多晶硅生产工艺论文范文第1篇

随着经济社会发展和居民生活水平提高,能源与环境问题日益严重,太阳能作为清洁能源,取之不尽,用之不竭,具有广阔的应用前景。在众多种类的太阳能电池中，晶硅太阳能电池应用最为成熟，技术研究也最为全面[1-3]。电极材料作为晶硅太阳能电池的关键技术之一，对提升电池效率非常重要。但是，目前关于晶硅太阳能电池的研究主要集中在正面电极及正银浆料上，对背面电极特别是背银浆料的研究和报道较少，对于背银电极的研究也主要关注焊接性能[4]，忽略其对串联电阻的影响。众所周知，浆料与硅基体及其他电极材料良好的匹配性是电池片获得高转换效率的前提[5-9]，背面电极同等重要。背银电极与背铝电极导通良好，才能得到串联电阻小、转换效率高的电池片。

对于传统工艺的产业化晶硅太阳电池，人们在研究串联电阻的组成[10,11]时，也没有详细对背表面电阻进行深入研究。我们通过对市场上现有成品晶硅太阳能电池片的背面电极进行观察发现，在电极内部背银电极与背铝电极重叠部位普遍存在裂隙，如图1。这一裂隙的存在可能导致背表面接触电阻的升高进而影响电池的总体效率。

根据这一发现对不同牌号背银浆进行对比，分析背银电极与背铝电极之间的接触性能的差异，通过更换背银浆料降低电池片串联电阻。 2实验部分

以背银浆料B(乐凯胶片股份有限公司生产的背银浆BSP0181)，与市售背银浆料A进行对比，制作多晶硅电池片。用于实验测试的晶体硅太阳能电池片都是采用工业上通用的刻蚀、PECVD镀减反射膜等工艺制成。制备背银浆所需原材料均从市售产品中选购,正银浆料与背铝浆料均为市场上销售的成熟产品。所需主要实验设备及仪器见表1

2.1背银浆的制备

以松油醇为溶剂,分别加入质量分数为5%的乙基纤维素，再各加入质量分数为1%的其他助剂,混合均匀。于120℃的油浴中加热直至完全溶解,保温2h后冷却,得到有机载体。将银粉、玻璃粉以及有机载体按照质量比为60:5:25称量后。在玛瑙研钵中充分混合并置于三辊机上研磨,为了得到均一的混合效果,要在研磨机上反复几次，直到刮板细度计测得细度为小于15μm时出料,即得到太阳电池背面电极用银浆。

2.2浆料印刷、烧结及测试

将A、B两种浆料分别采用工业标准的印刷机和丝网印刷而成，丝网参数为280目,丝径30μm,张网角度22.5°，张力28N。使用工业用链式烧结炉在标准电池烧结条件下进行烧结，设定峰值烧结温度为920℃。

2.3分析与测试

两种浆料所得的电性能数据由标准工业采用的电池片分选机测得;通过扫描电镜对电池片背银电极与铝电极接触情况进行观察，使用能谱仪对接触部位进行元素分析。3结果与讨论

3.1微观分析

将电极表面的铝膜刮除，使用扫描电镜观察背银电极与背铝电极的搭接处的熔融金属层存在的裂隙，用能谱仪分析裂隙底部区域。通过扫描电镜图(见图2所示)，a-1,a-2(背银浆A)与b-1,b-2(背银浆B)对比我们可以看出，在背银浆A制作的背银电极和背铝电极搭接处存在明显的断裂，局部放大后见图2(a-2)所示，可以发现裂隙宽度达到20~50μm，对此裂隙底部区域进行能谱分析如图3，证实裂隙底部暴露的为含铝的硅基底(铝掺杂的硅基体，与铝背场能谱结果相同)裸露出来。图2(b-1,b-2)中的裂隙发生较少，且呈不连续状态，熔融层保持连接状态。

产生这一现象的根本原因是金属及合金的线性热膨胀系数远大于硅的线性热膨胀系数。铝的线性热膨胀系数为23.610-6/K，银的线性热膨胀系数为19.510-6/K，硅铝合金的线性热膨胀系数接近铝(硅铝合金层的线性热膨胀系数随硅含量的增加或硅相体积分数的增加呈线性下降趋势[12])，硅的线性热膨胀系数为2.810-6/K。在烧结后冷却过程中，由于凝固点的差异，银先于铝和硅-铝合金凝固，在之后铝和硅-铝合金熔融体凝固过程中，铝膜和硅-铝合金层因凝结和冷却收缩，将银-铝结合部拉破，形成裂隙。

使用背银浆B可以有效的防止这种现象的产生，裂隙产生的数量(概率)均明显少于浆料A。

3.2电性能数据

A、B两种浆料在标准太阳能电池片生产线上大量使用，所用正银浆料、铝浆及硅片均为同一品牌同一批次，对印刷烧结生产的电池片进行电性能分析，对所得数据取平均值结果如表2所示。

