北京化工大学
毕业设计（论文）
题目：1500T多晶硅生产线尾气回收专业：应用化工技术
姓名：扇小龙
指导老师：刘兴佳
2012年4月8日
诚信声明
本人声明：
我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：日期：年月日
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目： 1500T多晶硅生产线尾气回收
学院：北京化工大学专业：新应用化工技术班级：专
学生：扇小龙指导教师：刘星佳
1．设计（论文）的主要任务及目标
任务：(1)氢气还原三氯氢硅制取多晶硅产生的尾气干法回收工序的操作及岗位的环境运行控制要点
(2) 氢气还原三氯氢硅制取多晶硅产生的尾气干法回收工序的操作及岗位的职业健康运行控制要点
目的：是将还原尾气经过冷却，冷凝，压缩，吸收，脱吸，吸附等过程得以充分回收，再次利用以达到降低成本，降低物耗，减少环境污染，保障职工职业健康安全。
2．设计（论文）的基本要求和内容
(1)氯硅烷及HCl进人尾气，既增加了尾气处理成本，也增大了污染物的排放量，废水中的Cl-浓度达1700—2500 mg/L。如何有效解决氯硅烷副产物的出路是降低多晶硅生产成本、实现节能减排的关键，也是目前多晶硅生产企业面临的重大技术难题 (2) 多晶硅生产线尾气回收系统是专门应用于多晶硅生产线的尾气回收装置，将废气回收成二氧化硅和盐酸。将大量副产物转化为生产原料，使生产成本大幅度降低，同时也实现了节能减排的目的
3．主要参考文献
[1] 《化工环境保护设计手册》
[2] 《环保设备——原理、设计、应用》
[3]《大气污染控制工程》
4．进度安排
摘要
多晶硅尾气回收概述：
随着绿色能源—太阳能的大规模开发利用，太阳能电池原料多晶硅的需求也越来越大，近几年我国多晶硅产业呈现几何级数发展态势。特别是2008年以来,全国各地有几十个千吨级多晶硅项目宣布动工或投产，四氯化硅是多晶硅生产中产生量最大的副产物，未经处理回收的四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对安全和环境危害很大2。因此，随着我国多晶硅总产量的逐年增多，多晶硅生产的副产物四氯化硅的安全和环保问题日益突出，如何安全处理四氯化硅已成为关系到多晶硅产业能否健康发展的关键问题。目前国内处理多晶硅在技术上已经开创出了两个方式，一是将四氯化硅热氢化后再生成生产多晶硅的原料，可以回收利用一部分四氯化硅，但回收率很低，并且还会产生二次污染。第二种方法就是通过化工工艺将四氯化硅转化成高附加值的化工产品，即无毒无害的二氧化硅。
国内多晶硅产业概况
我国多晶硅市场现状
（1）整体看，目前我国多晶硅市场需求大，行业投资热，但实际产量仍存在缺口。由于市场需求较大，近年来国内多晶硅行业存在盲目投资、重复建设、无序上马的现象，行业集中度较低，80%的多晶硅厂商规模普遍不超过1000吨。这些小企业盲目追求利润，造成排放超标、能耗巨大，产生的效益远远比不上给环境所带来的损害。同时，由于技术研发能力落后，产品良产率较低，销售渠道不稳定，使得不少企业声称产能很大，但厂房建立数年，却总是无法按量达产。因此，国内多晶硅行业设计产能和实际产量之间缺口较大。
2009年9月，国务院“38号文”要求严格控制在能源短缺、电价较高的地区新建多晶硅项目，对缺乏配套综合利用、环保不达标的多晶硅项目不予核准或备案，新建多晶硅项目规模必须大于3000 吨/年。然而在实际操作中，即使是优质的多晶硅项目，也难以申请贷款，更难获得证券市场融资机会，国内多数多晶硅扩产计划无限期延迟。
