多晶硅还原尾气回收与精馏装置的节能研究

作     者：周荔薇 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李文生;刘卫东

授予年度：2014年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：多晶硅 改良西门子法 还原尾气回收 氯硅烷 多效精馏 夹点技术 换热网络 节能 

摘      要：近年来,随着能源消费和GDP的快速增长,中国雾霾天气也日益加重。光伏发电作为一种重要的清洁能源,有助于减少雾霾,因此,得到了中国政府的重视。多晶硅是光伏发电的核心材料。本文采用Aspen Plus软件模拟了改良西门子法多晶硅生产过程的还原尾气回收与精馏流程,分析了其用能情况并提出了节能方案,以降低多晶硅生产成本,促进光伏产业的发展。首先,对三氯氢硅-四氯化硅二元组分的汽-液平衡的文献数据选用NRTL模型进行模拟,发现NRTL模拟结果与文献数据吻合较好。因此采用NRTL模型对多晶硅生产过程中还原尾气回收与精馏流程进行模拟,发现NRTL模型的模拟结果与实际生产数据相差较小,验证了所选热力学模型的准确性。同时对该流程的用能情况分析,找到了系统的用能“瓶颈为T4塔和T5塔,其能耗约占该装置总能耗的50%。接下来为了降低T4塔和T5塔的能耗,提出了双效精馏工艺。利用Aspen Plus软件对其双效精馏流程的工艺参数和用能情况进行优化。结果表明,与常规精馏工艺流程相比,双效精馏直接逆流流程(DQB)每年可以节省操作费用293.05万,能耗降低了 47.37%,节能效果显著。最后,采用夹点技术分别对两种工艺流程的换热网络进行优化改造。多晶硅还原尾气回收与精馏装置常规流程改造后,能耗从26748.82 kW下降至22117.9 kW,总能耗下降了 17.31%,可节省年操作费用302万元;多晶硅还原尾气回收与精馏装置多效流程改造后,能耗从20714.11 kW下降至17276.5 kW,总能耗下降了 16.6%,可节省年操作费用224.07万元,相对于未改造常规流程的26748.82 kW,则总能耗下降了 35.4%,年节省操作费用617.7万元。换热网络优化改造后的新流程节能效果明显,可行性好,有利于促进现有多晶硅还原尾气回收与精馏流程的节能改造。