由上表可以看出浆料B生产所得的电池片的串联电阻Rs要明显低于浆料A，转换效率及填充因子要高于浆料A。对上述电池片的单片测试数据随机取500片进行分析，如图4所示。

对随机取样的数据进行分析也可以看出，在开路电压相当的情况下，由于浆料B的串联电阻Rs较小，Eta及填充因子FF均优于浆料A。对产生这一结果的原因进行分析如下：理想情况下，电子注入铝背场和硅基体之前，应依次经过背银电极背银电极和铝电极搭接部位(铝膜和合金层或共晶层的叠层结构)铝电极或铝硅合金层等导体，两种电极搭接部位的铝膜与合金层(或共晶层)在电路中是并联关系。如图5(a)。如果在电极体出现裂隙或局部断裂，会引起背面电极电阻上升，进而使电池片串联电阻增大，影响电池片的转化效率Eta。如图5(b)。

为了证实正常情况下背电极与背电场间电子运输的通道确实如图5(a)所示，我们对电池片的铝电极表面电阻与刮除铝膜后(保留硅铝合金层)的表面电阻进行测量比较，得到的结果为：电池片铝膜表面的电阻在20~30mΩ/□之间，刮除铝膜后表面电阻为45~53mΩ/□，说明铝膜和合金层两者电阻基本相当。可以证实图5(a)所示的两条导电通路均为正常情况下的电子传输途径，电极体中裂隙的存在会使电子传输受阻，增大电池片串联电阻。4结论

多晶硅生产工艺论文范文第2篇

1 多晶硅制备工艺概述

随着人们对太阳能资源的开发利用程度的逐渐加深, 多晶硅的需求量也在不断增加。在这种趋势下, 多晶硅的制备工艺、技术得到了创新和发展, 以便进行多晶硅生产产能的提高和生产成本的降低。就目前来看, 多晶硅的制备已经出现了诸多工艺, 主要可以划分成化学方法和物理方法, 而西门子法、冶金法和流化床法是较为常见的三种多晶硅制备工艺。

1995年, 西门子公司利用Si HCL3进行了CVD反应, 从而创建了高纯多晶硅的制作工艺, 后来则被称之为西门子法。而冶金法则是利用纯度较高的工艺硅进行硅锭的生产, 并利用反复提纯法进行多晶硅的制作。利用冶金法进行多晶硅的制备, 不仅可以得到太阳能级多晶硅, 还能减少制备多晶硅给环境带来的伤害。而所谓的流化床法, 则是通过在硅源气中加入小颗粒硅粉, 并在流化床反应炉中利用混合物的连续热分解反应进行多晶硅产品的制作[1]。相较于其他多晶硅制备工艺, 利用流化床法所得的硅具有沉积均匀性好的特点, 可以用来进行大规模太阳能级多晶硅的生产。此外, 碳热还原反应法、热线法和气液沉积法等方法都可以用来进行多晶硅的制备。但是相较于西门子法、冶金法和流化床法, 其他的制备工艺都存在着一定的缺陷。

2 多晶硅制备工艺发展趋势分析

2.1 西门子工艺的不断改进

利用西门子法可以进行高纯多晶硅的制备, 但是生产的产能却不高。所以, 近年来, 西门子工艺得到了不断的改进, 以便进行改良西门子法的开发。一方面, 原有西门子法的生产尾气分离工艺得到了改进, 从而使得系统的能耗得以降低的同时, 系统分离气体的纯度也得到了提高。另一方面, 在原有西门子法的还原炉设备结构得到改造后, 西门子法的炉内气体温度不宜控制、一次性转换率低的缺点则得到了改善[2]。而改良后的西门子法则出现了产生大量有害气体和多晶硅纯度不高等问题, 仍然需要得到不断的改进。

2.2 流态化技术方法的不断完善

相较于西门子法, 流态化技术方法具有能耗低、产能大和环境危害低的特点。所以, 流态化技术方法在近年来得到广泛的应用和发展。在完善流化床方法方面, 一些可再生能源公司展开了试验流化床生产, 以便进行粒状高纯度的多晶硅的生产。但是, 由于流化床法是一种集多种技术和学科知识为一体的制备工艺, 所以在制备多晶硅的过程中具有很多复杂因素, 需要得到进一步的解决。就目前来看, 由于流态化过程中会产生纳米级的无定形硅粉, 从而造成了多晶硅的生产率得到了降低。此外, 这些硅粉附着在颗粒多晶硅产品上, 也对产品的质量形成了影响。因此, 想要在制备多晶硅上进一步进行流态化技术方法的运用, 则需要对硅颗粒的污染等问题进行不断的改善。

