冷氫化制備三氯氫硅

注：本文為筆者個人觀點，歡送大家爭論，缺乏之處，還請指正！如有轉載，請告知并注明出處！有幾家，因此始終沒有過多的進展關注。但看到他發(fā)過來的照片，覺察加熱器損壞還是蠻嚴峻的。再結合以前就聽說冷氫化常常由于設備、管道堵塞而不能正常運營，因此這兩天靜下心來認真爭論了一下冷氫化設備和工藝，結合筆者以前的閱歷提出自己對冷氫化的一些想法，供大家爭論?；蛟S是基于提升自身競爭優(yōu)勢緣由，國內(nèi)企業(yè)始終將冷氫化搞得格外奇特，不管有沒有開車，開車是否正常，都將其限定在特定的人群，肯定的范圍之中。這樣從外表上來看，技術保密對于企業(yè)格外重要，但是從生產(chǎn)運行的角度來看，過度的保密反而影響企業(yè)的生產(chǎn)技術進展，這點在企業(yè)沒有完全把握此項技術的時候表現(xiàn)的更為明顯。沒有開放式的共同爭論，單憑有限的人員對工藝包的消化，很難快速的到達預期的效果。這一點需要國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)重進展打量。一、冷氫化技術的進展史：依據(jù)冷氫化技術的專利申請人美國LXE公司技術參謀LarryColeman1980提出，1982年批準，2023年過期。整個冷氫化的進展經(jīng)受了以下過程：〔1〕1948年，聯(lián)合碳素UCC的分公司林德氣體為了找到一種合成TCS的方法而最先開發(fā)了冷氫化技術，但在當時生產(chǎn)TCS是為了制備有機硅而非高純硅?！?〕1950~1960，林德公司在西維吉尼亞建了一個用冷氫化技術生產(chǎn)TCS的生產(chǎn)線。同時，他們覺察用Si+HCl的方式〔合成法〕來生產(chǎn)TCS更加經(jīng)濟，于是就將冷氫化技術擱置?！?〕1973年，當?shù)谝淮问臀C降臨后，美國政府開頭查找石油的替代能源，太陽能就是其中之一，很多公司參與了與之相關的爭論〔包括多晶硅的生產(chǎn)〕，其中包括UCC?！?〕1977年，美國總統(tǒng)卡特授權美國航空航天署NASA查找降低太陽能電池板生產(chǎn)本錢的方法。此時，多晶硅的生產(chǎn)再次被提上議事日程。UCC當時介入了此事，便重把硅烷技術〔1971年制造〕及冷氫化技術找出來，開頭預備建立中試裝置。〔5〕1979~1981年，UCCWashougal建立了一個做硅烷〔100MTA硅烷〕的中試工廠〔生產(chǎn)硅烷的第一步生產(chǎn)TCS所承受的是可以閉路循環(huán)的冷氫化技術〕，并成功生產(chǎn)出電阻率為10000的多晶硅。他們期望通過國家對太陽能級多晶硅的支持來提升其電子級多晶硅的名氣，由于當時工廠還不能夠生產(chǎn)電阻率如此高的電子級多晶硅。〔6〕1983年，UCCMoseslake1000MTA硅烷的擴大化工廠。但當時在位的總統(tǒng)里根為了解決石油企業(yè)利潤微薄的問題，抽調了供給NASAUCC19891000噸的硅烷工廠以三成的價格賣給了一個叫ASMI的日本企業(yè)?！?〕此后幾年，ASMI又將50%的股份賣給了REC，至此REC開頭進入多晶硅領域，冷氫化技術的工業(yè)化生產(chǎn)得以連續(xù)。REC也由此成為冷氫化生產(chǎn)技術的開拓者。二、冷氫化工藝原理：目前國內(nèi)的冷氫化技術主要分為兩種，一種就是傳統(tǒng)意義上的由H2、硅粉、STC作為原料在催化劑的作用下及中溫高壓條件下生產(chǎn)TCS的冷氫化技術，其反響原理如下：另一種是在傳統(tǒng)冷氫化技術上引入回收HCl生產(chǎn)TCS的方法，即氯氫化技術。