如何破解多晶硅企业的四氯化硅问题

如何破解多晶硅企业的四氯化硅问题

    多晶硅因用于新能源光伏产业而名声大噪。它曾经创造的财富神话更是吸引了大量企业纷纷上马多晶硅项目。然而面对副产物四氯化硅的处理难题，多晶硅企业正骑虎难下：不处理的话会严重污染环境，而且因资源浪费生产成本也会增加；处理的话暂时又没有令人满意的稳定可靠的技术作支撑。

    四氯化硅到底能否被资源化利用？目前的困难究竟是“拦路虎”还是“纸老虎”？利用2010年四氯化硅资源化技术研讨会的机会，CCIN记者进行了深入采访。

    副产品成了企业命门

    四川新光硅业科技有限责任公司总经理陈绍章说：“目前制约中国多晶硅产业发展的瓶颈是副产物四氯化硅的处理问题。每生产1千克多晶硅将产生10～15千克四氯化硅，一个1000吨/年的多晶硅厂每年副产的四氯化硅将达到1万～1.5万吨。中国多晶硅产业快速发展，预计今年产量将达到4万吨。副产的四氯化硅就将达40万～60万吨，数量巨大。如果仅仅将这些四氯化硅经简单水解处理甚至直接排放，将会对环境保护造成巨大的压力，同时也大大增加了原料硅粉和液氯的消耗，多晶硅企业的生产成本将没有竞争力。”

    据了解，一些多晶硅生产企业甚至会把副产品四氯化硅倒贴运费送给下游企业。为什么四氯化硅出现了白送的情况？成都蜀菱科技发展有限公司技术总裁沈祖祥接受CCIN记者采访时说：“目前多晶硅企业主要关注的是如何投产和达产，能生产出来多晶硅就好，尚无暇顾及副产物的利用问题。前几年，为了尽快上马抢占市场，中国多晶硅企业纷纷从国外引进成套装备。殊不知多晶硅生产是个十分复杂的系统工程，包括合成、氢化、还原、分离等诸多环节，所以引进装备可以说是‘八国联军’牌。比如合成炉进口俄罗斯的，还原炉进口德国的，尾气回收装置进口美国的。要把这个复杂的系统开起来，产出多晶硅本身就是个严峻的考验。至于副产物利用就更是无暇顾及。”

    但现在市场变了。会上多位企业家也向CCIN记者反映，现在多晶硅市场售价跌去一大半，四氯化硅白送的成本压力太大了。如何将四氯化硅资源化利用成为企业能否生存的关键。目前很多规模较小的多晶硅企业已经因为扛不住成本压力而纷纷下马。

    四氯化硅到底可以怎样被利用呢？大陆产业投资集团副总裁岳菡因为上马多晶硅项目，曾多次到国外考察和参观。他告诉CCIN记者，美国多晶硅工厂所有副产物，包括四氯化硅的销售都不存在瓶颈问题，根本不会像国内的一些多晶硅工厂还要倒贴钱把四氯化硅处理掉。美国多晶硅企业认为，年产量达1000吨的工厂，四氯化硅就应当就地转化为三氯氢硅回用到系统中，不能作为副产物对外销售；年产量达3000吨的多晶硅工厂，就应当对废弃的氯硅烷采用回收工艺；年产量达10000吨的多晶硅工厂，金属硅就应当就地生产。这主要是考虑了安全和运输成本两个因素。

    理论上已有解决办法

    陈绍章说，实际上，国际上对四氯化硅综合利用早有办法，主要有厂内厂外两个方向：一是将副产物四氯化硅转化为多晶硅的原料三氯氢硅，进而返回生产系统直接生产多晶硅，实现生产线的闭路循环；一是利用四氯化硅作为原材料生产其他化工产品，如白炭黑、硅酸乙酯及有机硅产品等，实现多晶硅生产厂外的综合利用。

   在厂内闭路循环方面，需要采用氢化技术将四氯化硅转化成三氯氢硅。具体来讲，在这个过程中可供选择的技术包括热氢化技术、冷氢化技术、等离子体氢化技术、锌还原技术等。

    热氢化技术是指四氯化硅与氢气在1200℃以上的温度下直接反应生成三氯氢硅和氯化氢。该技术必须辅以气体分离装置和三氯氢硅合成装置以分离反应产物和处理氯化氢。热氢化方法的整个反应属于气相反应，对设备没有磨损，转化的三氯氢硅纯度高，容易实现整个过程的计算机自动控制。既可实现系统的长周期连续稳定安全运行，又能保证生成的三氯氢硅质量。陈绍章介绍说，目前新光硅业公司热氢化技术已取得工业化突破，该公司承担的“十一五”国家科技支撑计划——大型四氯化硅热氢化技术与装置研究，已于2009年通过国家验收。采用热氢化技术，可将还原过程产生的四氯化硅100%转化为多晶硅的原料三氯氢硅。实现了四氯化硅一次转化率大于20%，氢化反应产生的氯化氢100%回收用于合成三氯氢硅。仅节约的三氯氢硅合成耗材费一项，就相当于每千克多晶硅的生产成本降低约40元。

