三氯氫硅生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

李雪瑛（唐山三孚硅業(yè)股份有限公司，河北 唐山 063305）

三氯氫硅生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

李雪瑛
（唐山三孚硅業(yè)股份有限公司，河北 唐山 063305）

摘 要：本文針對(duì)三氯氫硅生產(chǎn)工藝中存在的問(wèn)題，提出了具體的整改措施，并闡述了方案實(shí)施后取得的良好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：三氯氫硅；生產(chǎn)工藝；改造；優(yōu)化

1 概述

唐山三孚硅業(yè)股份有限公司成立于2006年10月20日，以生產(chǎn)三氯氫硅﹑四氯化硅﹑氫氧化鉀等產(chǎn)品為主，目前三氯氫硅生產(chǎn)能力6.5萬(wàn)噸/年﹑四氯化硅1.08萬(wàn)噸/年﹑氫氧化鉀5.6萬(wàn)噸/年，該公司已經(jīng)成為我國(guó)最大的三氯氫硅生產(chǎn)基地；本文主要針對(duì)三氯氫硅生產(chǎn)中進(jìn)行的合成爐蒸汽管道改造以及往復(fù)式隔膜壓縮機(jī)的更換進(jìn)行了闡述。

2 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

氯堿電解工藝產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)過(guò)預(yù)處理后與干燥的硅粉在三氯氫硅合成爐反應(yīng)生成三氯氫硅﹑四氯化硅混合氣體，反應(yīng)混合氣體經(jīng)存渣槽﹑沉降器﹑袋濾器除塵后，經(jīng)一級(jí)水冷器﹑二級(jí)水冷器﹑-35℃鹽水冷卻器冷凝，冷凝液經(jīng)計(jì)量罐計(jì)量后放入中間產(chǎn)品儲(chǔ)罐。中間產(chǎn)品貯罐中的混合液，經(jīng)分餾塔后進(jìn)入成品儲(chǔ)罐。剩余不凝反應(yīng)氣經(jīng)隔膜壓縮機(jī)加壓后，再經(jīng)機(jī)后冷卻器及-35℃鹽水冷卻器冷凝回收冷凝液后，不凝尾氣進(jìn)入變壓吸附裝置回收處理。

3 三氯氫硅生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題

3.1 三氯氫硅合成低壓蒸汽回收方面。硅粉干燥后加入三氯氫硅合成爐與氯化氫反應(yīng)生成三氯氫硅﹑四氯化硅混合氣體，合成反應(yīng)溫度為280℃～370℃。三氯氫硅合成爐操作壓力0.1MPa～0.15MPa（表），其副產(chǎn)蒸汽為7t/h，在此過(guò)程中有壓力為0.05MPa的蒸汽直接排空，生產(chǎn)系統(tǒng)不能進(jìn)行有效利用，造成浪費(fèi)。

3.2 尾氣壓縮機(jī)方面。自三氯氫硅投產(chǎn)以來(lái)，由于當(dāng)時(shí)的工藝技術(shù)及設(shè)備原因，用于合成工序?qū)Π氤善贰皻庀嗦裙柰椤奔訅旱脑O(shè)備，是當(dāng)時(shí)同行業(yè)比較普遍的隔膜式壓縮機(jī)。但隨著技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部?jī)r(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)，生產(chǎn)成本被進(jìn)一步壓縮，隔膜壓縮機(jī)設(shè)備維修率高﹑效率低成為一大難題。

4 優(yōu)化控制措施及效益

4.1 三氯氫硅合成爐副產(chǎn)蒸汽回收利用

4.1.1 技術(shù)控制。經(jīng)論證，公司投資29.06萬(wàn)元進(jìn)行生產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)改造，將排放的蒸汽回收用于低于0.04MPa需求的用戶(hù)，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備改造：從原來(lái)的副產(chǎn)蒸汽排放口安裝新管線(xiàn)至低壓蒸汽用戶(hù)，安裝蒸汽補(bǔ)充調(diào)節(jié)閥﹑壓力變送器和放空閥。熱水罐蒸汽壓力控制在0.045MPa，利用熱水罐蒸汽放空調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，如果副產(chǎn)蒸汽不能滿(mǎn)足生產(chǎn)，則利用蒸汽補(bǔ)充調(diào)節(jié)閥由與新管連接的0.25MPa蒸汽自動(dòng)向回收蒸汽補(bǔ)壓，壓力設(shè)定值為0.04MPa。當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可根據(jù)需要切換回收蒸汽，將熱水罐蒸汽放空閥手動(dòng)打開(kāi)，蒸汽可自動(dòng)放空，同時(shí)關(guān)閉回收蒸汽管線(xiàn)的切斷閥，回收蒸汽管線(xiàn)蒸汽由蒸汽補(bǔ)壓閥自動(dòng)向系統(tǒng)補(bǔ)壓，以保持低壓蒸汽用戶(hù)的需求。在熱水罐罐頂安裝可燃?xì)怏w探頭，防止因合成爐氫氣泄露進(jìn)入管道，如發(fā)現(xiàn)有氫氣泄露，立即對(duì)回收蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行切換，回收蒸汽放空。

