年产500吨多晶硅、16千吨三氯氢硅项目可行性研究报告(编辑修改稿)

年产500吨多晶硅、16千吨三氯氢硅项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

的俄罗斯、韩国、新加坡、马来西亚等国均无多晶硅生产条件和能力，对多晶硅有巨大市场需求。 全球主要多晶硅生产厂家有：德山雪达（日）、三菱材料（日）、住友（日）、三菱多晶硅（美）、黑姆洛克（美）、先进硅（美）、瓦克多晶硅（德）等企业。 日本是亚洲最大的多晶硅生产国，但其产量仍不能满足本国需求，不仅日本，亚太地区特别是台湾、新加坡、韩国等地，都是多晶硅的主要需求地。 近年来，我国建起了多条太阳能电池模块封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加，硅太阳能电池的生产能力已从三年前的十几兆瓦发展到超过100 兆瓦， 制造太阳能电池的上游原料多晶硅的需求随之快速增长：“十一五”期间，我国半导体集成电路市场将进一步扩大，年均增长速度将保持在 20%左右，太阳能和半导体这两大行业的迅猛发展导致基础原材料多晶硅的市场需求不断提高预计我国的多晶硅至 2020 年将有超过 5000 吨的缺口。 “十一五”期间，将是多晶硅产业快速发展的黄金时期，多晶硅来头增长的潜力巨大。 目前国内生产多晶硅的企业主要有河南洛阳单晶硅厂、四川峨嵋半导体材料厂、上海棱光实业公司、四川重庆天原化工总厂，洛阳中硅高科技有限公司等，年总产量不超过 300 吨。 远远不能满足国内 市场的需求， 97%的多晶硅依赖进口，多晶硅短缺已成为制约我国太阳能电池等行业发展的瓶颈。 价格分析 由于近年来国际多晶硅市场需求的旺盛，而总体产能增长不足，导致多晶硅价格暴涨，其价格由 2020 年的 23 美元 /公斤 涨至 2020 年的 90 美元 /公斤 ， 2020 年的 130 美元 /公斤 ,2020 年为 1500 元 /公斤。 国内多晶硅的价**通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 12 格亦受国际市场的影响，因全球多晶硅主要生产厂商只有七家，国内产能极小主要依靠进口，因此预计 2020 年以后多晶硅的价格为 1700～ 1800 元 /公斤。 本报告各种产品价格选用现市场价格， 其中市场 价格为 多晶硅 保守为 130万元 /t、 三氯氢硅为 万元 /t、四氯化硅为 万元 /t。 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 13 3 建设规模及产品方案 建设规模 生产规模的确定，要考虑市场需求、资金筹措、企业经济效益以及厂址的建设条件等诸多方面的因素。 根据市场预测和原材料的供应情况，以及 **通能硅材料有限公司 现有规划，拟定本工程的产品方案及规模为： 500t/a 多晶硅、 16kt/a 三氯氢硅 （其中商品量为 6000t/a），副产品四氯化硅 1000t/a。 产品质量标准 三氯氢硅 质量 标准 目前尚无三氯氢硅产品的国家标 注和行业标准。 本项目产品三氯氢硅执行标准参照美国联合碳化公司（ 1983）执行。 美国联合碳化公司（ 1983）三氯氢硅 质量标准 （表 1） 指 标 名 称 指 标 三氯氢硅含量 % ≧ 一氯硅烷（液相）含量 % ﹤ 硼含量（液相） % ﹤ 砷含量（液相） % ﹤ 磷含量（液相） % ﹤ 电阻率Ω cm 200 比容 m3/kg **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 14 指 标 名 称 指 标 沸点 多晶硅 质量 标准 多晶硅产品质 量执行 GB/T129631996 多晶硅质量标准。 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 15 多晶硅质量标 准 GB/T 129631996（表 6） 等级 项目 特级品 一级品 `二级品 三级品 1．表面及断面状态 结晶致密，表面平整，断而无夹层。 结晶致密，表面平整，无氧化夹层。 2．直径 7． 25 7． 25 7． 25 7． 25 3．基硼电阻率 177。 5 177。 5 177。 5 177。 5 4．直径允许偏差 ≥ 4500 2600 1500 1000 5． N型少子寿命 ≥ 500 300 150 100 6． N型电阻率 ≥ 450 300 150 60 7．