多晶硅生产中还原尾气回收过程的节能降耗Aspen Plus模拟研究

摘要

近年，太阳能利用技术的不断发展，使得生产太阳能电池的原材料—多晶硅引起了人们的广泛关注。多晶硅的生产方法主要有改良西门子法、硅烷法、冶金法等，以改良西门子法生产多晶硅的应用最为广泛。但是从目前的生产状况来看，改良西门子法生产多晶硅的核心技术依旧掌握在仍然被发达国家垄断，因此国内多晶硅的生产技术落后、能耗高、生产成本相对较高等问题，特别是尾气干法回收工艺。该工艺作为多晶硅生产的核心工艺部分，对整个工艺的能量消耗、物料的循环利用有着重要的影响。因此，降低多晶硅生产中还原尾气分离回收利用过程的能耗是非常有意义的。
　　本文以国内某公司年产3200吨多晶硅的生产装置为基础，以多晶硅生产还原尾气为研究对象，以氯硅烷为吸收剂，以氯化氢和氢气为目的产物，利用AspenPlus软件，选用NRTL物性方法和严格计算模块RadFrac，对尾气吸收解吸分离工艺流程进行模拟。吸收解吸分离工艺主要设备包括吸收塔、解吸塔和换热器，流程简单，操作方便，结果可靠。模拟结果显示:氯化氢的吸收率达到99.00％，与原始吸收解吸工艺流程取得了相同的吸收解吸分离效果。
　　其次，运用灵敏度分析法，对原吸收解吸分离工艺进行操作参数的优化，主要从以下几点进行模拟:吸收塔和解吸塔的各进料物流的温度、各设备的操作压力、吸收剂的流量以及吸收解吸两塔的理论塔板数等方面，以便确定各个操作参数对氯化氢吸收解吸效果和系统能耗的影响。
　　最后，介绍了精馏塔设置中间换热器的工艺和分股进料工艺的节能原理以及其相关工艺参数的确定原则，提出改进的两种工艺流程，分别是解吸塔塔顶置中间冷凝器的工艺流程和富液分流分股进料的工艺流程，并且对两流程进行模拟分析，结果显示:与原始工艺的负荷相比，中间冷凝器工艺和分股进料工艺都有节能的迹象，相对来说，中间换热器工艺节能不是特别明显，但是采用分股进料工艺，吸收-解吸体系节能非常明显，可以使得低温冷量节约26.85％，蒸汽用量节约28.95％。可见，在多晶硅生产中还原尾气回收中采用分股进料工艺可以达到节能的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 多晶硅的性质及用途

1．2 国内外多晶硅的生产方法

1．2．1 硅烷法制备多晶硅

1．2．2 流化床法制备多晶硅

1．2．3 西门子法生产多晶硅

1．2．4 多晶硅生产方法的比较

1．3 多晶硅生产技术的改进

1．4 流程模拟软件的介绍及选用

1．4．1 Aspen Plus

1．4．2 HYSYS

1．4．3 PRO／Ⅱ

1．4．4 ChemCAD

1．4．5 模拟软件选用

1．5 本文研究课题的主要内容

第2章 吸收分离流程及流程模拟

2．1 尾气干法回收工艺流程的描述

2．2 原始流程的主要设备的模型化

2．3 原始流程的模拟结果

2．4 小结

第3章 主要参数的灵敏度分析

3．1 流程主要影响因素

3．2 吸收-解吸分离流程主要设备操作条件初步优化

3．2．1 吸收塔

3．2．2 解吸塔

3．2．3 吸收塔、解吸塔的操作条件

3．3 各因素对体系能耗的影响

3．3．1 吸收剂进入吸收塔的温度对系统能耗的影响

3．3．2 未被冷凝的还原尾气混合气进入吸收塔的温度变化对系统能耗的影响

3．3．3 吸收剂质量流率(气液比)对系统能耗的影响

3．3．4 吸收富液进入解吸塔的温度对系统能耗的影响

3．3．5 吸收塔压力变化对系统能耗的影响

3．3．6 解吸塔压力变化对系统能耗的影响

3．3．7 流程吸收解吸条件优选

3．4 小结

第4章 尾气回收系统流程改进及优化模拟

4．1 中间换热器工艺

4．1．1 中间换热器工艺节能原理

4．1．2 判断是否可以添加中间换热器

4．1．3 根据进料参数来判断中间换热器的效果

4．2 分股进料工艺节能原理

4．2．1 预冷进料物流

4．2．2 预热进料物流

4．2．3 新工艺的提出

4．3 模拟结果

4．3．1 物流组成情况

4．3．2 解吸塔温度分布情况

4．3．3 冷热负荷情况

4．4 小结

全文总结

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