在目前国内太阳能产业高速发展的大背景下，不断超出市场预期的光伏新增装机量，带动组件需求旺盛，使得上游多晶硅原材料需求大幅增长，导致国内多晶硅现货市场持续供应紧张。据海关数据显示，我国多晶硅每年市场缺口超过50%，2009年全年进口多晶硅2万吨，2010年进口多晶硅达到4.8万吨。而2011年1季度多晶硅进口量已超过1.5万吨，同比增长67%。
2011年3月多晶硅进口量是历史第二高，仅次于2010年11月的进口量。主要是由于尽管上游多晶硅产能不断在扩张，但仍比不上国内光伏产业链下游电池、组件产能的扩张速度，使得多晶硅供给量仍无法满足国内需要。
2011年1月，工信部、国家发改委、环保部联合发布了《多晶硅行业准入条件》，明确了多晶硅项目的规模、能耗等关键性指标。《条件》的出台将有效限制投资过热，推进产业整合，有助于淘汰众多落后产能（约40多家小企业面临关停并转），利于行业健康长期发展。
（2）我国光伏产业近期政策及影响
2011年7月24日，发改委颁布了《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》，出台了太阳能光伏发电的标杆电价，在2011年7月前核准建设的、在当年年底前建成投产的项目，执行1.15元/千瓦时电价，7月1日以后核准，以及在年底前未投产项目，则按照1.00元/千瓦时电价执行。此外，发改委将可根据投资成本变化、技术进步等因素适时调整上网电价。
光伏标杆上网电价的出台改变了国内光伏行业的发展模式和发展特点，未来或将复制风电行业过去的快速发展，促使国内光伏装机容量的快速增长。
一是随着成本的下降和光伏电站盈利能力的提升,预计未来国内发电集团和光伏电站运营商投资建设光伏电站的积极性将更高。此次发改委公布上网电价为每千瓦时1.15元和1.0元;而去年280MW光伏特许权招标项目的中标价格为0.72-0.99元,今年上网电价较去年中标价格还高;而今年光伏组件价格大幅下滑约30%,光伏发电成本持续下滑,目前国内发电成本可以做到0.9-1.0元,光伏电站项目已经可以做到微利。此前即
使亏损电力集团也积极参与光伏发电特许权项目,主要是为了满足国家新能源装机容量占比不低于5%的要求。
二是光伏上网电价明年存在下调的可能,而目前火电成本高涨，分时计价呼声较高，电价上涨几乎已成必然趋势。下半年国内光伏市场或存在提前抢装现象,国内光伏市场或存在爆发式增长,因此下半年国内光伏市场或存在提前抢装的现象,类似于去年下半年的德国。此前已有青海、山东、江苏三省区已经出台自己的上网电价,补贴也在持续下降,其中山东省2010-2012年投产光伏发电项目补贴分别为:1.7元、1.4元和1.2元;青海省之前出台规定9月30日前投产项目补贴为1.15元,截至7月青海省已有五家光伏发电企业实现并网发电,并网容量达56MW,目前仍有19个重点项目将在9月30日前完成300MW上网发电容量建设,
三是国内光伏市场快速启动后,光伏产业链将明显受益。目前国内光伏市场占全球光伏市场比例较低,但未来发展空间巨大。根据已上报国务院待批的《“十二五”可再生能源发展规划》，“十二五”，光伏发电装机总量目标已上调至10GW，未来在全球光伏市场的占比将显著提升。光伏上网电价政策将是推动国内光伏市场的发展根本动力,国内光伏市场启动后光伏产业链将受益，多晶硅料行业未来产业集中度将继续提升,具有规模和成本优势的龙头企业竞争优势未来将更加明显,随着扩张产能的持续释放,未来规模较小、成本较高的企业生存压力较大。
目录
前言 (1)
第一章范围 (2)
第二章资源 (3)
2.1原辅材料要求 (3)
2.1.1 产品质量要求 (3)
2.2设备要求 (3)
2.2.1设备名称、型号 (4)
2.2.2运行基本条件 (4)
2.2.3要求 (5)
