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光伏行业—多晶硅生产过程中的废气处理

摘要

随着光伏行业的欣欣发展, 一些问题也逐渐显露出来。科学合理的处理常见太阳能电池, 包括晶体硅、非晶硅、铜铟镓硒、砷化镓、碲化镉和染料敏化纳米晶太阳能电池在生产过程中产生的各种可能污染物,如微米/纳米颗粒的粉尘和固体废弃物; 酸碱废液、重金属离子、有机溶剂和纳米粒子的液体产物; 粉尘、烟气、纳米颗粒和化学气体的尾气产物等,对维护环境,维持行业的健康发展有非常重大的现实意义。本文将简要的探讨多晶硅生产工艺中废气的处理问题。




一、多晶硅生产工艺中废气与来源

多晶硅主要的生产工艺,是通过工业硅与气态氯化氢的反应,将其转化为由三氯氢硅、四氯化硅、二氯氢硅、聚氯硅烷、金属杂质等组成的混合蒸汽并将其冷凝,用精馏的方法从冷凝液中分离出高纯度的三氯氢硅,再将汽化的三氯氢硅,与氢气按一定比例混合引入多晶硅还原炉。在置于还原炉内的棒状硅芯两端加以电压,产生高温。在高温硅芯表面,三氯氢硅被氢气还原成元素硅,并沉积在硅芯表面,逐渐生成所需规格的多晶硅棒。
(1)
含氯空气:主要来源是从液氯钢瓶或汽化系统设备、管线泄漏出来的氯气
  • 入废气处理塔的含氯空气,在填料层与自上而下的碱液逆流接触,氯气与碱液中的NaOH反应生成NaClO、NaCl和H2O而被吸收。因反应放热,塔内液体和气体的温度均有升高。用事故风机抽出塔顶经处理达标的气体放空;出塔底的液体靠位差流入碱液循环槽,再用碱液循环泵抽出,经碱液循环冷却器用循环冷却水冷却后,送入废气处理塔顶用作吸收剂。当循环碱液中NaOH浓度降至2~3%(w)时,停止使用工作槽中的碱液,切换至碱液循环备用泵,将备用槽中贮存的浓度为15%(w)的新鲜NaOH溶液送入废气处理塔吸收氯气。在备用泵、备用槽系统作吸收操作期间,原工作泵、工作槽系统需完成以下工作:用泵将槽内含10%NaClO的液体排至次氯酸钠溶液贮槽贮存,然后将配制好的NaOH溶液送入槽内贮存,以备随后用于氯气的吸收次氯酸钠溶液贮槽内贮存的10%NaClO溶液,用泵装车,作为商品外售。必要时,亦可将其送至工艺废料处理工序处理。15%NaOH溶液的配制,是将从35%NaOH贮槽送来的浓碱液放入15%碱液配制槽内。向槽中通入一次水,将碱液稀释至所需浓度。事故风机、废气处理塔、碱液循环系统保持连续运转。 
(2)三氯氢硅合成系统废气:
  • 出三氯氢硅合成炉的夹带有硅粉的汽气混合气依次进入一、二、三级旋风除尘器,气体中的大部分硅粉被分离下来,随即落入安装于下方的三个小集尘罐。定期把硅尘从小集尘罐中卸到集尘罐中。定期将罐中硅粉卸出,送去处理。
  • 经“干法”除尘后的汽气混合气进入湿氢处理塔顶部,与同样从顶部注入的四氯化硅液体混合,自上而下流动。从塔下部送入用脱盐水增湿的氢气,与塔内的气液混合物接触,促使汽气混合气中所含的金属氯化物发生部分水解,同时,汽气混合气中的部分细小硅尘被液体四氯化硅洗下,混合气亦被四氯化硅冷却。
  • 从湿氢处理塔下部出来,含固态杂质的汽气液混合物进入鼓泡蒸馏釜并被引至液下。气体鼓泡溢出,随后由下而上进入泡塔,与从塔顶流下的液体四氯化硅逆流接触,被进一步冷却并最终除去细小的硅尘和金属杂质。
  • 出鼓泡塔,除去了固态杂质的冷却汽气混合气,压力为0.2~0.25MPa,温度为50~90℃,被送入汽气混合气分离系统(CDI-3)。在该系统内,汽气混合气中的氯硅烷被冷凝分离出来,送入三氯氢硅储槽(氯硅烷储槽),然后被送往三氯氢硅提纯工序粗精馏部分的一级精馏塔。同时,氢气和氯化氢气体也从CDI-3系统中分离出来,两种气体分别被送回氯化氢合成工序的氢气缓冲罐和氯化氢缓冲罐,循环用于氯化氢合成和三氯氢硅合成。
  • 鼓泡塔底引出的含四氯化硅、三氯氢硅、聚氯硅烷、硅渣和其它杂质的液体,被泵送至三氯氢硅提纯工序粗精馏部分六级精馏塔。
  • 贮存于四氯化硅储槽的四氯化硅,由泵送至湿氢处理塔和鼓泡塔顶,用作湿法除尘的洗涤液。
(3)提纯工艺中的废气处理
  • 三氯氢硅提纯工序各精馏塔顶排放的含氯硅烷、氮气的废气,及含氯硅烷、氢气、氮气、氯化氢的多晶硅还原炉置换吹扫气和多晶硅还原炉事故排放气,被送进尾气洗涤塔,用10%石灰水洗涤,废气中的氯硅烷(以SiHCl3为例)和氯化氢与石灰水中的CaO发生以下反应而被除去:
  • SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2
  • H2SiO3+CaO=CaSiO3+ H2O
  • 2HCl+CaO=CaCl2+H2O
  • 出塔底洗涤液用泵送入带搅拌的石灰浆液槽,随后用泵送回尾气洗涤塔顶循环使用。当槽内的石灰浆浓度下降至2%时,将含有CaCl2、CaSiO3和未反应CaO的部分液体抽出送往工艺废料处理工序处理,随即向槽内补充新鲜石灰浆。
二、仁信源产品介绍

以上就是关于多晶硅工艺废气治理的全部内容,若有不妥之处欢迎直接指出,光伏行业废气在不同的环节有很多不同类型的废气产生,今后将会陆续更新其他工艺的废气处理方法
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