多晶硅生产节能技术探讨.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 16 日 作者简介:赵新影(1987),女,汉族,江苏徐州人,大学,学士,有化工中级工程师,江苏中能硅业科技发展有限公司,研究方向为多晶硅、颗粒硅生产技术。-171-多晶硅生产节能技术探讨 赵新影 江苏中能硅业科技发展有限公司,江苏 徐州 221000 摘要:摘要:在新能源背景下,多晶硅作为太阳能电池与诸多工业产品的核心材料。但是多晶硅生产环节耗能梁非常巨大,对环境与生产成本造成很多影响。因此,为全面解决多晶硅生产存在的能耗等问题。本文分析多晶硅生产现状,明确多晶硅生产节能局限性。提出选择具备节能性的制备氢气与使用氢化节能等多种方
2、法进行能耗处理。多晶硅生产期间采用节能技术,能够有效降低多晶硅生产的能耗、运营成本问题,提高资源利用效率。关键词:关键词:多晶硅;多晶硅生产;节能技术 中图分类号:中图分类号:TQ127.2 0 引言 当前社会发展加速,科学技术水平日益提升,多晶硅作为重要的原材料广泛应用到社会各个领域之内,比如集成电路、半导体、太阳能装置等,而很多原材料则被制作成为单晶硅。但是就目前在生产和应用领域来看,我国的多晶硅生产领域和世界先进水平的差距非常明显,且在加工的环节出现严重的环境污染问题,对行业发展以及社会进步造成很大的影响。因此,重点分析多晶硅生产节能技术才能发挥出节能技术优势,降低能源损耗,实现生产效果
3、的全面提升,为多晶硅产业的全面发展以及社会进步作出贡献。1 多晶硅生产现状分析 1.1 技术水平相对较低 纵观世界光伏产业的发展,多晶硅原料需求量非常大,生产有着更高的要求,必须在多晶硅生产的环节不断提高生产纯度,应达到 7 至 9 个 9,所以应将产品中的硼和磷的含量保持在较小的范围内才能满足其他产品生产的需求,也能有效的降低环境污染的影响。太阳能光伏产业作为现代绿色能源应用的重要技术之一,其多晶硅是主要的原材料,只有使用纯度非常高的硅原料才能提高生产应用的效果,在市场中具备较高的竞争力。目前企业在多晶硅生产的环节,对于高纯度硅原材料的合成、精制、提纯等多个阶段全面监控,满足生产的要求。目前
4、我国多晶硅储量非常丰富,大约占到世界总量的 1/4 左右。但是我国的太阳能产业所应用的多晶硅原料主要是从国外进口,这就使得很多太阳能光伏企业在生产过程中生产成本比较高,这是因为我国生产的多晶硅或者单晶硅材料无法满足生产实际需要,成本逐步上升,极大的限制我国光伏产业的发展,甚至严重阻碍半导体产业的研发,对社会其他行业的发展造成负面影响1。我国的硅原料工业发展起步时间比较早,但是规模相对较小,工艺水平比较落后,环境污染的问题较为严重,能源消耗也比较多,甚至很多企业在生产过程中因为存在严重的经济亏损而不得不停产。据数据统计发现,我国每年的硅原料产量在数十万吨,但是依然不能满足产业发展的要求。迄今为止
5、,我国应用的太阳能硅材料使用量为 4500t,2015 年达到 1.6 万吨。如果不能转变生产工艺、提高多晶硅的生产工艺水平、降低能源损耗,将无法应对当前世界竞争的趋势,对我国光伏产业的全面发展也会带来很大的影响。1.2 应用精馏工艺实现能源降低、污染减小 经过技术人员的综合分析,尤其是通过技术参数的计算和验证,采取增大压力的方式将高温三氯氢硅提纯应用到原料提纯系统之内,再利用加热套塔的使用,使得二塔的高温气体实现进料,减少塔顶水循环和蒸汽部位的能耗,节约能源在 50%左右。而在多晶硅生产工艺体系之内,应用精馏技术选择先进的处理工艺方法,将产品中的金属元素以及非金属杂质清理干净,也能实现能耗的
6、降低,提纯效果的提升。当前多晶硅生产的环节杂质处理方法比较多,比较常见的是湿氮除硼技术,含有水分的氮气和氢气加入到内部,并且加入一定量的硅胶材料,从而实现处理效果的提中国科技期刊数据库 工业 A-172-升。除此之外,在晶硅生产工艺中应用多效精馏以及热精馏工艺组合形成完善的蒸馏系统,达到能源节约的效果。1.3 提升光转电效率,降低生产成本 多晶硅产业发展的环节,促进光伏材料转换效率的提升是实现生产效率提高、成本降低的重要举措之一,也能够给太阳能电池生产企业提供充足的原材料,实现成本有效监控,这也是我国光伏产业发展的重要目标之一。太阳能装置内多晶硅硅片是最为关键的组成部件,其主要作用是将吸收的太
7、阳能转化为电能,所以硅片的性能对太阳能转化效率以及系统使用寿命存在直接的影响。根据目前数据统计发现,在光伏发电系统应用的环节,太阳能转换率在 10%左右。如果硅片的纯度较高,则将转化效率提升到 21%以上,所以重视太阳能电池的生产,提高太阳能转换的效率,对光伏产业的发展以及能源利用率的全面提升有着重要意义。1.4 光伏产业中多晶硅材料成本占据比例非常高 光伏产业发展的过程中多晶硅是主要的原材料,也是生产的主要组成部分,甚至其成本占整个光伏产业的 50%以上。因此,有效的降低多晶硅材料的生产成本,促进多晶硅企业生产效益的全面提升,在市场竞争中也能具备较高的竞争力,对于我国光伏产业的全面发展有重要
8、意义。为了能够有效的降低多晶硅材料生产的成本,选择先进的工艺方案,重视先进生产设备的应用,比如分离传质设备能够实现筛选以及精馏工艺的一体化操作,也能确保多晶硅产品具备较高的清洁性,特别是先进的蒸馏设备投入使用之后应用精馏装置促进多晶硅生产产量的提升,也能使多晶硅生产工艺实现大型化转变。此外,多晶硅生产的环节引入性能优越、规模庞大的合成炉以及还原炉,使得还原反应符合生产的要求,生产水平也在不断的提升。当前很多太阳能电池原材料都是由多晶硅片组合形成的,并且在未来较长发展时期内不会被其他材料所取代,所以对多晶硅产品的生产工艺和产品效果有着较高的要求。这种情况下企业在生产的过程中重视人力、物力、财力方
9、面的投入,使得多晶硅生产工艺水平得到全面提升,处理生产过程中存在的各项废物,优化改进供应降低多晶硅材料的生产成本,也会为我国光伏产业的全面发展奠定基础2。2 多晶硅生产节能技术分析 2.1 选择具备节能性的制备氢气技术 在多晶硅的生产环节利用天然气或者轻质石油方法制氢是目前主要的方式,因为天然气、石油以及水经过催化之后都会形成氢气,同时也会形成甲烷以及一氧化碳,再利用设备进行分离,得出纯度较高的氢气。该方式在生产的过程中工艺系统较为复杂,但是节能性非常的明显,对能源的回收和利用有着更好的作用。2.2 使用氢化节能 目前在多晶硅生产环节氢化节能技术应用非常的普遍,比如使用冷氢化的方式耗电量相对较
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