2.2.3.1氢压机的要求 (5)
第三章产品形成及控制 (6)
3.1工艺流程 (6)
3.1.1工艺原理 (6)
3.1.2工艺流程图 (7)
3.2过程控制.. (8)
3.2.1生产技术运行条件 (8)
3.2.2操作步骤 (9)
3.2.2.1开车前准备工作 (9)
3.2.2.2开车操作 (10)
3.2.3正常生产 (12)
第四章环境运行控制13
4.1岗位存在环境因素 (13)
4.2岗位需控制的环境因素 (14)
4.3运行控制 (14)
第五章职业健康安全运行控制 (15)
5.1 存在的危险源 (16)
5.2 需控制的危险源 (18)
第六章处理后的尾气 (19)
结论 (28)
参考文献 (29)
致谢 (30)
1500T多晶硅生产线尾气回收
前言
多晶硅不仅是信息产业的基础材料，而且也是实现光电转换(如太阳能发电)的理想材料。为促进我国光伏产业和电子信息产业的持续快速发展，国家发改委将“光伏硅材料的技术开发”列人《可再生资源产业发展指导目录》1。多晶硅生产属于高新科技项目，但多晶硅生产过程中产生大量SiCl4,Si H2Cl 2,SiHCl3等氯硅烷副产物，使生产成本居高不下；部分氯硅烷及HCl进人尾气，既增加了尾气处理成本，也增大了污染物的排放量，废水中的Cl-浓度达1700—2500 mg/L。如何有效解决氯硅烷副产物的出路是降低多晶硅生产成本、实现节能减排的关键，也是目前多晶硅生产企业面临的重大技术难题。多晶硅生产线尾气回收系统是专门应用于多晶硅生产线的尾气回收装置，将废气回收成二氧化硅和盐酸。将大量副产物转化为生产原料，使生产成本大幅度降低，同时也实现了节能减排的目的。
第一章、范围
适用于对氢气还原三氯氢硅制取多晶硅产生的尾气干法回收工序的操作及岗位的环境运行、职业健康运行控制要点。目的是将还原尾气经过冷却，冷凝，压缩，吸收，脱吸，吸附等过程得以充分回收，再次利用以达到降低成本，降低物耗，减少环境污染，保障职工职业健康安全。
技术创新性
还原尾气中含有HCl、H2及氯硅烷等副产物。传统处理方法，尾气经水喷淋洗涤后排放或对尾气进行初步分离，分离出的氯硅烷外售，尾气中HCl、H2经水喷淋洗涤后排放。即湿法回收，该方法既造成资源浪费，又将污染物转移到水环境中，造成废水中Cl-含量很高，污染环境，增加废水处理费用。实验研究发现，尾气中各种组分的物理性能(露点、沸点)有显著的差异。利用这一特性，通过加压冷凝、吸收一脱吸、活性炭吸附等技术方法，可将废气中的H2、HCl、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4逐一分开。SiHCl3返回还原炉；H2返回生产系统作原料；HCl用于制盐酸；SiCl4、SiH2CL2可采取进一步回收措施
第二章、资源
2.1原辅材料要求
2.1.1原辅材料要求
原料：还原尾气（还原尾气总管直接输入干法系统）。
氮气：执行标准：GB/T8979-1996《氮气标准》的优等品和合格品两级指标。
蒸汽：0.8Mpa饱和蒸汽。
2.1.2产品质量要求
回收氢质量要求：GB/T7445-1995《氢气标准》的高纯氢和纯氢两级指标。
回收HCL质量要求：含量≥99.8%
回收氯硅烷的主要杂质含量要求：
B ≤3ppb、 P ≤0.1ppb、 Fe ≤150ppb、 Al ≤25ppb
2.2设备要求
2.2.1设备名称、型号
2.2.2运行基本条件
氢压机运行基本条件：
a、吸气压力：0.415MPaG，排气压力1.24MPaG
b、排气温度小于135℃，经水冷后40℃，循环冷却水供水温度≤35℃
c、油压控制在0.15－0.3MPaG，油温＜70℃
2.2.3要求
2.2.