表1投資費(fèi)用統(tǒng)計(jì)表

4.1.2 環(huán)境效益。將原先三氯氫硅合成爐的副產(chǎn)排空蒸汽全部回收利用，降低了企業(yè)外購(gòu)蒸汽量，減少了企業(yè)的蒸汽排放量，熱蒸汽排到大自然中不僅是資源的浪費(fèi)，更加重了大氣污染，水汽反饋還可以放大其它溫室氣體變暖的影響進(jìn)而形成惡性循環(huán)。蒸汽管道改造一方面解決了能源浪費(fèi)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約，達(dá)到降低生產(chǎn)成本和資源的節(jié)約雙贏；另一方面解決了熱蒸汽污染環(huán)境的問(wèn)題。

4.1.3 經(jīng)濟(jì)效益。按全年開(kāi)車(chē)8000小時(shí)計(jì)算，其中夏季（非供暖期）開(kāi)車(chē)4000小時(shí)，節(jié)約蒸汽5.2t/h×4000h=20800t。冬季（供暖期）開(kāi)車(chē)4000小時(shí)，節(jié)約蒸汽4.7t/h×4000h=18800t。每噸蒸汽按160元計(jì)算，全年可節(jié)約（20800+18800）×160=637.56萬(wàn)元，

4.2 隔膜式壓縮機(jī)更換為活塞式壓縮機(jī)

4.2.1 技術(shù)控制。經(jīng)研究公司投資158.59萬(wàn)元進(jìn)行設(shè)備換型，新上一套活塞式壓縮機(jī)取代12臺(tái)隔膜壓縮機(jī)，這12臺(tái)隔膜壓縮機(jī)作為生產(chǎn)應(yīng)急備用。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)身上的曲軸，使連接曲軸的活塞桿在一﹑二級(jí)氣罐內(nèi)做活塞運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到對(duì)工藝氣體的加壓目的。單臺(tái)系統(tǒng)拉氣量可達(dá)到2000Nm3/h，有穩(wěn)定性好﹑維修保養(yǎng)工作量小等特點(diǎn)。

4.2.2 環(huán)境效益。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每節(jié)約1度電就可少用0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減排粉塵0.272kg﹑二氧化碳0.997kg﹑二氧化硫0.03kg﹑氮氧化物0.015kg，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有明顯的意義。

表2 投資費(fèi)用統(tǒng)計(jì)表

4.2.3 經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比如下：

改造前：

隔膜式壓縮機(jī)年維修費(fèi)﹑電費(fèi)等統(tǒng)計(jì)如下：

使用膜片84套，每套均價(jià)1500元。84×1500=12.6萬(wàn)元

使用抗磨液壓油44桶，每桶2700元。44×2700=11.88萬(wàn)元

耗電量：22kW，12臺(tái)，22×12×0.75 元×8000小時(shí)=158.4萬(wàn)元。

改造后：

耗電量：200kW，1臺(tái)，200×1×0.75× 8000小時(shí)=120萬(wàn)元。

使用易損件，每年更換兩次，共計(jì)10.87萬(wàn)元。

年可節(jié)約費(fèi)用158.4+11.88+12.6-120-10.87=52.01萬(wàn)元。

結(jié)語(yǔ)

光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了三氯氫硅生產(chǎn)技術(shù)向大型化﹑專(zhuān)業(yè)化﹑自動(dòng)化方向發(fā)展，為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，加強(qiáng)三氯氫硅生產(chǎn)工藝過(guò)程的優(yōu)化和控制，對(duì)三氯氫硅的品質(zhì)，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益﹑經(jīng)濟(jì)效益﹑社會(huì)效益的統(tǒng)一具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李文光，李光茜，羅平，譚宗國(guó).三氯氫硅合成工藝及控制[J].云南冶金，2010 （05）.

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ127.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A