李文龍 李娟

摘 要：多晶硅復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，極高的產(chǎn)品質(zhì)量要求，生產(chǎn)成本的控制都需要更為先進(jìn)的分析技術(shù)。在線氣相色譜分析儀是一種高精度檢測儀器，它以氣體作為流動相（載氣），采用專門設(shè)計(jì)的先進(jìn)處理技術(shù)，對樣品進(jìn)行在線分析。本文結(jié)合國電寧夏2500t/年多晶硅項(xiàng)目，在介紹色譜分析儀原理的基礎(chǔ)上，著重闡述了在線色譜分析儀在多晶硅項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：在線色譜分析儀;多晶硅;實(shí)時(shí)監(jiān)測;生產(chǎn)效率;產(chǎn)品質(zhì)量

中圖分類號：TH839 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0087-02

0引言

在線氣相色譜儀憑借其連續(xù)取樣、實(shí)時(shí)分析、測量范圍寬、分析準(zhǔn)確、可同時(shí)對多種組份進(jìn)行分析的特點(diǎn)，近年來在石油化工行業(yè)得到迅速普及，開始成為越來越重要的分析工具。

1氣相色譜分析儀基本組成

氣相色譜儀（Gas Chromatograph）組成部分，詳細(xì)見圖1。

2氣相色譜分析儀在多晶硅項(xiàng)目中的應(yīng)用

國電寧夏2500t/年多晶硅項(xiàng)目（以下簡稱“國電多晶硅項(xiàng)目”）為了優(yōu)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約成本，充分借鑒國外多晶硅企業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)理論及實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，在三氯氫硅合成工序、精餾工序、氫化還原工序及尾氣回收工序設(shè)置了在線氣相色譜儀，對關(guān)鍵物料點(diǎn)的組分進(jìn)行連續(xù)采樣分析，并通過上位機(jī)傳送至DCS，幫助操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵物料點(diǎn)的變化，及時(shí)采取優(yōu)化措施，保證了產(chǎn)品質(zhì)量并有效降低了成本。

2.1多晶硅工藝

目前多晶硅的生產(chǎn)工藝主要有改良西門子法、硅烷法、流化床法等三種，國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠絕大部分采用改良西門子法進(jìn)行生產(chǎn)，其工藝流程詳見圖2。

在這個(gè)工藝中，在1100℃左右時(shí)分解三氯氫硅（TCS-SiHCl3），會在加熱棒上結(jié)晶生成高純硅。要獲得三氯氫硅，要用H2和Cl2制成HCL，生成的HCL與硅粉反應(yīng)合成三氯氫硅，經(jīng)精餾提純，氣化，送至氫化還原工序與氫氣混合，進(jìn)入還原爐（西門子反應(yīng)器，西門子最早研發(fā)，故稱西門子還原法），在高溫下發(fā)生化學(xué)氣相沉積生成多晶硅。

2.2取樣設(shè)置

在國電多晶硅項(xiàng)目中，全廠共設(shè)置有7臺在線氣相色譜分析儀，分別設(shè)置在三氯氫硅合成工序（1臺）、精餾工序（1臺）、氫化還原工序（3臺）及尾氣回收（2臺）工序，具體取樣點(diǎn)及參數(shù)見表1，其中第1個(gè)和第2個(gè)取樣點(diǎn)共用一臺氣相色譜分析儀，第3個(gè)至第6個(gè)取樣點(diǎn)共用一臺氣相色譜分析儀，第9個(gè)和第10個(gè)取樣點(diǎn)共用一臺氣相色譜分析儀，第11個(gè)和第12個(gè)取樣點(diǎn)共用一臺氣相色譜分析儀。具體的取樣點(diǎn)情況見表1多晶硅項(xiàng)目在線氣相色譜分析儀取樣點(diǎn)一覽表。詳見表1。

3氣相色譜分析儀的選擇及配置

3.1檢測器的選擇

如果說分離系統(tǒng)是氣相色譜儀的心臟，那檢測系統(tǒng)，特別是檢測器就是氣相色譜儀的眼睛。

TCD檢測器和氫火焰離子化檢測器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)形式簡單、性能穩(wěn)定、價(jià)格合理，在氣相色譜儀中得到了廣泛運(yùn)用，是氣相色譜儀中最為常用的檢測器。

3.2載氣的選擇

如表1所示，從理論上講用氦氣較合理，但它價(jià)格昂貴，因此選用氫氣作載氣。

3.3色譜柱的選擇

一般用TCD多用填充柱，F(xiàn)ID多用毛細(xì)管柱。

3.4氣相色譜分析儀的配置

以下為根據(jù)各分析儀取樣點(diǎn)介質(zhì)組分特點(diǎn)結(jié)合測量分析的需要作出的分析儀配置。

尾氣回收工序精餾塔出料分析儀配置：

三氯氫硅合成工序分析儀、精餾工序分析儀與尾氣回收工序精餾塔出料分析儀因各取樣點(diǎn)介質(zhì)類似，選用的氣相分析儀配置除色譜柱數(shù)量和流路數(shù)略有區(qū)別外，其他配置并無差別，故不再贅述。

4分析結(jié)果

還原爐一臺色譜可同時(shí)測量還原爐尾氣中的氫氣、氯化氫、二氯氫硅、三氯氫硅、四氯硅烷等組分，分析時(shí)間只需要8min。而測量尾氣回收氫氣雜質(zhì)痕量分析配置PDHID檢測器。測量痕量的二氯二氫硅、三氯氫硅、四氯硅烷，分析周期8min。

另外幾個(gè)測量點(diǎn)，如三氯氫硅合成爐出口、精餾、氫化爐尾氣等，也都取得了滿意的效果。

5結(jié)語

在線氣相色譜分析儀具備多重優(yōu)勢，在國電多晶硅項(xiàng)目中，通過在線氣相色譜分析儀對關(guān)鍵物料點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行過程控制和生產(chǎn)優(yōu)化，有效地提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。