【文章內容簡介】 的俄羅斯、韓國、新加坡、馬來西亞等國均無多晶硅生產條件和能力，對多晶硅有巨大市場需求。全球主要多晶硅生產廠家有：德山雪達（日）、三菱材料（日）、住友（日）、三菱多晶硅（美）、黑姆洛克（美）、先進硅（美）、瓦克多晶硅（德）等企業(yè)。 日本是亞洲最大的多晶硅生產國，但其產量仍不能滿足本國需求，不僅日本，亞太地區(qū)特別是臺灣、新加坡、韓國等地，都是多晶硅的主要需求地。 近年來，我國建起了多條太陽能電池模塊封裝線，使太陽能電池的年生產量迅速增加，硅太陽能電池的生產能力已從三年前的十幾兆瓦發(fā)展到超過100 兆瓦， 制造太陽能電池的上游原料多晶硅的需求隨之快速增長：“十一五”期間，我國半導體集成電路市場將進一步擴大，年均增長速度將保持在 20%左右，太陽能和半導體這兩大行業(yè)的迅猛發(fā)展導致基礎原材料多晶硅的市場需求不斷提高預計我國的多晶硅至 2020 年將有超過 5000 噸的缺口?！笆晃濉逼陂g，將是多晶硅產業(yè)快速發(fā)展的黃金時期，多晶硅來頭增長的潛力巨大。目前國內生產多晶硅的企業(yè)主要有河南洛陽單晶硅廠、四川峨嵋半導體材料廠、上海棱光實業(yè)公司、四川重慶天原化工總廠，洛陽中硅高科技有限公司等，年總產量不超過 300 噸。遠遠不能滿足國內 市場的需求， 97%的多晶硅依賴進口，多晶硅短缺已成為制約我國太陽能電池等行業(yè)發(fā)展的瓶頸。 價格分析 由于近年來國際多晶硅市場需求的旺盛，而總體產能增長不足，導致多晶硅價格暴漲，其價格由 2020 年的 23 美元 /公斤 漲至 2020 年的 90 美元 /公斤 ， 2020 年的 130 美元 /公斤 ,2020 年為 1500 元 /公斤。 國內多晶硅的價**通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 12 格亦受國際市場的影響，因全球多晶硅主要生產廠商只有七家，國內產能極小主要依靠進口，因此預計 2020 年以后多晶硅的價格為 1700～ 1800 元 /公斤 。 本報告各種產品價格選用現(xiàn)市場價格， 其中市場 價格為 多晶硅 保守為 130萬元 /t、 三氯氫硅為 萬元 /t、四氯化硅為 萬元 /t。 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 13 3 建設規(guī)模及產品方案 建設規(guī)模 生產規(guī)模的確定，要考慮市場需求、資金籌措、企業(yè)經濟效益以及廠址的建設條件等諸多方面的因素。 根據(jù)市場預測和原材料的供應情況，以及 **通能硅材料有限公司 現(xiàn)有規(guī)劃，擬定本工程的產品方案及規(guī)模為： 500t/a 多晶硅、 16kt/a 三氯氫硅 （其中商品量為 6000t/a），副產品四氯化硅 1000t/a。 產品質量標準 三氯氫硅 質量 標準 目前尚無三氯氫硅產品的國家標 注和行業(yè)標準。本項目產品三氯氫硅執(zhí)行標準參照美國聯(lián)合碳化公司（ 1983）執(zhí)行。 美國聯(lián)合碳化公司（ 1983）三氯氫硅 質量標準 （表 1） 指 標 名 稱 指 標 三氯氫硅含量 % ≧ 一氯硅烷（液相）含量 % ﹤ 硼含量（液相） % ﹤ 砷含量（液相） % ﹤ 磷含量（液相） % ﹤ 電阻率Ω cm 200 比容 m3/kg **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 14 指 標 名 稱 指 標 沸點 多晶硅 質量 標準 多晶硅產品質 量執(zhí)行 GB/T129631996 多晶硅質量標準。 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 15 多晶硅質量標 準 GB/T 129631996（表 6） 等級 項目 特級品 一級品 `二級品 三級品 1．表面及斷面狀態(tài) 結晶致密，表面平整，斷而無夾層。 結晶致密，表面平整，無氧化夾層。 2．直徑 7． 25 7． 25 7． 25 7． 25 3．基硼電阻率 177。 5 177。 5 177。 5 177。 5 4．直徑允許偏差 ≥ 4500 2600 1500 1000 5． N型少子壽命 ≥ 500 300 150 100 6． N型電阻率 ≥ 450 300 150 60 7．含碳量個原子 /cm3 ≤ 2179。 10 5179。 