新光硅业多晶硅生产工艺简述
新光硅业多晶硅生产工艺采用改良西门子工艺，改良西门子法是用氯气和氢气和成氯化氢，氯化氢和工业硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅和氢气在还原炉内进行化学气相沉淀反应生成高纯多晶硅。新光硅业在原有工艺设计基础上，结合多年的生产经验进行了多方面的技术改革，目前新光硅业年产1000吨多晶硅生产线是国内唯一完整的改良西门子工艺闭路循环千吨级生产线。
改良西门子法工艺的基础生产原料是氢气、氯气、硅粉，新光硅业使用的氯气和硅粉向厂家购买，氢气由自建的1000方/小时产量的制氢系统生产，氢气制取采用水电解制氢工艺，用脱盐水做原料，在电解槽中以KOH为电解液，在直流电场作用下，水分子在电解槽中发生电化学反应，生产氢气和氧气，制取的氢气纯度＞99.8%，露点＜—60℃，氧含量＜8ppm，满足多晶硅生产的需要，其反应如下：
阴极：
阳极：
外购的液氯质量要求CL2含量99.8%，水分＜0.015%，利用液氯在24.5℃时饱和蒸汽压力0.65MP，用热水加热液氯钢瓶，使其在24.5℃下气化，得到生产所需压力的氯气，氢气和氯气通入合成炉反应生产HCL气体，该反应是采用氢气在氯气中燃烧的方法来制取，反应式为：
CL2 + H2—→2HCL + 43.83kcal/mol
反应生产的HCL含量在94～96%间，将外购的硅粉（粒度0.2～0.6mm）通入沸腾炉内，用加热氮气将其加热至280度以上，使其处于沸腾状态，再通入HCL气体进行反应，反应式为：
Si + 3HCL—→SiHCL3 + H2 + 50 kcal/mol(280～320℃)
反应生成的三氯氢硅冷凝液含量为75%～85%，在生成三氯氢硅的同时，硅粉与HCL还将发生生成四氯化硅、二氯二氢硅和聚氯硅烷等多种物质的副反应，反应式为：
Si + 2HCL—→Si2HCL3 + 25 kcal/mol(＜280℃)
Si + 4HCL—→SiCL4 + 2H2 + 54.6 kcal/mol(＞350℃)
所以要得到高质量的三氯氢硅，控制好反应的温度是关键，从沸腾炉出来的混合气体，通过干法除尘脱去其中的硅粉和金属盐，然后进入湿法除尘系统，脱出混合气体中的硅粉细分散颗粒和其他高沸点杂质，并降低温度，再经过布袋除尘最后将三氯氢硅合成的混合气体通入CDI-3回收尾气系统。
CDI-3回收尾气系统把三氯氢硅合成反应生成的混合气体分离为液态的氯硅烷、氯化氢气体和氢气，回收的高纯氢气返回HCL合成炉参与反应（现暂未回收，现场排空），回收的液态氯硅烷送到精馏工段提纯，回收的HCL气体送到HCL冷凝单元（CDI-4），除去HCL气体中的氢气后返回至HCL回收储罐供三氯氢硅合成使用。
从CDI-3回收得到氯硅烷液体，三氯氢硅含量在75%～85%，另外含有二氯硅烷、四氯化硅和聚绿化硅等组分，利用他们挥发性的差异，在精馏1级塔中将塔釜的来自CDI-3
的回收氯硅烷液体加热升温，塔顶冷凝器进行冷凝，在塔板上形成气—液交换，沸点低的向塔上部转移，沸点高的向塔底部转移，即二氯硅烷与三氯硅烷富集在塔上部，四氯化硅和绿化硅富集于塔釜，只要将上部料液不断排出，再通过多级精馏塔提纯，除去Ⅲ、Ⅴ族杂质元素、金属杂质元素和含碳化合物，就可得到高纯的三氯氢硅，满足电子级多晶硅生产需要，其工艺流程如下：
精馏提纯工序共有精馏塔21个，各级塔的提纯作用如下：
1级塔：分离三氯氢硅和四氯化硅；
2级塔：三氯氢硅反应精馏提纯（共5个塔）；
3级塔：去除三氯氢硅中的低沸物杂质（共2个塔）；
