近年來,傳統(tǒng)化石能源的大量開采和使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題,亟需新能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源。太陽能作為清潔可再生能源,其轉(zhuǎn)化利用的關(guān)鍵—多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)已受到各國重視。我國主要采用改良西門子技術(shù),使用的設(shè)備和工藝落后、成本高,嚴(yán)重制約了國內(nèi)太陽能的利用和發(fā)展。所以,通過優(yōu)化工藝來降低多晶硅生產(chǎn)成本,對太陽能的利用具有重要意義。本文首先介紹了改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的過程,著重分析了還原和尾氣回收工序的基本情況。針對還原工序,利用熱力學(xué)知識對還原爐內(nèi)各反應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)及平衡常數(shù)進行計算,分別繪制出各反應(yīng)的△rHm/T 圖、△rGm/T圖,總結(jié)多晶硅還原爐內(nèi)基本反應(yīng)規(guī)律;推理計算理論能耗,為生產(chǎn)節(jié)能提供了理論支持。對多晶硅還原反應(yīng)機理初步探索后,再利用Aspen-Plus模擬軟件中的Gibbs反應(yīng)器首先對傳統(tǒng)西門子工藝進行模擬優(yōu)化得到:配比控制為3/1,壓力0.1MPa,溫度為1200℃,與當(dāng)前改良西門工藝相比多晶硅產(chǎn)率、α值（每摩爾進料氣析出硅的物質(zhì)的量）提高,單位能耗和各副產(chǎn)物產(chǎn)率下降;對加入二氯二氫硅的新工藝的反應(yīng)進行模擬優(yōu)化得到:二氯二氫硅控制在進料氯硅烷的20%,控制配比2.5/1,壓... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３流化床反應(yīng)器示意圖１４３＿４４】??

２．１改良西門子法工藝流程介紹??改良西門子法生產(chǎn)多晶硅主要利用冶金級硅來生產(chǎn)高純的電子級或太陽能級多??晶硅，該法是在傳統(tǒng)西門子法的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進發(fā)展而來的。該工藝流程如圖２．１：??Ｈ２〇￣￣???ＳｉＨＣｌ３｜ｉ?－１１０〇ｑ＝?ｈ２??＼＾）?ｒｎ＾ｍ?－６０?°Ｃ?，?０．５５ＭＰａ??丨？．．．置．?ＳｉＨＣｂ?＋?ＳｉＣＩ４??ｒ?ｗ??叮叮?＾?ＳｉＨＣＩ３４－?Ｓｉ〇４???????＾－＞ｖ?ｔ＾?ＳｉＨＣｔ３＋ＳｉＣＵ?Ｘ－Ｘ?ＨＣＩ?〇?一?’?ＨＣ？?１?＾??ｓｉＨ〇３?曹?ｐｆｉｌ?ｊｏ??１?’?１?１１，??ｈ２〇．？＞．?ｉ???，?ｉ??１＊１???圖２．１改良西門子法工藝流程圖［２８１??該法首先利用冶金級硅和ＨＣ１合成三氯氫硅，合成的三氯氫硅除去了大部分金??屬雜質(zhì)，再經(jīng)尾氣回收系統(tǒng)除去ＨＣ１后進入精餾塔提純得到高純度的三氯氫硅和各??種氯硅烷。得到的高純?nèi)葰涔枧c電解產(chǎn)生的氫氣（部分還原尾氣回收的氫氣）混合通??入還原爐在高溫娃芯上析出多晶娃生成娃棒；還原后的尾氣則進入尾氣回收系統(tǒng)回??收系統(tǒng)作進一步處理。??改良西門子法與與傳統(tǒng)西門子法相比，增加了完備的尾氣回收系統(tǒng)和氫化系統(tǒng)，??實現(xiàn)了完全閉環(huán)生產(chǎn)，使尾氣成分Ｈ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＨＣ１都得到了充分利用。同??時該方法多晶硅還原爐直徑增大

