年產2萬噸三氯氫硅項目可行性研究報告-資料下載頁

【導讀】“企業法人營業執照”和建設單位提供的相關基礎資料；412號文發布《化工建設項目可行性研究投資估算編制辦法》；排工期，以最快速度完成工程項目建設，使之早投產，早見效益；施、同步發展；力爭零污染，保證安全生產；均應具有較強的市場競爭能力；理經驗，并重點處理好與原料關聯協作企業生產裝置的平衡與銜接；運行和操作人員的健康三不受損害。河北聯立硅業有限公司于20xx年11月15日成立。公司現自主經營、獨立核算；法人代表陳寶。該公司以主要研發和生產三氯氫硅、多晶硅、單晶硅產品及電池制造為主。硅的生產原料三氯氫硅是當前國家重點鼓勵發展的產業、產品。三氯氫硅被列入經國務。所需進口的自用設備和技術，經項目審批部門批準后，免征進口關稅及進口環節增長稅，因此，20xx年3月，中華人民共和國主席令33號正式頒布了《中華人

　　

【正文】 可除去反應物中附帶的水分。 Andreas 等還報道了用表面均勻分布硅化鐵或硅化銅的 Si 粒子作原料，與 SiCl4，H2和 HCl 反應來制備 HSiCl3的工藝，這種復合 Si粒子的制備方法有 2 種： （ 1)使 Si 粒子與計量的催化劑混合后加熱熔融； （ 2)在熔融的 Si 中加入計量的催化劑，然后快速冷卻。熔體冷卻可采用噴霧法或水造粒法，所 得粒子中金屬成分的質量分數為 1%5%。若松智等認為，控制 Si 粒子表面Cu 的物質的量分數≤ 85%，此時該合金的穩定性最好。此外，該粒子中若含有質量分數%30%的 Fe及質量分數 %2%的 Al 時，可顯著提高催化活性。 沈祖祥等提供了一種可工業化生產 HSiCl3 的裝置，使 Ni 催化劑與 Si 粉以質量比(110)： 1 混合后加入活化器，活化條件為： H2流速≥ ，溫度從 25℃逐漸升到 420℃。 SiCl4 儲罐中液相保持在 60119℃，氣相壓力 MPa， n(H2)： n(SiCl4)＝ (110)： 1。在氫化反應器內，使 H2和 SiCl4混合氣體連續通過含有 Ni 和 Si 的床層，在 400500℃和 MPa 條件下反應 10100s，同時連續補加混合料。從反應器出來的氣體經收塵器除塵并過濾，在冷凝器中分離出不凝性的 H2并循環后，使液化的氯硅烷供給精餾塔，回收 HSiCl3后，使 SiCl4循環。 該裝置的優點是系統簡單，反應條件溫和，能耗低和設備壽命長， HSiCl3收率高。 該方法是用 工業 硅粉作原料與 HCl 氣體反應，反應在 280310℃和 下進行，反應式如下： 2Si+7HCl→ SiHCl3 +SiCl4 +3H2 該反應所用反應器經歷了從固定床、攪拌床到流化床的發展過程，工藝也從間歇發展到連續。反應器由碳鋼制成，預先將 Si 粒子加入反應器，加熱至所需溫度后，從底部連續通入 HCl 氣體，產物及未反應原料被連續輸出，經除塵、精制后，用于生產高純河北聯立硅業有限公司 2 萬噸 /年三氯氫硅項目 可行性研究報告 26 多晶硅或高純硅烷。 上述反應是放熱反應，反應熱為－ kJ/mol。升高溫度有利于提高反應速率，但同時導致 SiHCl3的選擇性下降。