4、5级塔：去除三氯氢硅中的高沸物杂质（共4个塔）；
6级塔：去除四氯化硅和三氯氢硅中的聚氯硅烷和固体颗粒；
7级塔：去除四氯化硅中聚氯硅烷和高沸物杂质；
8级塔：三氯氢硅末级提纯去除高沸物杂质；
9级塔：对还原尾气回收的氯硅烷液体进行分离并去除有害气体；
10级塔：去除还原回收三氯氢硅中的高沸物杂质；
11级塔：对氢化尾气回收的氯硅烷液体进行分离；
12级塔：去除氢化回收三氯氢硅中的高沸物杂质；
13级塔：去除四氯化硅中高沸物杂质；
从8级塔塔顶排出来的高纯三氯氢硅供给9对棒还原炉反应，还原炉反应生成的尾气再进入CDI-1尾气回收系统，回收的液态氯硅烷返回9级塔进行分离提纯，再经过10级塔去除三氯氢硅中的高沸物杂质，得到高纯三氯氢硅供给12对棒还原炉反应；9级塔釜液供给氢化炉进行反应，氢化炉反应生成的尾气再进入CDI-2尾气回收系统，回收的液态氯硅烷返回11级塔进行分离提纯，再经过12级塔去除三氯氢硅中的高沸物杂质，得到高纯三氯氢硅供给还原炉反应；11级塔的釜液输送到13级塔进行提纯，去除四氯化硅中的高沸物杂质，得到高纯四氯化硅，供给氢化炉反应；从而使物料形成一个闭路循环系统，其工艺流程、各级塔釜液、顶液流向如下：
四氯化硅：7级塔顶液、9级塔釜液、13级塔釜液；
2级三氯氢硅：3级塔顶液、4、5、8、10、12级塔釜液；
6级塔原料来自：合成湿法除尘后四氯化硅、沉淀槽下部、2级塔釜液、7级塔釜液；
精馏工序最终产生的2级三氯氢硅和大部分四氯化硅外销处理，目前公司正在进行新增大氢化炉技改项目，计划将精馏产生的四氯化硅全部进行氢化，提高物料利用率，降低生产成本，2级三氯氢硅目前跟原料三氯氢硅掺送往1级塔提纯；公司对精馏11、13级塔塔顶冷凝器进行了改造，增加了回流液管，使其处理能力增加了一倍，11级塔顶液的
60%将分流至3级塔釜液罐，从而减少三氯氢硅原料的用量，降低生产成本。
从精馏8、10、12级塔出来的高纯度三氯氢硅其含量达到＞98%，主要金属杂质含量：C＜5ppm，B＜0.4ppb；在还原工序，高纯度三氯氢硅和氢气进入9对棒还原炉蒸发器中，在22度，0.2MP压力下，三氯氢硅和氢气按体积（摩尔比）：3.5:1进入9对棒还原炉（12对棒还原炉蒸发器在13度，0.2MP压力下，三氯氢硅和氢气按体积（摩尔比）：4:1），在1080～1100℃温度下，三氯氢硅被还原，生产的多晶硅产品沉积在发热体硅芯上。其主要反应如下：
同时也会产生三氯氢硅的热分解以及四氯化硅还原反应：
从还原炉排出来的含有氢气、三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和氯化氢的汽气混合气体从尾气总管输往CDI-1尾气回收系统，在CDI-1系统中，尾气中的各组分被分离，氯硅烷冷凝物（包括三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅）送往精馏工序，进入9、10级塔进行分离和精馏提纯，HCL气体输往HCL冷凝单元，除去其中的氢气和返回合成工序用于合成三氯氢硅，而回收的氢气返回到还原炉蒸发器中，和精馏来的高纯三氯氢硅按比例制取原料混合气，继续通入还原炉进行反应。
来自精馏9级塔釜液和13级塔顶液的高纯四氯化硅和氢气进入氢化炉蒸发器中，按照一定的配比混合，混合气体在氢化炉中高温条件下（1250℃）进行反应，氢气将四氯化硅还原后得到三氯氢硅，同时生成HCL，反应式如下：
反应将四氯化硅在高温下转化为三氯氢硅，一次转化率为18%左右，从氢化炉排出来的尾气输往CDI-2尾气回收系统，在CDI-2系统中，尾气中的各组分被分离，氯硅烷冷凝液送往精馏工序，进入11、12级塔进行分离和精馏提纯，HCL气体输往HCL冷凝单元，
