能评报告年产500吨硅烷项目工程能评报告报告书.doc

节能评估报告景节能评估201213号项目名称： 年产500吨硅烷项目节能评估报告 项目单位： 江西景德半导体新材料有限公司 景德镇市工信节能工程有限公司二一二年十二月二十日主 要 编 制 人 员姓 名职 称研究方向成岳教授材料化学专家汪永清教授环境化学及材料工艺专家夏光华教授环境材料产业化研究王宝华高级工程师材料化学专家汪和平教授热能与工程专家吴卫兵工程师热能与工程专家王志忠工程师热能与工程专家目 录前 言11 评估依据31.1 节能评估报告编制目的31.2 节能评估报告编制依据31.2.1技术文件31.2.2 有关法律、法规31.2.3 有关指导性文件41.2.4 国家行业标准、规范规程41.3 节能评估报告编制内容62 项目概况82.1 建设单位基本情况82.1.1 项目名称及项目建设单位82.1.2 企业概况82.2 项目基本情况82.2.1 项目由来82.2.2 项目建设规模及内容102.2.3 项目实施进度112.3 项目工艺方案112.3.1 工艺流程简述112.3.2 三氯化磷项目总平面布置122.4 项目的主要技术经济指标132.5 项目用能概况142.5.1 项目主要用能设备和供、用能系统142.5.2 项目主要能源消耗结构142.5.3 能源消耗平衡表163 能源供应情况分析评估173.1 项目所在地能源供应条件及消费情况173.2 项目能源消费对当地能源消费的影响183.3环境保护实施情况184 项目建设方案节能评估214.1 项目选址、总平面布置评估214.1.1 项目选址节能评估214.1.2 总平面布置评估214.2 生产工艺、技术方案评估224.3 主要用能工序节能评估234.4 项目主要耗能设备选型评估244.4.1 自控设备选择244.4.2 主要设备制造标准264.4.3主要耗能设备一览表274.5供电系统284.6 供热系统294.7 辅助生产系统能源利用状况分析评估304.7.1供电照明系统304.7.2 自动控制系统304.7.3 变压器系统304.7.4 电机系统314.7.5 暖通动力系统314.7.6 循环水冷却系统314.8 附属生产系统能源利用状况分析314.9 其它设施能源利用状况分析325 项目能源消耗水平评估335.1 项目能源消耗种类、来源335.2 能源加工转换评估336节能对策措施和效果分析366.1 节能措施366.2 能源管理及能源计量配备376.3节能效果分析387 评估结论398 合理化建议409 附件41前 言为贯彻落实中华人民共和国节约能源法、国务院关于加强节能工作的决定、国家发改委关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知、江西省人民政府关于加强节能工作的实施意见（赣府发200624号）、景德镇市人民政府关于进一步加强节能工作的意见（景府发200717号）、江西省工业固定资产投资项目节能评估和审查办法（试行）赣工信节能字2011378号等文件精神和要求，重点能耗企业实施新建、改建和扩建的固定资产投资和技术改造项目必须按照要求进行节能评估和审查。对未进行节能审查或未通过节能审查的项目一律不得审批、核准，更不得开工建设。对擅自批准项目建设或不按照节能审查批复意见建设的，要追究直接责任人的责任。触犯法律的，要依法予以处罚，具体按照江西省关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知执行。硅烷，也称矽烷，化学式为SiH4的一种化合物。在室温下，硅烷是一种易燃的气体，在空气中，无需外加火源，硅烷就可以自燃。硅烷气是太阳能电池生产过程中不可或缺的材料，因为它是将硅分子附着于电池表面的最有效方式，通过硅烷分解成硅和氢得到提纯硅。本项目通过氯硅烷歧化反应法新建年产500吨硅烷气生产线，生产过程闭路，对节能环保有利，转化率高，是当今最先进的硅烷生产技术。