1. 冷氢化及热氢化工艺技术比较目前，国内外多晶硅生产企业已投入工业化运行的四氯化硅氢化系统主要有以下两种工艺：（1） 热氢化工艺（2） 冷氢化工艺上述两种氢化工艺技术特点比较见下表表 1-1 两种氢化工艺比较表热氢化 冷氢化技术成熟性操作压力操作温度成熟0.6 MPaG 1250℃比较成熟3.0MpaG550℃反响原理SiCL +H＝SiHCL +HCLSi+3SiCL +2H＝4SiHCL4 2 3 4 2 3综合电耗占地面积建设投资生产本钱(产品多晶硅)生产维护操作技术要求优点缺点2.5~3 kWh/kg-TCS100%100%100%较易一般汽相连续反响，不需催化剂；易操作和掌握；修理量小；反响无硼磷杂质带入，后续的精镏更简洁；蒸汽耗量低；工艺成熟，有牢靠的技术来源业主已有操作阅历反响是电氢化复原反响，电耗高；STC 转化率低〔15～20%〕 多晶硅产品含C 较高1-1.2 kWh/kg-TCS80% (削减氢化尾气回收)90% (削减氢化尾气回收)90%较难较高硅粉参加，是一般的流化床反响；电耗低； STC 转化率高(22～ 23%)；国外运行时间长，国内已有运行，是将来多晶硅的进展方向。
是气固反响，连续操作；操作压力高；对硬件的要求高要求高，国内有 3 家投产，运行时间不超过 5 年，有待提高工艺成熟性综上比较，这二者各有其特点考虑到低能耗、投资省的优势，建议2. 冷氢化工艺技术说明2.1 冷氢化工序原料及装置配置说明冷氢化工序原料来源有以下两种：〔 1 〕 以外购四氯化硅〔 STC 〕 为原料， 以下简称 Case1 〔 2 〕 以外购硅粉、液氯为原料、只转化多晶硅装置内部四氯化硅〔 STC 〕， 以下简称 Case2 各工序名称生产工序配置状况上述两种原料来源所需多晶硅装置配置的生产工序见下表表 2-1 两种冷氢化来源生产工序配置比照表Case1Case2液氯汽化无有HCl 合成及脱水无有TCS 合成无有TCS 合成尾气回收无有TCS 合成精馏无有冷氢化有有三氯氢硅复原有有复原尾气回收有有冷氢化粗馏〔注 1〕有有氯硅烷精馏〔注 1〕有有罐区有有废气及残液处理有有工艺废料处理有有备注 1 ：粗馏是与精馏相对设立的工序，主要用于处理自冷氢化工序出来的杂质含量比较高的氯硅烷，将其提纯到送入精馏工序作进一步处理的纯度要求将粗馏和精馏分开设置的缘由是基于冷氢化工序出来的氯硅烷和复原单元返回的氯硅烷是否混合，可依据客户的要求实行敏捷的不同精馏工艺路线而设置。
考虑本工程与国内中、东部地区从多的多晶硅生产企业不同， 其周边仅有的几家多晶硅生产企业都建设有热氢化单元〔 如鄂尔多斯多晶硅业〕 和冷氢化单元〔 如内蒙峰威多晶硅业〕 ， 没有多余的 STC 外卖，而长距离外运 STC 作原料既不行靠，经济上也不合理因此， 本报告建议二期工程承受以外购硅粉、液氯为原料， 只转化多晶硅装置内部四氯化硅〔 STC 〕 的工艺路线本工程二期工程 2500 吨/年太阳能级多晶硅装置以外购四氯化硅〔 STC 〕 为原料的总物料平衡图见附图 1 本工程二期工程 2500 吨/年太阳能级多晶硅装置以以外购硅粉、液氯为原料、只转化多晶硅装置内部四氯化硅〔 STC 〕 的总物料平衡图见附图 2 2.2 冷氢化单元主要组成冷氢化单元由以下主要工序组成：〔 1〕 冷氢化工序〔 2〕 粗馏工序〔 3〕 配套的中间罐区2.3 冷氢化单元工艺流程简述〔 1〕 冷氢化工序工业级硅粉送至硅粉枯燥器， 枯燥后排入硅粉中间仓 硅粉在硅粉中间仓中由氢气带入氢化反响器中提纯后的四氯化硅经过加压、 预热后送至四氯化硅汽化器， 汽化后的四氯化硅气体经过加热器进一步加热后送至氢化反响器中循环氢气和补充的颖氢气经各自的压缩机加压后混合， 按与硅粉规定比例经过预热器、加热器加热后送至氢化反响器中。
