洛阳晶辉新能源科技有限公司
1、低温氢化技术⽅案
“低温氢化”反应原理为：四氯化硅（SiCl4）、硅粉（Si）和氢⽓（H2）在500℃温度和1.5MPa 压⼒条件下，通过催化反应转化为三氯氢硅（SiHCl3）。化学反应式为： 3SiCl4+Si+2H2=4SiHCl3
⾏业“低温氢化”虽然⽐“热氢化”具有能耗低、设备运⾏可靠的优点，但是尚存⼀些不⾜：
（1）实际转化率偏低——四氯化硅（SiCl4）实际转化率⼀般在18%左右；
（2）催化剂稳定性差——导致催化剂寿命短、消耗量⼤、成本⾼；特别是催化剂载体铝离⼦容易造成“铝污染”； （3）设备复杂、系统能耗⼤——⼯作温度⾼，所以氢化炉需要内或外加热，设备复杂，系统⽆有效的能量回收装置，系统能耗⾼。
3）“催化氢化”技术⽅案
针对上述四氯化硅（SiCl4）冷、热氢化存在的缺点和问题，洛阳晶辉新能源科技有限公司和中国⼯程院院⼠、中⽯化权威催
化剂和化⼯专家合作，在传统“低温氢化”基础上进⾏改良，⾃主创新开发出了新⼀代“改良低温氢化”技术——“催化氢化”。
（1）“催化氢化”技术路线
开发⾼活性多元纳⽶催化剂——在现有单活性⾦属基础上，引⼊第⼆活性⾦属，并采⽤特殊负载⼯艺，使活性⾦属呈纳⽶状态，提⾼催化剂活性；开发⾼稳定性催化剂载体——解决现有催化剂稳定性差问题，延长催化剂使⽤寿命，同时解决“铝污染”；
（2）“催化氢化”技术特点
催化剂活性⾼，特别是反应?选择性好——四氯化硅（SiCl4）单程率达到22%，以上（最⾼可达25%）；
实现热量耦合、节约能源——需要的外加热量⼩，减少系统能源消耗；催化剂稳定性好——寿命长、
⽤量⼩、避免了Al2O3分解带来的“铝污染”；反应温度进⼀步降低，反应炉不需要内（或外）加热，并设能量综合回收装置，降低了系统能耗；
系统⽤氢细致划分，由电解氢改良为多晶硅⽣产过程的回收氢⽓，既节约了制氢站电解氢的消耗量，同时也有利于提⾼多晶硅
⽣产中氢⽓的质量；良好的除尘技术和反应渣吹除技术，保证系统的稳定运⾏、安全环保，减少了环境污染。针对本项⽬，根据⾏业四氯化硅（SiCl4）“低温氢化”成功应⽤的实际和向“低温氢化”发展的趋势，⾸先选择“低温氢化”⼯艺技术；同时，鉴
于“催化氢化”在现有“低温氢化”技术的基础之上实现了改良，具有转化率⾼、物耗能耗低、使⽤回收氢⽓、消除“铝污染”的显著优点，本项⽬技术⽅案确定采⽤“催化氢化”技术。
3.2. 项⽬⽣产⼯艺流程
SiCl4“催化氢化”主⽣产⼯艺由催化氢化⼯序、氯硅烷提纯⼯序组成： 1) SiCl4催化氢化⼯序⼯业级硅粉同特定催化剂混合均匀后，装⼊⼲燥炉；氢⽓经加热后，进⼊⼲燥炉⼲燥硅粉、还原催化剂；从⼲燥炉出来的氢⽓进⼊氢⽓净化装置处理后，返回系统；⼲燥之后的硅粉、催化剂混合料，暂存于⼲燥炉，以备反应之⽤；原料氢（来⾃多晶硅系统）经压缩机升压到后进
⼊混合器与四氯化硅混合、配⽐，氢⽓-四氯化硅混合⽓体经加热后通⼊反应炉与来⾃混合料加⼊装置的混合料反应⽣成
沉淀池三氯氢硅（SiHCl3）；⽣成物三氯氢硅（SiHCl3）和未反应的四氯化硅（SiCl4）、氢⽓（H2）、⼆氯⼆氢硅（SiH2Cl2）及少量氯化氢（HCl），经⾼效过滤器过滤后进⼊冷凝装置，被冷凝下
来三氯氢硅（SiHCl3）、四氯化硅（SiCl4）混合液进⼊氯硅烷提纯塔，得到三氯氢硅（SiHCl3）和四氯化硅（SiCl4）；四氯化硅（SiCl4）返回系统再次循环转化，三氯氢硅（SiHCl3）三氯氢硅进⼊多晶硅⽣产系统⽣产多晶硅；未被冷凝的氢⽓（H2）和少量⼆氯⼆氢硅（SiH2Cl2）及氯化氢（HCl）返回系统。
2) 氯硅烷提纯⼯序
铁橡栎
氯硅烷冷凝料经过提纯1#塔、提纯2#塔两塔连续提纯，控制⼀定的温度、压⼒、回流⽐，提纯1#塔塔顶采出轻组分，塔釜物
料进⼊提纯2#塔，提纯2#塔塔顶采出三氯氢硅（SiHCl3），中层塔板采出四氯化硅（SiCl4）返回催化氢化⼯序，塔釜采出重组分连同提纯1#塔塔顶采出的轻组分⽔解或外卖。
3.3. 主要⼯艺技术指标
本项⽬主要⼯艺技术指标见下表：