同时配套一条3万吨冷氢化装置和精馏装置。项目主要利用冷氢化反应合成三氯氢硅，再利用氯硅烷两步歧化反应来获得硅烷。同时利用冷氢化处理还原生产产生的STC和硅烷生产中产生的STC。项目主要耗能设备有冷氢化反应器、锅炉、加热器、循环泵、风机、加料泵、输料泵、精馏塔等；硅烷法生产工业电子级硅料是化工类高耗能产品，能耗的高低直接影响产品的经济效益。随着电力、天然气等能源价格的上涨，生产成本也在上升。同时，该产品生产工艺技术及装备的先进性是决定产品能耗高低的主要因素。遵照省工信委江西省工业固定资产投资项目节能评估和审查办法（试行）赣工信节能字2011378号文件相关规定，必须编制独立的节能评估报告书，因此年产500吨硅烷项目必须进行工业系统设备和工艺水平的节能评估。1 评估依据1.1 节能评估报告编制目的及意义（1）评价项目是否符合国家、省、市有关节能法律、法规、规章和产业政策。（2）评价项目主要工艺、技术、设备用能的合理性和先进性。（3）评价项目用能量及用能品种的合理性，核算项目能源经济指标并评价其合理性和先进性。（4）为节能监察、监督管理工作部门提供可靠的决策依据。1.2 节能评估报告编制依据1.2.1技术文件年产500吨硅烷项目可行性研究报告1.2.2 有关法律、法规（1）中华人民共和国节约能源法（2）江西省实施节能法办法（3）中华人民共和国可再生能源法（4）中华人民共和国电力法（5）江西省节约能源条例（6）中华人民共和国循环经济促进法（7）江西省人民政府关于加强节能工作的实施意见（赣府发200624号）（8）景德镇市人民政府关于进一步加强节能工作的意见（景府发200717号）（9）江西省工业固定资产投资项目节能评估和审查办法（试行）赣工信节能字2011378号1.2.3 有关指导性文件（1）中国节能技术政策性纲要（国家发展改革委、科技部2006）（2）节能中长期专项规划（3）关于固定资产投资工程项目可行性研究报告“节能篇（章）”编制和评估规定（4）节约用电管理办法（5）重点用能单位节能管理办法（原国家经贸委令第7号）（6）产品结构调整指导目录（2011年本）（国家发改委第40号令） （7）部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2010年本)(工产业2010第122号) （8）高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录(第一批)工节2009第67号（9）高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录(第二批)工节2012第14号 （10）国家重点节能技术推广目录(第一批)国发2008 36号 （11）国家重点节能技术推广目录(第二批)国发2009 24号 （12）国家重点节能技术推广目录(第三批)国发2010 33号 （13）国家重点节能技术推广目录(第四批)国发201134号 （14）工业和信息化部节能机电设备(产品)推荐目录(第一批)工节2009第41号 （15）工业和信息化部节能机电设备(产品)推荐目录(第二批)工节2010第112号 （16）工业和信息化部节能机电设备(产品)推荐目录(第三批)工节2011第42号（17）2011年国家节能中心固定资产投资项目节能评估报告编制指南1.2.4 国家行业标准、规范规程(1)工业类及行业标准工业企业总平面设计规范GB50187-1993工业企业能源管理导则GB/T15587-2008机械行业节能设计规范JBJ14-2004机械工厂年时基数设计标准JBT2-2000空气压缩站设计规范GB50029-2003容积式空气压缩机能效限定值及节能评价值GB19153-2003热处理节能技术导则G/Z18718-2002评价企业合理用热技术导则GB/T3486-93设备及管道绝热技术通则GB4272-2008工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法GB/T1028-2000(2)电气专业供配电系统设计规范GB50052-2009民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008评价企业合理用电技术导则GB/T3485-98低压配电设计规范GB 