2.3 物理法工艺体系的不断完善

对于大多数广发企业来讲, 冶金法是较为常用的多晶硅制备工艺。就目前来看, 冶金法被用于进行太阳能电池的生产上, 以便进行太阳能电池的转换效率的提高。但就目前来看, 冶金法存在着多晶硅纯度不理想和质量稳定性不足的问题, 从而限制了该工艺的发展[3]。但是, 相较于其他制备工艺, 冶金法具有投资小、能耗低和污染小等特点。所以, 冶金法仍然在多晶硅生产领域占据着重要的地位。而随着相关工艺技术的发展, 人们也开始致力于研究如何完善冶金法的工艺体系问题, 以便更好的进行多晶硅制备的物理法工艺的应用。

3 结语

总而言之, 在可再生资源得到充分重视的情况下, 多晶硅的制备问题也同样引起了人们的关注。而就目前来看, 虽然多晶硅的制备工艺有很多, 但是每种工艺在产能、能耗和环境污染等方面有着各自的特性, 无法完全满足多晶硅的生产需求。所以, 人们开始对西门子工艺进行不断改进, 并对流态化技术和冶金法工艺体系进行不断完善, 以便更好的进行多晶硅制备工艺的利用, 继而确保多晶硅生产的可持续发展。

摘要：多晶硅是用来制作太阳能电池的重要材料, 本身拥有多种制备工艺和技术。而随着太阳能等可再生资源的利用程度的提升, 多晶硅的制备工艺也得到了不断的发展, 从而满足多晶硅的生产需求。因此, 基于这种认识, 本文对西门子工艺、冶金法和流化床法这几种常见多晶硅制备工艺进行了分析。而在此基础上, 则对多晶硅制备工艺的发展趋势进行了探究, 以便为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：多晶硅,制备工艺,发展趋势

参考文献

[1] 董培讲.多晶硅薄膜制备工艺及其应用发展[J].黑龙江科技信息, 2014, 15 (01) :28.

[2] 徐远志.高纯多晶硅在线制备技术及发展趋势[J].云南冶金, 2012, 13 (41) :75-79.

多晶硅生产工艺论文范文第3篇

1 多晶硅生产三种技术方法

(1) 改良西门子法在西门子法工艺的基础上, 通过增加还原尾气干法回收系统、四氯化硅氢化工艺, 实现了闭路循环, 于是形成了改良西门子法――闭环式三氯氢硅氢还原法。该法包括五个主要环节:三氯氢硅合成、三氯氢硅精馏提纯、三氯氢硅的氢还原、尾气的回收和四氯化硅的氢化分离。

(2) 硅烷流化床法流化床法是美国联合碳化合物公司早年研发的多晶硅制备工艺技术。该方法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料, 在高温高压流化床内 (沸腾床) 生成三氯氢硅, 将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅, 继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应, 生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大, 所以该方法生产效率高、电耗低、成本低。但该方法对工艺和设备的安全性要求很高, 对关键设备的材料也有较高要求, 否则会严重影响产品纯度, 该方法比较适合大规模生产廉价太阳能级多晶硅。

(3) 气液沉积技术最初的时候, 由日本开发和掌握着气液沉积法, 在管式反应器中, 在1500℃的高温作用下将液体硅从气体中直接生成出来, 因为其有着较高的反应温度, 和现有的改良西门子法进行比较, 有着较快的沉积速率。

主要流程是通过硅藻土, 通过氯气和二氧化硅反应, 将四氯化硅生产出来, 在分离提取了四氯化硅之后, 有多晶硅液滴在气液沉积反应器中被生成出来。工业硅不再是该流程的起始原料, 其原料为二氧化硅, 以流程的角度入手, 将二氧化硅冶炼为工业硅粉这一步能够有效的省去, 这样就能够大大的缩减整个多晶硅工艺流程, 四氯化硅的提纯效果会更加的优越, 有着极高的纯度在其中。这样不但能够将多晶硅的生产成本有效的降低下来, 还能够将更高纯度的多晶硅生产出来, 因此, 在未来的生产中, 进一步的开发和整合此项技术是非常必要的, 其关键是气液沉积技术和四氯化硅技术的研发。

以上三种多晶硅制备方法中, 改良西门子法和硅烷法制备多晶硅占市场总量的99%, 汽液沉积法等其他工艺方法仅占市场的1%, 未形成规模化生产, 绝大部分处于试验状态。

2 改良西门子法与硅烷流化床法比较

(1) 工艺技术方案比较改良西门子法生产块状多晶硅具有以下优势:由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉, 可有效降低还原炉消耗的电能;改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收, 降低物耗;由于改良西门子法是一个闭路循环系统, 多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用, 排出的废料极少, 相对传统西门子法而言, 污染得到了控制, 保护了环境。

硅烷流化床法生产的粒状多晶硅具有以下优势:生产速度快、效率高、成本低;生产过程节能, 耗电量小;可连续、无间断生产;闭路循环生产、三废排放少;产品方案可根据市场情况调整, 其中间产品三氯氢硅和硅烷可作为产品外售。

(2) 产品在下游光伏产线的应用在多晶硅下游晶体生长工序, 若全部使用块状硅可以保障晶体的质量, 为后续电池片的转化效率提供很好的基础, 但由于装料量少、二次加料不方便等存在潜在风险因素, 对生产效率、产能和成本有较大影响。