将来自复原尾气干法分别的氯化氢气体经压缩机加压和加热器加热后送至氢化反响器中〔 case1 〕 在氢化反响器中， 硅粉与四氯化硅、氢气、氯化氢气体在 550 ℃ 左右、约 3.0MPa 压力下进展气固流化反响， 生成含肯定比例三氯氢硅的氯硅烷混合气其主要反响方程式如下：Si +2SiCl 4 + H 2 +HCl ＝ 3SiHCl 3或在没有氯化氢气体的状况下〔 case2 〕，在氢化反响器内硅粉与四氯化硅与氢气发生气固流化反响， 主要化学反响方程式如下：Si +3SiCl 4 +2H 2 ＝ 4SiHCl 3反响后的氯硅烷混合气体经过急冷除尘系统， 以除去反响气体中夹带的微小硅粉颗粒， 同时使反响气体得到了降温除尘后的反响气体经过冷凝器冷凝回收， 冷凝液主要为氯硅烷的混合液，送入粗馏提纯工序分别，而主要组份为氢气的不凝气体则经循环氢气压缩机循环使用〔 2 〕 粗馏工序来自冷氢化工序的氯硅烷混合液送入 1 级粗馏塔进展预分别1 级 粗 馏 塔 顶 排 出 含 二 氯 二 氢 硅 的 不 凝 气 体 被 送 往 全 厂 的V9100- 废气处理单元进展处理； 塔顶馏出液为含有局部 SiCl 4 的三氯氢硅冷凝液， 送入全厂的 V1200- 精馏工序连续精馏提纯。
1 级粗馏塔釜得到含高沸点杂质的粗四氯化硅， 送入 2 级粗馏塔进展处理2 级粗馏塔的作用是将粗四氯化硅和高沸点杂质进展分别， 塔顶排出的不凝气体同样送往 V9100- 废气处理单元进展处理； 塔顶馏出液为粗四氯化硅冷凝液，送入冷氢化工序的冷氢化反响器连续参与反响；2 级粗馏塔釜排出高沸点釜液 ，送入全厂 V9100- 残液处理系统进展处理冷氢化单元工艺流程图 PFD 详见附图 32.3 冷氢化单元建设规模及消耗定额〔 1 〕 建设规模依据全厂总物料平衡， 确定本工程二期工程冷氢化单元建设规模按两种工况计：Case1 ： 年处理四氯化硅 39498吨， 年产粗三氯氢硅按43621吨Case2 ： 年处理四氯化硅 35177吨， 年产粗三氯氢硅按36257吨冷氢化单元年操作时间 7440 小时计〔 2 〕 消耗定额每吨粗TCS 产品消耗定额备注名称主要规格单位消耗量/小时(正常)Case1Case2原料、燃料、关心材料二级品,Si≥98%,工业硅粉粒度 0.3-0.6mm氢气H ≥ 99.995%(vol),四氯化硅20.7MPa(G)≥99%, wt氯化氢≥99%, wtKg56.3/公用工程冷氢化单元原辅材料和公用工程消耗定额见下表。
表 2-2 原辅材料和公用工程消耗定额kg72.565.5Kg6.258.07Kg735970循环水 △t=10℃ m3 205200工艺装置用量氮气Nm36872工艺装置用量压缩空气Nm36872工艺装置用量仪表空气Nm34042工艺装置用量蒸汽中压蒸汽kg2.42.89工艺装置用量冷量Kcal/h3.13.78工艺装置用量电kwh841855工艺装置用量2.4 冷氢化单元主要设备选型冷氢化单元主要设备配置及选型如下：〔 1 〕 冷氢化反响器规格： φ 1200*9000； V=～11m3，主要材质为 INCOLOY 800 国内加工制造〔 2 〕 粗馏塔规格：浮阀塔 φ 1600/36900，塔板数: 60 块国内加工制造〔 3 〕 主要设备表冷氢化单元主要设备见下表表 2-3 冷氢化单元主要设备表设备名称一、冷氢化工序规格材质Case1数量Case2氢气电加热器 1＃22氢气电加热器 2＃22STC 电加热器22STC 汽化器22氯化氢电加热器20急冷塔顶水冷器22急冷塔顶深冷器11STC 热交换器32氯硅烷蒸汽冷凝器11吊车11硅粉过滤器11旋风分别器 1#32旋风分别器 2#32四氯化硅进料泵42氯硅烷冷凝液输送泵22急冷塔顶回流泵22洗涤液循环泵22补充 H 压缩机222循环 H 压缩机222HCl 压缩机20冷氢化反响器32急冷塔32加料料斗32硅粉枯燥罐32硅粉加料罐32硅粉缓冲罐64四氯化硅缓冲罐11急冷塔釜液蒸发槽32氯硅烷冷凝液缓冲罐11氯硅烷冷凝液中间槽32急冷塔氯硅烷贮槽11补充氢气缓冲罐22循环氢气缓冲罐22HCl 缓冲罐20二、粗馏工序冷氢化精馏 1 级塔再沸器11冷氢化精馏 1 级塔冷凝器11冷氢化精馏 2 级塔再沸器11冷氢化精馏 2 级塔冷凝器11尾气冷凝器11冷氢化精馏 1 级塔回流泵22冷氢化精馏 2 级塔回流泵22尾气冷凝液泵22冷氢化精馏 1 级塔11冷氢化精馏 2 级塔11冷氢化精馏 1 级塔回流罐11冷氢化精馏 2 级塔回流罐11尾气冷凝液槽11。