年產3000噸電子級多晶硅建設項目可行性研究報告原創-資料下載頁

【導讀】年產3000噸電子級多晶硅建設項目多晶硅可研報告。產品產量和原材料、輔助材料及公用工程消耗定額及消耗量.......40

　　

【正文】 產薄弱環節、生產線滿負荷運作、降低庫存等措施提高產量，但是遠遠不能滿足電子行業和太陽能行業飚升的需求。一些大型電池和組件 企業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。 由于多晶硅材料嚴重供不應求，高純多晶硅國際市場長期供貨價格由 20xx 年初的 100 美元 /公斤上漲到 20xx年的 300～ 350 美元 /公斤，目前國際市場長期供貨價格超過了 350 美元 /公斤，今年價格還將進一步上漲到 380～ 400美元 /公斤。目前多晶硅材料 20xx年全年的期貨已經售完，這些材料的現貨價格近期超過了 400 美元 /公斤。部分太陽能電池生產企 18 業搶購電路級多晶硅用于太陽能電池的生產，導致全世界電路級多晶硅材料也供應緊張，并且拉動了電路級多晶硅材料的價格 上揚。因此，本可研報告多晶硅價格按 100 美元 /公斤計，與目前市場價格相比較低，但隨著全世界多晶硅項目的建設和擴產，最終價格應保持在 80 美元 /公斤左右。 19 第三章 生產規模和產品方案 20xx年我國的多晶硅需求超過 10500 噸，預計 20xx 年我國太陽能光伏行業和電子行業的多晶硅料需求量將超過 30700 噸左右，而 07 年我國的生產能力只有 1400 噸 /年，因此適當引進國外先進技術工藝，通過集成和消化創新，項目建設 3000 噸 /年多晶硅生產廠，從工藝和規模經濟，以及市場容量而言，是比較合適的規模。 項 目 建設 1500 噸 /年兩條條生產線，不僅具備規模效應，且技術成熟可靠，系統主工藝及公用工程的配置都不存在工程技術障礙，能量及物料的綜合利用等更平衡合理。 根據上述建設方案，本項目一期按照年產 3000 噸 /年多晶硅、產品質量按電子級級進行設計，全部產品均滿足太陽能電池的要求。工廠實際指標見下表： 多晶硅質量指標 參 數 測量數值及單位 分 析 方 法 備 注 摻雜及電阻率 施主（ P， As， Sb） 150ppta（最大） 500Ω ﹒ cm（最小） 受主（ B， Al） 100ppba（最大） 5000Ω ﹒ cm（最小） 雜質含量的測定方法是用一個在區熔狀態下的樣品、通過光致發光光譜法（ FTPL）或紅外吸收法（ FTIR）獲得的。 用于測定雜質和碳元素含量的樣品 是 成 批取 樣的。還原爐的每個沉積周期都需要 抽 取 一批 樣 20 參 數 測量數值及單位 分 析 方 法 備 注 碳元素 100ppba（最大） 碳元素含量是用一個經過退火的多晶硅樣品、通過紅外吸收法（ FTIR）獲得的。 品。 摻雜金屬元素 摻雜金屬元素（ 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耦合等離子體法（ ICP）、原子發射光譜法（ AES）或其它類似的方法，測定多晶硅塊酸腐蝕溶液而確定的。 表 面 進 行酸 腐蝕、清洗 塊狀多晶硅規格 規 格 尺 寸 長 度 重 量 備 注 0～ 20mm 20～ 110mm 110～ 150mm 1%（最大） 90%（最小） 10%（最大） 從電極上取下硅棒時，不包括任何小于 20mm 的部分 21 第四章 工藝技術方案 工藝技術概況 自西門子發明采用提純的三氯氫硅在氫氣氣氛下，在加熱的硅芯表面反應沉積多晶硅的方法（西門子法）后，經過多年的改進，逐步增加了四氯化硅的綜合利用（四氯化硅熱氫化為其中之一）和還原尾氣的“干法回收”系統，工藝技術已趨于完善，即目前廣泛采用的改良西門子法。 為了穩妥可靠，其主要的生產工藝（三氯氫硅還原、四氯化硅氫化及還原尾氣回收）采用國外引進，是通過工業硅與氣態氯化氫的反應，將 其轉化為由三氯氫硅、四氯化硅、二氯氫硅、聚氯硅烷、金屬雜質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，在置于還原爐內的棒狀硅芯兩端加以電壓，產生高溫，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，逐漸生成所需規格的多晶硅棒。