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多晶硅和石英玻璃联合制备法的优点

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-01-16  浏览次数:214
核心提示:多晶硅和石英玻璃的联合制备法的热能是被充分利用的,其生产过程没有反复升降温的现象,因此可以节能,而且节能的数字是相当可观
多晶硅和石英玻璃的联合制备法的热能是被充分利用的,其生产过程没有反复升降温的现象,因此可以节能,而且节能的数字是相当可观的。
  
  采用传统的单项生产法生产多晶硅,还原料从鼓泡器里出来后被送进还原炉。在炉内还原料被加热到1150~1250℃,发生了氢还原反应,生成多晶硅。采用这种生产法,进入还原炉的还原料只有少数(一般认为10%~20%)参加反应,生成了多晶硅,绝大多数被当作尾气排放了。最初,这些尾气被当成废气放掉,造成极大的浪费。为避免浪费,人们把尾气中的氢气和四氯化硅回收,经净化提纯后再利用。这样一来,出来的高温料,进入由冷冻分离器和氢气回收组成的回收系统回收。在回收系统里,还原料被冷冻降温至四氯化硅的沸点(57.6。C)之下,一般认为应在40~38℃为好。如按还原料在还原炉里的低限温度1150℃,
  
  降温后的上限温度40。C计算,也要降温1100℃。问题是,回收后4()℃的常温还原料要重新被送入鼓泡器里,然后通进还原炉,再次被加热到11501250。C的高温。
  
  从上述工艺中可以看出,进入还原炉被加热的大部分还原料(占进炉料9()%)没有被利用就被送出降温,而且降温后又被重新送入还原炉成为参加新一轮反应的还原料。很明显,这是一种浪费,没有参加反应的还原料按理说应该不加热。可问题是,在还原炉里,没有参加反应的还原料与参加反应的还原料是混在一起的,根本无法分开,如果没有参加反应的还原料不加热,那么,参加反应的还原料也无法加热。我们知道,参加反应的还原料温度低是无法进行化学反应的,也就无法生产出多晶硅。所以,如果采用传统的单项生产法生产多晶硅的话,上述浪费是不可避免的。
  
  如果采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法,由还原炉里出来没有参加反应的还原料不进入回收系统,而被当成生产石英玻璃的原料直接进入制砣机,因此不用降温。也就是说,采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产多晶硅是可以避免上述浪费的,可以节约80%~90%的能源。这只是生产多晶硅,采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法来生产石英玻璃也一样具有明显的节能优势。
  
  采用传统的单项生产法生产石英玻璃,也需要将送进制砣机的合成料加热,而且升温的幅度要更大。一般认为,制砣机的反应区里要达到1400~1600℃的高温,而要达到如此高温需要消耗大量的能源。传统的单项生产法生产石英玻璃是靠氢氧燃烧来获取高温的。我们知道,在单项生产的合成料里已经含有氢气了,可为了达到此高温,还得另外向制砣机的反应区里通人燃料氢气和助燃的氧气,而且燃料氢气的量要大于合成料所含的氢气。
  
  如果采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法,由还原炉里出来没有参加反应的还原料被当成合成料直接进入制砣机。该料温度已经很高,在1150~1250℃左右。这样的料通入制砣机就不用再另外向制砣机的反应区通人燃料氢气,因为该料所含的氢气燃烧所产生的热量已经完全可以满足化学反应的需要了。由此可以看出,
  
  采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法来生产石英玻璃可以节省50%~6()%的氢气,可见这些数字是相当可观的。
  
  2.环境保护
  
  多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产是连续的,设备是串联的,是将上一个产品的尾气或尾液作为下一个产品的原料,使本应作为废气排出的尾气得到了综合利用。因此,它不仅可以减少废气的排放量,而且还可以减轻对环境的污染。
  
  采用传统的单项生产法生产多晶硅,要放出尾气,即使有了由冷冻分离器和氢气回收组成的回收系统,也还是要排放出尾气,只不过,尾气的数量少得多。上述尾气是由没有参加反应的还原料与参加反应后产生的废气共同组成。没有参加反应的还原料主要是由氢气和四氯化硅组成;参加反应后产生的废气主要是氯化氢。氢气的排放不会对环境造成污染,可四氯化硅和氯化氢就不同了,它们都是有毒物质,会对环境造成严重的污染,是不可以直接排放到大气中的。四氯化硅是有强烈刺激性的物质,可以使人窒息。据说,在第二次世界大战时德国人曾经想把四氯化硅当作化学武器来使用,由此可以想像到它的危害有多大了。氯化氢气体的毒性也是相当大的,它遇水会变成三大强酸之一的盐酸,对人体、建筑物、设备、环境都有极大的危害。
  
  采用传统的单项生产法生产石英玻璃,也要排放出尾气。该尾气中也同样含有有毒的氯化氢,因此也同样会对环境造成危害。
  
  如果采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法来生产多晶硅和石英玻璃,尾气问题就会解决了。多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产多晶硅的还原炉放出尾气没有直接放空,而是被直接送入制砣机里来生产石英玻璃。这样一来,生产多晶硅的尾气污染问题就会大大减轻了。
  
