改良西門子法多晶硅生產(chǎn)過程的模擬與分析.pdf

1、多晶硅處于信息產(chǎn)業(yè)和可再生能源產(chǎn)業(yè)鏈的最前端。國(guó)內(nèi)外最常用的多晶硅生產(chǎn)工藝是改良西門子工藝，該工藝是一個(gè)含多股循環(huán)物流的復(fù)雜流程。對(duì)于復(fù)雜流程，單元操作的最優(yōu)化并不等于整個(gè)流程的最優(yōu)化，因此本文對(duì)整個(gè)多晶硅生產(chǎn)過程進(jìn)行了模擬與分析。經(jīng)過研究本文提出了整個(gè)多晶硅生產(chǎn)過程的模擬方法，并通過Aspen Plus軟件對(duì)年產(chǎn)2000t多晶硅生產(chǎn)工藝進(jìn)行模擬分析。本文通過對(duì)七種典型工況下的反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了解決反應(yīng)系統(tǒng)不平衡問題的方案。此外，

2、本文還提出了一種建立再循環(huán)物流的模擬技巧，并對(duì)多晶硅生產(chǎn)工藝中的分離過程進(jìn)行了模擬與優(yōu)化，用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
　　本文具體研究的內(nèi)容及得出的結(jié)論如下：
　　首先，本文根據(jù)閉環(huán)生產(chǎn)的思想，即根據(jù)三氯氫硅（TCS）合成反應(yīng)器R1和四氯化硅（STC）氫化反應(yīng)器R2中硅的凈消耗量等于TCS還原反應(yīng)器R3中硅的凈生成量及R1和R3中SiCl4的凈生成量等于R2中SiCl4的凈消耗量，建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算。該方法能定量描

3、述三個(gè)反應(yīng)器工藝參數(shù)之間的關(guān)系，提高了模擬計(jì)算的效率和準(zhǔn)確性。
　　其次，本文根據(jù)已有的TCS還原尾氣分離工藝建立了三個(gè)反應(yīng)器的尾氣合并分離工藝。通過Aspen Plus軟件對(duì)該工藝進(jìn)行模擬分析，建立起了再循環(huán)物流，確定了各個(gè)塔的最佳回流比、進(jìn)料位置等操作參數(shù)，并對(duì)單個(gè)塔進(jìn)行了優(yōu)化分析。
　　然后，本文依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中各反應(yīng)器收率的降低情況選擇了七組典型工況進(jìn)行分析。這七組典型的工況是反應(yīng)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器的收率或轉(zhuǎn)化率

4、降低的情況。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析可知，當(dāng)任一反應(yīng)器收率或轉(zhuǎn)化率降低時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)均不再滿足閉環(huán)生產(chǎn)，即反應(yīng)系統(tǒng)不平衡。當(dāng)任意反應(yīng)器的收率降低時(shí)，系統(tǒng)中的H2、SiCl4均出現(xiàn)積累，HCl均表現(xiàn)為不足，且在三個(gè)反應(yīng)器收率同時(shí)降低時(shí)H2、SiCl4積累量最大，TCS合成反應(yīng)器和STC氫化反應(yīng)器收率均降低時(shí)HCl不足量最嚴(yán)重。只要TCS合成反應(yīng)器的收率降低，SiHCl3就表現(xiàn)為積累，且此時(shí)多晶硅產(chǎn)量降低，而其它情況下SiHCl3均表現(xiàn)為不足，且此