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技术创新降低产品成本 促多晶硅产业发展
发表时间:2012-07-30 16:23:39

    近几年来,由于光伏组件需求旺盛,国内多晶硅扩张迅速,使总产能由2007年的4.8万吨上升到2011年的33万吨,而全球2011年多晶硅需求量为21.4万吨,产能严重过剩,使得整个行业面临形式十分严峻,主要表现在:产能无序扩张,增长速度远大于市场需求,市场行情低迷,价格下降,大面积企业亏损,技术创新能力差,企业的整体规划和配套不能满足产业发展要求,能源消耗高,清洁化生产水平较低等。

    去年国内80%企业由于成本较高相继停产,造成进口多晶硅数量达到6万多吨。德国推迟上网电价补贴削减议案,2012年1季度安装量反而是2011年同期的3倍,日本、印度等其他新兴市场的出现,给光伏厂商提供了很好的机遇。然而光伏有市价低的情况持续,而且市场增长率还在不断增加,说明光伏产业链起步增长相对比较稳定,受市场及其他因素,产品价值回归存在一定的不合理性。从目前的产品价值,参照国内公开的一些太阳能电站具体运行数据看,以现有的光伏发电技术,按照光伏寿命25年并以政府1.09元/度电的优惠上网电价算,按照目前的投资来看,7年内即能收回成本(未算土地费用),从光伏太阳能电池系统能源消耗数据可以知道,太阳能电池系统在2年内即能产出所消耗的整个产业链消耗的电能,未来所产生的电能都是清洁能源,对于如何看待多晶硅生产是否属于高能耗、高排放,很多文章已经清楚说明,也提出了应与时俱进摘掉双高“帽子”。不管从市场角度还是战略发展来看,太阳能替代常规化石能源是以后长期有效可持续发展的方向。而作为光伏电池的主要原料多晶硅而言,近几年多晶硅的生产中,在技术创新,环保,节能降耗上取得了较大的进步,达到了世界同行业的先进水平,因此,推广使用新技术、新设备,加强自身的技术创新,区域资源优势与产业优势结合,共谋多晶硅行业发展之路,以环保节能、低成本、高效益作为持续稳定发展的长期目标。

    技术创新的必要性

    以往的工艺配套存在着高能耗,高污染,质量不稳定等不利因素,随着市场逐渐成熟,竞争越来越强烈,就要求企业必须加强技术创新,解决原生产工艺的不足,提高其核心竞争力。

    近几年以来由于在多晶硅技术创新及优化上发展迅猛,多晶硅成本急速下降,以下主要列出几种技术方案

    1、大型还原炉的投用及热能回收利用

    国内目前新装置或改建装置均采用24对棒及36对棒还原炉为主,并已有48对棒炉子的投用,而在2011年前投产的多晶硅厂,主要以12对棒及18对棒还原炉为主,有的企业还有相对落后的9对棒还原炉,大型还原炉在生产上体现出诸多优点,主要体现在以下几个方面:

    1.1从以往的小型还原炉还原电耗在80-130kWh/kgsi,经过设计优化,24对棒还原炉的还原电耗可以做到40-60kWh/kgsi。

    1.2在设备加工要求上,提高壁面光学特性,可以更有效的减少炉内的热辐射损失,使热能得到有效利用。

    1.3还原炉夹套水通过闪蒸利用,有效的降低了蒸汽的消耗。从实际运行看,可节约总蒸汽使用量的25%-30%

    1.4在相同规模情况下,从还原炉置换,到拆装炉以及清理,相对劳动强度降低。

    1.5由于大型还原炉多晶硅沉积率增大,单位耗时减少,产量相应增大。

    1.6引用国外提出的按照热氢化炉节能理念,在硅棒与冷却水壁之间加一个隔热罩,如果隔热罩内表面的温到550度左右的时候,还原节能可达10%。但冷却水温度与偏低,这样要求精馏的相应热能使用装置需要配套。

