多晶硅制备中节能降耗技术的研究

多晶硅生产环节节能降耗策略探析多晶硅發展的现状详细分析，节能降耗和有效的战略提出了多晶硅生产环节，以减少多晶硅的生产成本，提高多晶硅企业的经济效益，提高我国多晶硅产业的核心竞争力，促进中国多晶硅产业的发展。

标签：多晶硅;生产;节能降耗1 概述多晶硅的纯度可分为太阳能能级和电子能级。

太阳能硅的纯度（SG）之间的冶金级硅和电子级硅，一般认为包含在99.99%～99.9999%Si（4～6个9）。

电子级硅（例如）通常需要超过Si99.9999%，超高纯度是99.9999999%～99.999999999%（9～11个9）。

太阳能多晶硅的主要原料是生产太阳能光伏电池。

电子级多晶硅主要用于半导体工业和电子信息工业，是单晶硅制造的主要原料。

目前实际使用的太阳能光伏电池有晶体硅太阳能电池（单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池）、非晶硅太阳能电池和复合半导体太阳能电池。

晶体硅太阳能电池是目前国际光伏市场的主流产品，占全球光伏电池产量的85%以上。

在晶体硅太阳能电池中，多晶硅太阳能电池占比较大，约占2/3，占太阳能电池市场份额的55%以上。

以硅材料为主导的产业链如图1所示。

2 多晶硅的工艺降低还原电耗2.1 大型还原炉节能技术还原炉是多晶硅生产中的重要设备。

实践证明，还原炉越大，生产过程中多晶硅消耗越少。

尽管我国从9月开始到今天的发展很好的还原炉24棒，它在很大程度上改善的影响多晶硅生产的节能降耗，但发达国家的距离，仍有差距，节能降耗标准需要在大还原炉节能技术更努力学习和发展一个更大的多晶硅还原炉生产，不仅可以提高多晶硅生产的单炉生产，还可以进一步提高多晶硅生产中节能降耗的效果。

2.2 硅芯热启动技术硅芯热启动技术是生产过程中最常见的节能技术之一。

首先，降低核心炉的温度。

需要对等离子体进行预热，然后通过加热等离子体来降低炉芯的温度和击穿电压。

第二，降低电导率。

通过添加杂质（如P、B），大大降低了硅芯的导电性，降低了硅芯在生产和使用中的电流和温度，达到了节能的目的。

2019年06月多晶硅生产的节能降耗研究何惠民（中石化南京工程有限公司，江苏南京211100）摘要：太阳能是新型可再生能源中的一种，可以有效缓解世界范围内的环境资源问题。

多晶硅是光伏和半导体产业的重要组成部分，多晶硅工业正以出人意料的速度增长。

文章分析了我国光伏多晶硅的现状、特点及生产流程，并提出了多项节能降耗的措施，希望能够达到一种节能降耗的功效，能够促进我国光伏多晶硅产业的发展。

关键词：太阳能；可再生；多晶硅；硅芯热启动技术；TCS 提纯1我国光伏多晶硅的发展现状我国多晶硅产业发展开始于2005年，当时多晶硅生产技术都控制在外企手中。

国内企业通过引进吸收的策略逐步摆脱了国外的技术封锁，为国内多晶硅产业的跨越式发展奠定了技术基础。

随着多晶硅工艺技术的日趋成熟，以及大规模装置的迅速投产，截至2018年底国内多晶硅产能达到38.8万吨/年，占全球产能的65%。

由于多晶硅生产过程需要消耗大量的电能，因此国内主要多晶硅企业的产能逐步向资源优势地区转移，新疆、内蒙、四川地区的产能超过了国内多晶硅总产能的80%以上。

伴随着产能向资源优势地区的不断集中，多晶硅行业不可避免的出现了产能阶段性过剩，行业利润逐步下降，生产企业面临很大的成本压力，因此选择高品质、低能耗及投资省的多晶硅生产工艺是广大生产企业生存的必然选择。

