李 英

（亚洲硅业（青海）有限公司，青海西宁 810007）

多晶硅生产中能耗的分析及节能途径探究

李 英

（亚洲硅业（青海）有限公司，青海西宁 810007）

在化工产品生产中，多晶硅的生产需要耗费较多的能源，采取有效的节能措施来降低多晶硅生产能耗成为当前化工企业急需解决的重要问题。为此，对多晶硅生产中的能耗进行分析，并探讨其节能途径，以供参考。

多晶硅生产；生产能耗；节能途径；分析

1 多晶硅生产中能耗的分析

1.1 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。TCS的转化率以及生产运行周期的影响。在相同条件下，生产运行周期越长、氢化反应的生产越平稳、STC转化率越高，则其产生的TCS量就越大，STC循环就越小，其电耗就越低。因此，在氢化过程中，应当尽可能确保生产周期越长、产能平稳、STC转化率高，以最大限度降低其电耗。

（2）采用活化、氢化氢气回收技术，通过加压、吸附以及净化系统来全部回收活化、氢化的尾气氢气，并将其返回至系统中循环利用。

（3）采用余热利用技术。利用氢化高温反应产物能力加热进入反应器的反应物料技术，经过实践研究，其能够降低不小于30%的能耗。

1.2 氢化所产生的能耗

当前，主要有冷氢化与热氢化两种多晶硅生产中 TCS 的生产工艺。其中耗电量较低的的为冷氢化，其电耗范围大约在0.8kW·h/（kg·TCS），氢气转化率为25%；而热氢化的电耗范围约为3kW·h/（kg·TCS），转化率仅为10%～15%。

1.3 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。

1.4 精馏系统所产生的能耗

精馏系统在很大程度上影响着电耗。当前，通常是选用多级精馏提纯三氯氢硅的方法来作为精馏提纯工艺，这种方法分离能耗较大。不仅如此，我国不少企业还会采用差压热偶精馏方法，其原理主要是利用压力差来进行精馏，该方法把常规的精馏分为低压精馏与加压精馏两个部分。

2 多晶硅生产中的节能途径

2.1 制备氢气的节能途径

（1）还可以采用天然气裂解制氢以及轻质石油的方法来制氢，让天然气、轻质石油以及水在催化剂的作用下生产氢气、二氧化碳、一氧化碳以及甲烷的混合气，通过分离后获得高纯度氢气。该工艺虽然具有一定的复杂性，但其节能效果极为明显。

（2）回收利用化工生产中的副产氢气也是一种节能的有效途径。

2.2 氢化的节能途径

氢化的节能途径可以采用如下几种方法：

（1）采用冷氢化方法。冷氢化的电耗在很大程度上受

2.3 还原的节能途径

2.3.1 优化还原工艺

当前我国多数企业主要采用的是钟罩式还原炉，其电耗（80～100kW·h/kg）与国际平均能耗（50kW·h/kg）仍存在一定距离，所以非常有必要对其进行改进。而硫化床反应器是一种节能性能优越的多晶硅反应器，其能够有效降低还原电耗至15～25kW·h/kg，并且其具有较大的沉积表面积，生产效率极高。

2.3.2 开发大型节能还原炉

在多晶硅生产中开发大型节能还原炉是今后发展的重要趋势。使用大型还原炉不但能够有效提升单炉产量，提高其生产效率，而且还能够大幅减少还原电耗。

2.3.3 改进硅心热启动技术

该项技术的应用主要目的在于减小硅心炉启动时的温度与电压，从而达到降低能耗的目的。具体可采用如下两种方法来：

① 将P、B等元素参杂到硅心中，通过减小电导率来降低硅心的启动温度与电压。

② 采用等离子预热启动硅心技术，通过加热等离子体，来达到降低温度与电压的目的。

2.4 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 结束语

总而言之，多晶硅在我国各领域的应用较为广泛，在倡导节能减排的社会大环境下，相关企业以及工作人员应当对多晶硅生产过程中的能耗进行分析，并不断采取有效的节能途径来不断降低其能源消耗，降低生产成本从而提高企业的综合竞争力。

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表1 化合物1-3的IC50值

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Analysis of Energy Consumption in Polysilicon Production and Approach to Energy Saving

Li Ying

In the modern chemical industry，polysilicon production needs to consume more energy.How to reduce energy consumption of polysilicon by effective energy-saving way becomes an urgent problem that chemical enterprises need to solve.To this end，the polysilicon production energy consumption will be analyzed，and explore its energy-saving approach for reference.

polysilicon production；production energy consumption；energy saving way；analysis

TQ127.2

A

1003–6490（2016）10–0105–02

2016–10–19

李英（1985—），女，四川南部人，助理工程师，主要从事多晶硅生产工艺工作。