50054-1995通用用电设备配电设计规范GB50055-9310kV及以下变电所设计规范GB50053-1994 电力变压器经济运行GB/T 13462-2008电力变压器选用导则GB/T 17468-2008建筑照明设计标准GB50034-2004金属卤化物灯能效限定值及能效等级GB 20054-2006金属卤化物灯用镇流器能效限定值及能效等级GB 20053-2006中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级GB18613-2006三相异步电动机经济运行GB12497-2006清水离心泵能效限定值及节能评价值GB19762-2005 (3)暖通专业城镇供热管网设计规范CJJ34-2010采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003房间空气调节器能效限定值及能源效率等级GB12021.3-2010散热器恒温控制阀JG/T 195-2007通风机能效限定值及节能评价值GB19761-2005(4)给排水专业节水型企业评价导则GB/T7119-2006建筑给水排水设计规范GB 50015-2003(2009年版)室外排水设计规范GB 50014-2006(2011年版)室外给水设计规范GB 50013-2006民用建筑节水设计标准GB 50555-2010污水排入城镇下水道水质标准CJ343-2010节水型生活器具CJ164-2002(5)燃气专业燃气燃烧器具安全技术条件GBl6914-2003城镇燃气设计规范GB50028-2006城镇燃气技术规范GB50494-2009(6)建筑专业公共建筑节能设计标准GB50189-2005建筑外门窗气密、水密、抗风性能分析及检测方法GB/T 7106-2008关于加强外墙保温工程安全防火管理的紧急通知建质安20101039号建筑设计防火规范GB50016-2006建筑外门窗气密、水密、抗风性能分析及检测方法GB/T 7106-2008外墙外保温工程技术规程JGJ144-2004全国民用建筑工程设计技术措施建质2009124(7)其它综合能耗计算通则GB/T2589-2008用能单位能源计量器具配备和管理通则GB17167-2006能源管理体系要求GB/T 23331-20091.3 节能评估报告编制内容（1）项目是否符合有关节能法律、法规、规章和产业政策，是否选用国家和省已公布淘汰的用能设备及国家和省产业政策限制内的产业序列和规模容量或行业已公布限制（或停止）的工艺；（2）项目用能条件、总量及用能品种是否合理；（3）项目能耗指标是否超过国家和地方规定的最高限额，是否达到同行业国内或国际先进水平；（4）项目是否符合国家、地方和行业节能设计规范、标准，主要工艺流程是否采用节能新技术；（5）用能计量仪器配备情况等；（6）单项节能工程项目（如热电联产、集中供热）和民用建筑能耗指标是否符合国家和地方能耗限额标准等。2 项目概况2.1 建设单位基本情况 2.1.1 项目名称及项目建设单位项目名称：年产500吨硅烷项目企业名称：江西景德半导体新材料有限公司企业性质：民营企业法定代表人：陆廷秀项目地址：江西省景德镇市高新区产业园内2.1.2 企业概况江西景德半导体新材料有限公司是中电电气集团旗下的一家全资子公司。公司成立于2008年4月，注册资本5亿元，公司员工总人数为459人，其中，本科及以上学历146人，专业技术人员87人。公司总占地面积637亩，目前产能为1500吨/年，远景目标为建成6000吨/年多晶硅生产线。