多晶硅行業廢氣、廢液的處理達標一站式解決方案

時間：2016-02-16 來源：龍泰環保設備關鍵詞：多晶硅廢氣廢液,廢氣達標方案, 瀏覽：

導讀：多晶硅廢氣、廢液的有效處理是確保多晶硅行業節能減排、清潔生產和可持續發展的重要一環。企業應增強自身的環保意識，加大對環保的投入，推廣廢氣焚燒處理工藝，做到對廢氣、廢液徹底有效治理。焚燒處理工藝不僅能夠回收副產物產生一定的經濟效益，降低廢氣、廢液的處理成本，減少資源浪費，而且可避免污染物的轉移，將對環境的影響降至最低。只有這樣，才能不斷提高我國多晶硅生產的技術水平和競爭能力，確保多晶硅產業的健康發展。...

多晶硅，是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。利用價值：從目前國際太陽電池的發展過程可以看出其發展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。

近年多晶硅太陽能電池產業得到蓬勃發展，作為太陽能電池產業的上游——多晶硅產業發展迅猛，現國內多晶硅生產企業已達到50多家。

隨著多晶硅產業的發展，多晶硅生產對環境造成的影響越來越受到關注。

多晶硅的生產技術主要為改良西門子法和硅烷法。西門子法通過氣相沉積的方式生產柱狀多晶硅，為了提高原料利用率和環境友好，在前者的基礎上采用了閉環式生產工藝即改良西門子法。該工藝將工業硅粉與HCl反應，加工成SiHCl3 ，再讓SiHCl3在H2氣氛的還原爐中還原沉積得到多晶硅。還原爐排出的尾氣H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl經過分離后再循環利用。硅烷法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。改良西門子法和硅烷法主要生產電子級晶體硅，也可以生產太陽能級多晶硅。

如何安全有效地處理這些廢氣廢液，滿足環保、循環經濟、節能、降耗等方面要求，較好地解決多晶硅生產過程中的環境污染和能耗問題，已成為關系到多晶硅產業能否健康發展的大問題。在多晶硅項目的設計和生產中，應采取先進工藝技術，徹底有效地對廢氣廢液進行處理，從而減少對環境的危害，這對確保多晶硅產業的健康發展具有現實和長遠的意義。

1 改良西門子生產工藝及廢氣傳統處理方式

1．1 改良西門子生產工藝

目前多晶硅生產大都采用改良西門子法，西門子法是以HCl(或Cl2、H2 )和冶金級工業硅為原料，將粗硅粉與HCl在高溫下合成為SiHCl3 (TCS)，然后對SiHCl3進行化學精制提純，接著對SiHCl3進行多級精餾，使其質量分數達到99．999 9％(6個9)以上，最后在還原爐中1050°C的硅芯上用超高純的H2對SiHCl3進行還原而生成高純多晶硅棒。

改良西門子工藝過程實際上是一種提純過程，金屬硅先轉化成SiHCl3。，再用H進行一次性還原，這個過程中約有25％的SiHCl3轉化為多晶硅，其余大量進入尾氣，其中還包括SiCl4 (STC)、SiH2 Cl2(DCS)、H2：、HCl等。即使采用先進的回收工藝，實現整個生產流程的閉環運行，反應過程中還是有一定量的副產氯硅烷排人到廢氣中。特別是對于國內多數多晶硅企業，由于生產技術相對落后，沒有完全實現整個生產流程的閉環運行，會有大量的氯硅烷、氫氣、氯化氫等危險有毒物質進入廢氣中。如何徹底有效地處理這些易燃、易爆、有毒、有害氣體是制約多晶硅產業健康發展的難題。

1．2 傳統廢氣處理工藝

多晶硅生產過程中產生的廢氣、廢液，其主要成分為SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、HC1、H2、N2及少量的金屬氯化物。目前國內多晶硅廠幾乎全都采用堿液淋洗工藝，主要是因為其投資較少，工藝流程簡單。工藝大致為：多晶硅生產中廢氣、廢液直接進入堿液(NaOH或CaO溶液)淋洗塔，生成NaCl、CaCl2、SiO2(粉)、Na2SiO3等，然后送至后續的廢水處理單元，進行進一步脫鹽和固體廢物處理；出淋洗塔的尾氣(含H2、其他惰性氣體)排空。

采用堿液淋洗工藝有以下不足之處：

(1)安全性不高。廢氣中含有大量的氫氣，傳統的淋洗工藝并不能處理氫氣，大量的氫氣一直伴隨在淋洗工藝中，并且淋洗中堿液與氯硅烷反應也要產生氫氣，并伴隨放出一定的熱量，這就帶來很大的安全隱患。

(2)大量氯離子排放。水洗水解本質上沒有進行無害化處理，無論所得是氯化鈉還是氯化鈣的溶液，都是含有大量氯根的鹽水，不符合環保標準，若直接排放，會危害到整個自然資源。

(3)資源浪費。在整個水洗水解工藝中有兩塊資源可以利用，其一是二氧化硅，是一種現在很多合成材料中的添加劑，為市場供應緊缺貨；其二是氯化氫，水洗水解是采用直接中和排放，不僅造成氯根對自然環境的污染，而且造成資源浪費；若通過分離后回收氯化氫，不僅可以作為廢鹽酸外售，而且在太陽能級多晶硅生產上利用氯化氫回收工藝可達到循環生產、資源化利用的目的。

