【正文】 金SI；SIHCL3；改良西門子工藝SIEMENS REOCTOR 棒狀研發(fā)能生產(chǎn)粒狀反應(yīng)器；SOG 硅ToKuYamaJap5200ClH 冶金Si；SiHCl 3；改良西門子工藝Siemens 反應(yīng)器；Reoctor 棒狀VLD 工藝技術(shù)，TuBRcator；SOG硅WackerGerman5000ClH 冶金Si；SiHCl 3；改良西門子工藝Siemens 反應(yīng)器；R 棒狀FRB 反應(yīng)器技術(shù)裝置；粒狀 SOG 多晶硅MitsubishiUSA1200ClH 冶金Si；SiHCl 3；改良西門子工藝Siemens 反應(yīng)器；R 棒狀MitsubichJap1600ClH 冶金Si；SiHCl 3；改良西門子工藝Siemens 反應(yīng)器；R 棒狀SumitomoJap700ClH 冶金Si；SiHCl 3；改良西門子工藝Siemens 反應(yīng)棒狀MemeItaly1100 SiHCl3；改良西門子工藝 Siemens 反應(yīng)棒狀MemeUSA2700Al、Na、H H 2SiF；SiH 4；SiH 4熱分解工藝FRB 反應(yīng)器 粒狀硅SGSUSA2300冶金硅、SiClH 2；SiH 4；SiH 4熱分解工藝Siemens 反應(yīng)棒狀研 發(fā) 新 型 反 應(yīng) 器 ；采 用 SiH4熱 分 解 生產(chǎn) 粒 狀 多 晶 硅AsimiUSA2400冶金硅、SiClH 2；SiH 4；SiH 4熱分解工藝Siemens 反應(yīng)棒狀世界高純度多晶硅材料的產(chǎn)量從 2022 年的 30680 噸增長(zhǎng)到 2022 年的 37500 噸左右。根據(jù)世界各國(guó)已經(jīng)投資和很可能投資的產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃，預(yù)計(jì)多晶硅產(chǎn)量將從 2022 年的 30680 噸增長(zhǎng)到 2022 年的 33390 噸，2022 年的37500 噸，2022 年的 50800 噸，2022 年的 73050 噸，2022 年的 96050噸。當(dāng)前我國(guó)電子級(jí)單晶硅、多晶硅與集成電路在發(fā)展步伐上不協(xié)調(diào)，產(chǎn)需不匹配的現(xiàn)象表現(xiàn)嚴(yán)重,尤其是生產(chǎn)電子級(jí)單晶硅所需的多晶硅基本都需從國(guó)外進(jìn)口。預(yù)計(jì)我國(guó)電子行業(yè)“十一五”期間的增長(zhǎng)率會(huì)超過 7%，到 2022 年對(duì)高純度多晶硅材料的需求量將超過 1560 噸，到 2022 年對(duì)高純度多晶硅材料的需求量將超過 1800 噸。尤其從 2022 年開始，世界太陽能光伏發(fā)電市場(chǎng)的高速發(fā)16展帶動(dòng)了我國(guó)太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展。包括無錫尚德和保定英利等企業(yè)的在建生產(chǎn)規(guī)模超過了 800MW，而規(guī)劃中的產(chǎn)能合計(jì)超過 4000MW（見表 22） 。隨著新的生產(chǎn)能力的建設(shè)和投產(chǎn)，到 2022 年我國(guó)太陽能電池的生產(chǎn)能力也將大大超過 3000MW。我國(guó)太陽能電池/組件產(chǎn)能情況(單位:MW)年份太陽能電池產(chǎn)量（MW）太陽能多晶硅需求量(t)電子級(jí)多晶硅需求量(t)中國(guó)總需求量(t)中國(guó)總產(chǎn)量(t)短缺量(t)2022 60 630 980 1610 980 15532022 1151 1090 2241 1090 21612022 3688 1210 4898 1210 46682022 9194 1340 10534 1340 91342022 16724 1560 18284 1560 147842022 2775 24143 1690 25833 1690 149832022 28864 1890 30724 1890 10974因此，預(yù)計(jì) 2022 年我國(guó)太陽能光伏行業(yè)和電子行業(yè)的多晶硅料需求量將超過 96000 噸左右。