公司集多晶硅原料科研、生产、销售为一体，并于集团其他子公司共同形成包括多晶硅料、拉晶切片、太阳能电池、组件、应用系统在内的完整光伏产业链，是集团紧跟国家能源发展政策，立足光伏产业的重要战略部署。公司采用世界先进的第三代改良西门子技术，大流量、高沉积速度的还原炉技术，独创高效循环生产工艺，利用西门子DCS控制系统，引进美国CDI尾气回收技术，基本实现零排放标准。公司秉承远见、创新、责任的理念，以安全、节能、环保为目标，以为世界输出优质动力为使命，致力于建设世界一流多晶硅制造工厂。2.2 项目基本情况2.2.1 项目由来2.2.1.1 项目建设背景和必要性硅烷是高科技领域必备的原材料。50年前，美国贝尔实验室展示了世界上第一块集成电路，开创了微电子技术的先河。其中硅烷尤其是高纯度硅烷，是制约集成电路可靠性和成品率的重要因素。硅烷的生产和使用由此进入人们的视野。此后，硅烷被广泛应用于半导体元器件、液晶显示器、硅材料太阳能电池等生产中。近年来十分热门的发光二极管（LED）生产更是离不开硅烷气体。硅烷电子特种气体，尤其是高纯电子气体作为电子化工材料，是制约集成电路可靠性和成品率的重要因素。随着电子信息技术的飞速发展，集成度越来越高，对基础原材料的纯度要求已经提高到了6N级(999999)，另外气体的质量对芯片制造有很大影响，随着电子消费品的升级换代，产品制造尺寸越来越大，产品成品率和缺陷控制越来越严格，整个电子工业界对电子气体气源纯度，以及杜绝输送系统二次污染的要求越来越苛刻。超纯、超净、超前是电子气体发展的方向。因此引进制备高纯电子特种气体技术更显得迫在眉睫。目前有能力生产6N级以上高纯电子气体的只有少数国家，而高纯气体在电子产品、航空航天、高效太阳能电池、军事工业方面有着广泛的应用。目前国内厂家生产的产品尚不能全面满足相关电子产品的需要，而且生产能力很小，只能用于制造低规格的产品，而超大规模集成电路所用的6N级别以上纯度的气体根本不能生产，还必须全部依靠进口来解决。这种状况严重地制约着我国电子技术的发展，成为我国发展电子产业的桎梏之一。因此，我公司拟采用氯硅烷歧化法建设年产500吨硅烷气生产线。这一技术的突破和应用，不仅填补了国内硅烷气技术的空白，也为今后国家的电子工业，新能源材料提供了高品质、低成本、大规模原材料供应基地。同时，这一技术的突破，改变了我国多年来依靠进口硅烷气的境况，加速了我国光伏发电平价上网的步伐，更为当前光伏行业的低迷提供了新的增长点。同时，从公司个体角度看，年产500吨硅烷项目是景新公司在一期项目基础上的改造及扩产项目。景新公司一期已经建成的1500t/a生产线，采用世界最成熟的改良西门子工艺生产多晶硅，确保生产流程环保、安全、可靠和产品质量的稳定；公司通过引进并优化美国、日本、德国等国家多晶硅生产企业的全套技术和设备，为公司的优质高效生产打下了坚实基础。一期设计建设由一批经验丰富的中外专家组成，保证了产品生产工艺和流程设计理念一流、技术领先。目前，公司在氯硅烷及多晶硅生产领域，具备相当丰富的经验和较强的技术实力。但目前光伏行业市场十分低迷。美国商务部于2012年5月17日对原产于中国的光伏产品做出反倾销初裁决定，税率为31.14%249.96%，对中国企业出口到美国的光伏产品采取反倾销措施。9月6日，欧盟也不计后果地对中国光伏产业立案“双反”，更使得这一行业雪上加霜。欧盟双反是中欧双方迄今为止最大的贸易纠纷，也是全球涉案金额最大的贸易争端。欧洲是全球光伏产品的最大应用市场，也是中国光伏产品出口的主要地区，对于中国光伏产业而言，这就好比刚刚遭到飓风袭击，又突然遇上龙卷风。受到双重打击的光伏企业资金压力大，举步维艰。但是面对未来的光伏市场，企业要生存就必须发展，发展是硬道理，发展是企业生存的唯一法宝。景新在光伏的寒冬逆势而上，引进最先进的生产技术，消除一期设计缺陷，提高生产效率，降低成本，克服产品单一和竞争压力大，为迎接光伏的春天做好准备。