年产1500吨多晶硅项目可行性方案研究报告.docx
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年产1500吨多晶硅项目可行性方案研究报告
年产1500吨多晶硅项目可行性研究报告
1、概述
1.1、项目概况
1.1.1、项目名称：
年产1500吨多晶硅项目
1.1.2、项目区域概况
**县位于**省东北部，****…………。
全县辖*个省级开发区，*个旅游度假区，*个镇、*个乡，*个国营场圃，**个行政村，人口**万，总面积**km2。
**县水、陆、空交通顺达，通讯便利，环境幽美。
县城距**港口70km，…………
**县天然水晶、石英量丰质优。
根据**省地质**队预测估算：
**县天然水晶储量约***万吨（SiO2含量高达99.9983％），石英储量约***亿吨（SiO2含量高达99.88%），全县***km2面积上有***km2蕴藏着硅资源，分布广、埋藏浅、易开采。
**县天然水晶、石英的开采历史悠久，********。
**县硅产业初具规模。
…………。
1.1.3、项目所在地
拟选厂址位于**省**经济开发区。
1.1.4、项目提出的背景，投资的必要性和意义
多晶硅材料作为半导体工业、太阳能电池等的主要原料，是发展信息产业和新能源产业的重要基石。
多晶硅是单晶硅的主要原料，其深加工产品被广泛应用于半导体工业，是半导体器件和集成电路的基础材料，国际集成电路芯片及各类半导体器件95%以上是用多晶硅材料制造的。
半导体工业是信息产业的基础和核心。
因此，多晶硅材料是电子信息产业的基础。
专家预计电子信息产业今后一段时期对多晶硅材料的需求量至少以每年5%的速度递增。
由于世界人口和发展中国家（例如中国）工业进程加快，全球能源消耗以3%以上的速度增长，并在今后较长的时间将可能维持这个增长速度。
在这种情况下，目前全球己经探明的一次性能源的储量预计在100年将会耗尽。
因此，全球积极开发利用可再生能源势在必行。
太阳能作为最重要的可再生能源之一，由于其清洁、卫生、安全、资源丰富等多方面的优势，其发展越来越得到人们的重视。
世界各国积极支持太阳能光伏产业的发展，包括日本、德国、美国在的许多发达国家都出台了旨在鼓励太阳能光伏产业发展的政策（如《太阳能屋顶计划》、《新能源法》等）。
发展中国家也是如此，中国不仅加入了《京都议定书》，并且颁布实施了《可再生能源法》。
因此，太阳能光伏产业已成为世界上发展最快的高新技术产业之一，过去10年的年均增长速度达到39％，并呈现加速增长的态势。
太阳能光伏产业链中生产太阳能电池所需要的核心原料——高纯多晶硅材料，目前供应短缺，成为制约太阳能光伏产业发展的瓶颈。
2005年全世界高纯度多晶硅材料的消费量增长到了35000吨，而供应量仅32000吨，超过10%的供需缺口要通过企业库存的减少来弥补。
在35000吨的消费量中，电子行业消费了19000吨，太阳能光伏发电行业消费了16000吨。
随着太阳能光伏发电行业的高速发展，对高纯度多晶硅材料的需求量将很快超过电子行业的需求量。
由于多晶硅材料严重供不应求，太阳能级多晶硅国际市场价格2005年上涨到了45-50美元／公斤，目前国际市场长期供货价格超过了80美元／公斤，预计2008年上涨会更多。
目前多晶硅材料2007年全年的期货已经售完，这些材料的现货价格近期超过了140美元／公斤。
部分太阳能电池生产企业抢购电路级多晶硅用于太阳能电池的生产，导致全世界电路级多晶硅材料也供应紧，并且拉动了电路级多晶硅材料的价格上扬。
世界太阳能光伏发电市场的高速发展也带动了我国太阳能光伏发电行业的巨大发展，尤其是产业链中劳动密集型的太阳能电池加工，正大量向我国转移，据不完全统计，2005年我国太阳能电池的生产能力已经超过了200MW，包括尚德和英利等企业的在建生产规模超过了800MW，而规划中的产能合计超过4000MW。
预计2008年我国太阳能电池的生产能力将达到l000MW，对多晶硅材料的需求将达到8000-10000吨，加上电子行业的需求，我国对多晶硅材料的需求量将超过10000吨。