3.1氢压机的要求：
1、检查润滑油压力，压力应在0.15～0.3MPaG范围内
2.检查冷却水排水温度是否不高于40℃
3、检查机身油池内的润滑油温度，应不超过70℃
4、检查主轴瓦温度，应不超过70℃
5、检查各级排气温度应不超过135℃
6、检查排气温度，应不超过1.3Mpa
7、定期更换保护舱内的氮气
8、检查充氮气压，是否在0.013～0.026MPa范围内
9、检查自动控制部分的仪器仪表是否工作正常
10、检查吸气阀盖是否发热，阀的声音是否正常
11、注意倾听各机件运行时是否有异声和冲击
12、清除各处漏油、漏水、漏气情况
13、定期排放中体、冷却器中的污油、污水
14、作好压缩机的运行情况记录
第三章、产品形成过程控制
3.1工艺流程
3.1.1工艺原理
还原尾气中的氢气、氯化氢、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅等成分经尾气水冷器、尾气气-气换热器、-20℃冷冻盐水换热器和尾气过冷器后其中的二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅被冷凝下来。
不凝的氢气和氯化氢经压缩加压后，氯化氢在高压、低温条件下用氯硅烷作为吸收剂使其溶解在氯硅烷中，其中的氯化氢被吸收。氢气被分离出来。
被分离出来的氢气仍含有微量的氯化氢，为了避免氯化氢影响多晶硅的沉积速度。则应将氢气通过吸附塔除去微量的氯化氢。从而获得无水份和其它杂质的纯氢。并储存在氢气罐里供还原工序使用。
被氯硅烷所吸收的氯化氢，在升温和降压条件下被解吸出来。解吸后的氯化氢经过深冷后成液体，再经过汽化成气体储存在氯化氢罐。解吸后的氯硅烷经冷却后则一部分用于吸收塔再循环，另一部分则用泵送至分离提纯工序。
3.1.2 工艺流程图如下：
3.2 过程控制
3.2.1 生产技术运行条件
a)氢压机、氯硅烷泵、解析泵、热水泵运行正常。
b)蒸汽系统必须具备足够的压力且蒸汽膨胀槽需保持一定液位。
c)各仪表及控制阀能正常运作。
d)空气压力必须保证0.4 MpaG以上。
e）冷冻系统能满足工艺要求，即制冷量足够。
3.2.2 操作步骤
3.2.2.1开车前准备工作
（1）检查氢压机、氯硅烷泵、解析泵、热水泵是否正常，冷冻系统是否能正常供冷。
（2）蒸汽膨胀槽保持一定的液位，蒸汽压力大于0.6Mpa。
（3）检查各仪表及控制阀能否正常运行，空气压力能满足气源要求（保持0.4 Mpa 以上）。
（4）氢压机通冷却水，开旁路阀，压力控制系统投入。
（5）干法系统用氮气赶气：将整个系统分成以下子系统：
①P-101A/B,E-101,E-102, E-104,E-105,D-101,D-102和D-103
②压缩机C-101A/B/C及辅助设备和管道系统
③D-104、T-102,E-106,E-107和E-108
④T-103,D-107,P-103A/B,E-109,E-110和E-111
⑤碳吸附塔T-104A/B/C
用氮气将各个子系统充压0.5 Mpa（表压）；置换3次即可。
（6）干法系统充氢气置换：所有的子系统用氮气赶完气后应用氢气来置换，其置换压力（0.5 Mpa）同上（第5步），后待5分钟泄至微正压，如此进行3次。
（7）氢压机用氢气置换3次后待用。
（8）开启氢压机使五个子系统保持正常生产压力待用。
3.2.2.2开车操作
（1）活性炭吸附柱温度-时间程控投入，热、冷水系统投入，吸附柱开始逐一再生（要求再生温度为140℃—150℃，压力为微正压）。
①向D-105水槽加入一定液位脱盐水后关闭尾气阀，向该水槽通入0.8MPaG蒸汽，
同时开启冷凝液疏水阀，保证该槽压力大于0.6MPaG。打开蒸汽入口和冷凝液出口的阀门，让蒸汽进入E-112。
②启动泵P-105A/B/C,将160℃饱和水循环到待再生的吸附柱。