其整合了三氯氫硅合成和冷氫化兩者的特點，可看作是傳統(tǒng)冷氫化工藝的衍生和優(yōu)化，將回首HCl得到充分的利用。其反響原理如下：不管是傳統(tǒng)的冷氫化生產(chǎn)技術還是改進后的氯氫化技術，其主要生產(chǎn)工藝流程和設備根本是一樣的。三、冷氫化生產(chǎn)工藝概述：為了便于爭論，需要先充分了解一下冷氫化的生產(chǎn)工藝。為了防止與相關企業(yè)產(chǎn)生不必要的學問產(chǎn)權糾紛，本文中人如對本文中所闡述的工藝論述有學問產(chǎn)權疑議，請準時與筆者進展聯(lián)系確認。一般的冷氫化工藝可以分為四大局部，即物料供給系統(tǒng)〔含STC、H2、硅粉、HCL等〕、氫化反響器系統(tǒng)、冷凝分別系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)。具體工藝如以下圖所示：從工藝流程圖中可以看出，硅粉經(jīng)過枯燥后和催化劑在硅粉中間槽內(nèi)進展H2活化，然后后通過給料倉進入氫化反響器。一般硅粉進入氫化反響器主要有三個部位，反響器頂部、反響器中部和反響器底部，這三個部位進料各有優(yōu)STC和H2分別經(jīng)過加壓、汽化后依據(jù)肯定的摩爾比從流化床底部進入，如同TCS合成爐一樣，這樣可以使氫化反響器內(nèi)的物料進展充分沸騰反響。反響尾氣通過旋風分別器分別掉絕大局部的催化劑和未反響完全的硅粉，之后再進入洗滌塔通過氯硅烷噴淋洗滌進一步除去尾氣中的固含物。比較干凈的尾氣通過STC加熱器與液體STC進展充分換熱，然后再通過兩級冷凝器對尾氣進展深冷，尾氣中的氯硅烷變?yōu)橐后w，這樣就可以將尾氣中H2和HCL與氯硅烷通過氣液分別器進展分別。分別出來的氣體H2和HCL依據(jù)企業(yè)工藝和設備狀況回收至合成車間或是氫化反響器。液體氯硅烷一局部被泵入尾氣洗滌塔來洗滌尾氣，剩下的均進入汽提塔進一步除去固體雜質。除雜后的氯硅烷進入粗餾塔進展STC和TCS的分別，STC為液體從塔底排出，TCS成氣體從塔頂排出進入下一級精餾塔分別進展除重、除輕處理。精餾后的TCS進入TCS儲槽，之后被泵入多晶硅復原工序。TCS回收的冷凝工序和合成精餾工序。筆者之所以從傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝角度來對冷氫化進展工序分割，主要是為了便于分析冷氫化常常存在的問題，并賜予一些相應的解決方法。未完，詳見《冷氫化生產(chǎn)工藝爭論〔中〕》四、冷氫化工藝分析：〔一〕、物料供給系統(tǒng)：1、硅粉和催化劑供給：一般的工業(yè)硅粉都含有肯定的水分，因此在使用前都必需進展烘干。在傳統(tǒng)的TCS合成工藝中，一般承受加熱N2來進展烘干處理。但考慮到冷氫化需要使用銅基或鎳基的催化劑，為了確保催化劑活性，所以根本上承受加熱H2來對硅粉進展枯燥，并起到進一步活化的作用?？菰锖蟮墓璺叟c催化劑在硅粉中間倉內(nèi)混合均勻，然后進入硅粉供給倉。為了保證硅粉的安全、持續(xù)加料，一般硅粉供給倉設置為兩個，其中一個供給倉先裝滿混合均勻的硅粉和催化劑，在使用過程中由H2加壓均勻送入氫化反響器中。另一個供給倉此時由硅粉中間倉補充硅粉和催化劑，等待下一步交替送料。在這一生產(chǎn)步驟中由于物料均為枯燥的粉料，因此除了需要計量配比準確外，并無大的問題。2、H2供給：這個生產(chǎn)步驟相比照較簡潔，回收的H2或是來自電解的H215～30kg后進入H2緩沖罐，然后再通過電加熱器進展汽化。