2我国多晶硅生产的流程我国多晶硅的生产方式以改良西门子法为主，改良西门子法生产多晶硅主要有制氢、TCS 合成装置、精馏装置、还原装置、还原尾气回收、产品整理、三废处理和辅助公用工程等工序组成。

冶金级硅、STC 、氢气和催化剂在反应器中合成TCS ，反应产物经精馏装置分离提纯，精馏提纯分离出的STC 送至TCS 合成装置循环使用，高纯TCS 送至还原装置进一步反应，生产多晶硅产品，进过后处理破碎包装后外卖。

还原装置副产物经尾气回收装置分离出的TCS 和氢气送至还原装置循环使用，副产物STC 作为原料送至TSC 合成装置进行氢化反应生产TCS ，继而重复利用。

多晶硅生产中节能降耗探讨论文摘要：研究了不同供料与功率比值对多晶硅还原电耗和一次转化率的影响，对指导实际生产具有重要意义。

关键词：多晶硅；还原；供料与功率比值进入21世纪以来，随着太阳能光伏发电技术的快速发展和广泛应用，多晶硅产业以惊人的速度迅猛发展和壮大。

面对当前世界*传统能源日益枯竭和气候变暖的严峻形势，太阳能作为可再生洁净能源受到了各国的高度重视，许多国家都已将太阳能发电的原材料高纯多晶硅列为战略*材料。

当前，在国内外市场的双重压力下，多晶硅价格一路降低，加上国内多晶硅生产成本远高于*先进水平，使得国内各多晶硅企业面临极大的生存压力，因此如何降低生产成本已成为各企业的首要任务。

本文主要围绕改良西门子法生产多晶硅的还原工序，对还原炉供料和硅棒功率等参数进行研究，为还原炉运行优化提供参考依据。

1多晶硅还原工序简介多晶硅还原工序是生产多晶硅成品的环节，其核心设备是气相沉积反应器，也就是通常所说的还原炉，它的控制水平直接关系到多晶硅的产量、成本和质量。

还原工序生产过程如下：一定摩尔比的*气和三**硅混合气在一定压力下通入到还原炉内，在直径8~15mm、长2.2~2.8m的导电硅芯上进行气相沉积反应生成多晶硅，硅棒表面温度控制在1050~1100℃，经过一定时间后长成规定直径的硅棒，反应同时生成四*化硅、二*二*硅及*化*等副产物。

2研究方法本文结合生产实际，在其他因素不变的情况下，将混合气流量与硅棒功率的比值作为研究对象，选取不同供料与功率比值的炉次进行对比，并对运行结果进行分析和总结。

3结果及讨论3.1不同比值对电耗的影响通过将还原炉供料与硅棒功率进行关联，得出了两者不同比值时的还原电耗情况，如图1所示。

从上述趋势线可以看出，在还原炉供料与功率比值从0.5提至0.9的过程中，还原电耗变化呈抛物线趋势，即先快速下降，达到最低点后又逐步上升，这说明不同的进料比值对还原电耗的影响较大，当比值较小时，还原炉的进料量小，硅棒生长速度较慢导致电耗偏高；而比值较大时，还原炉的进料量增大，硅棒生长速度虽然加快，但同时混合气所带走热量也相应增加，同样也使得还原炉的电耗增加，因此，只有选择合适的供料与功率比值才能保*还原炉的电耗处于最佳水平。

多晶硅生产过程中的节能降耗技术分析作者：李万存刘兴平来源：《海峡科技与产业》2017年第03期摘要：由于我国信息技术飞速发展和市场经济急剧演变，多晶硅的生产技术也是日益的向前发展着，而且渗透到人们生活和工作中的各个方面，已是不可缺少的一部分了。

