改良西門子法生產(chǎn)多晶硅中三氯氫硅精餾工藝的開發(fā)模擬研究.pdf

1、三氯氫硅混合體系精餾工藝作為太陽能級(jí)多晶硅生產(chǎn)過程中關(guān)鍵的操作環(huán)節(jié)，影響著最終多晶硅產(chǎn)品的品質(zhì)。多晶硅生產(chǎn)合成工段的反應(yīng)液經(jīng)過深冷后進(jìn)入三塔串聯(lián)精餾系統(tǒng)，三個(gè)塔依次命名為預(yù)分離塔、三氯氫硅塔與四氯化硅塔。預(yù)分離塔脫除氯化硼、二氯二氫硅、氯化氫及氫氣等輕組分，塔釜采出三氯氫硅、四氯化硅及高沸物雜質(zhì)作為三塔進(jìn)料，于三氯氫硅塔塔頂?shù)玫礁呒兌?9.93％的三氯氫硅產(chǎn)品，塔釜采出四氯化硅及高沸物雜質(zhì)作為四塔進(jìn)料，四塔脫除三氯氧磷、氯化鋅及氯化銅等

2、重組分，塔頂采出混有少量三氯氫硅的四氯化硅，返回原料罐，塔釜采出高沸物雜質(zhì)，提餾段側(cè)線采出高純度99.85％的四氯化硅產(chǎn)品。本課題針對(duì)新型三塔精餾工序，使用化工模擬軟件Aspen Plus對(duì)三個(gè)塔適宜的操作條件、能源消耗進(jìn)行模擬分析，根據(jù)塔器能耗特點(diǎn)提出了兩種新型的節(jié)能改造方案。
　　本課題首先針對(duì)系統(tǒng)組成物性進(jìn)行分析，通過查閱文獻(xiàn)獲取三氯氫硅-四氯化硅體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)，選擇PENG-ROB熱力學(xué)模型對(duì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合回歸，

3、得到二元交互作用參數(shù)。利用軟件中的靈敏度分析及設(shè)計(jì)規(guī)定功能確定了各個(gè)塔器的最優(yōu)操作參數(shù)，優(yōu)化后預(yù)塔的最優(yōu)操作條件為:操作壓力0.150 MPag，理論板數(shù)20塊，進(jìn)料位置在第6塊板，回流比27.0，塔頂采出量435kg/h，塔釜氯化硼雜質(zhì)含量1.92×10-8，小于20ppb，滿足工藝指標(biāo)要求。優(yōu)化后三塔的最優(yōu)操作條件為:操作壓力0.150MPag，理論板數(shù)25塊，進(jìn)料位置在第11塊板，回流比3.0，塔頂餾出量4785 kg/h。優(yōu)化后

4、四塔的操作條件為:理論板數(shù)18塊，操作壓力0.250 MPag，四氯化硅產(chǎn)品側(cè)線采出在第12～14塊理論板，側(cè)采量894 kg/h，塔頂三氯氧磷雜質(zhì)含量2.45×10-6，氯化磷雜質(zhì)含量6.13×10-6，實(shí)現(xiàn)了分離任務(wù)書要求。
　　將三塔串聯(lián)精餾與傳統(tǒng)雙塔以及三塔并聯(lián)工藝模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。由于傳統(tǒng)雙塔工藝中輕組分脫除不完全，且最終產(chǎn)品中硼雜質(zhì)含量超標(biāo)，不能滿足生產(chǎn)要求。三塔并聯(lián)精餾工藝可滿足工藝任務(wù)要求，但總回流量大，且各個(gè)塔的

5、塔釜再沸器熱負(fù)荷總量與三塔串聯(lián)工藝相比高出38.45％，不利于節(jié)能降耗。對(duì)三塔串聯(lián)各精餾塔能耗與塔頂、塔釜溫度進(jìn)行分析，將三塔塔頂蒸汽作為預(yù)塔塔釜再沸器的熱源，完成預(yù)分離塔、三氯氫硅塔之間的雙效精餾模擬，在有效利用低品位熱源的同時(shí)降低了冷卻設(shè)備成本。通過可行性分析，設(shè)計(jì)了三氯氫硅塔開放式A型熱泵精餾工藝，計(jì)算確定了熱泵壓縮機(jī)最佳壓縮比以及適宜的壓縮機(jī)出口壓力，改造后的工藝與原工藝相比，節(jié)省了205.26萬元/年的公用工程費(fèi)用，節(jié)約能源達(dá)