七十年代多晶硅廠曾高達(dá) 20 多家，但生產(chǎn)規(guī)模小，年產(chǎn)量都在 30噸以下，生產(chǎn)裝備工藝落后、成本高、缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，所以陸續(xù)停產(chǎn)。國(guó)內(nèi)多晶硅的主要廠家及產(chǎn)量年產(chǎn)能/噸 建成時(shí)間(包括預(yù)期)四川峨眉多晶硅生產(chǎn)示范線 100 1999 年底四川峨眉太陽電池多晶硅項(xiàng)目 200 2022洛陽中硅 300 噸項(xiàng)目 300 洛陽中硅 700 噸擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目 700 2022 年初洛陽中硅二期擴(kuò)建工程 2022 2022 年四川新光硅業(yè) 1260 江蘇中能 1500 2022合計(jì) 6060 20222022盡管目前我國(guó)有 1000 噸級(jí)多晶硅材料生產(chǎn)企業(yè)正在籌建或試車投產(chǎn)，但我國(guó)的高純度多晶硅材料的生產(chǎn)仍然處于剛剛開始起步階段，完全不能滿足國(guó)內(nèi)需求，急需加快速度發(fā)展。一些大型電池和組件企業(yè)多晶硅原料庫存不足 5 天，許多小公司根本沒有硅原料庫存。目前多晶硅材料 2022 年全年的期貨已經(jīng)售完，這些材料的現(xiàn)貨價(jià)格近期超過了 400 美元/公斤。因此，本可研報(bào)告多晶硅價(jià)格按 100 美元/公斤計(jì)，與目前市場(chǎng)價(jià)格相比較低，但隨著全世界多晶硅項(xiàng)目的建設(shè)和擴(kuò)產(chǎn)，最終價(jià)格應(yīng)保持在 80美元/公斤左右。項(xiàng)目建設(shè) 1500 噸/年兩條條生產(chǎn)線，不僅具備規(guī)模效應(yīng)，且技術(shù)成熟可靠，系統(tǒng)主工藝及公用工程的配置都不存在工程技術(shù)障礙，能量及物料的綜合利用等更平衡合理。工廠實(shí)際指標(biāo)見下表：多晶硅質(zhì)量指標(biāo)參 數(shù) 測(cè)量數(shù)值及單位 分 析 方 法 備 注摻雜及電阻率施主（P，As，Sb）150ppta（最大）500Ω﹒cm（最?。┦苤鳎˙，Al）100ppba（最大）5000Ω﹒cm（最小）雜質(zhì)含量的測(cè)定方法是用一個(gè)在區(qū)熔狀態(tài)下的樣品、通過光致發(fā)光光譜法（FTPL）或紅外吸收法（FTIR）獲得的。還原爐的每個(gè)沉積周期都需要抽取一批樣品。摻雜金屬元素?fù)诫s金屬元素（Fe，Cu，Ni，Cr，Zn）總含量：500pptw表面金屬元素Fe：500pptw/250ppta（最大）Cu：50pptw/25ppta（最大）Ni：100pptw/50ppta（最大）Cr：100pptw/55ppta（最大）Zn：300pptw/130ppta（最大）Na：800pptw/980ppta（最大）表面金屬元素含量采用感應(yīng)耦合等離子體法（ICP）、原子發(fā)射光譜法（AES）或其它類似的方法，測(cè)定多晶硅塊酸腐蝕溶液而確定的。為了穩(wěn)妥可靠，其主要的生產(chǎn)工藝（三氯氫硅還原、四氯化硅氫化及還原尾氣回收）采用國(guó)外引進(jìn)，是通過工業(yè)硅與氣態(tài)氯化氫的反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為由三氯氫硅、四氯化硅、二氯氫硅、聚氯硅烷、金屬雜質(zhì)等組成的混合蒸汽并將其冷凝，用精餾的方法從冷凝液中分離出高純度的三氯氫硅，再將汽化的三氯氫硅，與氫氣按一定比例混合引入多晶硅還原爐，在置于還原爐內(nèi)的棒狀硅芯兩端加以電壓，產(chǎn)生高溫，在高溫硅芯表面，三氯氫硅被氫氣還原成元素硅，并沉積在硅芯表面，逐漸生成所需規(guī)格的多晶硅棒。