本文根据多晶硅生产中副产物的的综合循环利用，完善升级沉积工艺以及升级与创新新型沉积配置对多晶硅在生产过程中的节能降耗产生的作用。

同时还分析了当前国内广泛先采用和发展完善的生产过程优化技术投入到多晶硅生产中去，从而能够有效的减少多晶硅的制备费用。

关键词：三多硅晶；生产；节能降耗由于当前太阳能光伏产业的迅速的崛起，它的市场空间优势和发展前景吸引了国外大量的资金雄厚的大型企业和大型电子生产企业纷纷投入发展太阳能光伏产业队伍当中。

而这种市场环境的发展就会使中国太阳能光伏产业在资本和技术方面巨大的挑战，市场优势地位也在遭遇危机。

据有关统计指出，发展成熟的多晶硅企业的扩展生产规模和刚加入的多晶硅企业的生产能够在将来的2年里多增加的产能达到了二十多万t/a；与此同时在关于太阳能电池的生产新兴技术和新型产品方面发展也是非常快的，这也就促成了太阳能光伏市场竞争异常激烈的局面。

要想在激烈的市场环境中占据有利位置，太阳能光伏制造企业必须具有核心竞争力，而企业要拥有这一竞争力就必须不断的创新生产技术和研发新的产品。

而就在冶金技术和流化床技术等方面的技术发展已成为太阳能光伏产业市场的发展能够取得新的成果的关键。

当前几乎所有市场都是技术和成本的竞争，因此，光伏制造企业的发展就必须要在多晶硅的制造成本上做出努力。

降低多晶硅的生产成本，不仅能够促进多晶硅制造产业和太阳能光伏产业的发展，同时还能够加快国内太阳能光伏运用的普及。

1 副产物循环综合利用多晶硅的生产过程中，它所需要的原料成本费用占有多晶硅制造总成本的百分之三十至百分之四十。

在运用改良西门子工艺和以氯硅烷为原材料的硅烷流化床生产粒状多晶硅工艺的过程中都制造出非常多的副产物；而要想在这些工艺制备过程中能够降低多晶硅的生产成本就必须对这些副产物进行有效的循环再利用。

新材料与新技术化 工 设 计 通 讯New Material and New TechnologyChemical Engineering Design Communications·45·第46卷第12期2020年12月多晶硅是电子信息化产业和太阳能光伏发电产业的基础原材料，是上述行业的最上游产品。

光伏太阳能行业自1955年西门子法多晶硅生产制备技术面世以来，共历经三代技术革新形成了现行的改良西门子法，其所生产的高纯多晶硅成本下降到45~55元/kg ，已具备平价上网的前提条件。

随着各个企业的自主研发和技术引进，国内企业逐步摆脱了国外的技术封锁，随着多晶硅工艺技术的日渐成熟，以及大型化、规模化装置的迅速投产，截至2019年底国内多晶硅产量达到342kt ，中商产业研究院预测2020年我国多晶硅产量将达到450kt 。

可再生能源巨头公司Statkraft 发布了其对全球能源趋势的第四次年度分析称：随着可再生能源成本下降，太阳能将在2035年成为世界上最大的电力来源，截至2050年，太阳能光伏和风能将占全球发电总量的70%。

随着“5.31”政策的发布和光伏平价上网的需要，多晶硅企业开始进入“微利”时代，产能的扩张和成本的降低倒逼高成本的落后产能被快速清退。

多晶硅的生产成本主要由原辅材、能耗构成，受市场影响原辅材成本难以实现快速降低生产成本，而能耗动力通过技术革新可以实现快速降本，是企业重点关注的降本途径。

随着行业发展，多晶硅生产制造企业逐渐向规模化、集中化的方向发展，现阶段多晶硅企业的普遍规模均在万吨以上，平均综合电耗下降至70kW ·h/kg ，部分企业甚至已低于60kW·h/kg 。

多晶硅生产成本的降低受益于近年来的技术突破，使得能耗快速降低，根据GB 29447—2012《多晶硅企业单位产品能源消耗限额》中的规定，单位能耗高于27.85kgce/kg-Si 的企业就属于高能耗企业，而在2019年多晶硅生产企业的平均综合能耗已下降到12.5kgce/kg-Si ，2025年预测这一指标可以继续降至10.1kgce/kg-Si 。