通過優化反應溫度，可 明顯提高 HSiCl3的選擇率，例如在 300425℃和 25kPa 條件下使 Si 與 HCl 反應，產物以 6001000kg/h 連續輸出， SiHCl3的選擇率高達 80%88%，副產物包括質量分數 1%2% H2SiCl2和 1%4%縮聚物，其余為 SiCl4。 HCl 氣體中的水分對 HSiCl3收率有很大影響，因此必須嚴格干燥。 Si 與 HCl 生成HSiCl3的反應是零級反應，使用純度大于 %的 Si 作原料時， HSiCl3的收率較低。Anderson 等在一個微型反應器中用不同級別的 Si 作原料研究了上述 反應，結果表明，冶金級 Si 原料中所含雜質 Al對反應有催化作用，可使反應溫度降低， HSiCl3收率提高。此外， Anderson 和 Hoel 等研究還發現， Si 原料中 Cr和 Mn 的含量對上述反應有明顯的影響。 Cr 對 HSiCl3的選擇性有正面影響，當原料中含有質量分數 () 105的 Cr時， HSiCl3的選擇性可提高 15%20%。但原料中的 Mn 卻對 Si的反應性和 HSiCl3 的選擇性有負面影響，因此應將其質量分數降至 1 104以下。 該裝置的優點為： ，氣固接觸時間長，有利于提高產品的 質量及收率； ，強化傳熱和傳質； ，停工檢修時不會破壞保溫層； 倍，有利于氣固分離； ，用 N2吹掃，真空排渣，無需拆卸封頭，可減少勞動強度； ，純度高； ，控制簡單，易于操作； ， 易于實現 DCS 自動化控制， 風險性小。 從 三氯氫硅 生產的主要工藝技術的現狀和發展趨勢來看， 硅氫氯化法 ，以其技術成熟、適合產業化生產等特點，是目前 三氯氫硅 生產普遍采用的首選工 藝 ，特別適合具有離子膜燒堿生產 裝置 的氯堿企業發展采用， 也是目前國內 三氯氫硅 生產的主要工藝技術。因此本項目擬采 用 硅氫氯化 法工藝。 河北聯立硅業有限公司 2 萬噸 /年三氯氫硅項目 可行性研究報告 27 本項目經過反復論證和前期的實踐，在傳統的工藝基礎上做以下完善： （ 1） 生產過程中，三氯氫硅收率穩定在 85～ 88%。 （ 2） 精餾過程在保證分離三氯氫硅和四氯化硅的前提下，實現能源節省。 （ 3） 采用大流量供料方式， 提高產品產量 。 （ 4） 由傳統工藝的高壓啟動改為低壓啟動，保證了運行安全。 （ 5） 采用全過程監測技術和 DCS 計算機 自動化 控制技術。 （ 6） 導熱油加 熱 技術： 三氯氫硅合成 爐 開車 加 熱采用 導熱油加熱 技術 （導熱油由電加熱） ；合成 反應 過程中產生的熱 再由循環的導熱油帶出（ 導熱油帶出熱能的近 80%， 導熱油冷卻通過循環水冷卻） ，整個 爐溫 、油溫 調節 由自動控制系統完成 ， 從而相對 減少了 循環水的使用 量和電的 消耗量 ，降低了綜合能耗 。 河北聯立硅業有限公司 2 萬噸 /年三氯氫硅項目 可行性研究報告 28 4． 工藝技術方案 工藝技術方案的選擇 原料 路線 與 方法的確定 生產技術方案系指產品生產所采用的工藝技術、生產方法、主要設備、測量自控裝備等技術方案。選擇技術方案必須考慮：技術是否是先進成熟的；是否適合所用 的原料特性；是否符合產品所定的 質量標準；能否適應擬建地區現有工業水平；在維修、操作、人員培訓等方面是否有不能克服的障礙；所需投入物的規格和質量能否滿足生產要求，并與地區的技術吸收能力、勞動力來源相適應等。 目前國際上三氯氫硅生產工藝有 70%以上均采用硅粉與氯化氫氣體直接合成，主要有加壓工藝和常壓工藝。