精馏节能减排和高效分离在多晶硅生产中的应用

2019年06
月
精馏节能减排和高效分离在多晶硅生产中的应用
侯哲辉（青海黄河上游水电开发有限责任公司新能源分公司，青海西宁810007）
摘要：随着科学技术的不断发展，多晶硅被逐渐应用到我们的日常生活之中。

多晶硅是一类重要的工业原材料，能够适用于很
多的领域。

文章说明了多晶硅的制备工艺及加工手段，并且介绍了精馏节能技术在生产多晶硅时的应用情况以及如何优化多晶硅质量的技术问题。

关键词:多晶硅；精馏技术；节能减排；分离；质量
多晶硅是一类能够用于众多领域的具备优异性能的材料，其可以被用于信息通信领域。

多晶硅是太阳能电池的重要原料，使用这种材料可以实现光能和电能的转换，这种利用太阳能发电的形式具有很高的环保节能效应。

然而，我国的多晶硅生产技术目前还处于一个不是非常完善的阶段，在核心技术的把握上存在一定的不足。

故若想提高工业产品的品质，就必须在核心技术和生产设备上进行完善。

1多晶硅的制备工艺
目前最常见的生产多晶硅的制备法就是改良的西门子法，这种工艺方法具备很多特点，例如：工艺娴熟、出错率较低和制备方法简便。

但是也存在一定的劣势，譬如耗能高、污染大等。

电能的消耗是改良的西门子法中消耗最大的部分，约占总消耗的一半以上[1]。

使用改良的西门子法生产多晶硅的时候，制备仪器和蒸馏的技术是最关键的部分。

改良西门子法里提纯以及分离的步骤就对最后的成品的纯度有着比较大的影响。

这两个步骤决定着最后产出的超纯硅的质量与产量[2]，并且提纯和分离步骤中的技术情况也与节能减排有着较大的关系。

2精馏工艺及相关技术要点
2.1多效精馏技术
多效精馏技术是多个标准大气压下及温度逐渐增大的精馏塔里，把原料按照沸点不同划分为多个成分差不多的进料，再把温度和压强最大的塔顶的蒸汽输送到其他温度及压强较低的塔里，便可以实现降温和液化的效果。

这时，所消耗的能量仅为单一塔消耗的1/n （假设有n 个塔），这样就能达到很好的节能功效。

故使用了多效径流就会提高总体的节约性能，例如使用双塔的双效精馏系统就可以比单一塔工作时节约50%的消耗，若使用三塔则可以节省67%的消耗，使用四塔就能够节省75%。

可以得出，使用一个精馏塔变成两个蒸馏塔的时候，能耗降低了一半，这就说明节能的功效提高了50%。

但是若从两个蒸馏塔变成了三个蒸馏塔时，尽管能够节省67%的耗能，但是节能的功效却只是增加了7%，这就说明了虽然塔的数目越多总体上向着节能的效率变大了的方向发展，但也不是塔越多，节能效果就越好，需要综合考量达到这两者之间适宜的平衡，才可以得到最好的节能要求，在实际的生产中，节能效率甚
至还要低于理论计算出的数据，且塔的数量越多越不利于操作，还因为一些损耗和技术的原因，就会导致实际数据比理论值少一些，故我们在生产中使用最多的还是双塔系统[3]。

2.2提高分离率
进行分离的步骤时，需把回流比变小，从而升高分离率，分离率的升高可以有效提升产品的品质，降低生产的耗能，并且把回收率也变高，降低了污染气体，能够为生产单位谋得最大的利益。

我们可以借用公式Q=(R+1)D 来说明这个问题[4]，Q 表示塔耗能，R 是代表着塔回流比，D 则为塔顶产品流量。

当分离率比较大时R 就会变小，从而Q 就会变小，这就会体现出耗能低且效能较大的结果。

故回流比能够作为一个极重要的参数反映了精馏塔中能和能耗的关系。

精馏的节约能耗能够凭借降低回流做到。

根据相关实现数据不难看出，若果理论板数变大了，回流比能够在某个地方达到极限最低值，当理论板数的数量变少的时候，回流比就会在理论上表现为无限大的值，一般状况中，回流比介于最低点和无限值之中，回流比的改变可以通过理论板数的改变而改变，故可以达到精馏降低耗能的结果。

2.3优化生产流程
在对原料分离的各个步骤里，由于操作参数的影响，生产操作及分析的步骤就会比较刻板，这使得理论上的产品质量与实际产品的品质有出入，实际产品有时难以达到理论要求的程度，并且实际蒸馏塔的分离过程中还存在着安全的问题，这就会使塔节能及回流都会有技术难度上的变大，这些因素就会使得产品整体纯度变低，回流比相应变小，故能耗也就变小了。

在实际操作里为了使这些不稳定保持在一定的范围里，使得产品的品质也在合格的范围里，就必使回流比控制在一定限度中，为了达到这个目的，通常在设计理论值时提高一些要求。

同时使用严谨的测量设备把握产品标准，使用先进的设备和测试仪器，保证控制系统可以保持比较先进的状态，就能够达到经济收益增加和节能的目的。

3提升品质的高效率分离工艺
多晶硅硅片作为太阳能光伏电池的关键部位，其品质的优劣直接决定了光电转换的效率问题，直接影响到了太阳能电池的好坏程度。

故在工业生产多晶硅时怎样提高多晶硅的品质
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及去除杂质就是非常值得重视的部分了。

还有一些生产中遇到的问题，譬如：漏液问题、雾沫夹带等。

实际生产中精馏塔对于气相的分离程度难以达到理论纯度，我们以：分离效率=实际分离度/理论分离最大限度，来研究分离的效率，由这个公式可以看出，分离的程度和分离效率有一个正比的关系。

