【正文】 0 噸硅烷項目節(jié)能評估報告 項目單位： 江西 景德半導體新材料 有限公司 景德鎮(zhèn)市工信節(jié)能工程有限公司 二〇一二年 十二 月 二十 日 主 要 編 制 人 員 姓 名 職 稱 研究方向 成岳 教授 材料化學專家 汪永清 教授 環(huán)境化學及材料工藝專家 夏光華 教授 環(huán)境材料產(chǎn)業(yè)化研究 王寶華 高級工程師 材料化學專家 汪和平 教授 熱能與工程專家 吳衛(wèi)兵 工程師 熱能與工程專家 王志忠 工程師 熱能與工程專家 目 錄 前 言 5 1 評估依據(jù) 7 節(jié)能評估報告編制依據(jù) 7 有關(guān)指導性文件 14 企業(yè)概況 2 項目的主要技術(shù)經(jīng)濟指標 3 項目主要用能設(shè)備和供、用能系統(tǒng) 3 能源消耗平衡表 項目能源消費對當?shù)啬茉聪M的影響 27 自控設(shè)備選擇 27 主要設(shè)備制造標準 35 其它設(shè)施能源利用狀況分析 40 能源管理及能源計量配備 44 9 附件 對擅自批準項目建設(shè)或不按照節(jié)能審查批復(fù)意見建設(shè)的，要追究直接責任人的責任。 硅烷氣是太陽能電池生產(chǎn)過程中不可或缺的材料，因為它是將硅分子附著于電池表面的最有效方式 ，通過 硅烷分解成硅和氫 得到 提純硅。同時利用 冷氫化處理還原 生產(chǎn)產(chǎn)生的 STC 和硅烷生產(chǎn)中產(chǎn)生的 STC。 遵照省工信委《江西省工業(yè)固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查辦法》（試行）贛工信節(jié)能字 [20xx]378 號》 文件相關(guān)規(guī)定 ，必須編制獨立的節(jié)能評估報告書，因此 年產(chǎn) 500 噸硅烷 項目 必須進行工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備和工藝水平的節(jié)能評估。 （ 4）為節(jié)能監(jiān)察、監(jiān)督管理工作部門提供可靠的決策依據(jù)。公司總占地面積 637畝，目前產(chǎn)能為 1500噸 /年，遠景目標為建成 6000噸 /年多晶硅生產(chǎn)線。 項目基 本情況 項目由來 項目建設(shè) 背景和 必要性 硅烷是高科技領(lǐng)域必備的原材料。此后，硅烷被廣泛應(yīng)用于半導體元器件、液晶顯示器、硅材料太陽能電池等生產(chǎn)中。超純、超凈、超前是電子氣體發(fā)展的方向。這種狀況嚴重地制約著我國電子技術(shù)的發(fā)展，成為我國發(fā)展電子產(chǎn)業(yè)的桎梏之一。 同時，從公司個體角度看，年產(chǎn) 500噸硅烷項目是景新公司在一期項目基礎(chǔ)上的改造及擴產(chǎn)項目。 但目前光伏行業(yè)市場十分低迷。歐洲是全球光伏產(chǎn)品的最大應(yīng)用市場，也是中國光伏產(chǎn)品出口的主要地區(qū)，對于中國光伏產(chǎn)業(yè)而言，這就好比剛剛遭到颶風襲擊，又突然遇上龍卷風。 因此，考慮今后多晶硅生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢，我司同步計劃把硅烷 氣生產(chǎn)線進行延伸，利用硅烷氣生產(chǎn)電子級多晶硅，參與高端市場競爭。硅烷法工藝的副產(chǎn)物對環(huán)境不會造成大的危害，屬于環(huán)境友好型多晶硅工藝 。硅烷法多晶硅中產(chǎn)生的硅粉可以用于澆鑄法多晶硅片產(chǎn)品中，解決了硅粉的利用問題。 硅烷 項目優(yōu)勢分析 （ 1） 項目 通過歧化反應(yīng)生產(chǎn)硅烷氣， 轉(zhuǎn)化效率高， 整個過程是閉路，一方投入硅與氫，另一方獲得硅烷，因此排出物少，對 保護 環(huán)境有利，同時材料的利用率高 ，節(jié)約成本。 