【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2022 年才會(huì)有所緩解。近來(lái)年，由于我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，多晶硅價(jià)格不斷上漲，除了一些新投資項(xiàng)目外，上游多晶硅制造商紛紛制定擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，掀起了投資多晶硅項(xiàng)目的熱潮。 主要生產(chǎn)情況多晶硅是生產(chǎn)硅單晶的關(guān)鍵原料。世界上多晶硅的生產(chǎn)一直以美、日、德的七大公司為主。所以，一般以它們的產(chǎn)量作為世界多晶硅產(chǎn)量的依據(jù)。2022 年，世界多晶硅的產(chǎn)量為 23150 噸，其中，改良西門子法生產(chǎn)的多晶硅為 19500 噸，占總產(chǎn)量的 %。用于太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的多晶硅為 6800 噸，占總產(chǎn)量的 %，太陽(yáng)能用多晶硅，比2022 年 凈 增 1850 噸 ， 增 長(zhǎng) 了 37%以 上 。 2022 年 以 來(lái) ， 世 界 多 晶 硅 的 產(chǎn)能 和 產(chǎn) 量 見(jiàn) 表 3—1。世界電子級(jí)多晶硅的生產(chǎn)與銷售，是按實(shí)際需求調(diào)整的，產(chǎn)銷基本平衡。為加快普及太陽(yáng)能發(fā)電，世界各國(guó)都在下大力氣開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，近幾年太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，是以年均 30%以上的增長(zhǎng)速度飛躍式的發(fā)展，因而太陽(yáng)能級(jí)多晶硅產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一快速增長(zhǎng)的需要。表 3—1 世界各多晶硅公司產(chǎn)能與歷年產(chǎn)量實(shí) 際 產(chǎn) 量 噸企業(yè)名稱 國(guó)別產(chǎn)能噸/年 2022 2022 2022 2022 2022黑姆洛克 美 7000 4600 4300 5100 5300 7000先進(jìn)硅 美 2600 2600 2500 1900 2150 240015MEMC 美 2700 1000 1000 1500 1500 1500三菱硅 美 1200 800 800 1000 1000 1200SGS(先進(jìn)硅)美 2200 —— —— 150 1900 2200德山曹達(dá) 日 4800 2600 3300 3600 4000 4800三菱多晶硅 日 1600 1450 1200 1400 1400 1600住友 日 700 630 550 700 700 700瓦克電子 德 5000 3700 3000 4000 4200 4600MEMC 意 1000 1000 1000 1000 1000 1000合計(jì)(噸) 28800 18380 17650 20350 23150 270002022 年，全世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量為 744 兆瓦，以 1 兆瓦耗多晶硅12 噸計(jì)算，多晶硅需求在 8900 噸以上。2022 年，世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量為 1000 兆瓦，多晶硅需求為 12022 噸。專家預(yù)測(cè)，2022 年世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量將達(dá)到 1300 兆瓦，多晶硅需求為 16200 噸。由于多晶硅市場(chǎng)嚴(yán)重供不應(yīng)求，導(dǎo)致價(jià)格上漲。多晶硅供不應(yīng)求的狀況已嚴(yán)重制約著太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。我國(guó)的多晶硅工業(yè)，起步于 20 世紀(jì) 50 年代，60 年代中期實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。70 年代初，全國(guó)有 100 多家企業(yè)擬建設(shè)多晶硅生產(chǎn)裝置，一哄而起，盲目發(fā)展。最后建成投產(chǎn)的僅二十幾家。到 70 年代末期，年產(chǎn)量在 10 噸以上的企業(yè)，只有十多家（洛陽(yáng)單晶硅廠、峨嵋半導(dǎo)體材料廠、華山半導(dǎo)體材料廠、上海棱光實(shí)業(yè)股份有限公司、上海冶煉二廠、北京化工二廠、北京 605 廠、=天原化工總廠、天津大沽化工廠、天津化工廠、萬(wàn)州大全集團(tuán)） 。但由于生產(chǎn)規(guī)模小，工藝技術(shù)落后，電耗高，原材料消耗高，成本高，環(huán)境污染也比較嚴(yán)重。由16于各企業(yè)都有利潤(rùn)，所以生產(chǎn)都維持下來(lái)，但無(wú)力進(jìn)行技術(shù)更新。