序
项⽬技术经济指标备注号
1转化SiCl4量：t/a20000
2⽣产SiHCl3量：t/a 20000
3单程转化率≥20%
4硅粉耗量：t/a1150
5催化剂耗量：t/a16
回收氢⽓耗量：
6
200
*104Nm3/a
电解氢⽓耗量：
36
7
*104Nm3/a
8电耗：*104kW.h/a1600
9残液量：t/a900
10低沸物量：t/a300
四氯化硅⾼压低温氢化
⽣产⼯艺技术
3.1⾼压低温氢化⼯艺概述
本建议书提供的氢化⼯艺反应是在独特的流化床反应炉内、维持⾼压和⼀定温度，STC与H2、Si进⾏反应⽣成TCS。为了加速反应的进⾏和提⾼反应速率、氢化转化率，另还添加了催化剂。反应原理如下：STC、H2、Si粉和催化剂作为原料送⼊氢化反应炉内，Si粉中的⼀些杂质也进⾏反应⽣成⾦属氯化物。
柔性线路氢化主要反应如下：
Si+ 2H2 + 3SiCl4催化剂 4SiHCl3
SiCl4+Si+2H2=2SiH2Cl2
2SiHCl3=SiCl4+SiH2Cl2
在正常⼯况运⾏下，STC的最⼩转化率η≥24%，通过添加催化剂，可使转化率提⾼⾄26～28%。STC转化率计算⽅式如下：
η= ×100%
添加进⼊反应炉内STC摩尔量流化床内氢化反应发⽣在近3MPa、500℃条件下。反应炉的设计制造将要考虑这些因素。
3.2⼯艺流程及⼯艺描述
本氢化提纯⼯艺可以被简单称为前段⾼压、后段低压处理流程。前端⾼压处理⼯艺包括氢化反应炉、固/液杂质收集处理系统
和氢⽓回收循环利⽤系统。后段低压处理⼯艺主要包括TCS杂质去除系统、TCS/STC分离系统和储存系统。拟选⽤⼯艺流程图见图3.1所⽰。主要设备表见表3.1所⽰。
STC通过STC给料泵（P-102）将其从储罐内进⾏给料，液态STC加料时通过泵加压的压⼒接近30kg/cm2,STC经两台⼯艺-⼯艺热交换器加热。第⼀台⼯艺-⼯艺热交换器（STC 预热热交换器E-204）将STC加热⾄150℃。被预热后的STC经第⼆台⼯艺-⼯艺热交换器（E-203），该热交换器相当于STC的蒸发器，STC 在此被进⼀步加热到近260℃从⽽蒸发为⽓体。被蒸发后的STC
进⼊电加热器（STC过热器E-202），STC在此被加热⾄近运⾏温度550℃。
H2压缩机（K-101）将H2压⼒提⾼⾄30kg/cm2⽽进⼊反应炉。H2压缩机进料⼝的H2来⾃两处，⼯⼚制氢站（在图3.1未显⽰）和氢化/提纯系统界区内回收循环利⽤。经压缩后的H2经缓冲罐（T-103）⾄电加热器（H2过热器E-201）H2物在此被加热⾄近550℃。⼲燥除去⽔分后硅粉和催化剂混合后进⼊硅粉给料罐（T-201）。通过双锁给料⽃加⼊氢化反应炉（R-203）。双锁给料⽃通⼊H2使其压⼒接
近30kg/cm2。位于双锁给料⽃与充压的氢化炉之间的耐磨盘阀的开启和关闭使给料⽃内的硅粉进⼊反应器。运⾏过程中的硅粉是批量加料的，每⼩时平均在1～2次。
过热的H2和STC按⼀定⽐例混合从氢化炉（R-201）底部进⼊，混合⽓体在（P-203）的STC/TCS混合液通过喷头进⼊淋洗塔，保持塔内STC/TCS液位。喷头规则分布，使进⼊塔内的⽓体与塔内液体和补充回流进⼊的液体充分接触。经过热量交换和除去未反应硅粉、⾦属氯化物和部分重组分的⽓体从塔顶进⼊热交换器（E-204），在此热交换器内，液态STC被预热，⽓体进⼀步冷却⾄85℃。随后进⼊冷却⽔冷却器（E-205）、-15℃冷凝器（E206）、-65℃冷凝器（E-207）进⼀步冷
却，STC、TCS被完全冷却下来，流⼊粗TCS（TCSC）再循环储罐（T-203），不凝⽓体主要是H2、HCl和极少量的TCS，H2经除雾器（B-201）除
去液态⼩液滴后，返回循环利⽤。进⼊T-203内的氯硅烷混合液体⼀部份再循环⾄淋洗塔T-202补充其内STC和TCS。另⼀部份经过过滤器（F-201）后进⼊提纯系统的给料罐（T-301）。⾄此，本⼯艺系统前段的⾼压段处理系统结束。粗TCS进⼊后段低压分离/提纯系统。