如：德國 WACKER 公司 、美國 HSC 公司 、日本德山 、三菱 、住友公司、意大利 MEMC 公司 、國內的唐山三友硅業和四川永祥多晶硅等生產工藝均屬此類， 經由純化氯化氫和硅粉為原料通過合成爐反應提純等工序獲得三氯氫硅產品。 從 三氯氫硅 生產的主 要工藝技術的現狀和發展趨勢來看， 硅氫氯化法 以其技術成熟、適合產業化生產等特點，是目前 三氯氫硅 生產普遍采用的首選工藝 ,也是目前國內 三氯氫硅 生產的主要工藝技術。因此本項目擬采 用硅氫氯化 法工藝 。 該方法是用冶金級硅粉作原料，與氯化氫氣體反應。反應在 200310℃和 下進行。該反應所用反應器經歷了從固定床、攪拌床到流化床的發展過程。工藝也從間歇發展到連續。反應器由碳鋼制成，預先將硅粒子加入到反應器，加熱到所需溫度后，從 底部 連續通入氯化氫氣體，產物及未反應物料被連續輸出，經除塵精制分離后，生產出 三氯氫硅和副產品四氯化硅。 上述反應是放熱反應，反應熱為 千焦 /摩爾 ， 升高溫度有利于提高反應速率，但同時導致三氯氫硅選擇性下降，通過優化反映溫度，可明顯提高三氯氫硅的選擇率。例如 ： 在 300425℃和 2到 5千帕條件下使硅和氯化氫反應，產物以 6001000 千克 /小時輸出，三氯氫硅的選擇率竟高達 8088%，副產物包括 1%2%二氯硅烷和 14%的縮聚物，其余為四氯化硅。 氯化氫氣體中的水分對三氯氫硅的收率有很大影響，因此必須嚴格干燥 、凈化 。硅與氯化氫生成三氯氫硅的反應應該是零級反應，使用純度大 于 %的硅原料時氫硅的收率較低。在一個微型反應器中作了研究，結果表明冶金級原料中所含雜質鋁對反應有河北聯立硅業有限公司 2 萬噸 /年三氯氫硅項目 可行性研究報告 29 催化作用，可使反應溫度降低，三氯氫硅收率提高。 根據 擬 建設 項目相鄰合作 企業 邢臺恒源化工集團 副產氯化氫經過 適當凈化 可作 為原料 的有利條件，因此確定本項目采用硅氫氯化法。 技術 方案的選擇 根據 三氯氫硅生產的主要工藝技術的現狀和發展趨勢， 本項目擬 選擇硅粉與氯化氫氣體直接合成工藝，該工藝以其技術成熟、適合產業化生產等特點，特別是 擬建設項目相鄰合作企業生產裝置副產氯化氫作可 為原料 的有利條件， 也 成為 本項 目 三氯氫硅生產工藝 技術的首選。 與 河北聯立硅業有限公司 相鄰的合作企業 擁有本項目所需的主要原料 —— 氯化氫 ，項目廠址擬設在 河北邢臺內 丘 縣 清修崗 工業園區 內 ，此地以 化工企業為主，污染排放等問題易于解決，而且可以充分安全地利用氯化氫。 河北邢臺內 丘 縣 清修崗 工業園區 交通方 便，工業配套齊全 ， 原輔材料、水、電 、汽等 供應條件好，有利于 三氯氫硅 產品 的生產。 本項目采用 的 三氯氫硅生產工藝流程最大特點是基本實現物料的閉路循環，最大限度減少廢氣、廢渣、廢水排放，變廢為寶。 擬建生產裝置 在吸收消化國內 現有工藝 技術、 路線基礎上進行 了 研 發 改進和簡化，其工藝技術與 國內 現有 生產 裝置 、生產技術 相比 主要有 有如下特點： 1． 