若全部使用粒状硅, 虽然在装料时间方面可以提高生产效率, 但是由于粒状硅相比块状硅体积小、质量轻在拉晶的抽真空环节导致粒状料飞溅, 可能造成生产不安全和工艺不稳定性。目前市场上粒状多晶硅纯度较低、杂质含量高, 全部使用粒状硅则产品质量无法保证。

因此在光伏下游拉晶装料工序中, 为了尽可能提高投料量、提高生产效率、降低生产成本, 会在块状棒料中掺入粒状多晶硅来弥补块状硅料之间的缝隙, 装料达到最大化, 能够极大节约成本。通过坩埚装载测试表明与100%全部使用西门子大块料相比, 使用50%的西门子大块和50%的粒状多晶硅混合料, 可以将初始坩埚装料重量增加29.3%, 同时将装载时间缩减41%, 效益显著。

3 结语

综上所述, 随着我国工业发展水平的提升, 对于多晶硅材料的需求量也在不断增多, 但是因其生产工艺的复杂性, 单纯的依据传统的技术方式是很难完成生产工作的, 因此文章通过对改良西门子法、硅烷流化床技术和气液沉积技术三种重要的技术方式进行了分析与论断, 改良西门子法和硅烷流化床法制备的多晶硅在工艺技术上并驾齐驱、各有千秋, 在下游光伏产线使用上相互依存, 所以在短时间内这两种多晶硅制备工艺不可替代, 将共同发展。

摘要：在单质晶体硅中, 多晶硅是其中一种重要的形态。因为其半导体性, 在微电子行业和光伏行业中得到了广泛的应用, 随着光伏产业的迅猛发展, 太阳能电池对多晶硅的需求量迅速增长, 因此世界各国都竞相开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅新制备技术与工艺, 并趋向于把制备低纯度的太阳能级多晶硅工艺与制备高纯度的电子级多晶硅工艺区别开来, 以进一步降低成本。

关键词：多晶硅,生产技术,发展方向

参考文献

[1] 顾小云, 王正凯, 祝洪良等.硅化镁法生产硅烷的副产物六氨氯化镁[J].浙江理工大学学报, 2009, (08) .

[2] 黄国强, 石秋玲, 王红星.多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺[J].化工进展, 2011, (04) .

多晶硅生产工艺论文范文第4篇

早期的多晶硅生产发展迅速且盲目低水平投资, 带来了一系列的环境问题, 多晶硅产业因此被冠以“高污染、高能耗”的称号。在国际金融危机、欧债危机以及美国、欧盟双反等多重因素影响下, 多晶硅生产企业经历了停产、破产、重组, 企业家们渐渐意识到“拥硅为王”的时代一去不复返, 转为“成本为王”。于是, 各生产企业加大了研发创新力度, 在原西门子法生产多晶硅的基础上开发了氢化技术, 实现多晶硅生产中副产物四氯化硅、氯化氢的回收再利用, 此种技术即为目前多晶硅生产主流技术改良西门子法生产多晶硅。实现副产物的回收再利用后, 多晶硅生产还是“高污染”行业吗?下面将重点分析改良西门子法生产多晶硅对环境影响的可能性及其环境管理。

1 多晶硅生产环境影响

改良西门子法生产多晶硅是一典型的化工生产过程, 其生产所用原辅材料大多数具有易燃、易爆、有毒、有害等性质, 生产过程存在多处高温、高压反应, 核心生产装置存在多处发生安全和环境事故的隐患, 具有对环境产生影响及损害的可能。

1.1 物质危险性

多晶硅生产过程中的主要原料有氢气、三氯氢硅, 中间产品四氯化硅、二氯二氢硅、氯气、氯化氢, 硅芯腐蚀剂氢氟酸、硝酸, “三废”处理氢氧化钠、硫酸等, 这些物质主要分布在多晶硅生产各工序及罐区。

氢气属易燃、易爆气体, 无毒;三氯氢硅蒸汽和液体都能对眼角膜、嘴、鼻表皮及呼吸道产生刺激, 引起喘息甚至肺水肿, 在高浓度时会产生痉挛至死亡, 具有强腐蚀性, 流到皮肤上会引起不可痊愈的溃疡, 遇明火发生燃烧、爆炸;四氯化硅不燃, 在有水的环境下具有强腐蚀性;氯气属剧毒化学品, 能引起人体中毒;无水HCl气体无腐蚀性, 但遇水时生成盐酸或在潮湿空气中生成盐酸雾有腐蚀性, 对呼吸道有刺激作用;氢氟酸具有极强的腐蚀性, 能强烈地腐蚀金属、玻璃和含硅的物体, 吸入其蒸气或皮肤接触会造成灼伤;氢氧化钠、硝酸、硫酸不具有毒性, 是强腐蚀性化学品;