因此，考虑今后多晶硅生产工艺的发展趋势，我司同步计划把硅烷气生产线进行延伸，利用硅烷气生产电子级多晶硅，参与高端市场竞争。一条生产线兼顾了多晶硅和硅烷特气两大产品，克服景新目前产品单一，容易受市场波动影响企业的收益。硅烷气制备多晶硅成本比西门子法制备多晶硅有大幅度的下降，通过硅烷生产，使得企业产品成本下降，提高企业市场竞争优势。随着全球光伏产业的快速发展，硅烷法多晶硅生产工艺越来越受到重视，其原因主要是硅烷法多晶硅工艺有它自身的优点:每千克多晶硅产品的综合能耗比三氯氢硅法低三分之一以上;硅烷法工艺的副产物对环境不会造成大的危害，属于环境友好型多晶硅工艺;生产成本比三氯氢硅法低，具有成本优势;因为硅皖气体没有腐蚀性而三氯氢硅具有较强的腐蚀性，所以硅烷法工艺对工艺管道和设备的要求比三氯氢硅法低，生产工艺系统的总投资比三氯氢硅法低;由于硅烷法工艺流程比三氯氢硅法简单，因此硅烷法工艺的占地面积比三氯氢硅法小，属于土地集约化多晶硅工艺;硅烷法多晶硅中产生的硅粉可以用于浇铸法多晶硅片产品中，解决了硅粉的利用问题。硅烷无腐蚀性，热分解温度低且分解率高，故此法所得硅多晶的纯度高，产率高。项目同时为了解决还原车间电耗较高问题，上冷氢化生产线与硅烷生产和多晶硅生产相配套，把一期的热氢化改造成冷氢化，达到提高STC转化效率，减少消耗，降低多晶硅生产成本的目的，实现零排放零污染，绿色生产。因此，无论是从产业角度还是从企业角度，本项目都有着其不可替代的重要性和必要性。2.2.2 硅烷项目优势分析（1）项目通过歧化反应生产硅烷气，转化效率高，整个过程是闭路，一方投入硅与氢，另一方获得硅烷，因此排出物少，对保护环境有利，同时材料的利用率高，节约成本。（2）利用硅烷工艺生产多晶硅比三氯氢硅法工艺投资更小，生产成本低，而且项目配套3万吨冷氢化改造技术，把一期热氢化淘汰，达到提高STC转化效率，减少电力消耗，强化物料内部循环，减少废弃物排放，节能环保。（3）公司充分利用现有公用工程配套优势。现有的公用工程（水、电、蒸汽等）均能满足500吨/年硅烷项目的要求，而不需要新建或扩建。3台额定蒸发量20T/h燃汽锅炉完全可以满足本项目蒸汽的使用；现行110KV和10KV的变电站可分别满足公司和项目的供电需求，供水能力为4500t/h的水厂满足扩建装置所需。公司仅需投入装置部分投资以及很少的配套工程便可建设500吨/年硅烷装置。做到少投入、多产出，这样既充分利用了企业现有的资源，又可以得到良好的经济效益。（4）本项目采用国内较先进的冷氢化处理技术，与冷氢化配套新建一条3万吨精馏装置，精馏技术加压操作、阻力小、汽液传质充分、产能高。塔顶冷凝器使用循环水即可换热，节约了深冷能耗。塔釜再沸器使用还原工序提供的装置废热，节约蒸汽耗能约60%。 （5）从能源综合利用来看，工艺上采用国际上最先进的四氯化硅冷氢化技术，四氯化硅可实现全部工厂内部消化，且95%以上可以转化为三氯氢硅，利用率高，降低了多晶硅生产的单位电耗。反应釜温度压力采用自动控制技术，物料回流采用自动调节，冷凝器回流采用液封技术，水泵、风机、变压器等采用节能产品，因此，新建年产500吨硅烷项目对整个公司的节能降耗有重要意义。2.2.2 项目建设规模及内容本工程利用现有水、电、蒸汽等配套公用设施，整个项目按照500 t/a高纯硅烷气规模实施，主体工艺流程包括硅烷气生产和四氯化硅冷氢化。1）硅烷气生产线采用两级歧化反应；2）新建一条3万吨冷氢化生产线，处理还原生产产生的STC和硅烷生产中产生的STC；3）与冷氢化配套新建一条3万吨精馏装置。整个生产过程完全实现系统闭路循环，保护环境，绿色生产。2.2.3 项目实施进度项目总的建设周期为24个月，前期可行性研究报告编制和审批工作为6个月，勘察施工图设计1月，设备材料采购及土建施工12个月，安装工作3个月，调试2个月，这几个阶段可以穿插进行。2.3 项目工艺方案选择2.3.1 工艺流程比较简述1、硅烷气生产工艺选择a、金属氢化物工艺该方法的典型代表是美国的MEMC公司。