3000ta硅烷流化床法多晶硅

1、第 頁(yè)共9頁(yè)3000t/a硅烷流化床法多晶硅1、工藝路線(xiàn)及技術(shù)特點(diǎn)本項(xiàng)目采用的是先進(jìn)的硅烷法流化床技術(shù)，是美國(guó)Sunytek公司擁有H主開(kāi)發(fā)的技術(shù)：其中硅烷的制備沿用聯(lián)合炭化物公司的氫化、歧化技術(shù)，氫化反應(yīng)器擬從國(guó)外進(jìn)口，技術(shù)來(lái)源依據(jù)Sunytek公司長(zhǎng)期跟蹤該技術(shù)所收集、購(gòu)買(mǎi)的技術(shù)及從業(yè)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)；硅烷流化床還原裝置是Sunytek公司的專(zhuān)利技術(shù)在傳統(tǒng)流化床還原技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行重大改進(jìn)，經(jīng)過(guò)在國(guó)內(nèi)的實(shí)踐，己基本完成大量設(shè)備本土化的過(guò)程，己于2007在唐山建成并驗(yàn)證了150-200噸多晶硅/年硅烷流化床還原反應(yīng)器。己有多家國(guó)外多晶硅技術(shù)方耍求轉(zhuǎn)讓該技術(shù)。硅烷法流化床技術(shù)總體技術(shù)路線(xiàn)是：工業(yè)

2、硅、S1C14和H2經(jīng)氫化反應(yīng)器生產(chǎn)含S1HC13混合氣體，然后歧化后產(chǎn)生硅烷氣體，硅烷氣體經(jīng)流化床反應(yīng)器制成顆粒狀多晶硅。整個(gè)工藝是從工業(yè)硅到高純顆粒多晶硅的過(guò)程，氫氣和氯硅烷都是整個(gè)過(guò)程的中間品，在反應(yīng)過(guò)程中作為工藝載體，但在排出雜質(zhì)的過(guò)程中伴隨著有一定的損耗，因此在生產(chǎn)過(guò)程中有少量的S1C14和氫氣補(bǔ)充。而絕大部分中間產(chǎn)物四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅和硅烷在過(guò)程內(nèi)部循環(huán)轉(zhuǎn)換，所以整個(gè)工藝是一個(gè)真正的閉路循環(huán)生產(chǎn)高純多晶硅的過(guò)程。流化味還原廢氣氣提培廢氣廢液廢渣損失Si第2頁(yè)共9頁(yè)第 頁(yè)共8頁(yè)第 頁(yè)共8頁(yè)此技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):投資較少（設(shè)備簡(jiǎn)單），建設(shè)期短、占地少；生產(chǎn)速度快，效率高；生產(chǎn)

3、過(guò)程節(jié)能，耗電量少；可連續(xù)，無(wú)間斷生產(chǎn)；閉路循環(huán)生產(chǎn)，三廢排放少；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并可實(shí)時(shí)檢測(cè)；產(chǎn)品方案可根據(jù)市場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整，其中間產(chǎn)品三氯氫硅、硅烷也可作為產(chǎn)品外售；硅烷流化床生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)模塊式運(yùn)行，可根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)整生產(chǎn)規(guī)模，與下游應(yīng)用優(yōu)勢(shì)對(duì)接。下面就改良西門(mén)子法和硅烷流化床法生產(chǎn)多晶硅生產(chǎn)工藝路線(xiàn)，從原料來(lái)源、產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、投資及成本等各方面進(jìn)行對(duì)比。匸藝技術(shù)方案比較序號(hào)比較項(xiàng)目硅烷流化床法改良西門(mén)子法1產(chǎn)品規(guī)格太陽(yáng)能級(jí)和電子級(jí)太陽(yáng)能級(jí)和電子級(jí)2原料高純氫氣、硅粉、四氯化硅高純氫氣、高純氯氣、硅粉3特點(diǎn)化學(xué)氣相還原法以硅烷為還原載體化學(xué)氣相還原法以三氯氫硅為還原載體4流程工序較少、流程

4、較短：電解制氫；氯氫化及尾氣分離、提純；歧化及提純；硅烷流化床；成品包裝；硅粉料倉(cāng)；三氯氫硅罐區(qū)；四氯化硅罐區(qū)。工序多、流程長(zhǎng)：電解制氫；HCL合成；三氯氫硅合成及尾氣分離；氯硅烷提純；氫還原；干法尾氣回收；四氯化硅氫化；成品破碎、清洗包裝；硅粉料倉(cāng)；液氯儲(chǔ)存；三氯氫硅罐區(qū)；四氯化硅罐區(qū)。5多晶硅還原連續(xù)反應(yīng)間斷反應(yīng)序號(hào)比較項(xiàng)目硅烷流化床法改良西門(mén)子法6產(chǎn)品處理還原產(chǎn)品為粒狀，無(wú)須處理即可包裝。還原爐產(chǎn)品為硅棒，需切斷破碎、洗滌干燥后才能包裝7中間產(chǎn)品及其用途三氯氫硅、硅烷。三氯氫硅：解決西門(mén)子法副產(chǎn)四氯化硅出路問(wèn)題；高純硅烷：可廣泛應(yīng)用于微電子、光電子、新材料等高科技領(lǐng)域。三氯氫硅8副產(chǎn)品及