到80 年代后期，由于電力和原材料價(jià)格的上漲，加上國(guó)外多晶硅的傾銷，國(guó)內(nèi)多晶硅價(jià)格不升反降，造成大部分企業(yè)虧損，因而大部分企業(yè)停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)。在未來(lái) 3 至 5 年間，也就是在我國(guó)的“十一五” 期間，將是我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的黃色時(shí)期，預(yù)計(jì)在 2022 年至 2022 年會(huì)成為多晶硅產(chǎn)量的一個(gè)爆發(fā)期，之后其產(chǎn)品多晶硅的價(jià)格開(kāi)始回落，據(jù)專家估計(jì)到 2022 年左右；多晶硅每公斤價(jià)格將降至 60 美元/公斤，而成本價(jià)則在 40 美元/公斤左右，到時(shí)多晶硅行業(yè)才是一個(gè)成熟的化工行業(yè)，到時(shí)中國(guó)才可實(shí)現(xiàn)真正意義上家家戶戶用上太陽(yáng)能的美好夢(mèng)想。以上事實(shí)說(shuō)明，在我國(guó)發(fā)展多晶硅生產(chǎn)，不僅勢(shì)在必行，而且具有重大的戰(zhàn)略意義。盡快把多晶硅生產(chǎn)搞上去，是我國(guó)電子工業(yè)發(fā)展的需要，也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要。 4 廠址選擇 廠址概況====縣位于=市東部，三峽工程庫(kù)區(qū)腹心地帶。長(zhǎng)江由西向東橫穿而過(guò)，境內(nèi)流程 公里。順江而上西至=市區(qū) 359 公里，距萬(wàn)州區(qū)水路 23 公里、陸路 41 公里。 建設(shè)條件 場(chǎng)地概況a）地形地貌項(xiàng)目擬選在= 市==== 縣人和鎮(zhèn)木古村 2 組、5 組，地址區(qū)域?qū)俅|平行嶺谷構(gòu)造，中淺切割河谷低山丘陵地貌。地形北高南低，分為兩個(gè)臺(tái)階，海拔高程 180—250m，區(qū)域東面為長(zhǎng)江，入口處現(xiàn)被填筑成新縣城通往人和鎮(zhèn)延伸段路壩壩基。17b）地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域構(gòu)造位于萬(wàn)縣復(fù)向斜之次級(jí)構(gòu)造黃柏溪向斜北東端，硐村背斜西南部近傾沒(méi)帶，地層微傾西南，傾角 5—10 度，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，未見(jiàn)斷層及破碎帶，無(wú)滑坡崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。c）工程地質(zhì)區(qū)域內(nèi)出露地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組地層，巖性以粉質(zhì)粘土為主，呈可塑——硬塑狀，含風(fēng)化巖屑及碎塊，下伏為泥巖、泥巖夾粉紅色砂巖，礫石膠結(jié)層厚 2—4m，礫砂層 5—7m，下伏基巖為長(zhǎng)石砂巖。d）水文地質(zhì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造本身對(duì)地下水儲(chǔ)蓄不利，加之地表徑流條件好，地下水排泄條件暢通，因此地下水動(dòng)態(tài)變化大，全受季節(jié)性降水控制，工程區(qū)域地下水貧乏，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。e）地震情況根據(jù)《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》 ，====縣地震烈度≤Ⅵ度，本工程按Ⅵ度設(shè)防。 氣象資料萬(wàn)州氣象站位置：東經(jīng) 108186。24ˊ，北緯 30186。46ˊ，海拔 。a) 氣溫年平均氣溫 ℃月平均最高氣溫 ℃月平均最低氣溫 ℃極端最高氣溫 ℃極端最低氣溫 ℃b) 降雨量歷年平均降雨量 最大年降雨量 最小年降雨量 18最大日降雨量 最大小時(shí)降雨量 c) 降雪量 最大積雪厚度 50mmd) 濕度歷年平均相對(duì)濕度 81%年最小相對(duì)濕度 9%e) 氣壓歷年平均氣壓 f) 風(fēng)向及風(fēng)速全年主導(dǎo)風(fēng)向 .最大風(fēng)速 年平均風(fēng)速 g) 特殊氣象常年平均霜日 常年平均日照對(duì)數(shù) 常年平均雷暴日 城鎮(zhèn)規(guī)劃及社會(huì)條件====縣是三峽庫(kù)區(qū)山區(qū)移民搬遷大縣，全縣總?cè)丝诩s 130 萬(wàn)，三峽工程蓄水至 175m 時(shí)，最終需動(dòng)遷人口 萬(wàn)，由于三峽移民和工礦企業(yè)搬遷，以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，====縣就業(yè)問(wèn)題已成為當(dāng)前社會(huì)的主要矛盾。