10 5179。 10 8．含氧量 ≤ 1179。 10 5179。 10 5179。 10 包裝、運輸及儲存 產品的標志、標簽、包裝、運輸應符合《化學危險安全管理條例》、《危險化學品安全管理條例實施細則》等國家有關法律法規(guī)及 GB1269092 的規(guī)定。 三氯氫硅 包裝、運輸及儲存 三氯氫硅為貯罐貯存，專用汽車槽車運輸 。 多晶硅包裝、儲存及運輸 運輸過程中應輕裝輕卸，避免受潮、受熱和包裝破換。 建設工程組成 序號 子項號 項 目 名 稱 規(guī)模 備注 1 101 氫氣凈化車間 1200m2 2 102 還原主車間一 4464m2 3 103 還原主車間二 5616m2 預留 4 104 三氯氫硅車間 768m2 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 16 序號 子項號 項 目 名 稱 規(guī)模 備注 5 105 精餾車間 1248m2 6 106 尾氣回收車間 5616m2 7 201 氫氣氣柜 1000m3 預留 1000m3 8 202 乙類倉庫一 1296m2 9 203 乙類倉庫二 1296m2 10 204 貯罐區(qū) 502m2 2179。 50m3三氯氫硅 3179。 50m3四氟化 硅 1179。 50m3鹽酸 11 205 貯罐區(qū)泵房 65m2 12 301 熱水池及泵房 1296m2 13 302 機修車間 1296m2 14 303 車庫 1296m2 15 304 發(fā)配電間 577m2 一期使用 16 305 循環(huán)（消防）水池 500m3 深 3m 17 306 循環(huán)（消防）水池泵房 65m2 18 307 輔助車間 1216m2 冷凍、空壓 19 308 事故應急池 270m3 深 3m 20 309 污水處理系統(tǒng) 1280m2 21 310 地磅一 80t 22 311 地磅二 80t 23 401 綜合辦公樓 8616m 2 24 402 研發(fā)樓 7476m2 25 403 門衛(wèi)一 27m2 26 404 門衛(wèi)二 23m2 27 405 門衛(wèi)三 24m2 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 17 4 工藝技術方案 工藝技術方案 工藝 技術方案的選擇 三氯氫硅 傳統(tǒng)的三氯氫硅合成工藝是將干燥氯氣及凈化后的氫氣經各自的緩沖罐進入氯化氫合成爐中反應成氯化氫并進入沸騰爐中。硅粉干燥后經加熱脫水用氮氣送入沸騰爐中與氯化氫反應生產三氯氫硅氣體。 氣體經過濾器除去硅粉塵，在空冷器除去高沸物雜質及金屬氯化粉最后經冷凝為液體，再經分鎦成成品三氯氫硅。這是當今最成熟的工藝技術，國內外三氯氫硅生產企業(yè)基本上都采用此種工藝。 此外還有用固定床氯化爐，銅粉作催化劑，氯化氫和硅粉直接合成三氯氫硅。粗三氯氫硅含量在 60%以上，經分鎦提純除去高、低沸點物后，三氯氫硅含量達 90%。 還有通過流化床反應器還原四氯硅烷來制備三氯硅烷的方法。該方法在反應器中建立一個硅顆粒的流化床，將微小組輻射直接導入反應器中，加熱硅顆料吏春溫度達到 300～ 1100℃，含有四氯硅烷和氫的反應氣 通過流化床，反應氣與硅顆粒反應，形成含有三氯硅烷的產物氣。 本項目三氯氫硅裝置生產工藝采用三氯氫硅沸騰床合成、加壓精鎦、冷凝分離提純生產高純度的三氯氫硅產品和四氯化硅副產品的傳統(tǒng)工藝。 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 18 該工藝流程采用國內先進的沸騰床式三氯氫硅合成爐，生產能力大，副產品少；分離采用加壓精鎦技術使三氯氫硅產品質量達到 99%、四氯化硅產品質量達到 97%以上，處于國內領先水平。 2. 多晶硅 目前多晶硅的主要生產方法分別為硅烷法和三氯氫硅氫還原法（又稱西門子法）這兩種。 硅烷法是采用精制后的硅烷進行熱分解反應，析出硅，從而獲得多晶 硅棒，再經進一步處理后而獲得多晶硅產品。 三氯氫硅氫還原法是經過精制的三氯氫硅經揮發(fā)后與精制后的氫氣在還原爐中高溫下發(fā)生還原反應而析出硅，獲得多晶棒，再往進一步處理后而獲得多晶硅產品。 改良西門子法（即改良三氯氫硅氫還原法）主要是對還原尾氣進行回收利用，提高三氯氫硅的轉化率，降低其消耗，同時極大地解決尾氣排放造成的污染問題。 本項目選擇改良西門子法生產多晶硅。 