含碳量个原子 /cm3 ≤ 2179。 10 5179。 10 5179。 10 8．含氧量 ≤ 1179。 10 5179。 10 5179。 10 包装、运输及储存 产品的标志、标签、包装、运输应符合《化学危险安全管理条例》、《危险化学品安全管理条例实施细则》等国家有关法律法规及 GB1269092 的规定。 三氯氢硅 包装、运输及储存 三氯氢硅为贮罐贮存，专用汽车槽车运输。 多晶硅包装、储存及运输 运输过程中应轻装轻卸，避免受潮、受热和包装破换。 建设工程组成 序号 子项号 项 目 名 称 规模 备注 1 101 氢气净化车间 1200m2 2 102 还原主车间一 4464m2 3 103 还原主车间二 5616m2 预留 4 104 三氯氢硅车间 768m2 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 16 序号 子项号 项 目 名 称 规模 备注 5 105 精馏车间 1248m2 6 106 尾气回收车间 5616m2 7 201 氢气气柜 1000m3 预留 1000m3 8 202 乙类仓库一 1296m2 9 203 乙类仓库二 1296m2 10 204 贮罐区 502m2 2179。 50m3三氯氢硅 3179。 50m3四氟化 硅 1179。 50m3盐酸 11 205 贮罐区泵房 65m2 12 301 热水池及泵房 1296m2 13 302 机修车间 1296m2 14 303 车库 1296m2 15 304 发配电间 577m2 一期使用 16 305 循环（消防）水池 500m3 深 3m 17 306 循环（消防）水池泵房 65m2 18 307 辅助车间 1216m2 冷冻、空压 19 308 事故应急池 270m3 深 3m 20 309 污水处理系统 1280m2 21 310 地磅一 80t 22 311 地磅二 80t 23 401 综合办公楼 8616m 2 24 402 研发楼 7476m2 25 403 门卫一 27m2 26 404 门卫二 23m2 27 405 门卫三 24m2 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 17 4 工艺技术方案 工艺技术方案 工艺 技术方案的选择 三氯氢硅 传统的三氯氢硅合成工艺是将干燥氯气及净化后的氢气经各自的缓冲罐进入氯化氢合成炉中反应成氯化氢并进入沸腾炉中。 硅粉干燥后经加热脱水用氮气送入沸腾炉中与氯化氢反应生产三氯氢硅气体。 气体经过滤器除去硅粉尘，在空冷器除去高沸物杂质及金属氯化粉最后经冷凝为液体，再经分镏成成品三氯氢硅。 这是当今最成熟的工艺技术，国内外三氯氢硅生产企业基本上都采用此种工艺。 此外还有用固定床氯化炉，铜粉作催化剂，氯化氢和硅粉直接合成三氯氢硅。 粗三氯氢硅含量在 60%以上，经分镏提纯除去高、低沸点物后，三氯氢硅含量达 90%。 还有通过流化床反应器还原四氯硅烷来制备三氯硅烷的方法。 该方法在反应器中建立一个硅颗粒的流化床，将微小组辐射直接导入反应器中，加热硅颗料吏春温度达到 300～ 1100℃，含有四氯硅烷和氢的反应气 通过流化床，反应气与硅颗粒反应，形成含有三氯硅烷的产物气。 本项目三氯氢硅装置生产工艺采用三氯氢硅沸腾床合成、加压精镏、冷凝分离提纯生产高纯度的三氯氢硅产品和四氯化硅副产品的传统工艺。 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 18 该工艺流程采用国内先进的沸腾床式三氯氢硅合成炉，生产能力大，副产品少；分离采用加压精镏技术使三氯氢硅产品质量达到 99%、四氯化硅产品质量达到 97%以上，处于国内领先水平。 2. 多晶硅 目前多晶硅的主要生产方法分别为硅烷法和三氯氢硅氢还原法（又称西门子法）这两种。 硅烷法是采用精制后的硅烷进行热分解反应，析出硅，从而获得多晶 硅棒，再经进一步处理后而获得多晶硅产品。 三氯氢硅氢还原法是经过精制的三氯氢硅经挥发后与精制后的氢气在还原炉中高温下发生还原反应而析出硅，获得多晶棒，再往进一步处理后而获得多晶硅产品。 改良西门子法（即改良三氯氢硅氢还原法）主要是对还原尾气进行回收利用，提高三氯氢硅的转化率，降低其消耗，同时极大地解决尾气排放造成的污染问题。 