多晶硅生产的节能减排措施探究摘要：近年来，中国国民经济发展迅速，多晶硅的产量达到了新的高度。

今天，多晶硅行业也变得越来越有竞争力。

为了进一步降低多晶硅的成本，迫切需要改进多晶硅的制造方法，现在大多数研究人员对国内外的西门子新型制造方案进行了详细的观察和改进。

在分析了多晶硅实际生产中的机器能耗之后，基于能量耦合利用、循环利用、综合利用和新的节能方法，通过各种液体蒸馏工艺生产多晶硅进一步建议。

实验结果表明，采用上述方案，可以大大降低多晶硅的制造成本，这将为将来的多晶硅开发提供一些便利。

关键词：多晶硅生产；节能减排措施；探究随着国内科学技术的不断发展，多晶硅的应用领域正在扩大。

多晶硅主要用于集成电路合成、半导体制备和太阳能设备制造。

它也可以用于制造单晶硅，而单晶硅在半导体制造业中被广泛使用，并且半导体可以用作现代技术的基本原材料。

同时，由于当前的全球能源危机和全球环境保护的限制，新能源的研究与开发已成为一个全球性的问题。

太阳能以其安全性、环保性和高储量而引起人们的关注。

利用这种能量的主要方法之一是通过光电效应将其转化为电能，但是目前太阳能转化需要通过多晶硅电池转化，而硅电池的基本工作原理是利用光电效应进行光电转化。

随着半导体工业的不断发展和太阳能的使用，对更好的多晶硅的需求持续增长。

一、多晶硅生产的节能方案（一）多效精馏该环节是各种多晶硅制造链接中最耗能的操作之一。

在生产多晶硅的生产过程中，氯硅烷的蒸馏中进行了高水平的操作，但是在特定的操作过程中，必须确保恒定的回流比和相对大的沸点。

此过程中使用的冷却和加热介质的质量要求相对较高。

在多晶硅的实际生产中，已经采取了几种节能措施。

例如，使用室温的冷水代替低温水来冷却冷凝器，最近，增压蒸馏被用于进一步提高冷凝温度。

如今，中国的多产品硅制造行业使用了大量的高科技整流装置，其中大多数采用多塔串联整流工艺。

在此过程中，将热的热载体（热的或饱和蒸汽）加热整个塔的气相，并在塔的顶部使用设备外部的低温制冷剂（例如冷水或室温水）来多年来，这种整流工艺一直是研究整流节能的手段，并且其在多晶硅制造行业中的使用不断增加。

多晶硅生产的节能减排措施摘要：本文将针对多晶硅生产过程中多种副产物具有的特性，列举可行的先进的技术方法对其进行回收再利用，将产物二次转化成生产原材料，在一定程度上降低了生产成本，并且使污染物的排放量得到降低。

关键词：多晶硅节能减排措施一、前言随着科技不断进步，多晶硅的使用范围也不断扩大，不仅成为了信息产业中缺少的基础材料，并且也是太阳能转化为光能的理想介质。

国家十分重视硅产业的发展，2005年时国家发改委将6英寸以上的单晶硅、多晶硅和晶片列为国家重点鼓励发展产业项目，提高大程度的政策支持，极大推动了我国光伏产业和电子信息工程的发展速度，使我国硅材料生产进入新的蓬勃发展阶段。

多晶硅产业属于高新技术产业，但是由于其生产过程中出现大量的氯硅烷副产物，因此导致其生产成本相对较高；同时还会存在部分的氯硅烷和氯化氢进入生产尾气中，不仅增加了尾气的处理难度，而且也会使得环境的污染程度加剧。