使多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)的廢氣、廢液、廢渣排放量、排放種類大大減少，環(huán)境保護(hù)從根本上得到了保證；22（2）采用高效、綜合回收的精餾系統(tǒng)，物料消耗、能耗得到大幅度下降；（3）采用大流量、高沉積速度的 18 對(duì)棒進(jìn)口還原爐工藝技術(shù)，大幅度提高了單爐年產(chǎn)量，降低了能耗；（4）采用還原尾氣的干法回收技術(shù)，原料綜合回收率達(dá) 95%，分離的氫氣、氯化氫產(chǎn)品質(zhì)量高，使混合氣中的各種有用物料得到最大限度回收利用，也提高了多晶硅產(chǎn)品品質(zhì)，減少了環(huán)境污染；（5）采用三相可控硅的還原電氣自動(dòng)控制技術(shù)，提高了還原的成功率、產(chǎn)量和安全性；（6）采用還原熱能綜合利用技術(shù)，降低了綜合能耗；（7）在系統(tǒng)綜合回收減少原料損耗的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)有完善的尾氣、殘液處理系統(tǒng)和先進(jìn)的廢水循環(huán)處理系統(tǒng)，確保了各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家環(huán)保要求；（8）采用先進(jìn)的 DCS 自動(dòng)控制系統(tǒng)、過程產(chǎn)量、質(zhì)量更穩(wěn)定，減少操作人員，降低成本。還原反應(yīng)后的“尾氣”通過低溫吸收法分離回收，分離出的氯硅烷到精餾提純，氫氣回還原爐循環(huán)使用，氯化氫返到三氯氫硅車間合成三氯氫硅。該工藝是大部分物料在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)的相對(duì)封閉的系統(tǒng)，技術(shù)成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠、產(chǎn)品質(zhì)量最穩(wěn)定。多晶硅裝置由以下幾個(gè)車間組成：（1）三氯氫硅車間這一車間包括液氯儲(chǔ)存及汽化、氯化氫合成工序及三氯氫硅合成工序。（3）多晶硅車間這一車間包括多晶硅制取工序、還原反應(yīng)氣分離回收系統(tǒng) CDI 和四氯化硅氫化工序。 工藝流程 多晶硅生產(chǎn)工藝流程詳見附圖三“工藝流程示意圖” 。在合成爐內(nèi)，通過氫氣、氯氣混合氣體的燃燒反應(yīng)制得氯化氫。來自氫氣制取工序及從三氯氫硅合成工序返回的循環(huán)氫氣輸送入氫氣緩沖罐。來自液氯汽化工序的氯氣通過氯氣緩沖罐，分別去生產(chǎn)線的氯化氫合成爐。為點(diǎn)燃氯化氫合成爐應(yīng)使用氬甲硅烷混合物，該混合物由放在裝卸臺(tái)上的氣瓶送出。氫氣和氯氣在爐內(nèi)燃燒，反應(yīng)生成氯化氫，反應(yīng)式如下：H2+Cl2=2HCl爐內(nèi)的工作壓力為 到 。輸出的氯化氫通過空氣冷卻器被冷卻到 150℃，并穿過氯化氫冷卻器，被循環(huán)25冷卻水冷卻到 40～50℃溫度。尾氣處理系統(tǒng)分為：a） 用于在啟動(dòng)氯化氫合成爐上的安全爆破膜時(shí)，以及合成爐啟動(dòng)和停爐時(shí)的氯化氫廢氣處理系統(tǒng)，b）氯氣處理系統(tǒng)。吸收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由吸收器殼側(cè)的循環(huán)冷卻水移走。部分鹽酸由一級(jí)吸收液泵送至鹽酸貯槽。未被吸收的氯化氫和惰性氣體被送往一級(jí)尾氣洗滌塔，用質(zhì)量濃度為 10%的氫氧化鈉溶液洗滌。洗滌液收集到一級(jí)洗滌液罐。當(dāng)氫氧化鈉濃度降低到 2～3%時(shí)，將部分洗滌液送往工藝廢液處理工序，然后向一級(jí)洗滌液罐內(nèi)補(bǔ)充濃氫氧化鈉溶液。26b）氯氣處理系統(tǒng)吹洗設(shè)備的廢氣和氯氣輸送管道的廢氣，以及氯氣緩沖罐安全閥泄放的氯氣被送到氯氣處理系統(tǒng)。氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉和氯化鈉而被吸收。冷卻器用循環(huán)水冷卻。當(dāng)循環(huán)洗滌液中氫氧化鈉濃度降低到 2～3%時(shí)，向二級(jí)洗滌液罐內(nèi)補(bǔ)充濃氫氧化鈉溶液。在合成爐內(nèi)，用硅粉與氣態(tài)氯化氫反應(yīng)制得三氯氫硅。從氯化氫合成系統(tǒng)的來的氯化氫氣體，輸送到生產(chǎn)線氯化氫預(yù)熱器中，用蒸汽加熱。27氮?dú)怆娂訜崞饔糜趯⒌訜岬?450℃。氮?dú)怆娂訜崞饔糜趯⒌獨(dú)饧訜嶂?00℃。b．三氯氫硅合成系統(tǒng)原料硅粉用運(yùn)輸罐送入車間，用單梁吊車，將運(yùn)輸罐提升并安裝在硅粉驗(yàn)收槽的頂部，并將硅粉放入接收槽內(nèi)。