在這里需要留意的是冷氫化系統(tǒng)回收H2的使用。由于在冷氫化生產(chǎn)系統(tǒng)中一般沒有特地的HCL吸附解析系統(tǒng)，因此其回收H2含有肯定量的HCL。假設將此回收H2與復原回收的H2或是電解的H2混合經(jīng)過氫壓機壓縮HCLH2分別后單獨由電加熱器進展加熱汽化。假設企業(yè)已經(jīng)有TCS合成系統(tǒng)，建議將此冷氫化回收H2壓縮后與HCL進展簡潔的分別，然后將回收的HCL送入TCS合成爐內(nèi)單獨使用。這樣的好處是可以使氫化反響器內(nèi)的物料種類相應削減，便于生產(chǎn)掌握。3STCSTC儲槽來的干凈STC15～30kgSTC換熱器與反響尾氣進展換熱，起到初步的預熱作用。然后經(jīng)過預熱的STC通過STC加熱器進展進一步加熱，一般到這一步驟時STC已根本全部汽化。加熱的媒質通常為蒸汽或是導熱油，由于導熱油可以加熱至300℃左右，所以一般使用導熱油居多。由于氫化反響器中的物料反響溫度在500℃以上，因此進入反響器的物料溫度需在500℃左右，此時需要再通過電加熱器進展加熱，以滿足進料工藝溫度要求。汽化后的STCH2化反響器中。在這一步驟中需要關注的是STCSTCSTC就很有可能消滅氣體夾液現(xiàn)象，這樣直接導致的結果就是STC液體會與反響器中的硅粉和催化劑結塊，從而堵塞旋風分別器、冷凝器和相應管線。假設STC物料處理的不干凈，也會堵塞冷凝器、加熱器及氫化反響器底部的氣體分布器等設備或部件?！捕?、氫化反響器系統(tǒng)：主要包括氫化反響器和濕法洗滌兩個局部。1、氫化反響器：一般的氫化反響器主要包括反響器本體、底部氣體分布盤、旋風分別器、硅粉進料口及電加熱器等部件。A、反響器本體：由于冷氫化反響器的工作條件要求格外高，既要耐高壓，還要耐高溫、耐腐蝕，因此對其設備材Incoloy800HIncoloy800H鉻鎳錳硅鋁鈦鋁+鈦碳銅磷硫鐵最小值19.030.0----50.06--------最大值23.035.01.51.00.10.750.0450.01539.5Incoloy800H大直徑的管材市場上很少供給，且格外昂貴，而板材且在焊接和熱處理方面難度比較大，所以通常狀況下承受棒材掏心的方法來加工氫化反響器筒體。這種方法在肯定程度上解決了Incoloy800H的焊接難題，但是存在材料鋪張比較大，且筒體壁厚無法保證均勻等問題。為了解決這種加工缺陷，現(xiàn)在已經(jīng)消滅了一種承受特種鑄造方式來加工氫化反響器筒體的加工工藝。這種加工工藝可以依據(jù)設計要求加工出任意直徑的Incoloy800H筒體，且保證筒體壁厚均勻，可實現(xiàn)同軸心的一體式筒體變徑，對于原材料鋪張極少。這種加工工藝的消滅在很大程度上降低了氫化反響器的制造本錢。BSTC和H2在反響器內(nèi)分布均勻，以利于物料充分接觸，使反響能夠更加充分。一般底部氣體分布盤有兩層，最低下一層相當于噴嘴，上一層相當于一個均布器。C、旋風分別器：又叫做旋風除塵器，主要是除去反響尾氣中的硅粉和催化劑，其構造與化工行業(yè)的常用旋風分別器根本一樣。依據(jù)目前的常用設計，旋風分別器分為內(nèi)旋風分別器、上旋風分別器和外旋風分別器三種，這三種形式各有特點。內(nèi)旋風分別器位于氫化反響器的內(nèi)部上端，其好處在于其位于氫化反響器內(nèi)，與氫化反響器成為一體，熱損較小，硅粉和催化劑回收率高，回收的硅粉和催化劑可直接在反響器內(nèi)連續(xù)參與反響，其缺點就是檢修及部件更換操作不便，且受反響器空間影響，處理力量有限，因此對于處理量比較大的反響器而言不太適合。