摘要:文章主要介绍三氯氢硅合成中主要存在的问题，增加金属过滤系统解决的主要问题，技改后的效益分析。
　　关键词:三氯氢硅合成金属过滤系统硅粉效益
　　
　　
　　多晶硅生产中，三氯氢硅合成通常采用硅粉和氯化氢在反应器内进行反应，由于是气固反应，硅粉易被气体带至后系统，当除尘系统除尘效果不理想时，往往会影响整个三氯氢硅合成系统运行，同时会造成设备堵塞，设备频繁检修势必造成使用寿命减短，维修成本增加，不利于连续生产。所以，混合气中粉尘的去除对于三氯氢硅合成至关重要，对于多晶硅生产成本降低影响较大。
　　一、工艺流程
　　多晶硅生产通常采用改良西門子法[1]生产工艺设计，三氯氢硅的合成采用底部进料方式，即硅粉加注到三氯氢硅合成炉规定的床层后（硅粉间歇进料），氯化氢气体从合成炉底部进入，硅粉和氯化氢在一定温度和压力条件下反应，反应时硅粉处于流化（沸腾）状态。生成的三氯氢硅混合气体经过旋风分离器和淋洗器后被冷凝成液态，用泵将液态氯硅烷输送至粗馏塔进行初步精馏，合格后供精馏工序使用。工艺流程简图见图1。
　　
　　图1三氯氢硅合成工艺流程
　　合成三氯氢硅混合气体去除硅粉的设备主要有旋风分离器和淋洗器，其方法为干法除尘和湿法除尘[2]。
　　二、三氯氢硅合成存在的问题及解决方法
　　（1）存在问题：在实际生产中，三氯氢硅合成炉中的硅粉被氯化氢吹起处于流化状态，合成的三氯氢硅中或多或少夹带部分硅粉进入旋风分离器中，粒径较大的硅粉经过旋风分离器和淋洗器后沉积在设备底部，装置运行一段时间后进行排放，而粒径较小的硅粉无法去除易被带至后系统中，一方面导致后系统运行不稳定、经常出现故障，检修成本增加；另一方面导致淋洗器底部残液排放量加大，废气处理工序处理难度大，耗用碱液多，成本增加。
　　（2）解决方法：基于上述生产中存在的问题，可在二级旋风分离器和淋洗器之间增加金属过滤系统，金属过滤系统的过滤精度可达微米级，能够将粉尘基本除净。这样，不仅可以减少硅粉被带出的量，还可以达到节能减排、节约生产成本的目的。
　　三、金属过滤系统应用解决的主要问题
　　（1）减少带至后系统的硅粉，解决三氯氢硅合成系统故障率高、运行不稳定的问题。
　　（2）降低淋洗器底部残液排放频率及减少残液排放量，节约生产成本，降低废气处理淋洗系统的安全风险。
　　四、金属过滤系统应用
　　（一）金属膜滤芯介绍
　　金属膜滤芯是采用专利术将一层厚0.2mm的超细金属膜烧结在壁厚2mm的孔隙较粗的金属粉末烧结滤芯的外表面，是一种非对称金属烧结膜滤芯。滤芯孔径较粗的部分作为载体，有效分离固体颗粒的功能由0.2mm厚的金属膜完成。
　　这种非对称金属烧结膜技术不仅优化增强过滤效率，且将滤芯过滤等级有效地提高，实现亚微米级的绝对过滤，在液固分离中分离效果最细可达到 0.1μm以上颗粒去除效率高于99.98%，气相中可达到10nm 以上颗粒过滤效率高于99.98%，广泛应用于高温烟气过滤、高温高压、腐蚀性工况条件下的气体净化以及液体净化，在石油化工、核工业、航空航天领域有广泛的应用。
　　（二）金属过滤系统工作原理
　　携带粉尘的混合气体进入过滤器，在压力的作用下经过滤芯外表面微孔滤层，固体颗粒被截留下来，透过滤芯的气体成为洁净气体进入下一工序。随着滤芯截留的固体颗粒增加，滤芯前后的压降增加到设计值，控制系统启动自动清灰程序，清除滤芯表面滤饼层，恢复过滤。清除下来的粉尘进入过滤器的料斗，定期卸料。一般的，金属膜过滤器配置自动控制系统，自动监控过滤器运行的压降变化，根据过滤器运行的压差和时序控制过滤器的清灰。
　　（三）工艺流程说明
　　（1）过滤：混合气体通过进料管道进入过滤器，过滤器的滤芯外表面为过滤层，固体颗粒被拦截停留在滤芯的外表面成为滤饼，气体通过滤饼和过滤层被净化，进入下一工序。
　　（2）清灰：一般过滤器金属膜滤芯本体的阻力～0.3Kpa，随着金属膜滤芯表面被截留的固体增加，滤饼层增厚，膜前后的压差增大。当过滤压降大于设计压降时对过滤器进行反吹，以恢复其过滤通量。过滤器的清灰采取分区在线脉冲喷吹的清灰方式，一台过滤器的滤芯分成几个工作组，每个工作组对应一台清灰阀，每个组轮流进行反吹清灰，清灰时不停车，不影响过滤器的运行。
　　（3）卸灰：每个批次的反吹结束后，需要定期卸出过滤器灰料斗中的粉尘。
　　技改后的工艺流程简图如图2：
　　
　　图2技改后的工艺流程图
　　在旋风分离器至淋洗器之间增加金属过滤系统，主要去除混合气中的粉末状硅粉，硅粉粉尘的去除，将大大增加生产效率，降低生产成本。
　　五、金属过滤系统应用效益分析
　　金属过滤系统的技改，可降低硅粉对合成系统的整体的影响，最大程度地保证系统稳定运行，极大地提高氯硅烷物料的利用率，减少残液排放量，降低残液淋洗生产碱液用量及所产生的三废量和人工费，对生产区域环境卫生和职工职业健康有良好的作用，社会效益良好。
　　六、结论
　　为保证三氯氢硅合成系统稳定长时间运行，必须把淋洗器底部的含硅粉残液排放至废气淋洗系统进行处理，残液中含有大量的三氯氢硅和硅粉，这部分物料的处理存在安全风险较高和成本浪费较大的问题。通
　　
　　 过技改，可减少带至后系统的硅粉，解决三氯氢硅合成系统系统故障率高、运行不稳定的问题， 降低淋洗器底部残液排放频率及减少残液排放量，节约生产成本，降低废气处理淋洗系统的安全风险，能创造良好的效益，所以增加金属过滤系统是相当有必要的。
　　该技术改造，可供同类工厂参考和借鉴，从节能减排、安全和节约成本等方面考虑，可为营造良好的社会环境和社会发展作出应有的贡献。
　　参考文献：
　　[1]杨涛.改良西门子法生产多晶硅工艺探讨[J].贵州化工，2009，35(3)：7-8.
　　[2]汪玉林，曹咏军. 湿法除尘技术在三氯氢硅生产中的应用[J].化学工业与工程，2012-5.