因为气相与塔板接触后很快会离开，可以得：理论板数=实际板数×分离效率。

用具体的数据来说明，若存在一个100层实际塔板的精馏塔，其分离效率可以表示为百分之十，另有一个50层实际塔板的精馏塔，其分离的效率时80%，故前者的理论板数为10块，这个精馏塔的纯度较低，后者的理论板数则是40块。

纯度比前面的高。

可以看出，分离效率时决定产品纯度的关键因素，尽管50层塔板的精馏塔的塔身比较低，然而分离的效率却更大，理论上的板数也更大，从而会得到更高品质的产品。

4减少排放的高效分离工艺
精馏塔在实现分离的过程里，从最上面的塔板到最下面的塔板，每达到一层的塔板，目标产物都会按照所含成分的不同而依次变低，这就实现了排放的标准。

仍以上述第三点中的例子来说明，有100层塔板的蒸馏塔，因为其理论塔板的数量比较低仅有10块，故当气相抵达塔底的时候排放产物的数值就会比较大，就会出现很多废气、废水、废料被排放到河流及土壤中，对生态环境造成了较大的损害。

然而针对50层塔板的精馏塔，其理论板的数量比较大，达到了40块，这时抵达塔底的目标产物排放值表现出比较小的数值，从而使得排放到周边的环境中的废液大大减少，这就实现了降低废液排放和维护生态平衡的目的，维持了生态环境的平衡，这也能够促进相关企业单位经济收益的增长。

若是每次的废液及其他废物的总排放量可以降低0.5%，日积月累就可以给相关单位带来比较好的收益。

针对平常的施工单位，若是能够把总放排量降低0.3%，就能够每年提高不少的经济收益。

5结语
为了可以得到更高品质的多晶硅及达到节能降耗的目的，就要保证操作中能够及时更新技术和设备，保障生产的科技含量，对于部分核心可以要加大研发的力度，从而保证低成本、低能搞的生产，在产品品质满足国家工业生产标准的基础上达到可持续发展保护环境的目的。

参考文献：
[1]周玲英.氯硅烷和多晶硅精馏节能减排与提高质量的技术措施[J].化工管理,2015(21):161.
[2]翟佳秀.改良西门子法生产多晶硅中三氯氢硅精馏工艺的开发模拟研究[D].北京：北京化工大学，2015.
[3]吕国强,杨玺,刘成,等.传热过程对多晶硅真空定向凝固过程的凝固界面及热应力的影响[J].材料热处理学报,2015,36(5).[4]于志强,马文会,吕国强,等.改良西门子法和冶金法生产
太阳能级多晶硅对环境负荷影响的比较[J].过程工程学报,2016
(6).
膜分离法污水处理技术
奉明（中海油石化工程有限公司，山东青岛266061）
摘要：近年来，我们国家的实力在不断进步，我国的技术也在
不断发展的过程中。

但是伴随着经济的发展，这个污水的治理问题已经引起人们的密切关注。

水是生命的源泉，我们的生活都是离不开水。

但是，水资源在全球的分布当中，又是比较的稀缺的。

所以，对污水再利用的技术就非常的值得我们关注。

文章主要分析污水治理的技术，介绍了膜分离处理污水的技术。

关键词：膜分离法污水；当前形势；意义；处理技术；新型技术
我们经常会说，节约水资源。

这是我们生存的根本。

无论是我们的生产活动，还是说我们要生存，都是离不开水资源。

但是，从总体的方面来说的话，水资源又是稀缺的。

以我国的水资源的分布情况来看，南方是比较多水的，但是对于北方来说，水资源又是制约生产发展的因素之一。

所以，才有了后来的南水北调。

但是不管怎样，水资源的再生利用是我们现在一个不可以忽视的问题。

本文主要对膜分离废水处理技术进行了分析和探讨，希望能为我国水资源循环利用的发展和研究提供参考。

1膜分离法污水的意义
我国经济方面的实力不断发展，但是，也有一个问题，那就是我国环境污染问题也是在不断加剧。

水污染问题也是其中一个比较严重的方面。

所以，这种膜分离污水处理技术可以解决这些污水的问题，这是对环境保护是非常有帮助的[1]。

1.1当前形势
工业在不断进步和提升，中国成为世界出名的制造大国。

这是大家公认的，但是空气污染和水污染的问题同时也产生了。

因此，这项膜分离污水处理技术，在目前的污水回收利用中起到了推动的作用，它与原有的污水处理技术是非常的不同的。

在一定程度上，它满足当前我们国家污水回收利用的需要[2]。

尽管，中国的膜分离废水处理技术已经满足了废水回收的某些方面，但与西方的那些发达国家相比，中国的废水处理技术还是需要大家一起努力改进和完善。

自20世纪70年代以来，中国就已经开始研究和运用膜分离废水处理技术。

我们还对废水和乳化废油进行了测试和处理，在中国膜分离废水处理技术方面取得了很好的效果。

然而，即使取得了这些成就，我们仍需要进一步创新和改革膜分离废水处理技术。

1.2特点
该项技术对于我们的污水处理具有很大的帮助，它具有许多独特的特征，尤其是他在我们的生物学特性当中，可以分离出来很多我们之前利用传统的方法无法分离出来的微观分子，另外它还可以进行一些有选择性的将细菌和病毒排出，从而尽可能的大大的提升我们对于污水的排污情况进行净化的能力[3-4]。

除此之外该技术对于一些污染程度比较高的一些污水具有非常显著的效果，它通过一些新的技术可以让污染程度比
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