而2005年我国的多晶硅生产能力仅为400吨，迫使我国企业不得不从国外大量进口多晶硅。
但是，国外生产企业却对我国采取高价限量的措施，大大制约了我国电子信息产业和太阳能光伏发电产业的发展。
因此，中国急需建设大型的多晶硅生产厂，以缓解国多晶硅原料需求供给严重不足的问题，并为我国太阳能光伏产业和电子产业的健康蓬勃发展提供必要的基础保证。
根据目前的市场格局和发展趋势，本项目采用立足电路级，主要面向太阳能市场，暂不参与高端市场的建设方案。
既避免了高品质多晶硅生产技术门槛高的难点，又能利用现有成熟技术在较短时间完成工厂建设，抓住市场时机，也能部分参与电路级市场竞争，具有风险小，见效快，适应性强的特点。
因此，该产品按中档电路级多晶硅进行设计，全部产品均满足太阳能电池的要求。
成品指标见表1-1。
表1-1多晶硅质量指标
项目
指标
N型电阻率，Ω.cm
100—300
P型电阻率，Ω.cm
1000—3000
碳含量，at/cm3
2×1016
N型少数载流子寿命µs
100—500
依据美国、日本及中国的多晶硅厂家的实践经验，从工艺和规模经济、以及市场容量而言，本项目建设一条1500吨／年的多晶硅生产线是比较切合实际的规模。
1.2、项目目标
1.2.1、市场目标
随着石油、煤等资源的逐渐匮乏，太阳能在世界能源中的地位越来越重要，太阳能光伏发电行业得到世界各国前所未有的高度重视。
美国计划到2010年累计安装太阳能发电装机容量要超过4600MW，欧盟计划到2010年太阳能发电装机容量要达到3700MW，日本提出2010年太阳能光电装机容量要达到5000MW。
太阳能光伏发电产业迅速崛起，对太阳能级多晶硅的需求量迅速增加。
据统计，2004年全世界共消费了32000吨高纯度多晶硅材料，其中电子行业消费了18000吨，太阳能光伏发电行业消费了14000吨；而2005年全世界高纯度多晶硅材料的消费量增长到了35000吨，其中电子行业消费了19000吨，太阳能光伏发电行业消费了16000吨。
随着太阳能光伏发电行业的高速发展，对高纯多晶硅材料的需求量将很快超过电子行业的需求量。
2005年我国的多晶硅需求超过3000吨，预计2010年我国太阳能光伏行业和电子行业的多晶硅材料需求量将超过10000吨，而目前国的生产能力只有300吨／年，因此适当引进国外先进技术工艺，通过集成和消化吸收创新，目前建设1500吨/年太阳能级多晶硅生产厂，从工艺和规模经济，以及市场容量而言，是比较合适的规模。
1.2.2、技术目标
本项目采用目前国外普遍采用的改良西门子工艺，即经过精馏提纯的三氯氢硅在纯氢气气氛下，在1080℃的硅芯表面沉积，生成多晶硅，产品为棒状。
还原反应后的“尾气”通过低温吸收法分离回收，分离出的氯硅烷到精馏提纯，氢气回还原炉循环使用，氯化氢到氯氢化合成单元合成三氯氢硅。
从精馏分离出的四氯化硅也回到氯氢化合成炉转化为三氯氢硅，精馏的产品三氯氢硅则到还原炉生产多晶硅。
该工艺是大部分物料在系统部循环的相对封闭的系统，技术成熟，生产稳定、安全、可靠、产品质量最稳定。
其工艺主要特点如下：
1、采用国际上先进的氯氢化技术，四氯化硅可实现全部工厂部消化，且95%以上可以转化为三氯氢硅，利用率高，降低了多晶硅生产的单位电耗。
使多晶硅生产系统的废气、废液、废渣排放量和排放种类大大减少，环境保护从根本上得到了保证。
2、采用高效、综合回收的精馏系统，物料消耗、能耗得到大幅度下降。
采用大流量高沉积速度的12对棒进口还原炉工艺技术，大幅度提高了单炉年产量，降低了能耗。
3、采用还原尾气的干法回收技术，原料综合回收率达98%，分离的氢气、氯化氢产品质量高，使混合气中的各种有用物料得到最大限度回收利用，也提高了多晶硅产品品质，减少了环境污染。
4、采用双相可控硅的还原电器自动控制技术，提高了还原的成功率、产量和安全性；采用还原热能综合利用技术，降低了综合能耗。
5、在系统综合回收减少原料损耗的基础上，设计有完善的尾气、残液处理、废水循环处理系统，确保各项指标均符合国家环保要求。
6、采用先进的DCS自动控制系统，一过程产量、质量更稳定，并使全厂定员降到212人的较低水平。
1.2.3、经济效果