    冷氢化技术是将四氯化硅、氯化氢、氢气与硅粉在500℃温度下反应生成三氯氢硅。该技术具有以下优点：装置单一、投资小；反应温度低、操作稳定；对原料纯度要求低，多晶硅生产过程中副产的二氯硅烷可与四氯化硅发生歧化反应生成三氯氢硅；转化率高、能耗低。目前洛阳中硅高科技有限公司已经成功采用冷氢化技术处理四氯化硅。美国LXE太阳能技术公司拥有世界先进的冷氢化多晶硅生产工艺技术，在世界上已经有2家工厂成功运行的经验。该公司目前正在与江西赛维公司、昆明冶研新材料股份有限公司进行相关技术合作。

    此外，锌还原法、等离子体还原法等也受到了业内广泛关注，但由于受规模化应用中的经济性、纯度、物料闭环回收等因素的影响，其实用性要进一步验证。

    在厂外综合利用方面，我国有机硅行业泰斗、原化工部晨光化工研究院院长傅积赉接受CCIN记者采访时说：“以四氯化硅为原材料一方面可以生产白炭黑、光纤预制棒、硅酸乙酯等产品，这些工艺技术已经相对成熟。另一方面用四氯化硅作原料生产甲基氯硅烷、苯基硅烷，进而生产有机硅产品是当前的一个研究热点，但是目前尚没有十分令人满意的技术路线，需要进一步研究探讨。”

    如此看来，理论上四氯化硅处理有可行的技术路线，那么企业又为何而愁呢？

    实践中还有诸多难题

    当CCIN记者向与会的专家、企业家提出这个疑问时，才知道四氯化硅处理实施过程中仍然有一些障碍。但他们同时也表示，只要企业花力气不断改进和完善，四氯化硅利用完全可以不再是“拦路虎”。

    四川永祥多晶硅有限公司副总经理易正义说：“在厂外综合利用方面，将四氯化硅用于生产白炭黑、光纤预制棒和硅橡胶硅树脂等硅化工产品，这些都是消化四氯化硅的有效路径。但同时也必须注意到一个难以回避的问题，那就是这些产品市场容量有限。至2009年底，中国已投产气相法白炭黑装置约为2.5万吨/年，预计2011年我国的气相法白炭黑总产能将达6万吨/年，并将出现阶段性过剩。所以该产品对四氯化硅的消化容量有限。

    光纤预制棒也是如此。2009年中国光纤用量8800万芯千米，预制棒70%进口，若全部自制最多需四氯化硅4000吨，连消化一个千吨级多晶硅公司的四氯化硅都难！”

    此外，多晶硅生产过程中副产的四氯化硅纯度高，磷、硼以及金属杂质含量极低，将其用于生产气相法白炭黑也是一种资源浪费。由此可见，采用厂外综合利用的方式无法消化数量庞大的四氯化硅，这只能是消化四氯化硅的辅助方式。

    那么，走厂内闭路循环之路呢？易正义旗帜鲜明地说：“光伏产业发展的速度和规模决定了四氯化硅的应用在相当长一段时间内必须走闭路循环的道路。这就必须依靠氢化技术，尽管现有各种技术还存在一些不足之处。例如热氢化反应温度高、工艺流程复杂、装置操作难度大；加热器采用碳—碳复合材料，成本高；转化率低、能耗高。冷氢化方法操作压力高，设备磨损大，不能长期连续稳定运行。但随着冷氢化技术规模化运用日趋成熟，其投资少、运行单位成本低的特点决定了它将逐步成为主要应用方向。这样实现四氯化硅的资源化利用将不成问题。”

    江西赛维LDK光伏硅高科技有限公司总工程师陈希一同样对四氯化硅的资源化利用前景比较乐观。他告诉CCIN记者：“目前之所以存在四氯化硅利用的瓶颈问题，主要是因为很多企业之前并没有把注意力放在这方面。如今随着氢化技术在中国的渐趋成熟，消化大量的四氯化硅不存在技术障碍。我们公司目前正在探讨四氯化硅利用的多元化方法，包括热氢化、冷氢化和生产白炭黑等，以便进行全方位的比较，最终选择最合适的工艺解决四氯化硅利用难题。”

    多晶硅作为最主要的光伏材料，为太阳能产业的发展奠定了基础。4月12日，国内首批6座用太阳能发电的电话亭在南京禄口国际机场附近的马路边亮相。