[多晶硅]四氯化硅利用:氯氢化技术最理想

发布者: 发布时间:2009/6/8 15:13:50 阅读:次 【字体:

  硅业在线6月8日消息,据生意社报道,近两年,采用改良西门子法技术建造大型多晶硅装置受到了国内投资者的热捧,但随之产生的多晶硅副产物——四氯化硅的处置却成为多晶硅产业发展一道难以迈过的“坎”,让多晶硅行业戴上了高污染的“帽子”。为此,国内外都在努力探索有效利用四氯化硅的理想途径。其中,氯氢化技术作为一条实现多晶硅产业密闭循环的有效途径,开始得到越来越多业内人士的认可。

  “有效利用四氯化硅、减少环境污染是当前必须解决的首要问题。”这是国内多晶硅企业的共识。多晶硅是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业最基础的功能性材料。随着上述产业的飞速发展,市场上多晶硅资源极为紧缺,价格也一路飙升。

  目前我国在建、已建多晶硅规模已达9万吨/年,这些装置主要采用改良西门子法技术。其主要反应机理是,三氯氢硅在氢气氛围下发生自身氧化还原反应,生成多晶硅、四氯化硅、氯化氢。采用该技术每生产1吨多晶硅将消耗15~20吨三氯氢硅,同时还副产15~20吨四氯化硅。四氯化硅极易与水反应生成二氧化硅和氯化氢,直接排放将严重影响生态环境。如何解决数量庞大的副产物四氯化硅,成为多晶硅企业面临的共同难题。

  目前利用四氯化硅主要有三种途径,即制备气相法白炭黑技术、热氢化制备三氯氢硅技术和氯氢化制备三氯氢硅技术。

  气相白炭黑技术:受制市场空间

  气相法白炭黑用途广泛、附加值高,用四氯化硅制备气相法白炭黑技术是有效利用四氯化硅的理想方式。四氯化硅在氢氧火焰中高温水解可生成气相法白炭黑(纳米级白色二氧化硅粉末),每吨四氯化硅可生成0.35吨白炭黑,我国已有少数多晶硅企业拟采用此技术解决副产四氯化硅问题。但该工艺存在一个难以回避的问题,那就是白炭黑有限的市场容量。2008年全球气相法白炭黑的消耗量为11万吨,预计2012年消耗量为15万吨,届时我国多晶硅企业将副产135万~180万吨四氯化硅,采用该工艺可转化生产白炭黑47万~63万吨,远高于市场容量。

  由此可见,单纯采用气相法白炭黑技术无法消化数量如此庞大的四氯化硅。此外,多晶硅生产过程中副产的四氯化硅纯度高,磷、硼以及金属杂质含量极低,将其用于生产气相法白炭黑也是一种资源浪费。

  热氢化技术:能耗高遭淘汰

  热氢化技术是将四氯化硅和氢气在1250℃左右的温度下反应生成三氯氢硅和氯化氢。此技术必须辅以气体分离装置和三氯氢硅合成装置以分离反应产物和处理氯化氢,故其投资大、占地多。除此之外,热氢化技术还存在以下缺点:反应温度高、工艺流程复杂、装置操作难度大;加热器采用碳-碳复合材料,只能引进,成本高;对原料纯度要求高,无法解决多晶硅生产过程中副产的二氯硅烷;转化率低、能耗高。

  由于存在上述缺点,尤其是能耗高,每生产1吨三氯氢硅耗电3200~3500千瓦时,目前发达国家已淘汰此技术。

  氯氢化技术:成功突破封锁

  利用四氯化硅生产三氯氢硅从技术路线上看,氯氢化(又称冷氢化)技术比热氢化技术更为理想和先进。它是将四氯化硅、氯化氢、氢气与硅粉在500℃温度下反应生成三氯氢硅。该技术具有以下优点:装置单一、投资小、占地少;反应温度低、操作稳定;对原料纯度要求低,多晶硅生产过程中副产的二氯硅烷可与四氯化硅发生歧化反应生成三氯氢硅;转化率高、能耗低,每生产1吨三氯氢硅耗电850~1000千瓦时。

  氯氢化技术成功地将多晶硅生产过程中副产的四氯化硅、氯化氢、二氯硅烷转化为三氯氢硅,实现了多晶硅生产的密闭循环,避免了污染物排放,是一种理想的生产技术。但此技术现被个别发达国家所垄断。

  近些年,中国华陆工程公司一直致力于研究开发氯氢化技术,并取得了可喜成果。2008年2月,江苏中能光伏发展有限公司采用该技术建成的氯氢化试验装置一次开车成功,可年处理四氯化硅20000吨,年产三氯氢硅24000吨。2008年12月,该公司投资建设的氯氢化放大装置也已开车成功,可年处理四氯化硅60000吨,年产三氯氢硅72000吨,目前装置运行稳定,各项指标达到或超过设计指标。

  氯氢化技术在我国的成功开发,打破了国外对这一先进工艺的垄断,填补了我国采用氯氢化技术转化四氯化硅的空白,实现了多晶硅生产的密闭循环,避免了环境污染,降低了生产能耗,为我国的多晶硅生产水平达到国际先进水平奠定了基础。

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