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1、冷、热氢化工艺技术、消耗对比2011年 11月一.冷氢化及热氢化工艺技术比较1 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干燥器，干燥后排入硅粉中间 仓。硅粉在硅粉中间仓中由氢气带入氢化反应器中。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 热至500-550 C送至氢化反应器中。循环氢气和补充的新鲜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 至500-550 C送至氢化反应器中。如采用氯化氢参与的冷氢化反应，则氯化氢气体也 经压缩机压缩后按比例经预热器加热后送至氢化反应 器中。在氢化反应器中，硅粉
2、与四氯化硅、氢气（氯化氢）在 500-550 C 左右、2. 5 - -3.0MPa 压力下进行气固流 化反应，生成含一定比例三氯氢硅的氯硅烷混合气。 其主要反应方程式如下：3SiCI4 （气）+ 2H2（气）+Si（固）二 4SiHCI3（气）Si（固）+2SiCI 4 （气）+ H2（气）+ HCI （气）二 3SiHCI 3反应后的氯硅烷混合气体经过急冷除尘系统，以除 去反应气体中夹带的细微硅粉颗粒，同时降低反应气 体温度。除尘后的气体经过冷凝器冷凝分离回收，冷凝液主 要为氯硅烷的混合液，送入粗氯硅烷储罐，而氢气返 回循环氢气压缩机循环使用。（2）粗馏工序来自冷氢化工序的粗氯硅烷液送入
3、1 级粗馏塔进 行预分离。1 级粗馏塔顶排出含少量的氯化氢和二氯 二氢硅的不凝气体被送往废气及残液处理单元进行处 理；塔顶馏出液为含有部分SiCI4的三氯氢硅冷凝液, 送入精馏工序继续精馏提纯。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 行进 一步 提纯 。2 级 粗馏 塔的 作用 是 将粗四氯化硅和高沸点杂质进行分离，塔顶排出的不 凝气体同样送往废气及残液处理单元进行处理。2 热氢化单元工艺流程简述来自氯硅烷罐区的精制四氯化硅通过泵加压进入氢化 炉汽化器，汽化器外设蒸汽夹套， 内设盘管，用 10bar（g） 的蒸汽加热，将四氯
4、化硅汽化送至各氢化的气体混合气 柜，与高纯氢气按一定比例在气体混合气柜均匀混合， 经氢化炉尾气换热器（力臂克管） ，由氢化炉反应尾气预 热后，通过氢化炉底盘喷嘴进入炉内，在1250弋温度下， 氢气与四氯化硅发生反应，生成二氯二氢硅、三氯氢硅 和氯化氢。反应尾气经交换和急冷降温后（ 290。0 ,经氢化炉 尾气过滤器过滤后，送至尾气回收工序。氢化反应产生的热量由90弋的高温热水带走，高温热水分别进入反应器钟罩夹套、反应器底盘、视镜、顶部法兰，对其进行冷却。130弋的高温水回水经高温水冷却系统及热能回收系统冷却循环利用。工艺流程图（PFD ）见下图。目前，国内外多晶硅生产企业已投入工业化运行的四
5、氯化硅氢化技术主要有冷氢化和热氢化两种工艺，二者 技术特点比较如下：表 1. 冷氢化和热氢化工艺比较表热氢化冷氢化技术成熟性成熟成熟操作压力0.6 MPaG2.5-3.0MpaG操作温度1250 C500-550 C反应原理SiCl4+H2 = SiHCl3+HCl Si+3SiCl 4+2H2 = 4SiHCl3 Si+3SiCl 4 +2H2 = 4SiHCl 3电耗3.54.5 kWh/kg-TCS4230.8-1.2 kWh/kg-TCS一次转化率15 20%mol25%mol生产维护较易较难操作技术要 求一般较咼优点1、气相连续反应，不需催化剂；2、操作压力低（0.6MPa ）,设备
6、安全性 能要求低；3、反应使用精制STC无硼磷等杂质带 入，后续的精馏单元简单；4、工艺及设备成熟，有一定的运行经 验。1、硅粉连续加入，流化床反应，可 以连续大规模生产（单条线可以 做到5万吨以上TCS产能）；2、单位电耗低（0.8-0.9KWh/h ）；3、STC转化率咼（一般 25%左右、 最咼可达30% ）；4、TCS成本较低（2500元/吨TCS ）；5、Si、Cl消耗低，三废处理量小， 环保压力低（Si: 1.17-1.18，Cl:热氢化冷氢化技术成熟性成熟成熟0.45-0.5 ）；6、国内、外工艺已经成熟，运行业 绩较多。7、投资省（3000吨多晶硅配套冷氢化 8000-1600