采用氢化铝钠与四氟化硅气体反应合成硅烷气体: NaAlH4+SiF4-一-NaAlF4+SiH4b、硅镁合金法工艺硅镁合金制备硅烷气体工艺也称小松法工艺。硅镁合金法制备硅烷的工艺流程非常简练。小松法制备硅烷工艺是国内历史上研究最多的工艺路线，实现过年产5吨规模的试验性的生产装置线。该方法的主要反应有: Si+Mg-Mg2Si Mg2Si + NH4Cl一一一一SiH4+MgCl2+6NH3c 、氯硅烷歧化反应法，此法利用如下氯硅烷的合成和歧化反应来获得硅烷: Si + 2H2 + 3SiC14=4SiHCl3 6SiHCl3=3SiH2Cl2 + 3SiC14 4SiH2Cl2=2SiH3Cl + 2SiHCl3 3SiH3Cl=SiH2Cl2 + SiH4整个过程是闭路，一方投入硅与氢，另一方获得硅烷，因此排出物少，对保护环境有利，同时材料的利用率高。该方法已经实现千吨级规模生产水平。美国REC(前身为Asimi)采用该方法来制备硅烷气体。本项目拟采用第三种氯硅烷歧化反应法生产硅烷气，生产过程闭路，对环保有利，转化率高，是当今最先进的硅烷生产技术。利用氯硅烷歧化反应法生产硅烷气同时也兼顾了一期西门子生产工艺，与我公司一期装置相互呼应兼容，大大节约项目投资成本，生产工艺流程图如下（图1）：将TCS导入第一台反应精馏塔，该塔在常规填料塔上部装有一催化填料部分。TCS反歧化反应器的主要产物为DCS、STC及未反应的TCS（虽然在此过程中会形成部分硅烷），该反应精馏工艺将大部分TCS留在塔中继续反应。STC作为塔底产物分离出来，送至存储以返回到买方TCS生产，塔顶富含DCS的产物加压后送至第二胎反应精馏 图1 硅烷气生产工艺流程图硅烷生产线由两台反应精馏塔，一台提纯精馏塔及其配套进料槽、进料泵、冷凝器、再沸器、回流罐、回流和塔底泵。将TCS导入第一台反应精馏塔，该塔在常规填料塔上部装有一催化填料部分。TCS反歧化反应器的主要产物为DCS、STC及未反应的TCS（虽然在此过程中会形成部分硅烷），该反应精馏工艺将大部分TCS留在塔中继续反应。STC作为塔底产物分离出来，送至存储以返回到买方TCS生产，塔顶富含DCS的产物加压后送至第二胎反应精馏塔。将DCS导入第二台反应精馏塔，该塔与第一台结构类似，但操作条件不同。来自DCS反歧化反应器的主要产物为硅烷、TCS和未反应的DCS。该反应精馏工艺将大部分DCS留在塔中继续反应。TCS及形成的任何少量STC作为塔底产物分离出来，循环回到第一台反应精馏塔。塔顶产物富含硅烷，送入精馏提纯。硅烷在精馏塔中从DCS中提纯出来。塔顶主要产物硅烷，塔底含有DCS及其他成分，循环回到第二台反应精馏塔。根据TCS进料分析，可能会有一些轻杂质，以精馏塔侧线采出的方式从系统中除去。硅烷存储和灌装：现场硅烷生产、存储、包装和运输设备对人身、设备和建筑的危害降至最低。使用AIGA052/08和CGAG132006硅烷及硅烷混合物储运作为安全距离的指导，现场布置使用买方地皮允许的最大距离。当不能达到建议距离时使用工程设计方案补足。使用的工程设计方案基于现在美国硅烷用户、包装商和生产商的业内惯例。使用两台球罐储存硅烷，储量约为二十天。储罐带有泄压阀，通向工厂火炬系统以缓和任何泄放影响。包括一个罐装系统，槽罐尺寸通常为47升（12KG）和470升（120KG）。灌满槽罐，储存，然后装入箱式拖车和槽罐拖车。ISO集装箱（4000KG）将直接装运。可选择带有槽罐清洁和测试装置的系统。尾气回收及处理：尾气通过一系列冷凝器以冷凝氯硅烷。这些氯硅烷可循环至一期TCS提纯工艺。气体排放物在尾气淋洗塔系统中处理。淋洗塔使用含有氢氧化钠的碱液淋洗气体，减少其中的颗粒，将卤化物转化为溶液中的盐。淋洗后的气体放大气。废液送至一期460废液处理装置中和。2、冷、热氢化工艺选择（1）冷氢化工序工业级硅粉送至硅粉干燥器，干燥后排入硅粉中间仓。硅粉在硅粉中间仓中由氢气带入氢化反应器中。