3臺 額定蒸發(fā)量 20T/h 燃汽鍋爐完全可以 滿足本項目蒸汽的使用；現(xiàn)行 110KV 和 10KV 的變電站可分別滿足公司和項目的供電需求，供水能力為 4500t/h 的水廠滿足擴建裝置所需。塔頂冷凝器使用循環(huán)水即可換熱，節(jié)約了深冷能耗。 20 項目 建設(shè)規(guī)模及內(nèi)容 本工程利用 現(xiàn)有水 、 電、蒸汽 等 配套 公用設(shè)施， 整個項目按照500 t/a高純硅烷氣 規(guī)模實施，主體工藝流程 包括硅烷氣生產(chǎn)和 四氯化硅冷氫化。 項目 工藝方案 選擇 工藝 流程 比較 簡述 硅烷氣生產(chǎn)工藝 選擇 a、金屬氫化物工藝該方法的典型代表是美國的 MEMC 公司。該方法的主要反應(yīng)有 : Si+MgMg2Si Mg2Si + NH4Cl一一一一〉 SiH4+MgCl2+6NH3 c 、氯硅烷歧化反應(yīng)法，此法利用如下氯硅烷的合成和歧化反應(yīng)來獲得硅烷 : Si + 2H2 + 3SiC14=4SiHCl3 6SiHCl3=3SiH2Cl2 + 3SiC14 4SiH2Cl2=2SiH3Cl + 2SiHCl3 3SiH3Cl=SiH2Cl2 + SiH4 整個過程是閉路，一方投入硅與氫，另一方獲得硅烷，因此排出物少，對 保護 環(huán)境有利，同時材料的利用率高。利用氯硅烷歧化反應(yīng)法生產(chǎn)硅烷氣同時也兼顧了一期西門子生產(chǎn)工藝，與我公司一期裝置相互呼應(yīng)兼容，大大節(jié)約項目投資成本，生產(chǎn) 工藝流程 22 圖如下 （圖 1） ： 將 TCS 導入第一臺反應(yīng)精餾塔，該塔在常規(guī)填料塔上部裝有一催化填料部分。 TCS 反歧化反應(yīng)器的主要產(chǎn)物為 DCS、 STC及未反應(yīng)的 TCS（雖然在此過程中會形成部分硅烷），該反應(yīng)精餾工藝將大部分 TCS 留在塔中繼續(xù)反應(yīng)。該反應(yīng)精餾工藝將大部分 DCS 留在塔中繼續(xù)反應(yīng)。塔頂主要產(chǎn)物硅烷，塔底含有 DCS 及其他成分，循環(huán)回到第二臺反應(yīng)精餾塔。當不能達到建議距離時使用工程設(shè)計方案補足。 包括一個罐裝系統(tǒng)，槽罐尺寸通常為 47升（ 12KG）和 470 升（ 120KG）。 尾氣回收及處理 ： 尾氣通過一系列冷凝器以冷凝氯硅烷。淋洗后的氣體放大氣。 提純后的四氯化硅經(jīng)過加壓、預(yù)熱后送至四氯化硅汽化器，汽化后的四氯化硅氣體經(jīng)過加熱器進一步加熱至 500550℃送至氫化反應(yīng)器中。其主要反應(yīng)方程式如下： 3SiCl4（氣） + 2H2（氣） +Si(固 )= 4SiHCl3(氣 ) Si（固） +2SiCl4 （氣） + H2（氣） +HCl（氣）＝ 3SiHCl3 反應(yīng)后的氯硅烷混合氣體經(jīng)過急冷除塵系統(tǒng)，以除去反應(yīng)氣體中夾帶的細微硅粉顆粒，同時降低反應(yīng)氣體溫度 。 1級粗餾塔釜得到含高沸點雜質(zhì)的粗四氯化硅，送入 2級粗餾塔進行進一步提純。 氫化反應(yīng)產(chǎn) 生的熱量由 90℃的高溫熱水帶走，高溫熱水分別進入反應(yīng)器鐘罩夾套、反應(yīng)器底盤、視鏡、頂部法蘭，對其進行冷卻。 硅粉 連續(xù) 加入，流化床反應(yīng) ，可以連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)（單條線可以做到 5 萬噸以上 TCS 產(chǎn)能） ； 單位 電耗低 （ ） ； STC 轉(zhuǎn)化率高 （一般 25%左右、最高可達 30%） ； TCS 成本較低（ 2500 元 /噸 TCS）； Si、 Cl 消耗低，三廢處理量小，環(huán)保壓力低（ Si： ， Cl：）； 國內(nèi) 、外工藝已經(jīng)成熟， 運行業(yè)績 較多 。 與冷氫化配套新建一條 3萬噸精餾裝置 本項目 精餾考慮和 3萬噸的冷氫化裝置配套，利用耦合技術(shù)，蒸汽消耗大幅降低，裝置處理能力大，操作彈性大。