欢迎来到大热汇!
发布信息
农业用具信息
当前位置:大热汇 > 农林牧副 > 农业用具
    多晶硅生产阶段为什么耗能高呢?
    2019-01-17 信息编号:634803 收藏
多晶硅生产阶段耗能高的原因主要是工艺太烦琐,硅物质多次被加热,又多次被降温,热
能的浪费多,造成耗能高。以改良西门子法为例,多晶硅生产是将常温的工业硅粉装入合成
!#'炉,在合成炉里被加热到300℃左右,与炉里的氯化氢发生化学反应,生成三氯氢硅。这是硅
物质在多晶硅生产中被第一次加热。合成炉里的三氯氢硅是气态的,不符合精馏提纯系统的要
求,因此要将几百度的三氯氢硅降温到30℃以下,使之成为液态的三氯氢硅。物质降温就是
失掉热能。三氯氢硅降温,就是三氯氢硅失掉热能。但热能是一种宝贵的资源,是可以利用
的,三氯氢硅失掉的热能并没有被利用,就白白地被冷却水带走。这是一次很明显的浪费。
三氯氢硅在精馏提纯系统里,首先进入粗馏塔的第一塔釜,在该塔釜里被加热汽化,然后
在粗馏塔的第一塔头里被冷却成液体。很显然,一次升温,一次降温又是一次浪费。
问题是还没有完,从粗馏塔的第一塔头里出来的三氯氢硅液体还要进入粗馏塔的第二塔
釜。在粗馏塔的第二塔釜里被加热汽化,然后在粗馏塔的第二塔头里被冷却成液体,也就是
说,还要浪费一次热能。
精馏提纯系统里不仅是有粗馏塔,还有精馏塔,而且精馏塔不是一台,而是多台。同粗馏
塔一样,三氯氢硅在每台精馏塔里都要升温汽化一次,然后降温液化一次,也就是说,三氯氢
硅在每台精馏塔里都要浪费一次热能。
其实,多晶硅生产浪费最多的还不是在精馏提纯,而是在生产多晶硅的氢还原里。提纯合
格后的三氯氢硅与氢气一起进入还原炉。在还原炉里,常温的三氯氢硅和氢气被加热到1150~
1250℃的高温,三氯氢硅与氢气发生氢还原反应,生成多晶硅。
采用这种方法,进入还原炉的三氯氢硅和氢气只有少数 (一般认为10%~20%)参加反
应,生成了多晶硅,而绝大多数被当成尾气放了出来。即进入还原炉的三氯氢硅和氢气都被加
热了,但使用的还原料只有10%~20%。也就是说,有80%~90%的三氯氢硅和氢气被加热
了,但没有用就被放出来,等于白加热了。很明显,这是一种大的浪费。
就是由于在多晶硅生产中,硅物质多次被加热,又多次被降温,造成了热能的浪费太多,
所以才耗能高。
按理说,不参加反应的还原料应该不加热。但在还原炉里,不参加反应的还原料与参加反
应的还原料是混在一起的,根本无法分开,如果不参加反应的还原料不加热,那么,参加反应
的还原料也无法加热。参加反应的还原料温度低是无法进行化学反应的,也就无法生产出多晶
硅。也就是说,上述浪费是不可避免的。不仅这氢还原系统的浪费是不可避免的,其实,在合
成炉里和精馏提纯中的浪费也是不可避免的。
这也不可避免,那也不可避免,是不是多晶硅的生产工艺就无法改进了?不是。社会总是
发展的,科学总是进步的,一切事物都在变化中,因此多晶硅的生产工艺也不会例外,所以随
着时间的推移、科学技术的发展和人们对硅的进一步认识,多晶硅的生产工艺肯定会得到改
进,新的工艺一定会出现。
前面提到过的 “多晶硅和石英玻璃的联合制备法”就是一个节能的例子。虽然也有多次被
加热,又多次被降温,但最后尾气的温度没有浪费,而被用来直接生产石英玻璃。这样一来,
部分热能就得到利用,从而也就节约了能源。
其实,多晶硅生产工艺的节能途径还不仅这一个,除了 “多晶硅和石英玻璃的联合制备
法”之外,还有很多,如还原炉串联就是一个很好的节能例子。它可使前一台还原炉的尾气热
量得到利用,从而达到节能的目的。过去,实现还原炉串联有三个难题:一是压力问题;二是
尾气管道材质问题;三是氯化氢过高问题。现在不同了,现在多晶硅都是加压生产,完全可以
保证第二台、第三台炉都能有足够发生化学还原反应的压力,因此,压力已不成问题。氯化氢
过高,可以用分离器除掉一部分,因此,氯化氢过高也不是难题,只是尾气管道材质可能还有
一些问题,但也不是不能解决。现在耐温的材料有很多,石英玻璃就是其中之一。用石英玻璃
管作为尾气管道,其耐温是不成问题的,只是强度可能有问题。如果尾气管做成双层的,外层
不锈钢,内层石英玻璃,强度问题就可以解决。除了石英玻璃之外,钛金属也是耐高温的材
料,因此也可以考虑采用。
!#(只要上述难题能够圆满解决,那就可以实现还原炉串联。还原炉一旦串联,多晶硅的能耗就可以降低。
  • 多晶硅生产耗能为什么高 ?如何改进 ?
    从石英砂(SiO2)到单晶硅,大体可分为三个阶段:第一是工业硅生产阶段;第二是多晶硅生产阶段;第三是单晶硅生产阶段。在这三个阶段中,都要消耗大量的能源,但耗能最高的还是多晶硅生产阶段。...
    01-17
  • 现今的硅生产工艺还存在哪些不足 ?
    现今硅生产工艺采取的是“三步法”,也就是说,硅是分三个阶段生产的:第一阶段是将最原始的石英砂,也就是二氧化硅(SiO2)变成工业硅(Si);第二阶段是对工业硅进行提纯、还原,使其变成高纯的多晶硅;第三阶段是以高纯的...
    01-17
  • 为什么说硅的前途像东方的太阳 ?
    硅材料是当今电子工业中最重要的半导体材料,它具有其他材料无法相比的优势,在半导体材料中,是当之无愧的“第一把交椅”。为什么这样说呢?看看下面的数据就会清楚。(1)硅是重要的基础材料。硅材料是半导...
    01-17
  • 单晶炉、还原炉的外皮和管道为什么要接地 ?
    单晶炉和还原炉都是大功率的用电设备,尤其是还原炉,它的用电功率都特别大,一台9对棒还原炉的电功率最大可达2500kW,而一台12对棒还原炉的电功率一般就要有3000kW了。这样大功率的用电设备的外皮怎能不接地呢?一旦发生...
    01-17
  • 静电有哪些危害 ?怎样防止产生静电 ?
    摩擦可以起电,摩擦后的正负电荷是被束缚在带电体上的,它不能像电线中的电荷那样定向移动。所以,人们称为静电荷,简称静电。静电的危害很多,它的第一种危害来源于带电体的互相作用。在飞机机体与空气、...
    01-17
  • 什么是静电效应 ?
    通常任何物体所带有的正负电荷是等量的,当与其他物体摩擦、接触并由于机械作用分离时,因两种物体摩擦起电序列不同,在一种物体上积聚正电荷,另一种物体则积聚负电荷,在各物体上产生静电,并且在外部形成...
    01-17