多晶硅化工節能生產技術探究

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摘要:在所有的化工產品中，多晶硅的生產需要消耗大量的能源，不僅不利于節能技術的發展，阻礙了環境保護，而且也不利于企業經濟效益的增長，所以在多晶硅化工中采取節能措施是有必要的。本文將先進行多晶硅生產中能耗的分析，再說明多晶硅生產中的節能生產技術。

關鍵詞:多晶硅；化工節能；生產技術

現階段，多晶硅的生產技術面臨著降低能源能耗，保護環境、減少污染的難題，需要在此基礎上提高生產質量和產量，所以這還需要我國人員的努力和合作，還有很長的一段路要走。目前我國的一些太陽能硅材料大多數都依賴于進口，這說明多晶硅的生產技術需要革新，不能受制于人。使用最多的多晶硅材料就是太陽能光伏產業了，太陽能光伏產業鏈包括硅原料生產，硅棒以及硅片生產，包含太陽能電池組裝、組件和光伏產品生產和發電等系統。其中硅原料的生產是最重要的環節，比如說現在世界上最大的太陽能光伏電池90%以上都是由多晶硅或單晶硅制作的，多晶硅的生產主要有幾個問題需要解決，第一個是解決能耗問題，減少污染和提高質量、產量，另外，還要引進先進技術，并在結合我國實際的基礎上進行創新。

1多晶硅化工生產技術現狀

1．1技術尚有欠缺

在世界的光伏產業中，對硅的生產要求較高，要求多晶硅具有較高的純度，純度需要達到7～9個9，并且其中硼和磷的含量也要控制在較小的范圍之內，它是光伏企業中太陽能電池所用的最核心原料，所以，具有高純度硅原料的企業就具有了較大的市場競爭力。在企業中，都追求高純度硅料生產的合成、精制以及提純等，現階段，我國的多晶硅儲量比較大，占全世界總儲量的1/4，但是我國的太陽能企業的多晶硅原料大多依賴國外企業，從外國進口，這是因為太陽能企業中所用的硅原料需要從不同的提煉方式中提取出來，提取成功后，生產出多晶硅或單晶硅，但是這些硅的原料純度與西方發達國家相比，還具有一定距離，產量和能耗都難以達到要求，這樣一來，不僅僅會加大企業的生產成本，還會阻礙我國光伏企業向上發展，使我國出很低的價格購買高污染的多晶硅原料，再用極高的價格回收高純度的硅原料。我國的硅原料工業的發展起步較早，但是生產規模較小，工藝技術較為落后，環境污染較大，消耗能源較多，所花費的成本較高，一些企業甚至因為生產有虧損而停產。近幾年，我國的硅原料生產企業屈指可數，每年的生產量為幾十萬噸，并不能滿足每年的需求量，因為能滿足太陽能生產所需要的硅原料總共有80噸，據估計，迄今為止，我國使用的太陽能硅材料的需求量將達到4500噸，2015年達到1．6萬噸，如果不以設立自主知識權的方式改變此現狀，那么我國的硅料生產工業將很難在國際市場上立足，這也將威脅我國的光伏產業的進一步發展。

1．2精餾節能技術降低能耗，減少污染

人員可以通過一些計算和分析資料、實例驗證，通過加大壓力，將高溫三氯氫硅的提純工藝運用到原料提純系統中，在加熱配套塔中，將二塔的高溫氣體用于進料，從而降低塔頂的水循環以及蒸汽的能耗，可以減少將近一半的消耗。還可以利用反應精餾技術，精餾方法的使用主要在于將一些金屬物質排除出去，還包括一些非金屬物質，只有將雜質清除干凈，才能降低能耗，因為雜質含量越低，能耗就越低，目前清除雜質的方法有濕氮除硼技術和硅膠除硼法，都是將一些物質加入到精餾反應中，其中，采用濕氮除硼技術是將含有水分的氮氣和氫氣加入其中，而硅膠除硼法是在其中添加硅膠，除此之外，還能夠采用多效精餾和熱精餾的方法有效利用塔頂蒸餾系統，已達到節約能耗的效果。