導熱油加熱 技術： 三氯氫硅合成爐開車加熱采用導熱油加熱 技術 （導熱油由電加熱）；合成反應過程中產生的熱再由循環的導熱油帶出（導熱油帶出熱能近 80%，導熱油冷卻通過循環水冷卻），整個 爐溫 、油溫調節由自動控制系統完成 ， 從而 相對 減少了 循環水的使用 量和電的 消耗量 ，降低了綜合能耗； ，由原分別精餾改為混合精餾（三種來源的氯硅烷混合后進行精餾），采用多塔精餾系統，使流程得以簡化，減少了建設投資和運行費用 ； ，前極向后極供料依靠級間壓差完成，減少了輸送泵數量， 降低 了建設投資和運行費用 ； ， 降低 了建設投資和運行費用。 ，先經 布袋除塵 回收硅粉，然后經水洗滌，洗滌廢水經沉淀后循環使用，尾氣洗滌后排入大氣。布袋除塵器除塵率為 99％，洗滌除塵率按50％計，總除塵效率達到 ％。不凝氣體主要含有保護氣體 和氫氣 ，其余還含有少量河北聯立硅業有限公司 2 萬噸 /年三氯氫硅項目 可行性研究報告 30 的氯硅烷、氯化氫等。 經過低溫冷凝后剩余的不凝氣送變壓吸附 尾 氣處理 回收 裝置處理后排放，符合國家《 大氣污染物綜合排放標準》二級標準的要求。 生產工藝流程 和消耗定額 簡述 擬建三氯氫硅生產裝置采用國內現有先進可靠、成熟的三 氯氫硅 合成生產工藝技術，裝置采用 DCS 控制，具有生產自動化程度較高特點，在國內是較為 先進的 。 擬建 三氯氫硅生產工藝 裝置 主要 由 氯化氫 壓縮及凈化 、 硅粉倉儲輸送、三氯氫硅合成、三氯氫硅 精餾 、尾氣 回收 處理 、淋洗 、冷凍與 空壓、 循環水、 原料 及 中間產物 和 產品儲存 、變配電 及 控制 和 分析 化驗 等工序 組成 。 三氯氫硅合成工藝簡述： 本裝置生產工藝采用 合成技術，使硅粉與氯化氫氣體在合成 爐 內 合成 得到 三氯氫硅。 合成 工藝包括 氯化氫 凈化 、硅粉倉儲輸送、導熱油供給、三氯氫硅合成和三氯氫硅提純精餾、合成尾氣處理等工序 。 來自 邢臺恒源化工集團 硫酸鉀廠（在同一廠區相鄰的合作企業） 的原料氯化氫（氣體）經過 壓縮、凈化處理后 ，此時 的 氯化氫的 純度 達到 95％ 98％ 以上，含水量在 1‰以下，然后進入氯化氫緩沖罐。 外購原料硅粉卸至硅粉料倉，通過硅粉發送器，利用 氮 氣輸送至硅粉高位料倉 ,再經加熱后 ， 通過三氯氫硅合成爐的反應壓差控制加料量，干燥的硅粉斷續加入三氯氫硅合成爐。氯化氫經過氯化氫預熱器 （采用三氯氫硅合成爐降溫后 的導熱油來給氯化氫預熱）預熱后 進入三氯氫硅合成爐 ， 控制溫度 在 280～ 310℃的條件下 與硅粉 反應 ，合成反應生成的三氯氫硅、四氯化硅、氫氣與未完全反應的氯化氫混合氣體經旋風分離器、袋式過濾器、空冷器除去粉塵（ 粉塵 進廢碴淋洗塔） 和 氯化物 ，再經壓縮前水冷、壓縮前 5℃冷、壓縮前 35℃深冷，冷凝下來的三氯氫硅 進入 壓縮前合成產品貯罐；未冷凝的氣體經過活塞壓縮機加壓，再經過壓縮后 5℃ 水冷及壓縮后 35℃ 深 冷，冷凝下來的三氯氫硅通過壓縮后的產品 中間 罐進入產品貯罐；少量的未凝三氯氫硅、四氯化硅氣體和不凝氣體氫氣、氯化氫，通過 管道進入三氯氫硅合成尾氣回收系統。 尾氣進行 加壓冷凝后少量的未凝三氯氫硅、四氯化硅氣體和不凝氣體氫氣、氯化氫通過管道進入活性炭吸附器，活性炭吸附器通過時間程序控制分別進行吸附、再生、降溫。在吸附過程中，活 性炭吸附三氯氫硅、 四氯化硅 、 氯化氫混合氣體進行回收處理。河北聯立硅業有限公司 2 萬噸 /年三氯氫硅項目 可行性研究報告 31 再生過程產生的氯硅烷、氯化氫、 少