  采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产石英玻璃,制砣机出来的尾气被送人尾气处理系统。该尾气处理系统可将制砣机放出来的尾气转变为稀盐酸和二氧化硅。二氧化硅是无害的,它的颗粒细小而且纯度极高,是高级的纳米级材料,其用途是比较广的。它不仅可以成为制药、制漆添加剂,而且还可以成为很多化工生产的原材料。稀盐酸是有害的,但可以把它回收,浓缩成为成品酸。成品盐酸也是重要的化工产品,用途广泛。稀盐酸也可以不回收,只要再加进一些碱,使其中和,危害就没有了,也就可以排放了。由此看来,采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法来生产多晶硅和石英玻璃,不仅可以减少废气的排放量,而且还可以减轻对环境的污染。
  
  3.设备费用少
  
  多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产可以省掉一些设备,从而可以节约投资,并可减轻操作人员的劳动强度。
  
  采用传统的单项生产法生产多晶硅,需要有一台四氯化硅合成炉和一套四氯化硅提纯系统。采用传统的单项生产法生产石英玻璃,同样需要有一台四氯化硅合成炉和一套四氯化硅提纯系统。如果采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产四氯化硅和多晶硅,上述设备是合一的,从设备数量上看,多晶硅和石英玻璃的联合制备法比传统的单项生产法减少一半。只是设备要大一些,但单个设备的投资增加不会太多。比如四氯化硅合成炉,它的直径加大一倍,它的产量就可以增加四倍。四氯化硅提纯系统里的设备也同样,尺寸增加一点,产量就会增加很多。
  
  采用传统的单项生产法生产多晶硅和采用传统的单项生产法生产石英玻璃都同样需要有一套由冷冻除湿、除氧、干燥组成的氢气净化系统和一个鼓泡器。如果采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产,这些设备也是合一的。
  
  采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产比单项生产法节省最多的地方还不在于此。
  
  采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产比单项生产法节省最多的地方还不在于此。
  
  采用传统的单项生产法生产多晶硅,需要一套由冷冻分离器和氢气回收系统组成的回收系统,而采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产就不需要这套回收系统。这套系统是由科技含量高、造价高的成套设备组成的。我们知道,家用的冰箱的最低温只有摄氏零下十几度,一般的冷库的最低温也只有摄氏零下三十几度,可这套系统所用的冷冻温度要到摄氏零下八十几度,甚至更低;家用的冰箱只是单级压缩,要求深冷的冷库也只有双级压缩,而这套系统所用的冷冻机是复叠式的,是在双级之上再加了一级压缩的,而且组合方式也是特别的。据估算,这套系统所需的费用应占总设备费用的三分之一左右。就此一项,采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产就可节省设备费三分之一左右。
  
  很显然,设备少,不仅可以节约投资,而且还减轻了操作人员的劳动强度。
  
  4.基建投资少
  
  采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产,可以省掉一些设备和厂房,基建投资减少,总的投入也减少(见附表3),付出的代价也就小,从而促进这些产品的生产。
  
  5.与氯碱工业联合对平衡问题和污染问题的解决
  
  近年来我国的氯碱工业发展较快,目前,其产量已居世界第2位。虽然如此,我国的氯、碱产品还是不能满足国内市场的需求。
  
  我国的氯碱工业能不能再进一步发展呢?这要看氯与碱的平衡问题能不能得到解决了。
  
  目前烧碱的生产方法几乎全部采用电解食盐水的方法,这样,每生产0.88t氯气则联产1t烧碱,这一比例,目前是无法改变的。但问题是,市场对氯碱的需求比例并不是0.88:1,而是一个变数,也就是说,氯与碱的市场需求是不平衡的。有的时候氯是过剩的,有的时候碱是过剩的,无论氯与碱哪种过剩都会造成氯与碱的不平衡。氯与碱的不平衡还会影响环境,不管氯与碱哪一方过剩积存,都可能造成对环境的污染。所以,氯与碱的平衡是氯碱工业发展的关键,氯与碱的平衡问题得不到解决,我国的氯碱工业就很难再发展。
  
  氯气是多晶硅和石英玻璃联合制备法的重要原料,该制备法是消耗氯的。如果在氯过剩时,让该制备法与氯过剩的氯碱工业联手,就可以帮助解决氯与碱的平衡问题。氯与碱的平衡问题解决了,氯的积存就会减少,甚至为零,污染问题也就迎刃而解了。
  
  6.电子工业材料——多晶硅瓶颈问题的解决
  
  前面我们说过,多晶硅是电子工业的基础材料。由于采用传统的单项生产法生产多晶硅,需要付出资源和环境的极大代价。过大的代价制约了多晶硅的生产发展。目前,由于多晶硅短缺,迫使一些电子工业厂家减产,甚至停业。很显然,多晶硅已经成为当前电子工业发展的瓶颈,阻碍了电子工业的发展。
  
  采用多晶硅和石英玻璃的联合制备法生产多晶硅,代价会减少,从而促进多晶硅的发展,电子工业材料(多晶硅)的瓶颈问题也就因此得以解决。
 
 
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