上旋風分別器位于氫化反響器頂部，與反響器直接相連，也可看為一體。其好處在于回收的硅粉和催化劑可直接在反響器內(nèi)連續(xù)參與反響，檢修及部件更換操作比較便利，同樣其受反響器影響，處理力量受到現(xiàn)在，因此一般用于中型的氫化發(fā)反響器。外旋風分別器與氫化反響器通過管道相連，根本是一個獨立的處理設備。其好處除了檢修及部件更換便利以外，還可以不受氫化反響器限制，可以依據(jù)生產(chǎn)要求同時并聯(lián)幾套設備，因此無論是處理力量還是處理效果，都得到了有效的提升，因此對于大型的氫化反響器其比較適合。但其缺點是收集的硅粉和催化劑需特地回收處理。D、硅粉進料口：依據(jù)通常的氫化反響器設計，硅粉有三個進料位置，即頂部，中部和底部，同樣這三種進料方式各有特點。入反響器內(nèi)，這樣在肯定程度上就削減了對氣體輸送的依靠。但是由于加料位置與反響器出口比較緊，因此，硅粉和催化劑損失比較大，在肯定程度上增加了旋風分別器的處理負荷。底部進料是指硅粉和催化劑從氫化反響器底部進入，依靠H2、STC、HCL的氣體吹入反響區(qū)域。這種進料方式有利于硅粉和催化劑的充分反響，單對氣體輸送要求比較高。中部進料是一種比較常見的反響器進料方式，在氫化反響器中部硅粉和催化劑通過H2加壓和自身重力作用進入反響器內(nèi)。其優(yōu)缺點介于上述兩種方式之間。E、電加熱器：由于冷氫化的主要反響是STC轉化為TCS，這是一個吸熱反響。因此，單純依靠物料的預熱來滿足反響溫度會存在肯定的風險，因此，一些氫化反響器的設計在底部會增加一個電加熱器，以滿足工藝所需的反響條件?！踩?、濕法洗滌：濕法洗滌相比照較簡潔，就是在洗滌塔內(nèi)通過液體氯硅烷噴灑反響尾氣，進一步除去尾氣中的固體雜質，防止堵塞后續(xù)冷凝器等設備。冷凝分別系統(tǒng)：在本設計中包括熱交換器、兩級冷凝器和一個氣液分別器。A、熱交換器：洗滌后的反響尾氣在列管式熱交換器中STC進展換熱，這樣就可以起到對STC進展預熱的作用，同時降低反響尾氣的溫度。B、一級冷凝器：依據(jù)反響溫度的掌握，使用冷卻水或是冷凍鹽水在此設備內(nèi)對反響尾氣進展進一步的冷卻。C、二級冷凝器：使用冷凍液在此設備內(nèi)對反響尾氣進展更深的冷卻，以使反響尾氣中的氯硅烷全部變成液體。D、氣液分別器：在此設備內(nèi)，液體氯硅烷與H2HCL氣體進展分別，氯硅烷從底部進入氯硅烷中間槽，H2和HCL從頂部進入回收系統(tǒng)。〔四〕、精餾系統(tǒng)：包括汽提、TCS粗餾和TCS精餾三個局部。A、汽提：液體氯硅烷在此通過再沸器加熱變?yōu)闅怏w，以便在此對液體中的固體雜質進展分別，從而獲得更加干凈的氯硅烷。B、TCS粗餾：TCSSTCTCS及DCS。STC塔底排放至STC儲槽，TCS和DCSTCS變?yōu)橐后w，一局部回流至塔內(nèi)，剩余局部進入下一級精餾系統(tǒng)。DCS此時大局部仍未氣體，從冷凝器頂部排出，至廢氣儲罐。CTCS精餾：TCS精餾有兩級精餾塔組成，主要是除去TCS總的金屬氯化物，即常常所說的輕重組分雜質。一般而言，TCS精餾一級塔是去除TCS中的重組分，重組分從塔底排出，二級塔是去除TCS中的輕組分，輕組分是從塔頂冷凝器排出。經(jīng)過兩級精餾之后的TCS則為純潔的TCS，生產(chǎn)上一般稱為精制三氯氫硅。