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光伏行業(yè)—多晶硅生產(chǎn)過程中的廢氣處理

摘要
隨著光伏行業(yè)的欣欣發(fā)展, 一些問題也逐漸顯露出來。科學合理的處理常見太陽能電池, 包括晶體硅、非晶硅、銅銦鎵硒、砷化鎵、碲化鎘和染料敏化納米晶太陽能電池在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種可能污染物，如微米/納米顆粒的粉塵和固體廢棄物; 酸堿廢液、重金屬離子、有機溶劑和納米粒子的液體產(chǎn)物; 粉塵、煙氣、納米顆粒和化學氣體的尾氣產(chǎn)物等，對維護環(huán)境，維持行業(yè)的健康發(fā)展有非常重大的現(xiàn)實意義。本文將簡要的探討多晶硅生產(chǎn)工藝中廢氣的處理問題。



一、多晶硅生產(chǎn)工藝中廢氣與來源
多晶硅主要的生產(chǎn)工藝，是通過工業(yè)硅與氣態(tài)氯化氫的反應，將其轉化為由三氯氫硅、四氯化硅、二氯氫硅、聚氯硅烷、金屬雜質等組成的混合蒸汽并將其冷凝，用精餾的方法從冷凝液中分離出高純度的三氯氫硅，再將汽化的三氯氫硅，與氫氣按一定比例混合引入多晶硅還原爐。在置于還原爐內的棒狀硅芯兩端加以電壓，產(chǎn)生高溫。在高溫硅芯表面，三氯氫硅被氫氣還原成元素硅，并沉積在硅芯表面，逐漸生成所需規(guī)格的多晶硅棒。
（1）含氯空氣：主要來源是從液氯鋼瓶或汽化系統(tǒng)設備、管線泄漏出來的氯氣
  • 入廢氣處理塔的含氯空氣，在填料層與自上而下的堿液逆流接觸，氯氣與堿液中的NaOH反應生成NaClO、NaCl和H2O而被吸收。因反應放熱，塔內液體和氣體的溫度均有升高。用事故風機抽出塔頂經(jīng)處理達標的氣體放空；出塔底的液體靠位差流入堿液循環(huán)槽，再用堿液循環(huán)泵抽出，經(jīng)堿液循環(huán)冷卻器用循環(huán)冷卻水冷卻后，送入廢氣處理塔頂用作吸收劑。當循環(huán)堿液中NaOH濃度降至2~3%（w）時，停止使用工作槽中的堿液，切換至堿液循環(huán)備用泵，將備用槽中貯存的濃度為15%（w）的新鮮NaOH溶液送入廢氣處理塔吸收氯氣。在備用泵、備用槽系統(tǒng)作吸收操作期間，原工作泵、工作槽系統(tǒng)需完成以下工作：用泵將槽內含10%NaClO的液體排至次氯酸鈉溶液貯槽貯存，然后將配制好的NaOH溶液送入槽內貯存，以備隨后用于氯氣的吸收次氯酸鈉溶液貯槽內貯存的10%NaClO溶液，用泵裝車，作為商品外售。必要時，亦可將其送至工藝廢料處理工序處理。15%NaOH溶液的配制，是將從35%NaOH貯槽送來的濃堿液放入15%堿液配制槽內。向槽中通入一次水，將堿液稀釋至所需濃度。事故風機、廢氣處理塔、堿液循環(huán)系統(tǒng)保持連續(xù)運轉。 
（2）三氯氫硅合成系統(tǒng)廢氣：
  • 出三氯氫硅合成爐的夾帶有硅粉的汽氣混合氣依次進入一、二、三級旋風除塵器，氣體中的大部分硅粉被分離下來，隨即落入安裝于下方的三個小集塵罐。定期把硅塵從小集塵罐中卸到集塵罐中。定期將罐中硅粉卸出，送去處理。
  • 經(jīng)“干法”除塵后的汽氣混合氣進入濕氫處理塔頂部，與同樣從頂部注入的四氯化硅液體混合，自上而下流動。從塔下部送入用脫鹽水增濕的氫氣，與塔內的氣液混合物接觸，促使汽氣混合氣中所含的金屬氯化物發(fā)生部分水解，同時，汽氣混合氣中的部分細小硅塵被液體四氯化硅洗下，混合氣亦被四氯化硅冷卻。
  • 從濕氫處理塔下部出來，含固態(tài)雜質的汽氣液混合物進入鼓泡蒸餾釜并被引至液下。氣體鼓泡溢出，隨后由下而上進入泡塔，與從塔頂流下的液體四氯化硅逆流接觸，被進一步冷卻并最終除去細小的硅塵和金屬雜質。
  • 出鼓泡塔，除去了固態(tài)雜質的冷卻汽氣混合氣，壓力為0.2～0.25MPa，溫度為50～90℃，被送入汽氣混合氣分離系統(tǒng)（CDI-3）。在該系統(tǒng)內，汽氣混合氣中的氯硅烷被冷凝分離出來，送入三氯氫硅儲槽（氯硅烷儲槽），然后被送往三氯氫硅提純工序粗精餾部分的一級精餾塔。同時，氫氣和氯化氫氣體也從CDI-3系統(tǒng)中分離出來，兩種氣體分別被送回氯化氫合成工序的氫氣緩沖罐和氯化氫緩沖罐，循環(huán)用于氯化氫合成和三氯氫硅合成。
  • 鼓泡塔底引出的含四氯化硅、三氯氫硅、聚氯硅烷、硅渣和其它雜質的液體，被泵送至三氯氫硅提純工序粗精餾部分六級精餾塔。
  • 貯存于四氯化硅儲槽的四氯化硅，由泵送至濕氫處理塔和鼓泡塔頂，用作濕法除塵的洗滌液。
（3）提純工藝中的廢氣處理
  • 三氯氫硅提純工序各精餾塔頂排放的含氯硅烷、氮氣的廢氣，及含氯硅烷、氫氣、氮氣、氯化氫的多晶硅還原爐置換吹掃氣和多晶硅還原爐事故排放氣，被送進尾氣洗滌塔，用10%石灰水洗滌，廢氣中的氯硅烷（以SiHCl3為例）和氯化氫與石灰水中的CaO發(fā)生以下反應而被除去：
  • SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2
  • H2SiO3+CaO=CaSiO3+ H2O
  • 2HCl+CaO=CaCl2+H2O
  • 出塔底洗滌液用泵送入帶攪拌的石灰漿液槽，隨后用泵送回尾氣洗滌塔頂循環(huán)使用。當槽內的石灰漿濃度下降至2%時，將含有CaCl2、CaSiO3和未反應CaO的部分液體抽出送往工藝廢料處理工序處理，隨即向槽內補充新鮮石灰漿。
二、仁信源產(chǎn)品介紹

以上就是關于多晶硅工藝廢氣治理的全部內容，若有不妥之處歡迎直接指出，光伏行業(yè)廢氣在不同的環(huán)節(jié)有很多不同類型的廢氣產(chǎn)生，今后將會陸續(xù)更新其他工藝的廢氣處理方法
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