胶。
　　（3）可以采用热偶精馏、多效精馏、热泵精馏等高效精馏方法来有效利用精馏塔系统塔顶蒸汽，以达到节能降耗的效果。
　　3、还原过程
　　就多晶硅的整个生产过程来说，电能的消耗主要包括综合电耗以及还原电耗这两部分，而其中的还原电能消耗指的是反应还原炉的耗用量，并且在整个改良西门子法的制备工艺的具体操作流程中，还原电耗约是整体能耗的一半，在整个能源损失中占有最大的比例，所以这样看来还原过程的工艺非常需要改进和调控，如果能进其控制好、改善还，那么这对整个生产过程的节能降耗将起到巨大且良好的作用，目前主要通过改善还原过程工艺、开发挖掘节能型还原炉等来实现对还原过程电耗的调控。
　　4、提纯系统中的节能
　　在多晶硅的提纯阶段中，通过将BX双层网技术的应用，能够在很大程度上解决多晶硅在提纯环节中容易出现的产品质量低、稳定性差、生产耗能过高等问题，在提纯的技术引入BX双层网中能够提升生产工艺的可操作性，同时能够在很大程度上提高提纯的效果、降低能源的损耗。
　　四、结束语
　　我国的多晶硅行业市场竞争一直很激烈，且其在我国的发展时间较短、目前的制备成本相对于国外而言仍然过高，所以长期深受国外市场的牵制，发展的不是很理想，因此多晶硅制备过程中的相关节能措施非常重要，目前实行的针对各生产环节的能耗现象来采取节能措施的策略也已经有了一定的成果，逐步提高相关行业的竞争力。
　　【参考文献】
　　[1]李英.多晶硅生产中能耗的分析及节能途径探究[J].化工设计通讯，2016，42（10）：105-106.
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