除去其中的氢气和返回合成工序用于合成三氯氢硅，而回收的氢气返回到还原炉蒸发器中，和精馏来的高纯四氯化硅按比例制取原料混合气，继续通入氢化炉进行反应。
近期公司新增了4台进气量为600N方/小时，四氯化硅处理量为1吨/小时的大氢化炉，加上原有的11台氢化炉，可以将精馏工序产生的四氯化硅中90%进行氢化，按20%的转化率计算，每月可以提纯并转化为三氯氢硅的四氯化硅量为586吨，新增氢化炉可生产出的三氯氢硅量为467吨/小时；随着氢化炉的增加，CDI-2尾气回收系统将不能满足氢化炉尾气处理需求，公司正在新建处理能力为5400N方/小时的CDI-5尾气回收系统，并可以作为CDI-1尾气回收系统的备用；同时随着氢化炉尾气量增加，CDI-2、CDI-5回收的氯硅烷冷凝液将增加一倍，但由于11、13级塔的塔顶冷凝器无冷凝液回流管，回流比低于设计最小回流比，将直接影响提纯效果，为保证提纯质量，公司已对11、13级塔进行了改造，更换了11、13级塔塔顶冷凝器，增加了回流液管，由于12级塔塔柱无冷凝液回流管接入口，所以将氢化提量11级塔顶液的60%分流至3（1）级塔釜液罐，送往4、5、8级塔进行分流提纯，以保证12级塔回流比达到设计要求；另外为了配合新增CDI-5尾气回收系统和新增氢化炉系统正常运行，保证蒸汽的充足供给，公司正在新增一套额定流量为20吨/小时，额定压力为1.25MP的油气两用蒸汽锅炉。
目前公司还正在准备12对棒还原炉加压实验，用于加压实验的三氯氢硅原料由精馏9级塔顶产品供给，已铺设好一条单独的供料管道和一条CDI-1回收氢至加压还原炉蒸发器的管道。
新光硅业尾气回收系统有CDI-1、2、3、4、5，其中CDI-5系统在建中，其他四个尾气回收系统均已运行正常，尾气回收系统把来自合成工段、还原炉、氢化炉的尾气分离成氯硅烷液体、HCL气体和氢气，分离出来的氢气进入活性炭吸附柱进行吸附，得到的回收氢纯度为99.99999%，为了更好的利用回收氢，节能降耗，公司经过技改将CDI-1再生
氢（200方/小时）通过新增的管道送入CDI-2系统，从而增加了CDI-2的回收氢量，减少了电解氢的用量，另外还将还原炉回收氢放空管与CDI-2回收氢总管相连，充分利用CDI-1回收氢，节约电解氢用量。
尾气回收系统，精馏、合成、还原工段的泄压尾气、急排尾气和相关废气含有硅氯化物，通过相关管道排放至淋洗塔，在淋洗塔柱内用10%的氢氧化钙溶液进行水解吸收，其反应如下：
硅氯化物与石灰乳（含水）反应生成HCL，HCL与氢氧化钙水溶液反应生成氯化钙，从淋洗塔出来的废气再经过水洗，达到排放标准后排放。
淋洗塔用的10%氢氧化钙乳液由6#厂房配制，经过淋洗反应后的PH值在6～7之间氯化钙溶液再抽至6#厂房，通过凝结、沉淀、过滤、蒸发除去氧化钙、二氧化硅、氧化铝和其他杂质后，得到的氯化钙产品达到相关标准后外卖。另外来自整理工段和检验部的硝酸-氢氟酸酸洗废液，硝酸-氢氟酸、硫酸酸洗废液也送到6#厂房，利用石灰乳进行中和处理后，再经过过滤、干燥、凝结、蒸发等工序去除杂质后，得到硝酸钙产品。
新光硅业年产1000吨多晶硅生产线2009年生产多晶硅产品951吨，已申请专利四项，新光硅业被认定为四川省多晶硅工程技术中心、四川省高新技术企业，公司正朝着打造中国多晶硅产业精品生产基地、科研开发基地、人才培训基地的发展目标迈进。
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