在尾气处理排放的废水中Cl的浓度含量甚至高达2500mg/L。

因此，现在多晶硅生产企业面对的重要课题便是怎样采用新型的技术手段有效地控制大量副产物的产生，从而达到降低成本，节能减排的生产要求。

笔者在对多晶硅产业项目工作中总结出了有效回收氯硅烷副产物的综合措施及方法，实现了副产物的成功转化，大幅度降低了生产成本，达到了明显的节能减排的效果。

二、我国多晶硅生产方法和生产特点在我国多晶硅的生产过程主要是使用改良的西门子技术进行生产，其大致过程如下：（一）三氯氢硅的合成。

三氯氢硅又称TCS，通过氯化氢与粗硅粉在300度、0.3兆帕条件下发生一定化学反应，生成三氯化硅。

（二）精馏。

将反映生成的TCS经过精馏，进行提纯，使其纯度达到六个九的程度时，再对其中杂质进行处理，杂质主要包括磷、碳以及金属杂质等。

（三）还原反应。

将已经完成提纯过程的三氯氢硅与制备的高纯度氢气在1150度、0.6兆帕的条件下发生反应，在反应容器内的导电硅芯上沉积生成多晶硅，这时多晶硅的纯度相比之前更高。

多晶硅生产节能技术工艺研究多晶硅是光伏产业的关键材料，其生产过程中能源消耗占据其生产成本的重要部分。

因此，发展多晶硅生产节能技术具有重要的意义。

1. 原材料选择与优化多晶硅生产过程中，硅源原料主要有硅矿石、硅酸盐等。

硅矿石中SiO2的含量较低，需要进行还原提纯，消耗大量能源。

而硅酸盐不需要还原提纯过程，能节省大量能源。

因此，在原材料选择时，应尽量优先选用硅酸盐，以减少能源消耗。

2. 熔炼炉节能改造多晶硅的生产过程中，熔炼炉是最耗能的环节之一。

现有的熔炼炉大都采用电炉或燃气炉，其能源消耗较大。

因此，熔炼炉的节能改造是提高多晶硅生产效率的重要途径。

常见的节能改造措施包括增加熔炼炉绝缘、优化熔炼炉加热方式、加装熔炼炉废热回收系统等。

3. 晶棒拉伸节能优化晶棒拉伸是多晶硅生产过程中最重要的步骤之一。

传统的晶棒拉伸过程中，需要大量的热能提供力量。

提高拉伸生产效率的一种办法是降低拉伸温度，但这会带来晶棒质量下降的问题。

因此，提高晶棒拉伸效率的关键在于优化拉伸过程。

优化拉伸过程包括：改进拉伸机械结构、降低拉伸温度等。

4. 余热利用多晶硅生产中制造过程中会产生大量的余热，如果不进行有效利用将浪费大量的能源。

如采用热交换技术，将余热回收再利用，不仅可以降低生产成本，还能有效地降低环境污染。

因此，在多晶硅生产过程中，余热的利用对于节约能源和环保具有重要的作用。

综上所述，多晶硅生产节能技术工艺研究对于降低多晶硅生产成本、提高生产效率和提高环境保护意义重大，需要加强研究和实践推广。

多晶硅生产节能技术工艺研究随着光伏产业的不断发展，多晶硅生产技术也在不断进步。

多晶硅是光伏产业中最重要的原材料之一，其生产过程中需要消耗大量的能源和资源，因此如何节约能源，提高生产能力，降低生产成本，成为多晶硅生产领域需要解决的重要问题。

1.氧化法氧化法是多晶硅生产过程中一种常见的生产方式。

其主要是将硅粉末和氧气在高温下反应产生SiO2，然后加热还原反应得到多晶硅。

实际生产中，氧化反应温度达到1000℃以上时，SiO2的生成速率达到最高，因此需要在这种条件下进行氧化反应。

然而，高温条件下需要消耗大量的能源，在反应器中加热和维持高温需要消耗大量的电力和燃气。