1.2 工艺系统及生产过程危险性

通过对改良西门子法多晶硅生产工艺流程及主要生产核心设备、装置的分析[1], 可能对环境产生以下影响:

电解水制氢工序。本工序危险物质是氢气, 通过电解纯水制氢。电解过程中可能意外产生火花, 发生燃爆;氢气输送管道、冷却和分离装置由于构件、操作或检修等问题, 引起氢气泄露, 在一定程度上使得周围环境空气有一定燃爆可能。

三氯氢硅合成工序。本工序涉及氯化氢气体、三氯氢硅合成气等危险物质。可能存在的安全隐患主要有氯化氢气体输送管道、三氯氢硅合成炉及其与之连接的管路、控制阀、三氯氢硅储罐等。氯化氢气体输送管道由于自身原因或检修失误、误操作等引起阀门、管道发生爆裂, 导致氯化氢气体外溢;三氯氢硅合成炉及其与之连接的三氯氢硅输出管路、控制阀等发生泄漏事故, 外溢一定量的三氯氢硅, 三氯氢硅遇水快速与水反应, 伴随反应生成的氢气也会发生泄漏、燃爆的可能;三氯氢硅储罐在管理、操作过程中可能发生罐体泄漏, 以上泄漏事故会对环境空气和地表水体产生影响。

氯硅烷分离提纯工序。本工序涉及三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等危险物质, 可能存在的安全隐患在精馏塔及其与之连接的管线、阀门等。精馏塔及其与之连接的管线、阀门发生渗漏、开裂、断裂、爆裂等事故, 引起三氯氢硅精馏液、四氯化硅溢出, 对环境空气产生一定影响, 同时也会产生救援所采用的吸附剂和灭火剂, 处理不当也会对环境产生影响。

三氯氢硅氢还原工序。本工序涉及氢气、三氯氢硅、还原气等危险物质。可能存在的安全隐患在还原炉及其与之连接的各种管线。氢气、还原炉的泄露均可能发生燃爆事故, 对装置和环境产生影响。

四氯化硅氢化工序。本工序涉及氢气、四氯化硅、氢化气等危险物质。四氯化硅气体泄露、氢化炉泄漏, 引起三氯氢硅、氯化氢及未反应的四氯化硅和氢气进入环境空气, 产生影响。

尾气干法分离工序。本工序涉及氢气、三氯氢硅、四氯化硅、还原气或合成气或氢化气等危险物质。可能存在的安全隐患是洗涤塔或进气管线、控制阀门等设备发生泄漏, 引起三氯氢硅、氢气和氯化氢气体泄露, 发生火灾爆炸事故。

硅芯制备工序。本工序使用氢氟酸、硝酸等进行酸蚀处理, 生产中有少量氟化氢和氮氧化物气体产生, 对环境产生突发危害;

产品整理工序。本工序主要对产品多晶硅棒进行切割、破碎, 然后用氢氟酸、硝酸进行酸蚀, 酸蚀过程中会产生氟化氢气体和氮氧化合物等有毒有害气体, 利用集气罩将有害气体收集起来集中处理, 可能对环境产生一定影响。

1.3 罐区危险性

罐区主要包括三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢缓冲罐、氢气储罐等, 罐区可能由于损坏、腐蚀等原因引起危险性物质泄漏, 影响环境空气, 对人员健康产生影响。

1.4 电气设备危险性[2]

电气设备危险主要指由于设备自身故障引起的触电、漏电、短路等事故。其危险性主要涉及供配电、电气设备和电气防护装置等, 具有突然性大、危险性大等特点。

2 多晶硅生产环境管理

改良西门子法多晶硅生产实现了闭环生产, H2、Si HCl3、Si Cl4和HC1得到循环利用, 生产核心设备及装置存在环境影响的可能, 实际生产中怎样做好环境管理, 将环境影响的可能性变为零生产事故呢, 这是生产企业需要重点考虑的内容。

2.1 多晶硅生产环境管理存在的问题

根据实地调研及所搜集的有关资料[3~4]来看, 多晶硅生产环境管理存在以下问题:我国早期的多晶硅生产技术主要靠引进与自主研发结合, 关键核心技术未能完全掌握, 工艺未能完全实现闭环生产, 大量的副产物四氯化硅、氯化氢未能完全实现回收再利用, 导致副产物四氯化硅、氯化氢出现倾到现象, 对环境造成影响。随着多晶硅行业日渐成熟, 工艺完全实现闭环生产, 技术不断更新完善, 副产物四氯化硅、氯化氢得到有效回收利用, 多晶硅生产环境影响集中体现在突发事件引起的有毒有害物质泄漏及无组织排放, 环境管理存在轻视对设备的及时更换及对操作人员的再培训、监测报警系统和信息指挥系统建设滞后、应急管理体制机制不够健全等[5]。