③用氮气（第一次开车）或氢气（停产后开车）吹扫的同时打开顶部排气阀（第一次开车）向空中排气或排水，正常停产开车时打开再生管线上阀门向淋洗塔排放尾气。继续加热吸附柱，直到底部温度达到150℃，出口露点低于-40℃，氧气含量小于（0.1vol%）。
④打开循环冷却水到E-113的供给和回流管线。
⑤运用相同的方式对其它两个吸附柱进行加热再生、冷却。等待吸附（使用柱初期温度不高于35℃）。
（2）干法回收系统供冷：
A、尾气过冷器供R22，出口温度控制在-40℃～-50℃。
B、氯硅烷液体冷却器供R22,出口温度控制在-40℃～-50℃。
C、氯化氢过冷器供R22,出口温度控制在-40℃～-50℃。
D、氯化氢的回流槽供R22,出口温度控制在-40℃～-50℃。
（3）系统进料：
A、从贮存工序（罐区）的01V0716a/b的底部阀送SiCl
通过LV1300调节阀旁路
4
以及P103AB旁路到解析塔底部。
B、当解析塔液位达到90%时，打开泵P-103A/B将液体送入吸收塔（T-102）
C、打开吸收塔底部阀将料通过LV1100调节阀旁路及P-101AB旁路将液体压到E-101、E-102、E-104、D-101、D-102。
D、当液位适中后开启冷泵（注意温度不要太低，以冷料泵能正常运行即可），冷料泵将氯硅烷经液-液换热器在过冷器、吸收塔、解析塔之间循环。
（4）压力系统控制投入：
A、压缩机吸入压力控制：0.415～0.5 MpaG。
B、吸收塔压力控制：1.24～1.3 MpaG。
C、解吸塔压力控制：0.95～1.0MpaG。
D、活性炭吸附柱压力控制：1.2～1.25 MpaG（吸附压力）。再生压力控制在
0.3MpaG（PV1505设定为0.3 MpaG）。
E、氢压机开始运行系统升压（用电解氢补入D-103）,当D-104储罐压力为1.3
MpaG后将自动停止补电解氢，干法系统保持自循环状态。
F、当D-104储罐压力为1.3 MpaG时，待与还原岗位联系好后，打开还原尾气总管，使还原尾气进入干法回收系统。
G、还原尾气进入干法回收系统后，解析塔的再沸器通入蒸汽（蒸汽流量控制取自富液进口温度TE1400信号,设定温度16℃），解析塔系统压力逐渐升高。
H、解析塔塔顶压力控制在1.05MPaG，釜温逐步升高，系统运行两个小时后，温度、压力、流量、液位等趋于稳定，此时釜温逐步稳定在130℃左右。
（5）温度控制系统投入：
A、压缩前气体温度控制：TE1101设定为10℃；
B、解析塔的再沸器蒸汽调节阀FV1442所控制的温度TE-1400设定为16℃；
C、氯化氢气化温度TE1811设定为40℃；
（6）流量控制系统投入：
A、富液流量控制：FV1303调节阀设定44M3/h；
B、回收氢流量控制：FV1501调节阀设定627Kg/h；
（7）液位控制系统投入：（视现场液位显示来定）
A、LV1100、LV1150设定值分别为有效液位高度60%；
B、LV1300、LV1400设定值分别为为有效液位高度60%；
3.2.3正常生产
3.2.3.1每隔30分钟巡视各个设备是否正常运行，定期倒换氢压机和油泵。
3.2.3.2定期对氢气储罐以及氯硅烷进行取样分析，并保证淋洗塔尾气畅通。
第四章、环境运行控制
4.1岗位存在的环境因素如下4。还原干法回收存在的环境因素
2需控制的环境因素如下：
（1）氯硅烷潜在泄漏。
（2）检修时氯硅烷泄漏。
（3）尾气淋洗产生的废酸水。
（4）检修中拆卸的固体废弃物。
（5）检修时产生的废油和含油固体废弃物。
4.3运行控制
（1）加强设备维护和保养，当班人员巡视相关设备，及时发现氯硅烷潜在泄漏的问题，及时处理。
（2）检修时用氮气把设备、管路中的氯硅烷尽量赶净，减轻检修时的泄漏。
（3）尾气淋洗产生的废酸水进入酸水管道，进入污水站进行处理。
（4）检修中拆卸的固体废弃物，含油固体废弃物集中处理。
（5）检修时产生的废油回收。