其工藝主要特點如下： （ 1）采用國際上先進的 工業硅與氣態氯化氫的反應 合成三氯氫硅技術，四氯化硅進行氫化，可以轉化為三氯氫硅，利用率高，降低了多晶硅生產的單位原料消耗。使多晶硅生產系統的 廢氣、廢液、廢渣排放量、排放種類大大減少，環境保護從根本上得到了保證； （ 2）采用高效、綜合回收的精餾系統，物料消耗、能耗得到大幅度 22 下降； （ 3）采用大流量、高沉積速度的 18 對棒進口還原爐工藝技術，大幅度提高了單爐年產量，降低了能耗； （ 4）采用還原尾氣的干法回收技術，原料綜合回收率達 95%，分離的氫氣、氯化氫產品質量高，使混合氣中的各種有用物料得到最大限度回收利用，也提高了多晶硅產品品質，減少了環境污染； （ 5）采用三相可控硅的還原電氣自動控制技術，提高了還原的成功率、產量和安全性； （ 6）采用還原熱能綜 合利用技術，降低了綜合能耗； （ 7） 在系統綜合回收減少原料損耗的基礎上，設計有完善的尾氣、殘液處理系統和先進的廢水循環處理系統，確保了各項指標均符合國家環保要求； （ 8）采用先進的 DCS 自動控制系統、過程產量、質量更穩定，減少操作人員，降低成本。 工藝技術方案的確定 本項目采用目前國外普遍采用的改良西門子工藝，即經過精餾提純的三氯氫硅在純氫氣環境下，在 1080℃的硅芯表面沉積，生成多晶硅，產品為棒狀。還原反應后的“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，氫氣回還原爐循環使用，氯化氫 返到三氯氫硅車間合成三氯氫硅。從精餾分離出的四氯化硅到四氯化硅氫化爐轉化為三氯氫硅，精餾的產品三氯氫硅則到還原爐生產多晶硅。該工藝是大部分 23 物料在系統內部循環的相對封閉的系統，技術成熟，生產穩定、安全、可靠、產品質量最穩定。 本裝置的設計能力為年產高純多晶硅 3000噸（以年操作時間 330 天為基準）。多晶硅裝置由以下幾個車間組成： （ 1）三氯氫硅車間 這一車間包括液氯儲存及汽化、氯化氫合成工序及三氯氫硅合成工序。 （ 2）氯硅烷提純車間 這一車間包括粗提純、精提純、廢氣凈化和蒸餾釜殘液處理工序。 （ 3）多晶硅車間 這一車間包括多晶硅制取工序、還原反應氣分離回收系統 CDI 和四氯化硅氫化工序。 （ 4）氫氣制備及凈化車間 （ 5）工藝廢料處理車間 （ 6）整理工序 這一車間包括硅芯拉制、酸洗及產品后處理工序。 工藝流程 多晶硅生產工藝流程詳見附圖三“工藝流程示意圖”。 24 三氯氫硅車間 （ 1）氯化氫合成工序 氯化氫是合成三氯氫硅的主要原料之一。在合成爐內，通過氫氣、氯氣混合氣體的燃燒反應制得氯化氫。 氯化氫合成工序的流程由初始原料輸入、氯化氫合成系統和廢氣處理系統三部分組成。 始原料輸入 來自氫氣制取工序及從三氯氫硅合成工序返回的循環氫氣輸送入氫氣緩沖罐。出的氫氣去生產線的氯化氫合成爐。 來自液氯汽化工序的氯氣通過氯氣緩沖罐，分別去生產線的氯化氫合成爐。考慮設置氯氣緩沖罐作為安全閥泄放廢氣儲存罐。 為點燃氯化氫合成爐應使用氬甲硅烷混合物，該混合物由放在裝卸臺上的氣瓶送出。 氯化氫合成生產線由安裝在氫氣輸送線上的阻火器、氯化氫合成爐、兩個熱交換器（空氣冷卻器和氯化氫冷卻器）和氯化氫貯氣罐組成。 氫氣和氯氣在爐內燃燒，反應生成氯化氫，反應式如下： H2+Cl2=2HCl 爐內的工作壓力為 。溫度不超過 450℃。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，被循環冷卻 25 水冷卻到 40～ 50℃溫度。冷卻后的氯化氫送入氯化氫儲罐，然后被送往三氯氫硅合成工序。 尾氣處理系統分為： a） 用于在啟動氯化氫合成爐上的安全爆破膜時，以及合成爐啟動和停爐時的氯化氫廢氣處理系統， b）氯氣處理系統。 a）氯化氫廢氣處理系統 從合成系統排放的廢氣被送入兩級管殼式石墨斜片降膜吸收器的頂部，與送入的稀鹽酸混合，從管側自上而下流過，廢氣中的 大部分氯化氫被稀鹽酸吸收。吸收反應產生的熱量由吸收器殼側的循環冷卻水移走。從兩級吸收器底部得到質量濃度為 15～ 20%的鹽酸，分別被收集到一、二級吸收液罐中，然后分別用一、二級吸收液泵循環送入兩級降膜吸收器頂部，用作吸收劑。