本项目选择改良西门子法生产多晶硅。 该工艺流程采用三氯氢硅和氢气分别经过精制，进入还原炉，在高温下进行还原，获得的多晶硅棒经过后处理而获得高纯度的多晶硅。 同时对还原尾气进行处理，回收三 氯氢硅，四氯化硅和氢气。 回收的三氯氢硅、四氯化硅、氢气经精制后再进入还原炉中生产多晶硅。 多晶硅的产品质量达到 GB/T 129631996的要求。 工艺流程简述 三氯氢硅 工艺流程简述 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 19 （ 1）氯化氢合成工序 开启 HC1 合成炉合成段冷却水，管道氢气经阻火器、氢气缓冲罐、冷水冷却器冷却后去干燥器干燥、除氧器除氧、干燥器干燥（与氯气按摩尔比:1）进入 HC1 合成炉；管道氯气经氯气缓冲罐后进入 HC1 合成炉；通过冷却水量、氯气和氢气量控制合成炉出口温度在 400～ 500℃。 合成的 HC1气体经氯化氢缓 冲罐纯化去三氯氢硅合成工序。 （ 2）三氯氢硅合成工序 硅粉通过真空管道输送至硅粉干燥器，干燥后的硅粉用氮气送入三氯氢硅合成炉；与来自氯化氢缓冲罐的氯化氢气体在 合 成炉沸腾床发生反应，控制合成炉温度在 280～ 310℃，生成气相三氯氢硅和四氯化硅；三氯氢硅和四氯化硅气体混合物经网袋式过滤器分离、硅渣收集器收集回用；气相经空冷器初冷后进入冷凝器经冷冻盐水冷凝后经接收槽进入粗品收集槽；不凝性气体经管道进入尾气吸收工序。 在沸腾炉中，硅粉和氯化氢反应生成三氯氢硅。 （ 3）精镏提纯工序 来自粗品收集槽的三氯氢硅和四氯化硅 混合物料进入塔釜加热器，经蒸汽间接加热进入精镏塔，精镏塔顶气体经前冷器和后冷器冷凝，控制压力和回流比，一部分液体回流至精镏塔，一部分自流进入三氯氢硅接收罐进入三氯氢硅收集罐；塔釜加热器精镏后残液自流进四氯化硅接收罐后经氮气压入四氯化硅储罐。 （ 4）尾气吸收工序 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 20 来自冷凝器的不凝性气体进入尾气洗涤塔，经循环泵送出的洗涤水在尾气洗涤塔中五处喷淋洗涤，回收 HCl 溶液至 20%浓度后外售；气体达标排放。 多晶硅 生产流程简述 （ 1）氢气精制工序 由 *****化工管道送来的氢气及回收氢气进入氢气气柜，经水环泵加压后的 氢气经分离器、氢气冷却器、片碱干燥器、活性碳吸附器、除氧器、冷却器、冷冻除水器、硅胶干燥器，再进入二次氢气净化器进行净化得到精制氢气。 该项目同时建设有电解水制氢系统。 采用纯化水经电解槽电解，制氢装置分离氢、氧等初步处理，再进入氢气净化装置净化（工序同上述氢气精制工序）得到高纯氢气供还原车间等生产使用。 （ 2）三氯氢硅精制工序 自制的三氯氢硅放入三氯氢硅储槽，再经泵送往高位槽，经控制流量后进入精馏塔釜，从塔顶出来的气相经全凝器（二级）进行冷凝得到的冷凝液再经过滤器，一路返回精馏塔顶作为回流液，一路作为产品流 入计量槽。 经分析，合格的精制三氯氢硅进入精三氯氢硅储槽，不合格的则返回三氯氢硅储槽。 二级全凝器的尾气进入尾气缓冲罐，再经尾气洗涤塔洗涤达标排空。 洗涤水进入中和池进行处理。 精馏的釜底残液及轻组分三氯氢硅则进入高低沸物槽，装车外卖。 （ 3）还原系统及尾气回收系统 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三氯氢硅项目可行性研究报告 21 精制的三氯氢硅经过鼓泡气化后与精制氢气在还原炉内，在以硅芯作为载体的表面，在高温下还原沉积为多晶硅。 通过调节电流强度，控制载体温度，使炉内载体直径变粗，达到供直拉单晶硅所需直径要求的多晶硅。 还原尾气经两级螺旋板换热器降温后进入尾气回收器，未凝气体与还 原尾气经换热后进入水喷淋洗涤塔洗涤，再经丝网阻火器进入氢气气柜。 洗涤水则进入中和池进行处理。 尾气回收器冷凝下来的回收液体进入计量槽，经控制流量进入回收精馏塔，塔顶气相经二级全凝器冷凝得到的液体经分析，合格品流入回收精三氯氢硅储槽或四氯化硅储槽，不合格品则返回粗产品罐，再重新送入高位槽进行精馏。 精馏残液（塔釜排液及轻组份液体）则送往高低沸物储槽，装车外卖。 回收的三氯氢硅和回收的四氯化硅经汽化后进入不同的还原炉，前者生产直拉料或区熔料，后者则送入专用还原炉，以生产拉制硅芯的硅芯料。 工艺流程方框 图 三氯氢硅工艺流程方框图 **通能硅材料有限公司 500t/a多晶硅、 16kt/a三。