未完，詳見《冷氫化生產(chǎn)工藝爭論〔下〕》五、冷氫化生產(chǎn)探討〔一〕、冷氫化面臨的生產(chǎn)問題：TCS和合成精餾三個局部組成，分別對應如下：1、冷氫化反響器系統(tǒng)對應TCS合成中的TCS合成爐、旋風分別器和洗滌塔；2、冷凝分別系統(tǒng)對應的是合成干法尾氣回收中的尾氣冷凝局部，在常見的CDI系統(tǒng)中對應的就是四級冷凝系統(tǒng)，即常說的“短路”；3、精餾系統(tǒng)對應的就是合成精餾中的粗餾和精餾。所以，從事過傳統(tǒng)改進西門子法生產(chǎn)的人員都知道，合成干法尾氣回收中的四級冷凝系統(tǒng)和合成精餾都是比較簡潔TCS在日常的TCS合成生產(chǎn)中常見的問題就是TCS轉換率、設備管道堵塞和設備管道損壞，而TCS轉換率的凹凸取決于TCS合成爐的工藝掌握水平，管道堵塞和設備管道損壞狀況則取決于TCS合成爐的工藝掌握水平和相應設備或備件的合理性即操作技巧。因此，相對于冷氫化而言，最終也不能逃脫這三個問題點。從目前一些公司的冷氫化系統(tǒng)實際運行狀況來看，也正是這三個問題點始終困擾著企業(yè)的正常生產(chǎn)運行，尤其是設備管道堵塞和設備管道損壞直接導致冷氫化系統(tǒng)，影響冷氫化的生產(chǎn)運行周期。針對以上問題，各企業(yè)需要依據(jù)自身設備和人員狀況進展摸索，形成一套適合自己的生產(chǎn)工藝掌握標準。并借鑒一TCS合成運行不錯的企業(yè)生產(chǎn)閱歷，從TCS合成的運行角度來完善冷氫化反響器的缺乏?！捕?、冷氫化電耗到底是多少從目前的行業(yè)輿論來看，大家都認為冷氫化耗電量格外低，大致的范圍在0.8～1.5Kwh/kg.TCS。前一段時間筆者有幸與一位國內(nèi)知名的冷氫化工藝設計大師爭論目前的多晶硅技術問題，其中就涉及到目前冷氫化的耗電量。大師說他們的冷氫化工藝包在國內(nèi)是格外有競爭優(yōu)勢的，并已在幾家公司成功運行，效果不錯。他們的工藝包中全部動設備的平均最大功率是0.6Kw/kg.TC〔全部動設備的銘牌功率之和與產(chǎn)能的平均值0.6Kwh/kg.TC。從設計院的這個數(shù)據(jù)可以看出，冷氫化的設計電耗還是格外低的。但是，這些數(shù)據(jù)是基于達成設計產(chǎn)能的理論值，但實際如何，企業(yè)還需心中有數(shù)。依據(jù)國家的設計標準，企業(yè)年生產(chǎn)操作時間應為7440h310天，對于一條年50000t的TCS冷氫化生產(chǎn)線而言，則TCS6.72t/h。暫且不考慮設備的實際運行功率，既有效功率如何，但從產(chǎn)能這方面來考慮，50000t的產(chǎn)能對應的電耗是0.6Kw/kg.TCS50000t企業(yè)自己知道。所以，冷氫化電耗凹凸除了與技術、工藝、設備有關外，還與企業(yè)的生產(chǎn)運行水平和人員有很大關系，而且在肯定程度上，后者往往會起到打算性作用。因此，對于各企業(yè)而言，必需明白一個最根本的常理，技術和設備可以幫助企業(yè)，但真正能夠幫助企業(yè)的還是企業(yè)自己?！踩?、冷、熱氫化之爭：目前常常會消滅冷氫化是將來的必定進展趨勢，熱氫化最終會被冷氫化所淘汰，即所謂的冷、熱氫化之爭。綜合所有言論，可以不難看出，認為冷氫化要優(yōu)于熱氫化的依據(jù)無非有五點：1、冷氫化耗電量低；2、冷氫化TCS轉化率高；3、冷氫化一次性投資本錢低；4、熱氫化備品備件費用高；514點打算冷氫化的生產(chǎn)本錢很低。針對以上五點，筆者不妨進展逐條分析，以探求其實質的問題所在。30%以下嗎？