提纯后的四氯化硅经过加压、预热后送至四氯化硅汽化器，汽化后的四氯化硅气体经过加热器进一步加热至500-550送至氢化反应器中。循环氢气和补充的新鲜氢气经各自的压缩机加压后混合，按与硅粉规定比例经过预热器、加热器加热至500-550送至氢化反应器中。如采用氯化氢参与的冷氢化反应，则氯化氢气体也经压缩机压缩后按比例经预热器加热后送至氢化反应器中。在氢化反应器中，硅粉与四氯化硅、氢气（氯化氢）在500-550左右、2.5-3.0MPa压力下进行气固流化反应，生成含一定比例三氯氢硅的氯硅烷混合气，工艺流程如图2。其主要反应方程式如下：3SiCl4（气）+ 2H2（气）+Si(固)= 4SiHCl3(气)Si（固） +2SiCl4 （气）+ H2（气）+HCl（气）3SiHCl3反应后的氯硅烷混合气体经过急冷除尘系统，以除去反应气体中夹带的细微硅粉颗粒，同时降低反应气体温度。除尘后的气体经过冷凝器冷凝分离回收，冷凝液主要为氯硅烷的混合液，送入粗氯硅烷储罐，而氢气返回循环氢气压缩机循环使用。（2）粗馏工序来自冷氢化工序的粗氯硅烷液送入1级粗馏塔进行预分离。1级粗馏塔顶排出含少量的氯化氢和二氯二氢硅的不凝气体被送往废气及残液处理单元进行处理；塔顶馏出液为含有部分SiCl4的三氯氢硅冷凝液，送入精馏工序继续精馏提纯。1级粗馏塔釜得到含高沸点杂质的粗四氯化硅，送入2级粗馏塔进行进一步提纯。2级粗馏塔的作用是将粗四氯化硅和高沸点杂质进行分离，塔顶排出的不凝气体同样送往废气及残液处理单元进行处理。(3)热氢化单元工艺流程简述来自氯硅烷罐区的精制四氯化硅通过泵加压进入氢化炉汽化器，汽化器外设蒸汽夹套，内设盘管，用10bar(g)的蒸汽加热，将四氯化硅汽化送至各氢化的气体混合气柜，与高纯氢气按一定比例在气体混合气柜均匀混合，经氢化炉尾气换热器（力臂克管），由氢化炉反应尾气预热后，通过氢化炉底盘喷嘴进入炉内，在1250温度下，氢气与四氯化硅发生反应，生成二氯二氢硅、三氯氢硅和氯化氢。反应尾气经交换和急冷降温后（290），经氢化炉尾气过滤器过滤后，送至尾气回收工序。氢化反应产生的热量由90的高温热水带走，高温热水分别进入反应器钟罩夹套、反应器底盘、视镜、顶部法兰，对其进行冷却。130的高温水回水经高温水冷却系统及热能回收系统冷却循环利用。工艺流程图如图3。目前，国内外多晶硅生产企业已投入工业化运行的四氯化硅氢化技术主要有冷氢化和热氢化两种工艺，二者技术特点比较如下：表1. 冷氢化和热氢化工艺比较表热氢化冷氢化技术成熟性成熟成熟操作压力0.6 MPaG2.5-3.0MpaG操作温度1250500-550反应原理SiCl4+H2SiHCl3+HClSi+3SiCl4+2H24SiHCl3 Si+3SiCl4 +2H24SiHCl3电耗3.54.5 kWh/kg-TCS0.8-1.2 kWh/kg-TCS一次转化率1520%mol25%mol生产维护较易较难操作技术要求一般较高优点1、 气相连续反应，不需催化剂；2、 操作压力低（0.6MPa），设备安全性能要求低；3、 反应使用精制STC无硼磷等杂质带入，后续的精馏单元简单；4、 工艺及设备成熟，有一定的运行经验。1、 硅粉连续加入，流化床反应，可以连续大规模生产（单条线可以做到5万吨以上TCS产能）；2、 单位电耗低（0.8-0.9KWh/h）；3、 STC转化率高（一般25%左右、最高可达30%）；4、 TCS成本较低（2500元/吨TCS）；5、 Si、Cl消耗低，三废处理量小，环保压力低（Si：1.17-1.18，Cl：0.45-0.5）；6、 国内、外工艺已经成熟，运行业绩较多。