該工藝流程采用三氯氫硅和氫氣分別經過精制，進入還原爐，在高溫下進行還原，獲得的多晶硅棒經過后處理而獲得高純度的多晶硅。同時對還原尾氣進行處理，回收三 氯氫硅，四氯化硅和氫氣?；厥盏娜葰涔琛⑺穆然?、氫氣經精制后再進入還原爐中生產多晶硅。多晶硅的產品質量達到 GB/T 129631996的要求。 工藝流程簡述 三氯氫硅 工藝流程簡述 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 19 （ 1）氯化氫合成工序 開啟 HC1 合成爐合成段冷卻水，管道氫氣經阻火器、氫氣緩沖罐、冷水冷卻器冷卻后去干燥器干燥、除氧器除氧、干燥器干燥（與氯氣按摩爾比:1）進入 HC1 合成爐；管道氯氣經氯氣緩沖罐后進入 HC1 合成爐；通過冷卻水量、氯氣和氫氣量控制合成爐出口溫度在 400～ 500℃。合成的 HC1氣體經氯化氫緩 沖罐純化去三氯氫硅合成工序。 （ 2）三氯氫硅合成工序 硅粉通過真空管道輸送至硅粉干燥器，干燥后的硅粉用氮氣送入三氯氫硅合成爐；與來自氯化氫緩沖罐的氯化氫氣體在 合 成爐沸騰床發(fā)生反應，控制合成爐溫度在 280～ 310℃，生成氣相三氯氫硅和四氯化硅；三氯氫硅和四氯化硅氣體混合物經網(wǎng)袋式過濾器分離、硅渣收集器收集回用；氣相經空冷器初冷后進入冷凝器經冷凍鹽水冷凝后經接收槽進入粗品收集槽；不凝性氣體經管道進入尾氣吸收工序。 在沸騰爐中，硅粉和氯化氫反應生成三氯氫硅。 （ 3）精鎦提純工序 來自粗品收集槽的三氯氫硅和四氯化硅 混合物料進入塔釜加熱器，經蒸汽間接加熱進入精鎦塔，精鎦塔頂氣體經前冷器和后冷器冷凝，控制壓力和回流比，一部分液體回流至精鎦塔，一部分自流進入三氯氫硅接收罐進入三氯氫硅收集罐；塔釜加熱器精鎦后殘液自流進四氯化硅接收罐后經氮氣壓入四氯化硅儲罐。 （ 4）尾氣吸收工序 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 20 來自冷凝器的不凝性氣體進入尾氣洗滌塔，經循環(huán)泵送出的洗滌水在尾氣洗滌塔中五處噴淋洗滌，回收 HCl 溶液至 20%濃度后外售；氣體達標排放。 多晶硅 生產流程簡述 （ 1）氫氣精制工序 由 *****化工管道送來的氫氣及回收氫氣進入氫氣氣柜，經水環(huán)泵加壓后的 氫氣經分離器、氫氣冷卻器、片堿干燥器、活性碳吸附器、除氧器、冷卻器、冷凍除水器、硅膠干燥器，再進入二次氫氣凈化器進行凈化得到精制氫氣。 該項目同時建設有電解水制氫系統(tǒng) 。采用純化水經電解槽電解，制氫裝置分離氫、氧等初步處理，再進入氫氣凈化裝置凈化（工序同上述氫氣精制工序）得到高純氫氣供還原車間等生產使用。 （ 2）三氯氫硅精制工序 自制的三氯氫硅放入三氯氫硅儲槽，再經泵送往高位槽，經控制流量后進入精餾塔釜，從塔頂出來的氣相經全凝器（二級）進行冷凝得到的冷凝液再經過濾器，一路返回精餾塔頂作為回流液，一路作為產品流 入計量槽。經分析，合格的精制三氯氫硅進入精三氯氫硅儲槽，不合格的則返回三氯氫硅儲槽。二級全凝器的尾氣進入尾氣緩沖罐，再經尾氣洗滌塔洗滌達標排空。洗滌水進入中和池進行處理。精餾的釜底殘液及輕組分三氯氫硅則進入高低沸物槽，裝車外賣。 （ 3）還原系統(tǒng)及尾氣回收系統(tǒng) **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氫硅項目可行性研究報告 21 精制的三氯氫硅經過鼓泡氣化后與精制氫氣在還原爐內，在以硅芯作為載體的表面，在高溫下還原沉積為多晶硅。通過調節(jié)電流強度，控制載體溫度，使爐內載體直徑變粗，達到供直拉單晶硅所需直徑要求的多晶硅。 還原尾氣經兩級螺旋板換熱器降溫后進入尾氣回收器，未凝氣體與還 原尾氣經換熱后進入水噴淋洗滌塔洗滌，再經絲網(wǎng)阻火器進入氫氣氣柜。洗滌水則進入中和池進行處理。 尾氣回收器冷凝下來的回收液體進入計量槽，經控制流量進入回收精餾塔，塔頂氣相經二級全凝器冷凝得到的液體經分析，合格品流入回收精三氯氫硅儲槽或四氯化硅儲槽，不合格品則返回粗產品罐，再重新送入高位槽進行精餾。精餾殘液（塔釜排液及輕組份液體）則送往高低沸物儲槽，裝車外賣。 回收的三氯氫硅和回收的四氯化硅經汽化后進入不同的還原爐，前者生產直拉料或區(qū)熔料，后者則送入專用還原爐，以生產拉制硅芯的硅芯料。 工藝流程方框 圖 三氯氫硅工藝流程方框圖 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三