2.2 多晶硅生产环境管理

在现有多晶硅生产工艺、技术成熟的情况下, 针对目前我国多晶硅生产企业环境管理方面存在的薄弱环节, 强化环境管理的重点环节。

2.2.1 加强对操作人员的管理与再培训, 增强责任感

通过对国内多晶硅生产企业生产事故的统计与梳理, 发现多晶硅生产企业出现的事故大多是人为因素造成。为减少事故发生频率, 将环境影响降低至最低, 对新入职员工实行“三级安全教育”, 特殊工种人员全面接受安全教育培训, 相关人员经专业部门培训合格, 取得操作证后持证上岗;对老员工因工作需要调离本岗位或工艺技术更新等进行再培训。此外, 管理者能否正确对待环境管理, 采取适当的管理措施, 能否严格按照安全规章作业直接影响事故的发生频率。环境管理的成效很大程度决定于管理者的重视程度[6]。

为增强环境管理责任感[7], 各岗位实行安全环境管理责任制, 落实安全环境工作领导抓、抓领导、抓岗位操作人员。经常性开展安全活动, 总结、评估安全生产情况及危险性隐患, 同时实行员工互助制度, 定期有计划地开展安全训练、事故应急演习等。发生事故时, 严肃处理事故责任人, 以此对员工进行教育。

2.2.2 加大力度排查危险隐患, 提高综合预警能力

改良西门子法多晶硅生产流程复杂, 工序多, 应根据生产实际情况及生产运行时间排查工艺及设备内外环境危险隐患, 落实各工序及设备监控的责任主体, 建立分级、分类管理制度, 实行动态管理和监控[8]。建立公司动静密封点、生产装置密封点、漏点治理等统计台账。在公司内部营造安全生产环境氛围, 对各工序内涉及的危险源、操作规程及管理标准、措施进行编辑后置于员工易看到的地方, 真正将环境管理运用到生产中, 运用到员工的实际工作中。定期对危险源进行安全环境评价, 按照使用时间长短、腐蚀程度和危害性对储罐、工艺系统及设备分别进行评估, 制定出检修控制计划、应急预案, 预防突发事件, 确保生产安全、环保。

3 结语

改良西门子法多晶硅生产已完全实现闭环生产, 工艺技术成熟, 生产过程虽然涉及多种有毒有害、易燃易爆物质, 工艺系统及设备存在环境影响危险性, 但其是可控的, 只要把环境管理纳入日常生产管理中, 是能从根本上杜绝影响安全和环境事故的发生, 从而使多晶硅产业可持续地发展。

摘要：详尽分析了多晶硅生产过程中发生环境影响的可能性:物质危险性、工艺系统及生产过程危险性、罐区危险性、灼伤与腐蚀危险性等, 针对现有多晶硅生产企业环境管理存在的问题提出了应对措施, 如加强对操作人员的管理与再培训、提高综合预警能力等。

关键词：多晶硅生产,环境影响,环境管理,三氯氢硅,四氯化硅

参考文献

[1] 刘秀琼, 唐正林.《多晶硅生产技术》项目化教程[M].北京:化学工业出版社, 2013:5~7.

[2] 邸海荣.浅谈多晶硅生产中的安全问题[J].企业文化.2013 (07) :15~16.

[3] 赵秋月, 周学双等.多晶硅产业存在的环保问题及对策建议[J].环境污染与防治.2010 (06) :101~107.

[4] 朱玉玲.多晶硅产业发展与环境保护问题探析[J].理论界.2010 (11) :84~86.

[5] 周德红.化学工业园区安全规划与风险管理研究[D].武汉:中国地质大学工程学院, 2010.

[6] 李民.浅析风险管理[J].中国职业安全卫生管理体系认证.2003 (02) :28~30.

[7] 吕继佳.宁波港化工码头区域环境风险评价及管理[D].大连:大连海事大学工程学院, 2006.

多晶硅生产工艺论文范文第5篇

1 尾气干法回收简介

利用HCL、H2在氯硅烷液体中溶解度的不同, 及各物质的沸点有差异的原理, 来分离尾气中所含氯硅烷、氯化氢、氢气, 从而达到分离回收氯硅烷、氯化氢、纯化氢气的目的。先将尾气中氯硅烷在低温下冷凝, 通过深冷的方式把大部分的氯硅烷冷凝下来, 达到氯化氢和氢气与氯硅烷分离的目的。再利用氯硅烷对氯化氢溶解吸收, 通过氯化氢吸收塔把氯化氢溶解在氯硅烷液体中, 从而把氯化氢与氢气分离开。然后利用氯化氢在氯硅烷液体的溶解度与沸点不同的原理, 在氯化氢解析塔中把氯化氢从氯硅烷液体中解析出来并深冷提纯。最后利用活性炭变压吸附的原理, 根据活性炭具有选择性吸附的原理进一步净化氢气。