5、其處理無(wú)。反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的S1C14返回氯氫化反應(yīng)器循環(huán)使用SiC14(1500020000t/a)國(guó)內(nèi)部分工廠設(shè)置熱氫化工序處理部分S1C14,其他均罐裝儲(chǔ)存。9國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀真正意義上的H2和S1C14閉路循環(huán)；國(guó)內(nèi)沒(méi)有規(guī)模化生產(chǎn)裝置僅少部分工廠為閉環(huán)式操作，多數(shù)以工業(yè)硅或三氯氫硅生產(chǎn)多晶硅和副產(chǎn)四氯化硅。10原料消耗硅（折100%）:1.15kg/kgSiC14：0.96kg/kg氫氣:0.78Nm3/kg硅（折100%）：1.4kg/kg液氯：1.4kg/kg氫氣:1.4753.5Nm3/kg11循環(huán)水消耗1.93t/kg58.3t/kg12綜合電耗33.5kwh/kg170kwh/kg13

6、1500t/a建設(shè)投資6億元10億元14完全生產(chǎn)成本160元/kg540元/kg從上述比較不難看出，改良西門(mén)子法工藝路線(xiàn)產(chǎn)品方案單一、工藝路線(xiàn)長(zhǎng)、還原產(chǎn)品需進(jìn)行整理，投資大成本高；硅烷流化床法生產(chǎn)路線(xiàn)有多種產(chǎn)品方案可供選擇可按市場(chǎng)需求分段生產(chǎn)三氯氫硅、硅烷和多晶硅，還原爐產(chǎn)出的粒狀多晶硅無(wú)須處理，投資小成本低。國(guó)內(nèi)目前的改良西門(mén)子工藝路線(xiàn)大多不是密閉循環(huán)，副產(chǎn)的S1C14大量囤積、不僅增加了環(huán)境污染的可能性、還增加了產(chǎn)品成本。硅烷流化床法以Si、H2、S1C14為原料,反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的H2和S1C14均循環(huán)使用，真正意義上實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，杜絕了S1C14污染。2、生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案生產(chǎn)的公稱(chēng)規(guī)

7、模為年產(chǎn)3000顆粒多晶硅。硅烷流化床法多晶硅純度可達(dá)到9N11N,實(shí)際可生產(chǎn)電子級(jí)多晶硅。1、多晶硅3000t/a(3250t/a)2、年操作日333天，按8000小時(shí)計(jì)。3、產(chǎn)品指標(biāo)顆粒多晶硅產(chǎn)品暫無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。顆粒多晶硅產(chǎn)品指標(biāo)見(jiàn)表3-1。表3-1顆粒多晶硅產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱(chēng)技術(shù)指標(biāo)1純度1.1硅Si%299.9999991.2氧0ppma0.21.3鋁A1ppba0.21.4磷Pppba0.151.5硼B(yǎng)ppba0.151.6炭cppmaNi、CuZn）ppba5003密度t/m32.1-2.34粒度mm1-54、消耗指標(biāo)顆粒狀多晶硅產(chǎn)量：3250噸/年(純度$99.999999%),

8、消耗定額以每噸多晶硅計(jì)。4.1原材料消耗定額原材料消耗定額單位/噸產(chǎn)品序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容備注規(guī)格單位消耗定額年耗量1工業(yè)硅粉98%噸1.153750折100%2SiC14$98%0.9603242折100%3氫氣99.999%噸0.0693229折100%4催化劑噸0.024784.2公用工程規(guī)格及消耗指標(biāo)公用工程規(guī)格及消耗指標(biāo)序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格單位消耗定額/公斤產(chǎn)品每小時(shí)需要量1循環(huán)水32Cm31.937852電380VkWh33.5136093蒸汽0.5MPa(G)t0.07229.44制冷系統(tǒng)-40CKJ/h2.7511175、其它輔助生產(chǎn)裝置及公用工程電解制氫/高純水裝置、熱媒系統(tǒng)、冷凍站、循環(huán)水

