以技术创新降低产品成本 促进多晶硅产业持续发展

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近几年来，由于光伏组件需求旺盛，国内多晶硅扩张迅速，使总产能由2007年的4.8 万吨上升到2011年的33万吨，而全球2011年多晶硅需求量为21.4万吨，产能严重过剩，使得整个行业面临形式十分严峻，主要表现在：产能无序扩张，增长速度远大于市场需求，市场行情低迷，价格下降，大面积企业亏损，技术创新能力差，企业的整体规划和配套不能满足产业发展要求，能源消耗高，清洁化生产水平较低等。




国外大装置多晶硅的生产经验丰富，如瓦克在2005年已经达到产能5500吨/年，其技术及配套相对比较合理，而国内在2007年才出现千吨级多晶硅装置，整体规划的技术及配套不成熟，并且很多企业在相同技术及配套下，各生产模式和能源消耗大不相同，在市场持续低迷，竞争力减弱情况下，相应企业陆续停产。

去年国内80%企业由于成本较高相继停产，造成进口多晶硅数量达到6万多吨。德国推迟上网电价补贴削减

技术创新的必要性

以往的工艺配套存在着高能耗，高污染，质量不稳定等不利因素，随着市场逐渐成熟，竞争越来越强烈，就要求企业必须加强技术创新，解决原生产工艺的不足，提高其核心竞争力。

近几年以来由于在多晶硅技术创新及优化上发展迅猛，多晶硅成本急速下降，以下主要列出几种技术方案

1、 大型还原炉的投用及热能回收利用

国内目前新装置或改建装置均采用24对棒及36对棒还原炉为主，并已有48对棒炉子的投用，而在2011年前投产的多晶硅厂，主要以12对棒及18对棒还原炉为主，有的企业还有相对落后的9对棒还原炉，大型还原炉在生产上体现出诸多优点，主要体现在以下几个方面：

1.1 从以往的小型还原炉还原电耗在80-130kWh/kgsi,经过设计优化，24对棒还原炉的还原电耗可以做到40-60 kWh/kgsi。

1.2 在设备加工要求上，提高壁面光学特性，可以更有效的减少炉内的热辐射损失，使热能得到有效利用。

1.3 还原炉夹套水通过闪蒸利用，有效的降低了蒸汽的消耗。从实际运行看，可节约总蒸汽使用量的25%-30%

1.4 在相同规模情况下，从还原炉置换，到拆装炉以及清理，相对劳动强度降低。

1.5 由于大型还原炉多晶硅沉积率增大，单位耗时减少，产量相应增大。

1.6 引用国外提出的按照热氢化炉节能理念，在硅棒与冷却水壁之间加一个隔热罩，如果隔热罩内表面的温到550度左右的时候，还原节能可达10%。但冷却水温度与偏低，这样要求精馏的相应热能使用装置需要配套。

2、 采用高效精馏技术，在减少投资及降低生产成本上有突出优势。

2.1 以往采用的工艺存在以下不足

议案，2012年1季度安装量反而是2011年同期的 3倍，日本、印度等其他新兴市场的出现，给光伏厂商提供了很好的机遇。然而光伏有市价低的情况持续，而且市场增长率还在不断增加，说明光伏产业链起步增长相对比较稳定，受市场及其他因素，产品价值回归存在一定的不合理性。从目前的产品价值，参照国内公开的一些太阳能电站具体运行数据看，以现有的光伏发电技术，按照光伏寿命25年并以政府1.09元/度电的优惠上网电价算，按照目前的投资来看，7年内即能收回成本(未算土地费用)，从光伏太阳能电池系统能源消耗数据可以知道，太阳能电池系统在2年内即能产出所消耗的整个产业链消耗的电能，未来所产生的电能都是清洁能源，对于如何看待多晶硅生产是否属于高能耗、高排放，很多文章已经清楚说明，也提出了应与时俱进摘掉双高“帽子”。

不管从市场角度还是战略发展来看，太阳能替代常规化石能源是以后长期有效可持续发展的方向。而作为光伏电池的主要原料多晶硅而言，近几年多晶硅的生产中，在技术创新，环保，节能降耗上取得了较大的进步，达到了世界同行业的先进水平，因此，推广使用新技术、新设备，加强自身的技术创新，区域资源优势与产业优势结合，共谋多晶硅行业发展之路，以环保节能、低成本、高效益作为持续稳定发展的长期目标。

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1)整个精馏塔系统采用不锈钢，投资成本较大。

2)精制塔收率不高，造成精制三氯氢硅成本增加

3)未对重组分及轻组分杂质进行彻底分离，造成回收利用不彻底，使产品成本费用增加。

4)对精馏塔换热器的实际生产负荷计算不准确，换热器面积普遍偏大，造成设备结垢严重。

5)塔的整个设计处理能力不准确，有很多厂出现设计负荷过大与其他装置不配套，也有设计处理能力过小，不能满足实际生产需要。

2.2 通过长期的生产经验及理论计算，高效精馏系统有如下优点

1)高效精馏分为主要成分分离组合塔、微量杂质分离组合塔、重组分杂质分离塔、轻组分杂质分离塔。主要成分分离组合塔、重组分杂质分离塔、轻组分杂质分离塔可采用普通碳钢材质的板式塔，如泡罩塔、导向筛板塔、浮阀塔即可，微量杂质分离组合塔因涉及到产品最终质量，建议采用不锈钢塔，主要以填料塔为主，也多用板式塔。