2 还原尾气干法回收生产过程

2.1 尾气冷凝

高温的还原炉尾气经E-101用循环水冷却降温后, 进入E-102气气换热器回收冷量, 气液混合物再进入E-104经冷冻盐水冷却冷凝。气液混合物到D-102中进行气液分离, 液体通过控制D-102的液位排放到氯硅烷缓冲罐D-101中, 气相通过蒸发器E-105进一步深冷后气液混合物进入氯硅烷缓冲罐D-101中, 不凝气进入E-102气气换热器回收冷量, 然后进入压缩机机前缓冲罐D-103;在以上冷凝过程中进入系统的大部分氯硅烷被冷凝至缓冲罐D-101通过泵与T-102液相汇合送至T-103塔解析。

2.2 压缩

还原炉尾气在5.5~6.0 Bara时进入系统, 经过冷凝分离后气体从压缩机机前缓冲罐D-103进入压缩机, 加压后至机后缓冲罐D-104。

2.3 吸收精馏系统

来自机后缓冲罐的混合气在吸收塔T-102中与含有少量HCL的氯硅烷液体接触, 99%的HCL在T-102中被吸收。富含HCL的液体经E107换热后进入T-103解析塔, 塔顶解析气经E111深冷后至HCL缓冲罐D107, 冷凝液部分回流至T-103, 部分经D108、E117汽化成气体回收供氯化氢合成炉使用, 不凝气通过D107至D108气相平衡管回收;塔釜含极少量HCL和硅烷混合液部分经E-109换热后通过泵送入E-107换热、E-108深冷后返回到吸收塔T-102的顶部喷淋吸收氯化氢, 部分送至进一步精馏提纯。

2.4 吸附系统

还原尾气回收系统T102塔顶出来的氢气送入氢气吸附塔进行净化提纯, 将其中残留的HCl和氯硅烷在环境温度下被活性炭吸附, 净化后的氢气送至氢气缓冲罐供还原使用。吸附塔吸附周期为6小时, 当其它两个塔进行再生时另一个塔保持工作。再生过程包括减压, 加热, 热吹扫, 冷却和充压。

3 干法回收的主要控制点

(1) 二次过冷分离的温度和压力; (2) HCL吸收塔的进料温度, 吸收液的进料流量、温度和压力, 吸收塔顶压力; (3) HCL解吸塔的进料温度, 解吸塔顶压力, 解吸塔回流比, 解吸塔釜温度; (4) H2吸附塔的吸收时间和再生时间、温度和流量。

4 技术改造

4.1 随着还原气量的不断增加, 氢气吸附塔再生气量也不断增加, 直接送至废气系统中, 会增加废气系统处理量, 可增设一套再生气回收装置, 将再生气分离回收, 从而降低生产成本。具体为:将再生气中含有氯硅烷的氢气经过冷却、冷凝、加压后再次进行冷却、冷凝, 再生气经再生气吸附塔净化后进入机前回收利用, 冷凝下来的氯硅烷液体用泵送至精馏进一步分离提纯。

4.2 氢气吸附塔在再生过程中会产生一定量的CH4, 影响多晶硅成品质量, 可引进一套甲烷吸附装置, 减少多晶硅成品中的碳含量。在T102塔顶氢气纯度高的情况下, 也可考虑直接停用氢气吸附装置, 通过短接直接送至还原使用, 从源头上减少系统甲烷含量。

4.3 T103解析塔顶不凝气含量80%以上的为氢气, 10%为氯化氢, 液态氯化氢少, E117电加热器无法持续汽化, 影响氯化氢缓冲罐压力和三氯氢硅合成炉反应。故可直接通过D107至D108气相平衡管回收塔顶不凝气, 既节省了电加热器, 又可稳定系统压力, 使合成炉反应平稳运行。

4.4 在生产中, 我们还会遇到这样的问题, 夏天循环水温度较高, 还原气量过大, 导致冷却器、冷凝器换热后温度高, 这样就需要我们合理利用余热。在还原尾气回收系统中, 我们可以从再沸器E110至E-109进口管线处引一管线将T103贫液送至新增换热器壳程与E107出口富液进行换热 (富液走管程, 在此管线最低点安装导淋口) 加热后的富液进入T103进行解析, 塔顶增加循环水换热器, 塔顶不凝气经循环水冷却后在进冷凝。这样可减少省T103中压蒸汽用量, 减少现有E109循环水的用量, 还可节省E111制冷量, 从而保证系统各项温度。

随着多晶硅产业发展以及国家对硅产业节能减排的要求进一步严格, 硅产业链的集中与上下游配套、循环、整合与规模发展的趋势日益激烈, 还原尾气干法回收系统的工艺也在不断优化, 既要保证回收效率与质量, 又要降低设备投资成本, 力争实现多晶硅尾气全闭路循环处理、物料的部分综合利用。

摘要：尾气回收是多晶硅生产的重要环节, 不仅可以减少污染环境, 还可以降低生产成本。

关键词：多晶硅,氢气,回收利用

参考文献

多晶硅生产工艺论文范文第6篇

1冷氢化技术概况

冷氢化技术介绍

冷氢化技术是在硅粉和氢气存在条件下, 在一定温度和压力下, 转化为TCS。一般反应在铁基或者铜基催化剂、400~800℃、2 ~4MPa条件下进行。反应方程式如下:

冷氯化工艺按照反应器的形式不同可以分为流化床和固定床, 相比之下, 流化床的效率较高, 可以达到20%~25%, 在运行的过程中, 容易发生催化剂的流失并且流态化的催化剂也可能会堵塞设备, 导致生产停工。采用固定床反应时, 也可以通过控制合理的温度和压力来达到转化效率的最大化, 得到高产率的三氯氢硅。在最终的产物中, 会混有Si Cl4, 由于三氯氢硅和四氯化硅的沸点相差较大, 可以通过精馏的方式将其去除, 得到纯度高的三氯化硅。

冷氢化技术原理

针对目前国内主要的常用的多晶硅技术, 进行简述。

(1) 高压低温冷氯化

此种技术指的是在相对较低的温度和较高的压力条件下进行反应, 一般的工艺条件是利用传统的硅粉、氢气、四氯化硅作为原材料, 在500~600℃、1.5~3.5MPa下反应, 一般转化率 (四氯化硅的摩尔转化率) 可以达到17%~20%范围内, 如果在催化剂的条件下可以提高5%左右。反应方程式如下:

(2) 氯氢化

这种技术是基于传统的工艺条件下, 加入氯化氢以提高转化率。这种技术整合高压低温冷氢化以及三氯氢硅合成和特点, 充分回收利用氯化氢, 使得传统的工艺得到了优化, 工艺原理如下:

以上两种工艺所使用的设备和生产流程基本相似, 工业上有两种反应器:流化床反应器和固定床反应器。流化床反应器多使用在大型冷氢化项目, 固定床反应器一般使用在中小试装置。

2 冷氢化技术的特点

氢化反应可以分为热氢化和冷氢化两种, 热氢化反应在0.6MPa下, 1250℃下进行, 反应方程式如下:

据统计分析, 一般情况下, TCS摩尔转化率是20%左右, 在技术升级后, 对于热氢化来讲, 转化率可以达到20%, 瞬时可以达到25%, 然而热氢化反应对于设备的要求较高, 进口的热氢化炉高达1500万, 尽管目前我国对于设备的研究也比较多, 然而费用还是相对较高。

总体来讲, 热氢化和冷氢化技术的特点如下:

热氢化技术的优点是进行气相反应、连续生产、装置单一、占地面积较少;操作过程容易操作和控制, 降低了维修费用。氢化反应不需要进行硅粉的添加, 因此排除了硼磷或者金属杂质被带入的情况。缺点是反应温度较高, 耗能严重, 运作费用高, STC转化率相对较低。

冷氢化技术的优点是硅粉加入比较方便;流化床反应;三氯氢硅合成与四氯化硅氢化可在同一装置内进行, 可节省投资;电能耗较低, STC转化率较高。缺点是反应压力较高, 对设备的密封要求高;气固反应, 间歇操作, 中间需要添加硅粉, 系统的磨损会相对严重;维修费用较高。

3冷氢化的发展

(1) 研究现状。优化工艺参数, 实现在相对低的压力下实现高的转化率;进料装置改良, 进行设备的改进, 延长进料设备的使用周期, 避免安全问题的产生。其中, 有学者使用镍催化剂, 按照一定的比例混合镍粉和硅粉, 临氢状态、在20~420℃的连续变化温度条件下, 进行活化处理。实验结果表明:硅粉和镍在质量比1%~10%, Si Cl4与H2的摩尔比10, 压力为15MPa, Si Cl4的转化率可以达到30%。

(2) 发展趋势。提高TCS的产品质量的同时关注生产的稳定性;加强催化剂的研发, 实现失效的催化剂的便捷回收和活化;利用合成路线的优化措施, 进行节能改进。

4 结语

通过分析氢化工艺的原理和优缺点, 随着近几年来的多晶硅产业的不断扩大, 探索研究一种高转化率、低能耗以及安全性较高的四氯化硅的氢化处理工艺具有很强的实际应用价值。随着技术的不断成熟, 冷氢化技术应用将会更加广泛。

摘要：多晶硅在生产过程中会产生SiCl4 (STC) , 而SiCl4会对导致环境破坏。利用氢化将SiCl4转化为SiHCl3 (缩写为TCS) , 可以使SiCl4得到有效的利用, 降低环境污染对多晶硅的冷氢化闭合生产线进行了探讨, 介绍了冷氢化工艺的特点以及对未来的冷氢化发展方向进行了简单分析。

关键词：多晶硅,冷氢化,闭合生产线

参考文献

[1] 冯瑞华, 马廷灿, 姜山, 等.太阳能级多晶硅制备技术与工艺[J].新材料产业, 2007 (5) :59~62.

[2] 蒋荣华, 肖顺珍.国内外多晶硅发展现状[J].半导体技术, 2001, 26 (11) .