原料取材方便，后處理容易，同時具備配套的公用工程及運輸條件，生產(chǎn)十分便利。 年產(chǎn) 500 噸硅烷 項目節(jié)能評估 報告 書 4 能源流向圖如下（圖 4） 圖 4 項目能源流向圖 項目主要能源消耗結(jié)構(gòu) 本項目采用氯硅烷歧化法生產(chǎn)硅烷氣，原輔料主要為硅粉、氯硅烷以及 液堿。 熱損失 蒸汽 電力 天然氣 硅烷生產(chǎn)、 STC冷氫化及精餾提純 空壓機 空調(diào) 水泵 燃氣鍋 爐 余熱回收 年產(chǎn) 500 噸硅烷 項目節(jié)能評估 報告 書 5 項目所需的能源消耗主要為電、水、 天燃氣 等能源。 能源消費結(jié)構(gòu)表列于表 2， 表 2 主要能源消耗量 對比 現(xiàn)有熱氫化 能源名稱 數(shù)值 折煤系數(shù) 折標煤（噸） 項目實施前 天然氣（萬 m3） 電（萬 kwh） 軟水（ 萬 噸） 168 合計 24308 冷氫化 能源名稱 數(shù)值 折煤系數(shù) 折標煤（噸） 項目實施后 天然氣（萬 m3） 1275 電（萬 kwh） 2976 軟水（ 萬 噸） 170 合計 19963 項目通過實施冷氫化后， 生產(chǎn)每噸 /TCS 需配套 冷氫化處理 裝置電耗從 1823kwh 降低為 992kwh，電力消耗下降 46%，天然氣消耗從460 m3/t 下降為 425m3/t，同比熱氫化工藝生產(chǎn)下降 8%，配套 3萬噸/TCS 規(guī)模冷氫化裝置綜合能耗同比原工藝熱氫化下降 %，年節(jié)約標準煤 4345 噸。 公用工程狀況 工廠內(nèi) 水、電 、蒸汽 等公用工程設(shè)施完善，且均有富余， 同時該裝置在廠的總體規(guī)劃中，現(xiàn)有的 水、電 、蒸汽 公用工程設(shè)施能滿足 改建 裝置的需要， 無需另外新建配套水、電 、蒸汽 裝置。 此項目主要通過 380V 常規(guī) 年產(chǎn) 500 噸硅烷 項目節(jié)能評估 報告 書 18 動 力電變配電站與供電 10KV 網(wǎng)線連接，能滿足項目供電需求；景德鎮(zhèn)水資源豐富，水資源供應(yīng)主要依托昌江和南河支流，項目所用水由廠區(qū)自來水管網(wǎng)系統(tǒng)供給。由此可見，項目能源消費對當?shù)啬茉聪M沒有影響。 生活污水經(jīng)化糞池處理后，就近排入廠區(qū)污水排水管道。 （ 3）廢渣治理 主要來自 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的為 二氧化硅及硅酸鹽 。 （ 5） 環(huán)境管理 加強日常環(huán)保管理工作 ，定期對有關(guān)環(huán)保設(shè)施運轉(zhuǎn)情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 項目新建硅烷生產(chǎn)主裝置、冷氫化處理系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)，共用變配電、循環(huán)水、中控分析室及辦公樓、原料倉庫、成品倉庫、門衛(wèi)及廠區(qū)道路等， 項目充分利用廠內(nèi)水電氣基礎(chǔ)設(shè)施，減少投資，節(jié)約成本。 冷氫化處理 裝置布置在 原先熱氫化 車間 ，各公輔設(shè)施分別位于各自功能區(qū)域內(nèi)，分工明確，布置整齊。區(qū)域內(nèi) 項目主要原料可由本公司現(xiàn)有裝置及部分新建裝置通過管道輸送至本裝置，原 材 料供給方便，可最大限度利用廠區(qū)現(xiàn)有資源、設(shè)施 。因為硅皖氣體沒有腐蝕性而三氯氫硅具有較強的腐蝕性，所以硅烷法工藝對工藝管道和設(shè)備的要求比三氯氫硅法低，生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的總投資比三氯氫硅法低 。 另外 本工程 主要 配套 3萬噸 TCS冷氫化裝置，淘汰舊熱氫化裝置，該裝置 主要 特點 表現(xiàn)在： 反應(yīng)溫度低（ 500550℃）、 電耗 低（ kWh/k