7、 投资省（3000吨多晶硅配套冷氢化8000-16000万元） 缺点1、反应温度高（1250）、电耗高（3.5-4.5KWh/Kg.TCS）；2、STC转化率低（15-20%）；3、多晶硅产品含C较高，氢化炉内件（隔热屏、加热体）为石墨或C/C材料，在1250会与H2反应生成CH4混在H2中，通过回收H2带入多晶硅；4、维修率高，单台炉运行周期在3-4个月；5、单台设备产量低、配套设备多，3000吨规模需配10-14台氢化炉；6、对公用系统参数要求高，水、电、蒸汽参数操作范围窄，易连锁停车；7、异常停炉，石墨件、加热体损坏率高；8、Si、Cl消耗高，三废处理量大，环保压力高（Si：1.4，Cl：1.8）；9、投资大（3000吨多晶硅热氢化投资国产2.2亿元、进口3.5亿元）。1、反应属气固反应，操作参数苛刻，料位、压力、温度控制范围较窄，较难掌握经济运行参数点；2、操作压力高（2.5-3.0MPa）、设备（INCOLOY 800）、阀门、管道材质、加工工艺要求高；3、硅粉气相进料，阀门、管道磨损严重，气相介质密封难度大；4、气固沸腾反应，设备、管道磨损严重、安全性要求高；5、由于多晶硅企业间保密，无成熟运行经验可循、员工综合素质要求高；6、硅粉带入杂质、产品TCS需曾设精馏装置。29PFD2氯硅烷STCH2急冷塔顶回流泵STC加热器H2加热器H2压缩机急冷塔氯硅烷储槽急冷塔顶2级冷却器急冷塔顶1级冷却器急冷塔旋风分离器冷氢化反应器硅粉缓冲槽吊车加料斗粗TCS去V1300精馏PFD1冷氢化粗馏1级塔再沸器冷氢化粗馏1级塔回流泵冷氢化粗馏1级塔冷凝器冷氢化粗馏2级塔再沸器冷氢化粗馏2级塔回流泵高沸残液去残液处理粗STC去罐区冷氢化粗馏2级塔冷凝器回流罐冷氢化粗馏2级塔回流罐冷氢化粗馏1级塔图2 冷氢化单元工艺流程图 年产500吨硅烷项目节能评估报告书 汽化器氢化炉氢化炉尾气过滤器AEG调控箱氢化炉变压器110变电站内10KV变电所回收氢气和制氢站氢气N2夹套冷却水电极冷却水整流器冷却水尾气回收来自罐区精制的SiCl4图3 热氢化单元工艺流程通过两种氢化工艺优缺点对比，冷氢化法生产多晶硅电耗低，STC转化率高，Si、Cl消耗低，三废处理量小，环保压力低，因此，项目选择配套3万吨/年冷氢化法处理STC。3、与冷氢化配套新建一条3万吨精馏装置本项目精馏考虑和3万吨的冷氢化装置配套，利用耦合技术，蒸汽消耗大幅降低，装置处理能力大，操作弹性大。新建精馏装置的高低沸物的分离提纯，可使用一期已使用的8、9塔可达到回收的目的，也可满足生产要求。高沸残液去残液处理粗STC去罐区冷氢化粗馏2级塔冷凝器回流罐2.3.2 硅烷项目总平面布置满足工艺流程要求，保证生产线短捷，尽量避免管道来往交叉迂回，并将公用工程消耗量大的装置集中布置，尽量靠近供应来源，合理布置场地内用地，注意节约用地。项目平面布置主要分为六个部分：硅烷生产装置、硅烷气充装系统、冷氢化、精馏、废气废液处理、罐区等，年产500吨硅烷项目是景新公司在一期项目基础上的改造及扩产项目，项目直接建设在景新公司现有厂区，实施后与景新公司一期项目共同形成一个完整的闭路循环系统，达到整个生产过程物料的完全利用，绿色无污染。原料取材方便，后处理容易，同时具备配套的公用工程及运输条件，生产十分便利。2.4 项目的主要技术经济指标表2-1 项目主要经济技术指标序号指 标 名 称单位数量备 注一产品方案及生产规模1.1硅烷t/a5001.2TCS生产规模冷氢化处理装置万吨31.3精馏装置万吨3二年操作日d300三主要原辅、燃料年总消耗量3.1三氯氢硅t/a173503.2液氮t/a23003.3甲醇t/a6703.4歧化催化剂t/a63.5吸附剂t/a33.630%氢氧化钠溶液t/a85四公用动力消耗量4.1供水万t/a1704.2供电万kwh29764.3 天然气万m/a1275五运输量5.1运入量t/a204145.2运出量t/a2000六全厂定员人4596.1其中：生产工人人2806.2管理、专业技术人员人179七占地面积7.1厂区占地面积亩6377.2全厂建筑面积亩400八工程项目总投资万元32097九能耗指标吨标煤/年19963十固定资产投资万元20553十一年平均销售收入万元18900十二年均总成本费用万元11375十三年均税金及附加万元145十四年均利润总额万元