1．3提高光電轉換效率，降低生產成本

在多晶硅的生產當中，需要提高光伏材料的轉換效率，另外還需要降低太陽能電池的制造成本，這是我國光伏企業一直以來追求的兩個目標，在太陽能裝置中，多晶硅硅片是其中的核心部分，硅片也能夠將太陽能轉化為電能，硅片的質量也對太陽能轉化的質量起著至關重要的作用。通常情況下，太陽能的光電轉化率能達到10%，但如果是高純度的硅片，就能將太陽能電池轉化21%以上，甚至是以上，所以對于太陽能電池的生產，多晶硅起著十分重要的作用。

1．4多晶硅材料是整個光伏發電成本中最高的部分

在一些光伏企業中，多晶硅的材料成本費用達到了太陽能生產總成本的一半以上，占據了網光伏發電系統成本的30%。所以，進一步減少多晶硅材料的生產成本，可以加大硅企業的市場競爭力，也能夠推動整個光伏產業鏈的發展，針對該問題，合理的應對措施有引入先進的生產硅材料的設備，比如分離傳質設備，一些設備能夠實現篩選與精餾過程一體化，并能夠促進有效清潔，然后需要引進先進的蒸餾設備，需要是精餾裝置，這樣可以提高多晶硅的生產產量，實現多晶硅的大型化。引進和使用大型的合成爐和還原爐，幫助更好地進行還原反應，現階段，一些太陽能電池的原材料多數為多晶硅片制成的，而且在未來也會使用很長一段時間，都不會被代替，多晶硅產品的生產工藝要求較嚴格，行業技術進步較快，投入的科研經費較多。在生產中，涉及到的副產物與三廢處理技術投入較大，可以很好地起到保護環境的作用，并形成了產業鏈，初具規模。在將來，也會有多家企業意識到人才、生產成本以及產品質量的重要性。

2多晶硅生產中的節能生產技術

2．1制備氫氣的節能技術

在多晶硅生產技術中，可以利用天然氣和輕質石油的方法來制氫，使天然氣、石油以及水在催化的作用下產生氫氣、一氧化碳以及甲烷，再將其分離，分離后獲得高純度氫氣，雖然該工藝操作復雜，但是具有一定的節能效果;將工業生產中的氫氣進行回收利用也能起到節能的效果。

2．2氫化的節能技術

氫化的節能技術可以分為好幾種，第一種是采用冷氫化的方法，冷氫化的耗電量比較低，它一般會受到多晶硅化工轉化率的影響，也會受到生產周期的影響，當生產周期越長，氫化反應就越平穩，轉化率也就越高，所以生產的多晶硅量就大，通過的循環步驟就少，耗電量就較低，為了產生較低能耗的多晶硅，需要人員在生產過程中保持較長的生產周期，平穩的產能以及高轉化率。還可以利用可活化和氫化氫氣回收的技術，以加壓的方式吸附尾氣氫氣，并使其參與到循環利用之中。最后是可以采用余熱的技術，利用氫化產生的高溫進行加熱，采用這種方法，可以減少大約30%的能耗，達到有效節能的目的。

2．3還原的節能技術

首先還原技術需要優化，因為目前我國大部分企業采用的還原技術依然是鐘罩式還原爐，這種還原爐的耗電量比較高，與國際上規定的標準相比，還存在一定距離。所以我們有必要對其進行整改，改進和完善技術，比如說使用硫化床反應器，因為它是一種節能性能較優越的多晶硅反應器，能夠降低耗電量，而且還會產生較大面積的沉淀，生產效率極高，改進還原爐節能，是未來多晶硅生產的發展趨勢。使用這種節能還原爐不僅可以提高生產效率，還能夠減少用電能耗，使用這種設備能夠改進硅芯熱啟動技術，最終能夠減小硅芯的溫度和電壓，從而能夠達到降低能耗的目的。具體的操作步驟為見一些元素融入進硅芯中，通過減小電導率降低硅芯啟動的溫度和電壓，使用等離子預熱啟動硅芯技術，可以加熱等離子，達到降低溫度的目的。

3結語

本文對影響多晶硅質量的因素進行了分析，并詳細分析了高純氫氣、精餾以及還原技術，這樣不僅可以保證多晶硅的質量，保證各個車間的操作規范，提高生產技術，還能保證起到節能的作用。

參考文獻

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作者:劉松 單位:賽維 LDK 太陽能高科技(南昌)有限公司