為緩解庫(kù)區(qū)就業(yè)壓力和社會(huì)矛盾，國(guó)家出臺(tái)了一系列發(fā)展，扶持庫(kù)區(qū)產(chǎn)業(yè)政策，并每年撥付大量資金用于支持高興產(chǎn)業(yè)和勞動(dòng)密集形創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。====縣政府就是利用這一政策優(yōu)勢(shì)，引入具有發(fā)展前途和可安置大量移民工和下崗人員的企業(yè)入駐園區(qū)，為提高縣域經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造條件。 公用設(shè)施條件19建設(shè)廠址位于=====工業(yè)園區(qū)，公用配套系統(tǒng)較完善，可滿足施工、生產(chǎn)需要。入駐園區(qū)建設(shè)的企業(yè)，場(chǎng)坪、水電、通訊、道路等公用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，由園區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，為入駐園區(qū)企業(yè)提供良好的公用設(shè)施依托條件。工業(yè)園區(qū)比鄰====新縣城，在生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、運(yùn)輸?shù)确矫?，都具有良好的城市依托條件。 交通運(yùn)輸條件工業(yè)園區(qū)裝建設(shè)公路道路運(yùn)輸網(wǎng)路，項(xiàng)目擬建設(shè)地點(diǎn)面臨主要公路干道，陸路運(yùn)輸?shù)缆非遗c云（陽(yáng)）——萬(wàn)（州）公路、云（陽(yáng)）——利（川）公路、云（陽(yáng)）——開(kāi)（縣）公路及渝——宜（昌）高速公路連接，道路運(yùn)輸條件極為方便。園區(qū)面臨長(zhǎng)江岸邊，擬建有貨運(yùn)碼頭，水路運(yùn)輸可沿江上、下航行至長(zhǎng)江沿岸各地。 施工條件項(xiàng)目建設(shè)施工所需砂、石、水泥、鋼材等各種物資材料，====建材市場(chǎng)均可購(gòu)買。施工用水、用電等，工業(yè)園區(qū)能滿足需要。5 物料供應(yīng)本項(xiàng)目主要外購(gòu)件及供應(yīng)商詳見(jiàn)表 51。表 51 部分物料供應(yīng)表序號(hào) 名稱 供應(yīng)商或來(lái)源地1 三氯氫硅 市 內(nèi)2 氫氣 市 內(nèi)3 氮?dú)?市 內(nèi)4 高純石 市 內(nèi)5 發(fā)電機(jī)組 南昌柴油機(jī)有限責(zé)任公司6 鍋爐 湖北孝威鍋爐廠7 電器 =整流設(shè)備廠208 燈具 海星燈具電器公司9 電纜、電線 揚(yáng)州光明電纜公司項(xiàng)目生產(chǎn)原材料運(yùn)輸條件方便，在本地及=購(gòu)進(jìn)的原料，主要經(jīng)公路車輛運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)場(chǎng)地。在湖北等外省地購(gòu)進(jìn)的原材料，可由廉價(jià)的長(zhǎng)江航道運(yùn)外，也可經(jīng)高速公路運(yùn)至生產(chǎn)場(chǎng)地。6 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和主要設(shè)計(jì)原則本次設(shè)計(jì)以提高技術(shù)水平為導(dǎo)向，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到生產(chǎn)要求，優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，積極開(kāi)拓市場(chǎng)。合理規(guī)劃、合理購(gòu)置現(xiàn)代化設(shè)備，提升企業(yè)綜合實(shí)力，加快企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐，進(jìn)一步把企業(yè)做大做強(qiáng)。7 工藝設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)原則1) 采用成熟、可靠的備料和工藝，生產(chǎn)線能適合多晶硅的生產(chǎn)，工藝水平與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，并在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，力求降低工藝投資。2) 各分設(shè)備、管線盡量排成一條直線，以使物流短捷順暢。減少物流量，降低生產(chǎn)成本。3) 充分考慮設(shè)備配置的生產(chǎn)能力，挖掘設(shè)備潛力，提高設(shè)備的利用率，滿足生產(chǎn)需要，降低投資。4) 本次設(shè)計(jì)主要工藝設(shè)備的選用充分考慮技術(shù)的先進(jìn)、高效、節(jié)能和可靠性。5) 本車間建成后，其工藝及裝備達(dá)到國(guó)內(nèi)同規(guī)模行業(yè)的先進(jìn)水平。 