7、0 万元）缺点1、反应温度高（1250 C ）、电耗高（3.5-4.5KWh/Kg.TCS ）；2、STC 转化率低（15-20% ）；3、多晶硅产品含 C较咼，氢化炉内件 （隔热屏、加热体）为石墨或C/C材料，在1250 C会与 H2反应生成 CH4混在 H2中，通过回收H2带入多晶硅；4、维修率咼，单台炉运行周期在3-4个 月；5、 单台设备产量低、配套设备多，3000 吨规模需配10-14台氢化炉；6、对公用系统参数要求高，水、电、蒸 汽参数操作范围窄，易连锁停车；7、异常停炉，石墨件、加热体损坏率咼；8、Si、Cl消耗高，三废处理量大，环保 压力高（Si: 1.4，Cl: 1.8 ）；
8、9、投资大（3000吨多晶硅热氢化投资 国产2.2亿元、进口 3.5亿元）。1、反应属气固反应，操作参数苛刻， 料位、压力、温度控制范围较窄，较 难掌握经济运行参数点；2、操作压力高（2.5-3.0MPa ）、设备 （INCOLOY 800 ）阀门、管道材质、加工工艺要求咼；3、硅粉气相进料，阀门、管道磨损 严重，气相介质密封难度大；4、气固沸腾反应，设备、管道磨损 严重、安全性要求高；5、由于多晶硅企业间保密，无成熟 运行经验可循、员工综合素质要求 咼；6、硅粉带入杂质、产品TCS需曾设 精馏装置。热氢化单元工艺流程图来自罐区1、目前国内采用冷氢化的部分多晶硅厂：厂家技术来源冷氢化情况企业规
9、模（多晶硅） 吨/年江苏中能部分华陆部分 GT-Solar已运行65000洛阳中硅中硅已运行6000青海黄河水电RMT已运行1250内蒙锋威成达已运行1000焦作合晶华陆技术已运行1500四川瑞能LXE已运行10000青海亚硅GT-Solar在建6000陕西天宏GT-Solar在建3000内蒙盾安华陆技术在建3000益阳国晶LXE在建15000万州大全在建9000新疆特变拟与GT-Solar合作拟建12000乐电天威拟建6000宜昌南玻拟建10000合计 14家合计 14.875万吨3、冷、热氢化单元消耗对比冷氢化热氢化备注原辅物料主要规格单位吨TCS产品消耗定额工业硅粉二级品,SA98%,k
10、g65.500粒度 0.3-0.6mm氢气H99.995%(vol),0.7MPa(G)Kg8.0717.2-18.2含补充氢四氯化硅99%, wtKg9701.25公用工程循环水T200650蒸汽蒸汽kg28.9260电kwh8553400-35004、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）冷氢化反应器规格：申1200*9000； V=llm3，主要材质为 INCOLOY 800。 进口或国内加工制造。（2）粗馏塔规格：浮阀塔申1600/36900，塔板数:60块。 国内加工制造。（1）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规
11、格材质数量一、冷氢化工序外购自产氢气电加热器1#44氢气电加热器2 #44STC电加热器44STC汽化器44氯化氢电加热器44急冷塔顶水冷器44急冷塔顶深冷器22STC热交换器64氯硅烷蒸汽冷凝器22吊车22硅粉过滤器22旋风分离器1#64旋风分离器2#64四氯化硅进料泵84氯硅烷冷凝液输送泵44急冷塔顶回流泵44洗涤液循环泵44补充h2压缩机44循环h2压缩机44HC1压缩机44冷氢化反应器22急冷塔22加料料斗44硅粉干燥罐44硅粉加料罐44硅粉缓冲罐128四氯化硅缓冲罐22急冷塔釜液蒸发槽64氯硅烷冷凝液缓冲罐22氯硅烷冷凝液中间槽64急冷塔氯硅烷贮槽22补充氢气缓冲罐44循环氢气缓冲罐44HCL缓冲罐44二、粗馏工序冷氢化精馏1级塔再沸器22冷氢化精馏1级塔冷凝器22冷氢化精馏2级塔再沸器22冷氢化精馏2级塔冷凝器22尾气冷凝器22冷氢化精馏1级塔回流泵44冷氢化精馏2级塔回流泵44尾气冷凝液泵44冷氢化精馏1级塔22冷氢化精馏2级塔22冷氢化精馏1级塔回流罐22冷氢化精馏2级塔回流罐22尾气冷凝液槽225. 冷氢化单元设备布置说明整个冷氢化单元布置紧凑，占地面积约为65 X 51 X 2=6630m 2。冷氢化单元具体位置详见下图。FhI-a枱*岀人口14n国电太阳能有限公司冷氢化单元具体位置图（云线部分）