對于這一點，筆者不是很認同，這個主要取決于企業(yè)自身的生產(chǎn)運行水平的凹凸。這點已經(jīng)在上面進展了3Kwh/kg.TCS以上是基于熱氫化工序而言的，假設將TCS合成、TCS尾氣回收和TCS精餾三個工序也看作熱氫化的一局部的話，那么熱氫化的耗電量2.2Kwh/kg.TCS左右。關于其次點冷氫化TCS化的平均摩爾轉化率在20～22%，并非大家所聽到的25%以上〔這個數(shù)據(jù)可能是瞬時值〕。而目前經(jīng)過技術改造后20～22%25%左右。因此，對于TCS轉化率，目前兩種氫化工藝相差不是很大。關于第三點冷氫化一次性投資本錢低，這點也是無需置疑的，到底熱氫化的設備要比冷氫化多很多。關于第四點熱氫化備品備件費用高，這點比較難以確定。到底每家企業(yè)的選購渠道和選購本錢都不全都，很難進展兩者間的直接比較。但是有一點必需說明的是，熱氫化現(xiàn)在全部的備品備件均已實現(xiàn)國產(chǎn)化，很多關鍵的備品備件已經(jīng)實現(xiàn)了更換代，目前備品備件價格已經(jīng)有了大幅度的降低。20美金以下。對于這種觀點，筆者是不敢茍同的。冷氫化在肯定程度上是可以降低多晶硅生產(chǎn)本錢的，但是并非業(yè)內(nèi)所期望的那么多，到底多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)是一個綜合性的生產(chǎn)系統(tǒng)，需要一個整體運行來支撐，而多晶硅的本錢降低不是依靠某一兩個工段就能夠打算的〔包括冷熱氫化在內(nèi)〕，在運行正常的狀況下，綜合運行水平的凹凸打算企業(yè)生產(chǎn)本錢的凹凸，過程掌握不容無視。通過上面簡潔的分析，可以簡潔的看出冷、熱氫化之間的關系及優(yōu)劣勢，借此給大家一個簡潔的參考?！菜摹?、CL離子的補充不容無視：STC大家是有一個誤區(qū)的。包括熱氫化在內(nèi)，所謂的閉環(huán)生產(chǎn)永久是相對，最簡潔的就是多晶硅生產(chǎn)過程中需要排出雜質和不冷凝氣。多晶硅生產(chǎn)中的雜質主要是依靠STC排出的，而不冷凝氣根本上是DCS，這兩個就在肯定程度上打算硅和CL離子是有損耗的，關鍵在于損耗的多與少。冷氫化的STC轉化率在理論上要比熱氫化高，這主要是熱氫化對STC的純度要求比較高，尤其是TCS合成產(chǎn)生的STC是不能夠在熱氫化爐中使用的。所以，對于冷氫化而言是需要補充肯定量的STC的，除非企業(yè)直接向氫化反響器中補充Cl2。至于補充量是多少，這個需要看各企業(yè)的運行水平?！参濉场⒗錃浠倪M展方向：18t/h處理量的熱氫化爐的信息，但是冷氫化作為企業(yè)降低多晶硅生產(chǎn)本錢的一個方向不能無視。冷氫化和熱氫化各有其自身特點，不能輕易的下結論說是誰能替代掉誰。假設要想生產(chǎn)高質量的多晶硅產(chǎn)品，熱氫化就不能夠缺少。在市場上STC供給緊急時，熱氫化的相應配套系統(tǒng)將會發(fā)揮出其更大的作用。TCS產(chǎn)品質量外，與熱氫化生產(chǎn)系統(tǒng)相聯(lián)合，將更是其應當進展的方向。所以，對現(xiàn)在已經(jīng)建成并投產(chǎn)的企業(yè)而言，冷氫化是一個選擇方向，但并非需要以完全拋棄熱氫化系統(tǒng)作為代價。固然，企業(yè)假設是為了融資需要，為了給市場一個概念，到可以做做，否則，還是將現(xiàn)有的做好才是最好。