9、站、空壓站、原料及中間罐區(qū)、三廢處理、成品包裝及倉(cāng)庫(kù)。6、投資14.7億人民幣。主耍為氯氫化、歧化、硅烷流化床工藝裝置的工藝設(shè)備、管道、電氣、電信、儀表、土建、防腐保溫等費(fèi)用。電解制氫/高純水裝置、熱媒系統(tǒng)、冷凍站、循環(huán)水站、空壓站、原料及中間罐區(qū)、三廢處理、成品包裝及倉(cāng)庫(kù)等配套輔助生產(chǎn)和公用工程。7、項(xiàng)目效益分析7.1經(jīng)濟(jì)效益分析硅烷法顆粒多晶硅技術(shù)，在正常生產(chǎn)階段，可年生產(chǎn)顆粒多晶硅3250噸，完全成本約為160元/公斤，按售價(jià)350元/公斤多晶硅計(jì)算，可創(chuàng)造產(chǎn)值113750萬(wàn)元/年，可實(shí)現(xiàn)利稅約61750萬(wàn)元/年。另外也可解決目前改良西門(mén)子法副產(chǎn)四氯化硅的出路問(wèn)題,進(jìn)一步創(chuàng)造環(huán)境效益和綜

10、合利用效益。7.2社會(huì)效益分析國(guó)內(nèi)目前的改良西門(mén)子工藝路線(xiàn)大多不是密閉循環(huán)，副產(chǎn)的S1C14大量囤積、不僅增加了環(huán)境污染的可能性、還增加了產(chǎn)品成本。而硅烷流化床法以Si、H2、S1C14為原料，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的H2和S1C14均循環(huán)使用，真正意義上實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，杜絕了S1C14污染；同時(shí)能耗大大降低，改變公眾對(duì)多晶硅行業(yè)“高能耗、高污染”的不良看法，回歸太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)所倡導(dǎo)的綠色、環(huán)保的本質(zhì)。硅烷流化床法生產(chǎn)的顆粒多晶硅具有投資少、成本低的特點(diǎn)，同時(shí)顆粒狀的多晶硅對(duì)下游太陽(yáng)能光伏電池應(yīng)用也具有減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)（可冇接注錠或H接拉膜）的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)的利用可大大降低太陽(yáng)能光伏電池及光伏發(fā)電的成本，進(jìn)

11、而擴(kuò)大太陽(yáng)能發(fā)電占能源消耗的比例，減少溫室氣體排放。符合大力發(fā)展清潔可再生能源的趨勢(shì)。7.3應(yīng)用前景分析我國(guó)目前仍處在高速發(fā)展中，能源需求量大、增長(zhǎng)速度快。而相對(duì)應(yīng)的，我國(guó)人均擁有資源量少。我國(guó)能源消費(fèi)以煤炭為主，屈不可再生資源。2008年我國(guó)一次能源消費(fèi)總量為28.5億標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭所占比例為76.6%,較世界較世界平均水平高約40個(gè)百分點(diǎn)，火電用煤占煤炭總消費(fèi)量的53%。火電在我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)中的比例高達(dá)80%,這種高度依賴(lài)火電的結(jié)構(gòu)，對(duì)煤炭資源耍求高，環(huán)境破壞性大，火電是全國(guó)溫室氣體排放的重?！柏暙I(xiàn)者”。我國(guó)而臨能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。因此大力發(fā)展清潔可再生能源是必然趨勢(shì)。盡管金

12、融危機(jī)帶來(lái)的油價(jià)暴跌H接導(dǎo)致新能源的發(fā)展動(dòng)力下降，但長(zhǎng)期來(lái)看能源形勢(shì)趨緊，新能源相比傳統(tǒng)能源，在環(huán)保方面的替代價(jià)值依舊被看好。金融風(fēng)暴無(wú)疑將使中國(guó)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)受到全面的巨大的壓力。金融風(fēng)暴的壓力，也會(huì)起到使太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)科技含量提高、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、加快發(fā)展的正面作用。在當(dāng)前的國(guó)內(nèi)大環(huán)境中，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景必將會(huì)是更加美好的。因此長(zhǎng)期而言，多晶硅產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇很多，市場(chǎng)潛力大。多晶硅產(chǎn)業(yè)己經(jīng)從寡頭壟斷轉(zhuǎn)向競(jìng)爭(zhēng)格局。多晶硅生產(chǎn)企業(yè)只有提高技術(shù)含量，不斷降低成本，才能在市場(chǎng)轉(zhuǎn)暖時(shí),迎來(lái)新一輪的希與。國(guó)際上多晶硅的生產(chǎn)成本在20-30美元/公斤，國(guó)內(nèi)改良西門(mén)子法普遍為60-100美元/公斤，工藝路線(xiàn)為硅烷流化床法的測(cè)算制造成本為16.62美元/公斤（含原料、動(dòng)力消耗及人員工資）,完全成本為23.4美元/公斤（含設(shè)備折舊），在目前及將來(lái)多晶硅供求關(guān)系趨丁平衡，多晶硅價(jià)格在由暴