前兩天有一位朋友問筆者冷氫化電加熱器的損壞問題，由于目前國內的多晶硅生產企業真正運行冷氫化系統的沒有幾家，因此一直沒有過多的進行關注。但看到他發過來的照片，發現加熱器損壞還是蠻嚴重的。再結合以前就聽說冷氫化經常因為設備、管道堵塞而不能正常運營，因此這兩天靜下心來仔細研究了一下冷氫化設備和工藝，結合筆者以前的經驗提出自己對冷氫化的一些想法，供大家討論。

或許是基于提升自身競爭優勢原因，國內企業一直將冷氫化搞得非常神秘，不管有沒有開車，開車是否正常，都將其限定在特定的人群，一定的范圍之中。這樣從表面上來看，技術保密對于企業非常重要，但是從生產運行的角度來看，過度的保密反而影響企業的生產技術發展，這點在企業沒有完全掌握此項技術的時候表現的更為明顯。沒有開放式的共同研究，單憑有限的人員對工藝包的消化，很難快速的達到預期的效果。這一點需要國內的生產企業重新進行審視。

一、冷氫化技術的發展史：

根據冷氫化技術的專利申請人美國LXE公司技術顧問Larry Coleman的介紹，冷氫化專利由其于1980提出，1982年批準，2002年過期。整個冷氫化的發展經歷了以下過程：

（1）1948年，聯合碳素UCC的分公司林德氣體為了找到一種合成TCS的方法而最先開發了冷氫化技術，但在當時生產TCS是為了制備有機硅而非高純硅。

（2）1950~1960，林德公司在西維吉尼亞建了一個用冷氫化技術生產TCS的生產線。同時，他們發現用Si+HCl的方式（合成法）來生產TCS更加經濟，于是就將冷氫化技術擱置。

（3）1973年，當第一次石油危機來臨后，美國政府開始尋找石油的替代能源，太陽能就是其中之一，很多公司參與了與之相關的研究（包括多晶硅的生產），其中包括UCC。

（4）1977年，美國總統卡特授權美國航空航天署NASA尋找降低太陽能電池板生產成本的方法。此時，多晶硅的生產再次被提上議事日程。UCC當時介入了此事，便重新把硅烷技術（1971年發明）及冷氫化技術找出來，開始準備建立中試裝置。

（5）1979~1981年，UCC在Washougal建立了一個做硅烷（100MTA硅烷）的中試工廠（生產硅烷的第一步生產TCS所采用的是可以閉路循環的冷氫化技術），并成功生產出電阻率為10000的多晶硅。他們希望通過國家對太陽能級多晶硅的支持來提升其電子級多晶硅的名氣，因為當時工廠還不能夠生產電阻率如此高的電子級多晶硅。

（6）1983年，UCC在Moses lake開始建設1000MTA硅烷的擴大化工廠。但當時在位的總統里根為了解決石油企業利潤微薄的問題，抽調了供給NASA研究廉價太陽能利用項目組的資金，叫停了太陽能產業的發展。此后，UCC對太陽能的利用失去了興趣，于1989年將這個1000噸的硅烷工廠以三成的價格賣給了一個叫ASMI的日本企業。

（7）此后幾年，ASMI又將50%的股份賣給了REC，至此REC開始進入多晶硅領域，冷氫化技術的工業化生產得以延續。REC也由此成為冷氫化生產技術新的開拓者。

二、冷氫化工藝原理：

目前國內的冷氫化技術主要分為兩種，一種就是傳統意義上的由H2、硅粉、STC作為原料在催化劑的作用下及中溫高壓條件下生產TCS的冷氫化技術，其反應原理如下：

另一種是在傳統冷氫化技術上引入回收HCl生產TCS的方法，即氯氫化技術。其整合了三氯氫硅合成和冷氫化兩者的特點，可看作是傳統冷氫化工藝的衍生和優化，將回首HCl得到充分的利用。其反應原理如下：

不論是傳統的冷氫化生產技術還是改良后的氯氫化技術，其主要生產工藝流程和設備基本是相同的。

三、冷氫化生產工藝概述：

為了便于討論，需要先充分了解一下冷氫化的生產工藝。為了防止與相關企業產生不必要的知識產權糾紛，本文中的冷氫化工藝論述均來自筆者自己掌握的一些公開資料及個人的生產技術經驗匯編而成的技術方案。任何企業或個人如對本文中所闡述的工藝論述有知識產權疑議，請及時與筆者進行聯系確認。

一般的冷氫化工藝可以分為四大部分，即物料供應系統（含STC、H2、硅粉、HCL等）、氫化反應器系統、冷凝分離系統和精餾系統。詳細工藝如下圖所示：



從工藝流程圖中可以看出，硅粉經過干燥后和催化劑在硅粉中間槽內進行H2活化，然后后通過給料倉進入氫化反應器。一般硅粉進入氫化反應器主要有三個部位，反應器頂部、反應器中部和反應器底部，這三個部位進料各有優勢，后續進行詳細的分析。STC和H2分別經過加壓、汽化后按照一定的摩爾比從流化床底部進入，如同TCS合成爐一樣，這樣可以使氫化反應器內的物料進行充分沸騰反應。反應尾氣通過旋風分離器分離掉絕大部分的催化劑和未反應完全的硅粉，之后再進入洗滌塔通過氯硅烷噴淋洗滌進一步除去尾氣中的固含物。比較潔凈的尾氣通過STC加熱器與液體STC進行充分換熱，然后再通過兩級冷凝器對尾氣進行深冷，尾氣中的氯硅烷變為液體，這樣就可以將尾氣中H2和HCL與氯硅烷通過氣液分離器進行分離。分離出來的氣體H2和HCL根據企業工藝和設備情況回收至合成車間或是氫化反應器。液體氯硅烷一部分被泵入尾氣洗滌塔來洗滌尾氣，剩下的均進入汽提塔進一步除去固體雜質。除雜后的氯硅烷進入粗餾塔進行STC和TCS的分離，STC為液體從塔底排出，TCS成氣體從塔頂排出進入下一級精餾塔分別進行除重、除輕處理。精餾后的TCS進入TCS儲槽，之后被泵入多晶硅還原工序。

如果從傳統的改良西門子法工藝角度來看，冷氫化工藝其實是由三個工序構成的，即TCS合成工序、合成干法尾氣回收的冷凝工序和合成精餾工序。筆者之所以從傳統的生產工藝角度來對冷氫化進行工序分割，主要是為了便于分析冷氫化經常存在的問題，并給予一些相應的解決方法。

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