簡潔的做了一個以熱氫化和冷氫化為根底生產(chǎn)多晶硅的主要物料關系圖冷氫化的圖中理論STC缺口是依據(jù)理論數(shù)據(jù)計算得出，實際生產(chǎn)耗用量要大于此數(shù)據(jù)。冷氫化技術綜述〔上〕的表格顯示不完整，重發(fā)一遍：冷氫化技術綜述〔上〕的表格顯示不完整，重發(fā)一遍：工程名稱工程名稱高溫低壓熱氫化低溫高壓冷氫化615～35操作溫度：℃1250主要反響SiCl4＋H2＝SiHCl3＋HCl500～5503SiCl4＋Si＋2H2＝4SiHCl3優(yōu)點占地少；易操作和掌握，修理量??；氫化反響同一裝置內(nèi)進展，可節(jié)約投資；反響溫度低、電鎦提純工藝較簡潔，提純工作量小；STC轉化率為20％以上；轉化率一般為〔17%～24%〕≤2.2～3kWh/kg-TCS；缺點加熱片為易耗材料，運行費用較高，有碳污染量大，增加精餾提純費用〔如蒸汽、電力、冷卻的可能性。水等消耗〕；需硅粉枯燥及輸送系統(tǒng)；需參加催化劑。冷氫化技術綜述冷氫化技術綜述〔上〕朱駿業(yè)岳菡張永良2070年月美國噴氣推動試驗室(JPL)在美國能源部的支持下組織爭論硅烷法工藝過〔STC〕〔TCS〕，然后將三氯氫硅通過歧化反響生產(chǎn)硅烷。80年月初，為得到低本錢、高純度的多晶硅，又進展了一系列的爭論開發(fā)。其中高壓低溫氫化工藝〔以下簡稱冷氫化〕就是一項能耗最低、本錢最小的STC轉化為TCS的工Carbide80實現(xiàn)了從試驗裝置到工業(yè)化運行的跨越，目前REC在華盛頓州的多晶硅工廠所承受的此項工藝仍在運行中。因此，毋庸置疑，冷氫化技術的原創(chuàng)應當是UCC，目前流行的各類流化床冷氫化工藝只是在UCC的根底上“整容，而非變性”〔易中天語〕！90年月，為了提高多晶硅產(chǎn)品純度，滿足電子工業(yè)對多晶硅質量的要求，開發(fā)了高溫STC氫化工藝，這兩種工藝的比較如下：工程名稱操作溫度：℃主要反響

高溫低壓熱氫化61250SiCl4＋H2＝SiHCl3＋HCl

低溫高壓冷氫化15～35500～5503SiCl4＋Si＋2H2＝4SiHCl3汽相反響；不需催化劑；連續(xù)運行；裝置單一、優(yōu)點 無硼磷及金屬雜質帶入，后續(xù)的精鎦提純工藝較簡潔，提純工作量??；轉化率一般為〔17%～24%〕≤2.2～3kWh/kg-TCS；缺點 耗材料，運行費用較高，有碳污染的可能性。

耗低，單耗指標為≤1kWh/kg-TCS；20％以上；〔如蒸汽、電力、冷卻水等消耗〕；需硅粉枯燥及輸送系統(tǒng)；需參加催化劑。綜上比較，二者各有優(yōu)缺點，但低溫高壓冷氫化工藝耗電量低，在節(jié)能減排、降低本錢綜上比較，二者各有優(yōu)缺點，但低溫高壓冷氫化工藝耗電量低，在節(jié)能減排、降低本錢方面具有肯定的優(yōu)勢。國內(nèi)多晶硅建及改、擴建單位可以依據(jù)工程的具體狀況、自身的方面具有肯定的優(yōu)勢。國內(nèi)多晶硅建及改、擴建單位可以依據(jù)工程的具體狀況、自身的優(yōu)勢及喜好，擇優(yōu)選定。