2)经过优化后的高效精馏塔，收率由以往的92%左右提高到做到97%左右。大幅度的降低产品成本。

3)将富集杂质的重组分与轻组分全面回收利用，使系统三氯氢硅损失量减少，从而降低成本。

4)结合理论，总结以往实际生产经验，从设备负荷上准确计算，避免投资浪费和不适合实际生产需要。

3、 四氯化硅氢化制备三氯氢硅的处理技术发展

在冷氢化技术国内不是很成熟前，多晶硅厂四氯化硅氢化主要以热氢化处理四氯化硅为主。随着冷氢化技术的成熟，现生产厂家主要多以冷氢化装置处理四氯化硅为主，其生产工艺主要在生产成本上占主要优势。

3.1从现有的一些生产数据看，热氢化生产每吨三氯氢硅的成本比现有成熟的冷氢化装置高50%-95%。

3.2 冷氢化的成本优势在多晶硅厂占主要因素，现在主要有催化剂与无催化剂的两种冷氢化生产工艺模式，生产压力主要在2.5-3.1MPa，反应温度在 500-600℃，有催化剂存在下，四氯化硅转化率为22-30%，无催化剂存在下，四氯化硅转化率为16-22%。一般情况下，有催化剂的生产工艺模式成本上略低于无催化剂的冷氢化工艺。

3.3若企业在生产中，不具备采用有催化剂冷氢化工艺的生产成熟经验时，在冷氢化工艺选择上，建议选择无催化剂的冷氢化工艺，这样省去回收催化剂步骤，设备连续运行能得到很好保障。

3.4 在冷氢化系统中处理反应所产生的氯化物极其高沸物上，可以参照三氯氢硅合成装置比较成熟的设计理念，在前期设计把好关。

3.5 由于冷氢化装置的详细设计和实际生产经验公开交流不是很彻底，存在保密现象，也存在误导现象，因此，专业技术人员一定要以理论依据结合实际经验数据，使装置的在设计及生产中具有合理性。

4、结合企业自身资源条件，从产品生产工艺特点出发，优化资源配置，使产品具有较大成本优势。

我们知道在多晶硅生产中主要需要提供的原料有硅粉、三氯氢硅、氯气和氢气，而氢气、氯气都是氯碱企业的副产品，在氯碱企业中一般合成氯化氢来做盐酸，有配套 PVC装置的氯碱企业可以用氯化氢合成氯乙烯，然而经济效益近年来都不高，氯气做液氯外售，很多时候要保证烧碱的产量，大量液氯基本上以低价格出售，在起初设计多晶硅项目时，一般都配套有小氯碱装置，由于当时多晶硅市场环境较好，多晶硅企业所配套的氯碱装置未能引起太大重视，现阶段多晶硅市场价格低迷情况下，要实现成本的突破，氯碱装置配套多晶硅装置就是一个好的发展方向。

4.1由于多晶硅系统生产中需要补充三氯氢硅，以平衡杂质物料的损耗量与沉积的硅，由氯气与氢气合成氯化氢，并与硅粉反应制备三氯氢硅，其合成的三氯氢硅成本远低于外购的费用。

4.2 氯碱装置所产生的氢气经过处理过后，可用于多晶硅企业冷氢化装置使用，由于氯碱企业核算氢气成本一般按照零价格核算，对比多晶硅企业采用电解水制氢，其成本优势在规模化生产中体现明显。

4.3 氯碱装置产生的氢气也可以利用为氢气锅炉的燃料，以制备多晶硅厂需求的大量蒸汽。

4.4 烧碱也是很多多晶硅企业作为处理氯硅烷尾气及残液的原料，若能实现自产自用，也能实现效益最大化，利用氯碱企业的废电石渣作为处理氯硅烷尾气及残液原料，也不失为一种好的方法。

通过多晶硅行业技术及管理人员的努力，近几年来多晶硅行业发展所取得的成就是有目共睹的，特别是从生产成本30万/吨多晶硅，降低到现在的12万/吨多晶硅，而且还有很大的改进空间可以降低成本，越是激烈的市场竞争，对于整个行业来说应该是好事，越能提前使整个产业链得到良性稳定发展。没有做不好的行业，只有做不好的企业，在现在市场不景气情况下，我们更要坚定信心。然而光伏产业才刚起步，多晶硅行业的发展还有很多路要走，我相信在节能减排，改善我们的生态环境，让大家生活在蓝天白云之下的目标指日可待。

本文作者： 刘明江