部分鹽酸由一級吸收液泵送至鹽酸貯槽。定時向二級吸收液罐中補充工藝水。 未被吸收的氯化氫和 惰性氣體 被送往一級尾氣洗滌塔，用質量濃度為 10%的氫氧化鈉溶液洗滌。氯化氫與氫氧化鈉反應生成氯化鈉而被吸收。洗滌液收集到一級洗滌液罐。用一級洗滌液泵輸送一級洗滌液罐內的液體，穿過一級尾氣洗液冷卻器，循環 送入一級尾氣洗滌塔用作吸收劑。當氫氧化鈉濃度降低到 2～ 3%時，將部分洗滌液送往工藝廢液處理工序，然后向一級洗滌液罐內補充濃氫氧化鈉溶液。 出一級尾氣洗滌塔，含氫氣和 惰性氣體 的尾氣，穿過尾氣阻火器排入大氣。 b）氯氣處理系統 26 吹洗設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。 氯氣被送進二級尾氣洗滌塔內，用質量濃度為 10%的氫氧化鈉溶液洗滌。氯氣與氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉和氯化鈉而被吸收。洗滌液在包括塔、二級洗滌液罐、二級洗滌液泵及二級尾氣洗滌液冷卻器的回路內循環。冷卻器用 循環水冷卻。塔底吸收液為 10%～ 15%次氯酸鈉溶液，該溶液可作商品外售。當循環洗滌液中氫氧化鈉濃度降低到 2～ 3%時，向二級洗滌液罐內補充濃氫氧化鈉溶液。 （ 2）三氯氫硅合成工序 三氯氫硅是制取多晶硅的原料。在合成爐內，用硅粉與氣態氯化氫反應制得三氯氫硅。 三氯氫硅合成工序包括以下幾個系統： —— 原料處理系統； —— 三氯氫硅合成系統； —— 汽氣混合氣“干法”除塵系統； —— 汽氣混合氣“濕法”除塵系統； a．原料處理系統 原料處理系統完成對原料氯化氫的預熱，及對三氯氫硅合成爐啟動和停爐時使用的氮氣的加熱。 從氯 化氫合成系統的來的氯化氫氣體，輸送到生產線氯化氫預熱器中，用蒸汽加熱。預熱后的氯化氫送往三氯氫硅合成爐。 氮氣電加熱器用于將氮加熱到 450℃。 450℃的氮氣用于三氯氫硅合 27 成反應爐啟動時加熱反應爐和硅粉。氮氣電加熱器用于將氮氣加熱至300℃。 300℃的氮氣用于在工藝流程有計劃停止或緊急狀態下吹洗反應裝置設備和“干法”除塵系統。 b．三氯氫硅合成系統 原料硅粉用運輸罐送入車間，用單梁吊車，將運輸罐提升并安裝在硅粉驗收槽的頂部，并將硅粉放入接收槽內。 硅粉由接收槽放入安裝于下方的硅粉計量罐，再放入下方的硅粉供料罐 。用安裝于供料罐底部的硅粉給料機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。 表壓 ～ 、硅粉計量罐和硅粉供料罐中，以平衡硅粉裝料設備和合成系統的壓力。 在三氯氫硅合成爐內，硅粉和氯化氫發生反應，生成三氯氫硅，同時生成四氯化硅、二氯氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷等副產物。主要反應式如下： Si+3HCl = SiHCl3+H2+Q Si+2HCl = SiH2Cl2+Q Si+4HCl = SiCl4+2H2+Q 反應產物以汽氣混合氣的形式出合成爐頂，去“干法”除塵系統。 反應爐下部區域壓力為 ～ ，溫度為 290～ 330℃。 在反應過程中生成大量的熱，用蒸發反應爐夾套內的水而移出。 三氯氫硅合成爐生產線冷卻系統：該系統是一個封閉的回路，包括 28 熱水循環泵將熱水送入反應爐夾套，在此處熱水部分蒸發，移去反應熱。出夾套的水汽混合物用循環水進行冷凝和冷卻，返回到熱水循環槽，并從這里經熱水循環泵重新送入反應爐夾套。 反應爐最初的裝料，是將硅粉直接從接收槽送入反應爐分離器下部。當反應爐啟動時，從合成爐底部供入熱氮 氣流，實現硅的加熱。當用氮氣對反應爐進行加熱時，反應爐的廢氣（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行凈化。氮氣被排入大氣中。當反應爐內溫度達到 200～ 250℃時，停止輸送加熱氮氣，并開始在反應爐下部輸送經預熱的氯化氫。在從輸氮變為輸氯化氫以及反應爐進入規定狀態期間，廢氣通過“干法”除塵系統進入氯化氫合成工序的氯化氫廢氣處理系統。 當反應爐停下維修或更換硅時，用溫度為 300℃的熱氮氣，在 4小時內將其吹入氯化氫合成工序的氯化氫廢氣處理系統。然后吹入冷氮氣以將爐溫降至 50℃。