工藝路線選擇目前世界上主要的多晶硅生產(chǎn)工藝有改良西門子法、硅烷法、流21化床法等?，F(xiàn)將幾種生產(chǎn)工藝分別介紹如下：改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫（或外購(gòu)氯化氫） ，氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對(duì)三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行 CVD 反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠絕大部分采用此法生產(chǎn)電子級(jí)與太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。硅烷（SiH4 ）法是以四氯化硅氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等方法制取。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。以前只有日本小松掌握此技術(shù)，由于發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的爆炸事故后，沒(méi)有繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)。但美國(guó) Asimi 和SGS 公司仍采用硅烷氣熱分解生產(chǎn)純度較高的電子級(jí)多晶硅產(chǎn)品。流化床法是以四氯化硅、氫氣、氯化氫和工業(yè)硅為原料在流化床內(nèi)（沸騰床）高溫高壓下生成三氯氫硅，將三氯氫硅再進(jìn)一步歧化加氫反應(yīng)生成二氯二氫硅，繼而生成硅烷氣。制得的硅烷氣通入加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng)，生成粒狀多晶硅產(chǎn)品。因?yàn)樵诹骰卜磻?yīng)爐內(nèi)參與反應(yīng)的硅表面積大，生產(chǎn)效率高，電耗低與成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。唯一的缺點(diǎn)是安全性差，危險(xiǎn)性大。其次是產(chǎn)品純度不高，但基本能滿足太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的使用。此法是美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司早年研究的工藝技術(shù)。目前世界上只有美國(guó) MEMC 公司采用此法生產(chǎn)粒狀多晶硅。此法比較適合生產(chǎn)價(jià)廉的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。根據(jù)=硅能化工有限公司的實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用改良三氯氫硅還原法生產(chǎn)多晶硅，此法具有投資較小、回收期短的優(yōu)勢(shì)。其工藝流程見(jiàn)附圖 7—1,該工藝流程主要包括：三氯氫硅提純，還原，尾氣回收等工藝過(guò)程。227. 3 工藝流程簡(jiǎn)述a) 三氯氫硅提純含量為 99－％的粗三氯氫硅在提純塔內(nèi)，經(jīng)粗餾和精餾提純合格的三氯氫硅送入原還爐。b) 還原反應(yīng)純?nèi)葰涔杓凹儦湟砸欢ū壤旌纤腿脒€原爐，在表面溫度為110℃的高純硅芯上沉積多晶硅，其反應(yīng)如下：SiHCl3+H2=Si+3HCl。4SiHCl3=Si+3SiCl4+2H2根據(jù)不同的反應(yīng)時(shí)間，可獲得不同直徑的多晶硅。c) 尾氣回收從還原爐排出的尾氣，經(jīng)水冷和65℃冷媒冷卻，氯硅烷冷凝分離，而氫氣，氯化氫及微量氯硅烷進(jìn)入尾氣淋洗塔。d) 區(qū)熔檢驗(yàn)、物理測(cè)試還原所得多晶硅取樣，經(jīng)區(qū)熔檢驗(yàn)合格后測(cè)：電阻率、型號(hào)、壽命、合格產(chǎn)品包裝入庫(kù)。工藝流程方框圖（附圖 7—1）精餾化學(xué)純超純?nèi)葰涔柽€ 原 爐凈化提純產(chǎn)品多晶硅 檢驗(yàn)尾氣回收23 主要生產(chǎn)設(shè)備主要設(shè)備見(jiàn)表 71表 71 裝置主要工藝設(shè)備一覽表序號(hào) 設(shè)備名稱 規(guī)格 材質(zhì) 數(shù)量 備注1 三氯氫硅粗餾塔 φ90018700 1Ca18Ni9Ti 3 套2 三氯氫硅精餾塔 φ63018700 1Ca18Ni9Ti 6 套3 還原回收料提純塔 φ27310500 1Ca18Ni9Ti 9 套4 三氯氫硅還原爐 16 對(duì)棒 30φL1Ca18Ni9Ti12 臺(tái)5 尾氣回收裝置 1 套6 硅芯爐 1 臺(tái)7 區(qū)熔檢驗(yàn)爐 QR20500 型 1 臺(tái)此外還有下列輔助設(shè)備：四氯化硅氫化反應(yīng)爐及配套裝置 2 套直拉單晶爐 3 臺(tái)空分設(shè)備 1 套氫氣凈化裝置 2 套氮?dú)鈨艋b置 2 套制冷設(shè)備 30℃系統(tǒng) 3 套 60℃系統(tǒng)