后段低压分离/提纯系统主要由两台精馏塔（C-301重组分去除塔）（C-302 SCT、TCS分离塔）和中间储罐等组成，粗TCS
在C-301塔除去氯硅烷的重组分及HCl后，在C-302塔进⾏STC 和TCS分离；合格的TCS作为产品（TCSP）储存在TCSP储罐（T-304）中，⽤泵（P-304）输送⾄三氯氢硅提纯系统进⾏提纯，⽽⾼纯STC（STCP）存储于STCP储罐（T-104）再作为原料循环⾄氢化炉继续进⾏氢化转换。
三、主要技术经济指标
表3.1 原料消耗数据表
序号
[/td][td=1,1,151]
名称
[/td][td=1,1,173]
消耗量（公⽄/
吨TCS）
[/td][td=1,1,142]
备注[/td][/tr]
1MGS58
2STC960
3H27.8
表3.2 能量和公⽤⼯程消耗数据表
消耗量（公⽄/吨
备注序号名称
TCS）
1电800kWh
2蒸汽 1.1t1MPa 3冷却⽔90t 循环
4压缩空⽓2m³
5仪表⽓30m³³
6氮⽓60m³
7氢⽓80m³
8冷媒16500kg
9冷媒22200kg
表3.3 产品质量指标
名称含量
TCS＞98.5%
STC＜1.5%
DCS＜0.3%
注: 以上指标是根据年处理50000t 四氯化硅量的结果，指标根据四氯化硅处理量的不同，会有变化。
SST冷氢化技术
1、⼯艺描述
SST冷氢化技术采⽤Si+H2+SiCl4+歧化+SiH4精馏提纯+硅烷热分解。向我⽅提供的技术如图3-1
1)
氢化
主要反应Si+2H2+3SiCl4→SiHCl3
吸热反应
反应温度600℃
反应压⼒ 10
转化率
21%
反应温度对转化率的影响是主要的
过程：贮缸内的硅粉⼲燥除⽔后⼀缸⼀次加⼊到氢化炉内，属间歇加料⽅式，⾮连续式。H2⽓⽤压缩机加压到10barg，并加热到600℃连同SiCl4（泵送、10barg、加热到600℃）混合⼀起加⼊到氢化炉内，Si+ H2+ SiCl4进⾏吸热反应⽣成SiHCl3。SiHCl3混合物经吸收、冷凝、2个精馏塔提纯，得到SiHCl3和SiCl4，SiHCl3送去歧化，SiCl4返回送⼊氢化炉。在冷凝分离过程中收集的H2⽓也返回氢化炉使⽤。氢化过程选⽤的设备如压缩机、泵、反应器、塔器、加热器、冷凝器、换热器、过滤器器和贮罐等共50台（套）。
1)
铵催化剂
歧化
主要反应：4 SiHCl3
SiH4+3SiCl
转化率：
25%
催化反应塔内在铵催化剂作⽤下，将送⼊的SiHCl3歧化成SiH4，在⽣成物中含有没有起反应的SiHCl3和反应后⽣成的SiH4及SiCl4。反应塔顶部出的SiH4（含有SiHCl3）送⼊精馏塔提纯分离，从塔顶得到的纯SiH4送去热分解炉⽣成太阳能级多晶硅棒；从塔底得到的SiHCl3返回催化反应炉继续歧化。反应炉底部出的SiH4。（含SiHCl3）送⼊另⼀台精馏塔分离，塔顶得到的SiHCl3返回催化反应塔继续歧化；反应塔底得到的SiCl4返回氢化炉继续氢化。
如果将纯SiH4经过2台精馏塔提纯，得到⾼纯SiH4⽓，⼀可⽤于⽣产电⼦级多晶硅产品，⼆可出售给下游产业。
2)
热分解
在热分解炉内，SiH4热分解在硅芯发热体上沉积出多晶硅
主要反应
SiH4→ Si+2H2
折流板除雾器
转化率
95.2%
多晶硅规格见表3-1，与⽡克的指标基本相同，与我国电⼦2级品相当。
醚链主要设备
在交流中我⽅要求SST公司介绍主要设备性能，都被回避，只得到以下信息。
1)
精馏塔。图3-1流程中的4台精馏塔均为填料塔
2)
主要技术经济指标（以氢化Si+H2+SiCl4为例）
3)
太阳能级多晶硅
3000t/a
4)太阳能充电背包
年⼯作时间
8000h
5)
平均产多晶硅
3000/8000=375kg/h
主要消耗
7)
硅粉
3600t/a=450kg/h
即1.2kg/kgSi
8)
补充H2
347.43t/a=43.43kg/h=486.4Nm³/n
9)
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