冷氫化主要反響式如下：Si+2H2+3SiCl4 <>4SiHCl3〔主反響〕SiCl4+Si+2H2=2SiH2Cl2〔副反響〕2SiHCl3=SiCl4+SiH2Cl2〔副反響〕典型的冷氫扮裝置組成如下：6大局部：1、技術經(jīng)濟指標：包括，1〕金屬硅、催化劑、補充氫氣、STC、電力的消耗，2〕產(chǎn)品質量指標，3〕STC轉化率，4〕公用工程〔氮氣、冷卻水、冷媒、蒸汽及導熱油〕；2、主裝置：包括，1〕流化床反響器、2〕急冷淋洗器，3〕淋洗殘液的處理系統(tǒng)，4)氣提，5〕加熱及換熱裝置；3、原料系統(tǒng)：包括，1〕硅粉輸送，2〕催化劑選用及制備，3〕原料氣體的加熱裝置；4、粗分別系統(tǒng)：包括，1〕脫輕，2〕脫重，3〕TCS分別；5、熱能回收系統(tǒng)，包括：1〕流化床出口氫化氣的熱量回收，2〕急冷塔出口淋洗氣的熱能回收，氯硅烷物流熱量綜合利用；熱能回收系統(tǒng)，包括：1〕流化床出口氫化氣的熱量回收，2〕急冷塔出口淋洗氣的熱能回收；6、物料處置及回收系統(tǒng)：包括，1〕淋洗殘液中的氯硅烷回收，2〕脫重塔殘液中的氯硅烷回收，3〕輕組分中的氯硅烷回收，4〕固廢處理，5〕氯硅烷廢液處理。裝置、原料系統(tǒng)、粗分別系統(tǒng)、熱能回收系統(tǒng)、物料處置及回收系統(tǒng)，現(xiàn)就這六個方面的因素作一些簡潔的點評：1、技術經(jīng)濟指標：離譜，有的高得讓人無法承受，依據(jù)目前把握的各廠家運行數(shù)據(jù)來看：金屬硅消耗在0.056-0.061kg/kgTCS之間；0.009-0.011kg/kgTCS0.9-1.0kg/kgTCS0.0002-0.0005kg/kgTCS0.58-0.9/kgTCS24%-28%之間；還都算比較靠譜的數(shù)據(jù)，消耗太低了不現(xiàn)實，消耗高了就讓人無法承受。2、主裝置：主裝置大致包括，1〕流化床反響器、2〕急冷淋洗器，3〕淋洗殘液的處理系統(tǒng)，4)氣提，5〕加熱及換熱裝置。關于用于冷氫化工藝的高壓流化床反響器：高壓流化床反響器是冷氫化系統(tǒng)中最重要的核心設備求較高，目前普遍承受美國SpecialMetals公司制造INCOLOY800系列具有耐高溫強度、抗氧化及高溫腐蝕性能的特種合金鋼。INCOLOY800系列合金鋼一般化學成分如下：由于800H可以對化學成分賜予更加嚴格的限制〔參見下表〕，可以承受特別的訂單，因此對于冷氫化的操作條件，800H更為適宜：800H的高溫機械性能如下：由于這種材料價格昂貴〔20萬左右/噸〕、且交付周期較長，焊接難度大、熱處理有特別要求。因此流化床反響器的設計需要做一些特別的考慮。2.0-3.0MPa2.8MPa以上時，對四氯化硅轉化率的提高極為有限，但是壓力的提高對材料及制造性能的要求卻會大幅增加，甚至會影響設備整體機械性能。2023mm。假設期望提高單臺設備的處理力量，承受大直徑設備，那就需要對2.0-2.3MPa取決于操作壓力，國內(nèi)早期〔80年月末-90年月初〕的冷氫化工業(yè)化試驗裝置，也曾取得1.6MPa26%。布器、分布板〔含噴嘴〕、導流擋板及內(nèi)旋風除塵。首先，內(nèi)部構件為非承壓元件，盡管體一樣，承受同一級別材質。1200mm以下的流化床不必考慮設置預分布器。分布板是流化床最最重要的一個內(nèi)部構件，分布板由多孔板和噴嘴兩局部組成，國外〔UCC〕也曾實行不加噴嘴的錯疊式分布板在TCS合成裝置上使用，取得良好的運行效果工質而言大體可以分為氣態(tài)型噴嘴和氣固型噴嘴。對于TCS合成流化床國外曾承受氣固噴嘴〔HCl+MGSi〕，取得良好的運行效果。而用于冷氫化的流化床多承受側噴式氣態(tài)噴嘴。要留意的是，用于冷氫化的高壓流化床靠近筒形式的高壓流化床噴嘴，在實際使用中均能很好地做到這一點。的運行工藝。一般狀況下，增大分布板的壓降和削減開孔率，可以起到改善流化床布氣和穩(wěn)定性能的作用，但是這就要加大氫壓機的負荷，增加電力的消耗，同時也簡潔增加氫壓〔即硅粉的床層高度，選用的側噴式噴