【文章內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)國，但其產(chǎn)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(chǎn)量迅速增加，硅太陽能電池的生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)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(chǎn)量不超過 300 噸。遠遠不能滿足國內(nèi) 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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)廠商只有七家，國內(nèi)產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品方案 建設規(guī)模 生產(chǎn)規(guī)模的確定，要考慮市場需求、資金籌措、企業(yè)經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品四氯化硅 1000t/a。 產(chǎn)品質(zhì)量標準 三氯氫硅 質(zhì)量 標準 目前尚無三氯氫硅產(chǎn)品的國家標 注和行業(yè)標準。本項目產(chǎn)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(zhì)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(zhì)量 標準 多晶硅產(chǎn)品質(zhì) 量執(zhí)行 GB/T129631996 多晶硅質(zhì)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(zhì)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(jié)晶致密，表面平整，斷而無夾層。 結(jié)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)加熱脫水用氮氣送入沸騰爐中與氯化氫反應生產(chǎn)三氯氫硅氣體。 氣體經(jīng)過濾器除去硅粉塵，在空冷器除去高沸物雜質(zhì)及金屬氯化粉最后經(jīng)冷凝為液體，再經(jīng)分鎦成成品三氯氫硅。這是當今最成熟的工藝技術，國內(nèi)外三氯氫硅生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)物氣。 本項目三氯氫硅裝置生產(chǎn)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(chǎn)高純度的三氯氫硅產(chǎn)品和四氯化硅副產(chǎn)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(nèi)先進的沸騰床式三氯氫硅合成爐，生產(chǎn)能力大，副產(chǎn)品少；分離采用加壓精鎦技術使三氯氫硅產(chǎn)品質(zhì)量達到 99%、四氯化硅產(chǎn)品質(zhì)量達到 97%以上，處于國內(nèi)領先水平。 2. 多晶硅 目前多晶硅的主要生產(chǎn)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(jīng)進一步處理后而獲得多晶硅產(chǎn)品。 三氯氫硅氫還原法是經(jīng)過精制的三氯氫硅經(jīng)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(chǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)多晶硅。 該工藝流程采用三氯氫硅和氫氣分別經(jīng)過精制，進入還原爐，在高溫下進行還原，獲得的多晶硅棒經(jīng)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?、四氯化硅、氫氣經(jīng)精制后再進入還原爐中生產(chǎn)多晶硅。多晶硅的產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)網(wǎng)袋式過濾器分離、硅渣收集器收集回用；氣相經(jīng)空冷器初冷后進入冷凝器經(jīng)冷凍鹽水冷凝后經(jīng)接收槽進入粗品收集槽；不凝性氣體經(jīng)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(jīng)蒸汽間接加熱進入精鎦塔，精鎦塔頂氣體經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)水環(huán)泵加壓后的 氫氣經(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)泵送往高位槽，經(jīng)控制流量后進入精餾塔釜，從塔頂出來的氣相經(jīng)全凝器（二級）進行冷凝得到的冷凝液再經(jīng)過濾器，一路返回精餾塔頂作為回流液，一路作為產(chǎn)品流 入計量槽。經(jīng)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(jīng)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(jīng)過鼓泡氣化后與精制氫氣在還原爐內(nèi)，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(diào)節(jié)電流強度，控制載體溫度，使爐內(nèi)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(jīng)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(jīng)換熱后進入水噴淋洗滌塔洗滌，再經(jīng)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(jīng)控制流量進入回收精餾塔，塔頂氣相經(jīng)二級全凝器冷凝得到的液體經(jīng)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(chǎn)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(jīng)汽化后進入不同的還原爐，前者生產(chǎn)直拉料或區(qū)熔料，后者則送入專用還原爐，以生產(chǎn)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