    2、采用高效精馏技术,在减少投资及降低生产成本上有突出优势。

    2.1以往采用的工艺存在以下不足

    1)整个精馏塔系统采用不锈钢,投资成本较大。

    2)精制塔收率不高,造成精制三氯氢硅成本增加

    3)未对重组分及轻组分杂质进行彻底分离,造成回收利用不彻底,使产品成本费用增加。

    4)对精馏塔换热器的实际生产负荷计算不准确,换热器面积普遍偏大,造成设备结垢严重。

    5)塔的整个设计处理能力不准确,有很多厂出现设计负荷过大与其他装置不配套,也有设计处理能力过小,不能满足实际生产需要。

    2.2通过长期的生产经验及理论计算,高效精馏系统有如下优点

    1)高效精馏分为主要成分分离组合塔、微量杂质分离组合塔、重组分杂质分离塔、轻组分杂质分离塔。主要成分分离组合塔、重组分杂质分离塔、轻组分杂质分离塔可采用普通碳钢材质的板式塔,如泡罩塔、导向筛板塔、浮阀塔即可,微量杂质分离组合塔因涉及到产品最终质量,建议采用不锈钢塔,主要以填料塔为主,也多用板式塔。

    2)经过优化后的高效精馏塔,收率由以往的92%左右提高到做到97%左右。大幅度的降低产品成本。

    3)将富集杂质的重组分与轻组分全面回收利用,使系统三氯氢硅损失量减少,从而降低成本。

    4)结合理论,总结以往实际生产经验,从设备负荷上准确计算,避免投资浪费和不适合实际生产需要。
    3、四氯化硅氢化制备三氯氢硅的处理技术发展

    在冷氢化技术国内不是很成熟前,多晶硅厂四氯化硅氢化主要以热氢化处理四氯化硅为主。随着冷氢化技术的成熟,现生产厂家主要多以冷氢化装置处理四氯化硅为主,其生产工艺主要在生产成本上占主要优势。

    3.1从现有的一些生产数据看,热氢化生产每吨三氯氢硅的成本比现有成熟的冷氢化装置高50%-95%。

    3.2冷氢化的成本优势在多晶硅厂占主要因素,现在主要有催化剂与无催化剂的两种冷氢化生产工艺模式,生产压力主要在2.5-3.1MPa,反应温度在500-600℃,有催化剂存在下,四氯化硅转化率为22-30%,无催化剂存在下,四氯化硅转化率为16-22%。一般情况下,有催化剂的生产工艺模式成本上略低于无催化剂的冷氢化工艺。

    3.3若企业在生产中,不具备采用有催化剂冷氢化工艺的生产成熟经验时,在冷氢化工艺选择上,建议选择无催化剂的冷氢化工艺,这样省去回收催化剂步骤,设备连续运行能得到很好保障。

    3.4在冷氢化系统中处理反应所产生的氯化物极其高沸物上,可以参照三氯氢硅合成装置比较成熟的设计理念,在前期设计把好关。

    3.5由于冷氢化装置的详细设计和实际生产经验公开交流不是很彻底,存在保密现象,也存在误导现象,因此,专业技术人员一定要以理论依据结合实际经验数据,使装置的在设计及生产中具有合理性。
    4、结合企业自身资源条件,从产品生产工艺特点出发,优化资源配置,使产品具有较大成本优势。

    我们知道在多晶硅生产中主要需要提供的原料有硅粉、三氯氢硅、氯气和氢气,而氢气、氯气都是氯碱企业的副产品,在氯碱企业中一般合成氯化氢来做盐酸,有配套PVC装置的氯碱企业可以用氯化氢合成氯乙烯,然而经济效益近年来都不高,氯气做液氯外售,很多时候要保证烧碱的产量,大量液氯基本上以低价格出售,在起初设计多晶硅项目时,一般都配套有小氯碱装置,由于当时多晶硅市场环境较好,多晶硅企业所配套的氯碱装置未能引起太大重视,现阶段多晶硅市场价格低迷情况下,要实现成本的突破,氯碱装置配套多晶硅装置就是一个好的发展方向。

    4.1由于多晶硅系统生产中需要补充三氯氢硅,以平衡杂质物料的损耗量与沉积的硅,由氯气与氢气合成氯化氢,并与硅粉反应制备三氯氢硅,其合成的三氯氢硅成本远低于外购的费用。

    4.2氯碱装置所产生的氢气经过处理过后,可用于多晶硅企业冷氢化装置使用,由于氯碱企业核算氢气成本一般按照零价格核算,对比多晶硅企业采用电解水制氢,其成本优势在规模化生产中体现明显。

    4.3氯碱装置产生的氢气也可以利用为氢气锅炉的燃料,以制备多晶硅厂需求的大量蒸汽。

    4.4烧碱也是很多多晶硅企业作为处理氯硅烷尾气及残液的原料,若能实现自产自用,也能实现效益最大化,利用氯碱企业的废电石渣作为处理氯硅烷尾气及残液原料,也不失为一种好的方法。

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