2 廢氣焚燒工藝探討

現國內多數多晶硅生產廠廢氣和廢液一般通過堿液淋洗進行處理，這樣會產生大量的高鹽廢水，不僅對環境有污染，還造成大量的資源浪費。而采用焚燒工藝處理廢氣及廢液，就可以變廢為寶，節能降耗。采用焚燒工藝可回收二氧化硅和鹽酸，余熱還可副產蒸汽用于廢水的蒸發結晶，既實現了廢水的零排放，又可以回收NaCl、CaCl：等鹽類作副產品出售，最后少量的廢氣經處理后達標排放，這樣一方面減少環境污染，另一方面做到節能減排，增加經濟效益。

2．1 廢氣焚燒工藝及原理

采用焚燒工藝處理含氯廢氣已經在化工行業中得到廣泛應用，焚燒處理能最大限度地減容、減量并消除廢物對地下水、大氣和土壤的污染，而且廢物焚燒產生的熱能還可用于熱能回收，含氯廢氣焚燒可對其產生的氯化氫進行回收，實現變廢為寶。焚燒處理技術已在發達國家廣泛應用，如美國已建成200多套焚燒裝置，其焚燒處理的有害廢棄物占廢棄物總量的23．6％；日本、德國、法國、荷蘭和韓國等焚燒處理廢棄物的量也在本國廢棄物處理總量中占有相當大的比例。

廢氣、廢液焚燒的工作原理是將有機廢水霧化、廢氣噴入焚燒爐，通人供給氧氣(空氣)和助燃燃料后點火燃燒，完成廢棄物的氧化熱解處理。在多晶硅廢氣、廢液處理中，采用高溫焚燒將廢氣、廢液轉化為HCl、SiO2、CO2及水蒸汽等產物，再通過對焚燒產物的深度處理和物料收集，實現無害化、資源化處理。

2．2 廢氣焚燒處理工藝流程

焚燒工藝是較為先進的廢氣處理工藝，環保性和安全性都比較高，可做到對廢氣、廢液徹底有效的治理。其工藝流程為：焚燒一余熱回收一二氧化硅回收一急冷一鹽酸回收一淋洗塔一排放。

多晶硅生產裝置中產生的廢氣、廢液通過緩沖罐緩沖后，進入焚燒爐進行高溫氧化反應，把氯硅烷徹底有效地分解，生成SiO2、HCl等，出焚燒爐的高溫煙氣含有大量的熱量，進入余熱鍋爐進行降溫并回收煙氣中的余熱，利用煙氣的余熱間接加熱脫鹽水，使其變成蒸汽回用；煙氣經余熱鍋爐降溫后進入過濾器進行氣固分離，去除煙氣中的SiO2粉塵；除塵后的煙氣進入急冷塔，通過水的噴淋降低煙氣溫度，噴淋降溫塔出來的鹽酸經過石墨換熱器與冷卻水換熱冷卻后進人噴淋裝置繼續對煙氣進行降溫，除塵降溫后的煙氣進入鹽酸回收裝置回收鹽酸，剩余煙氣中少量的Cl2和HCl通過堿液淋洗塔淋洗，后經氣水分離器將處理后的煙氣通過引風機進入煙囪排放。

2．3 焚燒工藝特點

(1)安全性。廢氣、廢液采取焚燒處理的方式極大提高了處理系統的安全性。

(2)余熱回收。焚燒爐出來的高溫煙氣，含有大量熱能，通過廢熱鍋爐把煙氣中的大部分熱量回收，回收煙氣中的余熱副產蒸汽，節約能源并產生經濟效益。

(3)實現產品干法回收。通過旋風分離器及布袋過濾器雙重作用對煙氣中的SiO2進行回收，回收煙氣中SiO2作為副產品，可用作相關產業工業原料。

(4)鹽酸回收及利用。對煙氣中的HCl進行回收副產鹽酸，并可將脫吸后高純度的HCl氣體回用于多晶硅生產過程中的TCS合成。HCl循環工藝可大大提高整個系統的氯循環效率，減少資源的浪費及對環境的污染。

2．4 副產品及用途

以年產3000 t多晶硅廠廢氣焚燒工程為例，回收副產品情況如下：

(1)蒸汽。副產1 MPa蒸汽約3 t／h，可用于多晶硅含鹽廢水的蒸發結晶處理。

(2)副產品SiO2。回收SiO2：干粉約200 kg／h，可用作相關產業工業原料。

(3)鹽酸。采用鹽酸吸收裝置，煙氣中HCl回收率可達到99％以上，可輸出質量分數為25％的鹽酸量約1800kg／h，經過提濃后可得到30％的濃鹽酸加以利用。

3 結語

多晶硅廢氣、廢液的有效處理是確保多晶硅行業節能減排、清潔生產和可持續發展的重要一環。企業應增強自身的環保意識，加大對環保的投入，推廣廢氣焚燒處理工藝，做到對廢氣、廢液徹底有效治理。焚燒處理工藝不僅能夠回收副產物產生一定的經濟效益，降低廢氣、廢液的處理成本，減少資源浪費，而且可避免污染物的轉移，將對環境的影響降至最低。只有這樣，才能不斷提高我國多晶硅生產的技術水平和競爭能力，確保多晶硅產業的健康發展。