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

发布时间：2020-11-01 00:11

　　 三氯氢硅混合体系精馏工艺作为太阳能级多晶硅生产过程中关键的操作环节,影响着最终多晶硅产品的品质。多晶硅生产合成工段的反应液经过深冷后进入三塔串联精馏系统,三个塔依次命名为预分离塔、三氯氢硅塔与四氯化硅塔。预分离塔脱除氯化硼、二氯二氢硅、氯化氢及氢气等轻组分,塔釜采出三氯氢硅、四氯化硅及高沸物杂质作为三塔进料,于三氯氢硅塔塔顶得到高纯度99.93%的三氯氢硅产品,塔釜采出四氯化硅及高沸物杂质作为四塔进料,四塔脱除三氯氧磷、氯化锌及氯化铜等重组分,塔项采出混有少量三氯氢硅的四氯化硅,返回原料罐,塔釜采出高沸物杂质,提馏段侧线采出高纯度99.85%的四氯化硅产品。本课题针对新型三塔精馏工序,使用化工模拟软件Aspen Plus对三个塔适宜的操作条件、能源消耗进行模拟分析,根据塔器能耗特点提出了两种新型的节能改造方案。本课题首先针对系统组成物性进行分析,通过查阅文献获取三氯氢硅-四氯化硅体系的汽液相平衡数据,选择PENG-ROB热力学模型对热力学数据进行拟合回归,得到二元交互作用参数。利用软件中的灵敏度分析及设计规定功能确定了各个塔器的最优操作参数,优化后预塔的最优操作条件为：操作压力0.150 MPag,理论板数20块,进料位置在第6块板,回流比27.0,塔顶采出量435kg/h,塔釜氯化硼杂质含量1.92×10-8,小于20ppb,满足工艺指标要求。优化后三塔的最优操作条件为：操作压力0.150 MPag,理论板数25块,进料位置在第11块板,回流比3.0,塔顶馏出量4785 kg/h。优化后四塔的操作条件为：理论板数18块,操作压力0.250 MPag,四氯化硅产品侧线采出在第12～14块理论板,侧采量894kg/h,塔顶三氯氧磷杂质含量2.45×10-6,氯化磷杂质含量6.13×10-6,实现了分离任务书要求。将三塔串联精馏与传统双塔以及三塔并联工艺模拟数据进行比较。由于传统双塔工艺中轻组分脱除不完全,且最终产品中硼杂质含量超标,不能满足生产要求。三塔并联精馏工艺可满足工艺任务要求,但总回流量大,且各个塔的塔釜再沸器热负荷总量与三塔串联工艺相比高出38.45%,不利于节能降耗。对三塔串联各精馏塔能耗与塔顶、塔釜温度进行分析,将三塔塔顶蒸汽作为预塔塔釜再沸器的热源,完成预分离塔、三氯氢硅塔之间的双效精馏模拟,在有效利用低品位热源的同时降低了冷却设备成本。通过可行性分析,设计了三氯氢硅塔开放式A型热泵精馏工艺,计算确定了热泵压缩机最佳压缩比以及适宜的压缩机出口压力,改造后的工艺与原工艺相比,节省了205.26万元／年的公用工程费用,节约能源达81.41%,具有可观的经济效益与环境效益。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ127.2
【部分图文】：

况巧（ｇ）?＋?２／／；（《）＋沉（Ｓ）…．誦?＞?２ＳｉＨ：ＣＬＡｇ）?（１－１３）??冷巧化ＳｉＣＵ工艺流程见图１－８，冷氨化技术的四氛化娃单程转化率约在２０％？２５％，??生产Ｓ氛氮巧的单位能耗在０．８？２．２ｋＷ‘ｈ／ｋｇ左右。与热氨化技术相比，冷氨化具备四??氯化娃转化率髙、工芝反应温巧低、操作较稳定、能耗小等优巧。缺点是反应在高压??下进行，巧粉进料难，且存在安全隐患，产品不易分离，设备损耗快，成本较高。??目前对冷氨化工艺的主要研巧方向是：优化操作参数，在降化反应湿度的同时提??升转化率；改造进料设备，増加使用周期；开发促成高反应转化率且自身稳定性强的??催化剂等措施。?

Ｉ?叫??Ｉ??ｌ－ＳｉＣＵ汽化器；２—?ａ化反应器；３—冷凝分巧系统??图１－７热氯化ＳｉＣｌｉ工艺流程围??Ｆｉｇ．?１－７?巧０Ｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?化ｅｒｍａｌ?ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ?化ｔｒａｃｈｌｏｒｉｄｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ??冷氨化技术工艺ｆ３２ｌ为，使用氛化亚铜、铁基或镇基作为催化剂，Ｈ２与ＳｉＣｌ４摩尔??比为（２？８）?：?１，ＳｉＣｋ?（ＳＴＣ）、化、娃粉、催化剂一同在流化床反应器中，进行??气固相反应生成ＳｉＨＣｌｖ反应方程式：??３?况?Ｃ７４（ｇ）＋?２／／２（別＋况（Ｊ）—＾＾＾＾４?况／／ａ，（ｇ）?（１－１２）??反应温度４２０？６５０‘Ｃ，反应压力为１．０？３．５?ＭＰａｇ，同时伴随有二巧二氨珪副产物生??成，副反应方程式：??况巧（ｇ）?＋?２／／；（《）＋沉（Ｓ）…．誦?＞?２ＳｉＨ：ＣＬＡｇ）?（１－１３）??冷巧化ＳｉＣＵ工艺流程见图１－８，冷氨化技术的四氛化娃单程转化率约在２０％？２５％，??生产Ｓ氛氮巧的单位能耗在０．８？２．２ｋＷ‘ｈ／ｋｇ左右。与热氨化技术相比，冷氨化具备四??氯化娃转化率髙、工芝反应温巧低、操作较稳定、能耗小等优巧。缺点是反应在高压??下进行

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【参考文献】

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本文编号：2864719