用安裝于供料罐底部的硅粉給料機(jī)將硅粉以一定的流量供入到氯化氫輸送管道中，硅粉被氯化氫氣流攜帶，送入三氯氫硅合成爐底的錐形部分。在三氯氫硅合成爐內(nèi)，硅粉和氯化氫發(fā)生反應(yīng)，生成三氯氫硅，同時(shí)生成四氯化硅、二氯氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷等副產(chǎn)物。反應(yīng)爐下部區(qū)域壓力為 ～，溫度為 290～330℃。28三氯氫硅合成爐生產(chǎn)線冷卻系統(tǒng)：該系統(tǒng)是一個(gè)封閉的回路，包括熱水循環(huán)泵將熱水送入反應(yīng)爐夾套，在此處熱水部分蒸發(fā)，移去反應(yīng)熱。反應(yīng)爐最初的裝料，是將硅粉直接從接收槽送入反應(yīng)爐分離器下部。當(dāng)用氮?dú)鈱?duì)反應(yīng)爐進(jìn)行加熱時(shí)，反應(yīng)爐的廢氣（氮和硅塵）被送往硅粉接收槽所配硅塵捕集器和袋式除塵器進(jìn)行凈化。當(dāng)反應(yīng)爐內(nèi)溫度達(dá)到 200～250℃時(shí)，停止輸送加熱氮?dú)?，并開始在反應(yīng)爐下部輸送經(jīng)預(yù)熱的氯化氫。當(dāng)反應(yīng)爐停下維修或更換硅時(shí)，用溫度為 300℃的熱氮?dú)?，?4 小時(shí)內(nèi)將其吹入氯化氫合成工序的氯化氫廢氣處理系統(tǒng)。冷卻后的硅粉從反應(yīng)爐底卸出，用運(yùn)輸罐運(yùn)至清洗處理工序，處理后運(yùn)至庫房。出三氯氫硅合成爐的夾帶有硅粉的汽氣混合氣依次進(jìn)入一、二、三級(jí)旋風(fēng)除塵器，氣體中的大部分硅粉被分離下來，隨即落入安裝于下方29的三個(gè)集塵罐。d．汽氣混合氣“濕法”除塵系統(tǒng)經(jīng)“干法”除塵后的汽氣混合氣進(jìn)入濕氫處理塔頂部，與同樣從頂部注入的四氯化硅液體混合，自上而下流動(dòng)。從濕氫處理塔下部出來，含固態(tài)雜質(zhì)的汽氣液混合物進(jìn)入鼓泡蒸餾釜并被引至液下。出鼓泡塔，除去了固態(tài)雜質(zhì)的冷卻汽氣混合氣，壓力為～，溫度為 50～90℃，被送入氯硅烷冷凝器，汽氣混合氣中的氯硅烷被冷凝分離出來，送入三氯氫硅儲(chǔ)槽（氯硅烷儲(chǔ)槽） ，然后被送往三氯氫硅精餾部分的一級(jí)精餾塔。 氯硅烷提純車間（1）三氯氫硅精餾三氯氫硅的精餾原理為：利用原料各種組分或成分在一定壓力、溫度下?lián)]發(fā)度不同的特點(diǎn)，采用高效篩板塔進(jìn)行有效分離，最終得到產(chǎn)品30純度滿足電子級(jí)要求的三氯氫硅產(chǎn)品。三氯氫硅的精餾技術(shù)在國(guó)內(nèi)已有多年成功的生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟可靠。將粗三氯氫硅送入脫輕塔，在此進(jìn)行蒸餾脫二氯氫硅烷及其它輕組分。脫高塔塔頂餾出三氯氫硅，塔釜排出四氯化硅及高沸點(diǎn)雜質(zhì)，后者再進(jìn)四氯化硅(TET)精制塔，由該塔塔釜除去高沸點(diǎn)雜質(zhì)。為此，將脫高塔塔頂三氯氫硅產(chǎn)品再經(jīng)兩個(gè)塔，進(jìn)一步脫除高、低沸物雜質(zhì)。由還原尾氣分離出的氯硅烷，基本不含雜質(zhì)，因此采用兩個(gè)塔單獨(dú)精餾分離，回收三氯氫硅和四氯化硅。由還原尾氣回收的氯硅烷連續(xù)進(jìn)入第一個(gè)塔，塔頂分離出粗三氯氫硅進(jìn)入第二個(gè)塔繼續(xù)分離，塔釜為四氯化硅，去四氯化硅氫化車間。（2）廢氣凈化和蒸餾釜?dú)堃禾幚砉ば騛. 廢氣凈化三氯氫硅提純工序各精餾塔頂排放的含氯硅烷、氮?dú)獾膹U氣，及含氯硅烷、氫氣、氮?dú)?、氯化氫的多晶硅還原爐置換吹掃氣和多晶硅還原爐事故排放氣，被送進(jìn)尾氣洗滌塔(此塔一開一備)，用 10%石灰水洗滌，廢氣中的氯硅烷（以 SiHCl3為例）和氯化氫與石灰水中的 CaO 發(fā)生以下反應(yīng)而被除去：SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2H2SiO3+CaO=CaSiO3+ H2O2HCl+CaO=CaCl2+H2O廢氣經(jīng)液封罐放空。當(dāng)槽內(nèi)的石灰漿濃度下降至 2%時(shí)，將含有CaC