°ｃ左右的高溫硅芯上被還原，生成多晶硅沉積在硅芯上得到棒狀多晶硅，尾氣排出??還原爐的過程。該流程見圖２．２：??多晶掛產(chǎn)品ｔ??Ａ?ｕＴ??氯氫硅三ｉ氫豐汽［器還原尾氣??多品性還原爐??圖２．２多晶硅還原物料系統(tǒng)??在整個過程中核心設(shè)備是多晶硅還原爐，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖２．３??／?Ｉ?＼??．■?ｉ?：??Ｉ?Ｉ?５?？；？??；?Ｉ?ｔｃ３??Ｉ?ｔ??Ｉ?Ｉ?Ｉ??８１?Ｉ?ｊ?Ｉ?．??＾ｗＴｓＴＴ％?＂??Ｕｇ＞４Ｔｆｉ＾?Ｉ??圖２．３還原爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖１７７１??１底盤，２電極，３尾氣出氣導(dǎo)管，４、５混合氣進氣管，??６、７底盤冷卻水進、出水管，８、９?fàn)t體冷卻水進、出水管，??１０爐體，１１硅芯，１２夾套管，１３視鏡??如圖２．３所示，８、９為爐體冷卻水進出水管，用來冷卻爐體，避免還原爐體在??內(nèi)部高溫下力學(xué)性能發(fā)生變化，保證還原爐的正常工作；底盤冷卻水管６、７是用來??冷卻底盤避免其燒壞底盤墊片及附屬絕緣裝置。??視鏡１３的作用是觀察還原爐內(nèi)硅棒生長的狀況，并對生長進行控制，保證硅棒??生長正常；物料ＴＣＳ和氫氣由進料管４、５進入還原爐；通電的硅芯１１是進行化學(xué)??氣相沉積反應(yīng)的載體

【參考文獻】：
期刊論文
[1]改良西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝關(guān)鍵設(shè)備[J]. 郭丹,王恩俊,武錦濤,王澤武,銀建中.  當(dāng)代化工. 2013(07)
[2]多晶硅生產(chǎn)中氯化氫吸收塔的模擬研究[J]. 馮澤民,田先瑞.  青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(02)
[3]多晶硅生產(chǎn)尾氣的回收再利用工藝概述[J]. 張雪華.  科技經(jīng)濟市場. 2012(10)
[4]流化床反應(yīng)器制備太陽能級顆粒多晶硅技術(shù)研究[J]. 陳少純,高遠,王繼民,顧珩,吳昊,曹洪楊.  稀有金屬. 2012(04)
[5]西門子工藝制備多晶硅體系的熱力學(xué)分析[J]. 彭耀東,覃攀,冉祎,李育亮,尚書勇,印永祥.  河南化工. 2012(07)
[6]流程模擬技術(shù)在石家莊煉化Ⅰ套催化裝置上的應(yīng)用[J]. 劉科文,康麗麗.  中外能源. 2011(S1)
[7]多晶硅尾氣處理與凈化工藝研究進展[J]. 馬曄風(fēng),周俊波.  氯堿工業(yè). 2010(09)
[8]流化床法制備太陽能級多晶硅冷態(tài)研究[J]. 李昀珺,鐵生年.  青海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(04)
[9]鋅還原法生產(chǎn)多晶硅[J]. 趙春江.  新材料產(chǎn)業(yè). 2009(05)
[10]冶金法制備太陽能級多晶硅新工藝原理及研究進展[J]. 呂東,馬文會,伍繼君,楊斌,戴永年.  材料導(dǎo)報. 2009(05)

碩士論文
[1]多晶硅還原工藝的流程模擬與優(yōu)化[D]. 毛俊楠.天津大學(xué) 2012
[2]醇胺法脫碳工藝模擬與裝置運行研究[D]. 姜鵬.大連理工大學(xué) 2009
[3]西門子法四氯化硅尾氣處理新工藝的探索研究[D]. 龍桂花.中南大學(xué) 2009
[4]多晶硅生產(chǎn)過程的模擬分析[D]. 呂鵬飛.中國海洋大學(xué) 2008



本文編號：2957482