三氯氢硅精馏提纯模拟和优化

马永飞　赵建章

【摘 要】采用化工流程模拟软件，采用NRTL-RK物性方法对三氯氢硅精馏提纯过程进行了模拟计算，得到了和实际相符的结果，并在保证产品质量的前提下进行了优化，降低了能耗，对生产实际具有一定的指导意义。

【关键词】三氯氢硅；模拟；精馏

迄今为止，多晶硅生产方法多采用改良西门子法工艺生产的，即氢气和三氯氢硅反应生成高纯硅。三氯氢硅的纯度是最终产品太阳能级多晶硅纯度的关键因素之一[1]。

在现阶段工艺流程中，三氯氢硅的提纯方法主要采用精馏提纯的方式。精馏分离效果直接影响最终产品的质量，尤其是硼，磷等微量杂质，产品中要求三氯氢硅的含量大于0.9999，硼的含量不超过2ppb，磷的含量不超过6ppb。

本文根据某厂实际工艺过程，采用化工流程模拟软件对三氯氢硅精馏提纯过程进行模拟计算，在保证产品质量的前提下并对操作参数进行优化，降低能耗。

1 工艺流程及物性方法的选择

该厂在传统脱重—脱轻工艺基础上，增加了一个精馏塔，以保证硼， 磷等微量杂质的脱除。

图1 某厂三氯氢硅精馏提纯工艺流程

黄国强[2]等对三氯氢硅精馏体系采用NRTL-RK物性方法，李闻笛[3]等对三氯氢硅精馏体系采用NRTL物性方法，李群生[4]等也对三氯氢硅精馏体系采用NRTL物性方法。比较这两种方法，液相都采用NRTL活度系数模型；NRTL气相采用IDEAL GAS，NRTL-RK气相采用RK方程。本文通过两种物性方法模拟，并对结果进行对比，采用NRTL-RK模拟结果和实际更符合，故本文采用NRTL-RK物性方法。

2 原工况模拟结果

原料组成见表1。

各个塔的塔压和回流比及产品采出量见表2。

通过模拟，最终产品除三氯氢硅外其它所有组分质量分数都不足1E-11。该结果实际是相符的，再一次验证物性方法的正确。冷凝器和再沸器的能耗见表3。C2、C3塔能耗之所以如此之高是由于回流比过大的原因，尤其是C3塔的塔顶采出量很高，回流比增大能耗明显增高。

3 优化模拟结果

在保证产品质量合格的前提下，通过适当降低产品纯度的方式降低回流比以达到降低能耗的目的。

先通过DSTWU多组分精馏的简捷设计模块，在给定塔板数条件下计算回流比及进料板；再把结果输入到先前的模拟过程中，查看最终产品质量和能耗。为了方便，引入了Transfer流程选项。模拟结果见表4、表5。由此看出既保证了产品的质量，又使能耗明显降低，同时在生产中也易于实现。

4 结论

（1）采用NRTL-RK物性方法按原工况进行模拟，得到模拟结果，验证了物性方法的正确，也发现了原来操作参数的问题。

（2）通过调整回流比，在保证产品质量的前提下明显降低了能耗，给实际生产提出了良好的建议。

【参考文献】

[1]董前程.影响多晶硅质量的因素[J].氯碱工业，2012，9：31.

[2]黄国强，赵虎勇，孙帅帅.热泵精馏在三氯氢硅提纯过程中的模拟[J].化工进展，2013，6：1450.

[3]李闻笛，廉景燕，丛山，李洪.高纯三氯氢硅精馏节能工艺的模拟分析[J].现代化工，2012，9：94.

[4]李群生，白洁，郭增昌，王宝华.三氯氢硅精馏过程的模拟与优化[J].北京化工大学学报（自然科学版），2012，1：1.