因此，在氧化反应过程中加入适量的助剂可以降低反应温度，提高反应速率，减少能源消耗。

石墨、铁和钙等金属元素可以促进氧化反应的进行，并降低反应温度。

因此，可以将这些助剂加入氧化反应中，以提高生产效率和能源利用率。

此外，氧化法中还有一种叫做快速氧化法的生产技术，其主要是将硅粉末在旋转反应器中进行氧化，反应速率和生产效率都比传统氧化法要高。

2.改进熔盐法熔盐法是多晶硅生产的另一种方法，其主要是将硅粉末与氢气在高温下反应，得到氯化硅，然后在熔盐中进行还原反应，得到多晶硅。

这种方法的主要缺点是需要在高温下进行反应，消耗大量的能源。

改进熔盐法是在熔盐中加入钙元素进行反应，可以使反应速率和生产效率得到提高。

此外，还可以采用高效的降温技术，将多晶硅产品快速冷却，降低能耗和成本。

3.改进气象法气象法是一种较新的多晶硅生产技术，其特点是使用气相反应得到多晶硅。

其生产过程不需要使用高温、高压熔融和产生大量的废水等污染物。

此外，气象法还可以进行在线监测，把加工中的废料重新利用，节约资源和能源。

但气象法存在产量低、设备复杂和设备成本高等问题。

改进气象法主要是提高反应效率和降低成本，采用高效的反应催化剂和先进的反应器设计，降低设备运行成本。

1.热交换器技术多晶硅生产过程中废气排放温度极高，热值浪费严重。

多晶硅生产中能耗的分析及节能的途径就目前發展来说，多晶硅在社会上的应用是非常广泛的，经其加工后生产的很多后期产品如半导体材料、集成电路等在各个领域都有很大的价值，而在多晶硅的制备过程中需要以大量的能源消耗为代价，而多晶硅又是一个需要消耗大量能耗的产业，为了在实际制备过程中节能，我国相关研究人员也进行了很多的尝试。

标签：多晶硅生产；能源损耗；节能途径随着现代社会的发展，人们的节能意识也变得越来越强烈，并且现代化工行业在生产的过程中也十分注重节能，多晶硅的制备工艺也在不断进行改善，希望在其生产过程中能够有效降低能耗，减小能源成本，在国外市场的影响下谋求稳定的发展，本文即对多晶硅生产中的能耗以及节能进行分析。

1 制备工艺及特点当前多晶硅在我国最主要是应用于光伏行业，多晶硅有多种制备的途径，目前市场上主要流传的制备工艺有改良西门子法、冶金法、以及流化床法等。

其中改良西门子法是发展最早的一种制备工艺，发展到现在其技术已经相当成熟了，且具有较好的稳定性和安全性、适合用于多晶硅产业化的生产，接受程度很高，不仅是国内在国外也是最普遍用于多晶硅生产的制备工艺。

还有，因国内的多晶硅发展史较短，大部分是引进、借鉴国外的工艺技术，多是跟随国外的发展脚步，所以导致在多晶硅相关工艺的改进优化上有较大的国内外差距。

另外，多晶硅的制备工艺正在向着节能、环保性的方向发展，在目前自然环境以及社会政策的影响下，实行可持续性的、节能环保的工业化生产是大势所趋，多晶硅的制备工艺也自然地顺着节能、环保的方向发展。

2 能耗及节能途径多晶硅在其制备的流程中，各个环节对能源的消耗都有一定程度的影响，并且想达到节能的效果，就是要根据各环节的能耗情况有针对性的开展的，下面就多晶硅制备工艺中多个环节的能耗进行分析，并探讨节能途径。

2.1 氢气制备环节在多晶硅的制备流程中氢气的制备过程主要是通过其制备的手段来影响能耗的。

氢气在多晶硅的制备中扮演的是还原剂的角色，是多晶硅的制备工艺中很关键的一种原料，并且它对的纯度有较严格的要求、用量也非常大，因此很大程度的牵连着多晶硅的制备成本与品质。