三氯氢硅生产工艺的优化

李雪瑛（唐山三孚硅业股份有限公司，河北 唐山 063305）

三氯氢硅生产工艺的优化

李雪瑛
（唐山三孚硅业股份有限公司，河北 唐山 063305）

摘 要：本文针对三氯氢硅生产工艺中存在的问题，提出了具体的整改措施，并阐述了方案实施后取得的良好经济效益和环境效益。

关键词：三氯氢硅；生产工艺；改造；优化

1 概述

唐山三孚硅业股份有限公司成立于2006年10月20日，以生产三氯氢硅﹑四氯化硅﹑氢氧化钾等产品为主，目前三氯氢硅生产能力6.5万吨/年﹑四氯化硅1.08万吨/年﹑氢氧化钾5.6万吨/年，该公司已经成为我国最大的三氯氢硅生产基地；本文主要针对三氯氢硅生产中进行的合成炉蒸汽管道改造以及往复式隔膜压缩机的更换进行了阐述。

2 生产工艺简介

氯碱电解工艺产生的氯化氢气体经过预处理后与干燥的硅粉在三氯氢硅合成炉反应生成三氯氢硅﹑四氯化硅混合气体，反应混合气体经存渣槽﹑沉降器﹑袋滤器除尘后，经一级水冷器﹑二级水冷器﹑-35℃盐水冷却器冷凝，冷凝液经计量罐计量后放入中间产品储罐。中间产品贮罐中的混合液，经分馏塔后进入成品储罐。剩余不凝反应气经隔膜压缩机加压后，再经机后冷却器及-35℃盐水冷却器冷凝回收冷凝液后，不凝尾气进入变压吸附装置回收处理。

3 三氯氢硅生产过程中存在问题

3.1 三氯氢硅合成低压蒸汽回收方面。硅粉干燥后加入三氯氢硅合成炉与氯化氢反应生成三氯氢硅﹑四氯化硅混合气体，合成反应温度为280℃～370℃。三氯氢硅合成炉操作压力0.1MPa～0.15MPa（表），其副产蒸汽为7t/h，在此过程中有压力为0.05MPa的蒸汽直接排空，生产系统不能进行有效利用，造成浪费。

3.2 尾气压缩机方面。自三氯氢硅投产以来，由于当时的工艺技术及设备原因，用于合成工序对半成品“气相氯硅烷”加压的设备，是当时同行业比较普遍的隔膜式压缩机。但随着技术的发展，行业内部价格的竞争，生产成本被进一步压缩，隔膜压缩机设备维修率高﹑效率低成为一大难题。

4 优化控制措施及效益

4.1 三氯氢硅合成炉副产蒸汽回收利用

4.1.1 技术控制。经论证，公司投资29.06万元进行生产蒸汽系统改造，将排放的蒸汽回收用于低于0.04MPa需求的用户，取得了可观的经济效益。设备改造：从原来的副产蒸汽排放口安装新管线至低压蒸汽用户，安装蒸汽补充调节阀﹑压力变送器和放空阀。热水罐蒸汽压力控制在0.045MPa，利用热水罐蒸汽放空调节阀进行控制，如果副产蒸汽不能满足生产，则利用蒸汽补充调节阀由与新管连接的0.25MPa蒸汽自动向回收蒸汽补压，压力设定值为0.04MPa。当生产系统出现问题时，可根据需要切换回收蒸汽，将热水罐蒸汽放空阀手动打开，蒸汽可自动放空，同时关闭回收蒸汽管线的切断阀，回收蒸汽管线蒸汽由蒸汽补压阀自动向系统补压，以保持低压蒸汽用户的需求。在热水罐罐顶安装可燃气体探头，防止因合成炉氢气泄露进入管道，如发现有氢气泄露，立即对回收蒸汽系统进行切换，回收蒸汽放空。

表1投资费用统计表

4.1.2 环境效益。将原先三氯氢硅合成炉的副产排空蒸汽全部回收利用，降低了企业外购蒸汽量，减少了企业的蒸汽排放量，热蒸汽排到大自然中不仅是资源的浪费，更加重了大气污染，水汽反馈还可以放大其它温室气体变暖的影响进而形成恶性循环。蒸汽管道改造一方面解决了能源浪费问题，实现资源的节约，达到降低生产成本和资源的节约双赢；另一方面解决了热蒸汽污染环境的问题。

4.1.3 经济效益。按全年开车8000小时计算，其中夏季（非供暖期）开车4000小时，节约蒸汽5.2t/h×4000h=20800t。冬季（供暖期）开车4000小时，节约蒸汽4.7t/h×4000h=18800t。每吨蒸汽按160元计算，全年可节约（20800+18800）×160=637.56万元，

4.2 隔膜式压缩机更换为活塞式压缩机

4.2.1 技术控制。经研究公司投资158.59万元进行设备换型，新上一套活塞式压缩机取代12台隔膜压缩机，这12台隔膜压缩机作为生产应急备用。通过电机带动机身上的曲轴，使连接曲轴的活塞杆在一﹑二级气罐内做活塞运动，以达到对工艺气体的加压目的。单台系统拉气量可达到2000Nm3/h，有稳定性好﹑维修保养工作量小等特点。

4.2.2 环境效益。经验数据表明，每节约1度电就可少用0.4kg标准煤，同时减排粉尘0.272kg﹑二氧化碳0.997kg﹑二氧化硫0.03kg﹑氮氧化物0.015kg，对工业生产环境具有明显的意义。

表2 投资费用统计表

4.2.3 经济效益。经济效益对比如下：

改造前：

隔膜式压缩机年维修费﹑电费等统计如下：

使用膜片84套，每套均价1500元。84×1500=12.6万元

使用抗磨液压油44桶，每桶2700元。44×2700=11.88万元

耗电量：22kW，12台，22×12×0.75 元×8000小时=158.4万元。

改造后：

耗电量：200kW，1台，200×1×0.75× 8000小时=120万元。

使用易损件，每年更换两次，共计10.87万元。

年可节约费用158.4+11.88+12.6-120-10.87=52.01万元。

结语

光伏产业的发展带动了三氯氢硅生产技术向大型化﹑专业化﹑自动化方向发展，为了适应工业发展的需要，加强三氯氢硅生产工艺过程的优化和控制，对三氯氢硅的品质，降低企业的生产成本，实现环境效益﹑经济效益﹑社会效益的统一具有重要的意义。

参考文献

[1]李文光，李光茜，罗平，谭宗国.三氯氢硅合成工艺及控制[J].云南冶金，2010 （05）.

中图分类号：TQ127.2

文献标识码：A