本项目总投资为150000万元，财务评价表明，税后部收益率为110%，投资利润率50%，税后投资回收期3年，均高于行业平均指标，经济效益好；项目盈亏平衡点33%，表明具有很好的抗风险能力。
本项目的主要技术经济指标见表1-2。
表1-2主要技术经济指标
项目
项目名称
单位
数量
备注
一
产品方案
1
太阳能级多晶硅
t/a
1500
二
原料消耗
1
硅粉
t/a
1650
主要原料
2
四氯化硅
t/a
2250
主要原料
3
氢氟酸
t/a
15
4
硝酸
t/a
60
5
氢氧化钠
t/a
1305
6
生石灰
t/a
1770
7
包装物
个/a
600000
三
公用工程消耗量
1
新鲜水
t/a
3126000
2
电
KWh/a
360000000
3
蒸气
t/a
525000
4
装置空气（正常）
NM3/h
37.5
45（最大）
5
仪表空气（正常）
NM3/h
892.5
1072.5（最大）
6
氮气（正常）
NM3/h
1932
2317（最大）
四
三废排放量
1
废气
NM3/h
109
2
废水
M3/h
110
不含初期雨水
3
废渣
t/a
225
五
运输量
1
运入量
t/a
3900
2
运出量
t/a
1950
3
总运输量
t/a
5850
六
全厂定员
人
212
七
建筑面积
M2
46800
八
项目总投资
万元
150000
1
固定资产投资
万元
120000
九
财务评价指标
1
年均销售收入
万元
109080
2
年平均利润
万元
41081
3
部收益率
税前
%
57.14
税后
%
28.33
4
投资回收期
税前
年
2.8
含建设期2年
税后
年
4.6
含建设期2年
5
投资利润率
%
27.4
投资利税率
%
35
6
盈亏平衡点
%
31.76
1.2.4、社会效果
目前，国外多晶硅供不应求，多晶硅价格一路攀升，因此投资多晶硅生产项目会有理想的经济效益，并对我国多晶硅材料行业的发展和太阳能光伏发电行业的高速发展将起到积极的推进作用。
本项目拟建在**省**经济开发区，将享受国同等技术开发区的优惠政策包括土地、税收、贷款、电价及市政优质服务。
原料供应和产品运输十分方便，是理想的投资环境。
同时，将给地方提供劳动就业机会和税收，带动地方经济及相关产业的发展。
1.2.5、环境效果
本项目采用目前国际先进的工艺技术，以四氯化硅、硅粉、氢气为原料，氯氢化合成三氯氢硅，污染物排放量少，所有的废水、废气均采取了可行的处理方法进行处理，处理后的废水、废气可以达到国家标准规定的排放指标。
本项目的大部分固体废物可综合利用，需要进行堆放的废渣中不含有毒有害物质，可以直接堆放。
因此本项目符合清洁生产的要求。
充分考虑工厂总体布置的安全性，顺应生产流程布置，严格执行有关标准、规，并考虑各类工艺生产装置之间的防火间距，以及工艺生产装置与重要辅助设施、罐区、道路、行政设施等的防火间距。
2、项目容
2.1、建设规模
引进国外先进技术、工艺设备（部分），通过集成、消化吸收、创新，建设1500吨／年太阳能级多晶硅（产品质量按中档电路级设计）生产厂，从工艺和规模经济，以及市场容量而言，是比较合适的规模。
1500吨／年一条生产线，不仅具备规模效应，且技术成熟可靠，系统主工艺及公用工程的配置都不存在工程技术障碍，能量及物料的综合利用等更平衡合理。
2.2、工艺技术
2.2.1、工艺技术概况
本项目采用目前国外普遍采用的改良西门子工艺，即经过精馏提纯的三氯氢硅在纯氢气气氛下，在1080℃的硅芯表面沉积，生成多晶硅，产品为棒状。
还原反应后的“尾气”通过低温吸收法分离回收，分离出的氯硅烷到精馏提纯，氢气回还原炉循环使用，氯化氢到氯氢化合成单元合成三氯氢硅。
从精馏分离出的四氯化硅也回到氯氢化合成炉转化为三氯氢硅，精馏的产品三氯氢硅则到还原炉生产多晶硅，解决了国多晶硅厂家一直没有解决的“四氯化硅的综合利用”问题。
该工艺是大部分物料在系统部循环的相对封闭的系统，技术成熟，生产稳定、安全、可靠、产品质量最稳定。
完整的改良西门子工艺法的主要流程有以下工艺环节：
氯氢化合成三氯氢硅→三氯氢硅精馏提纯→多晶硅还原→还原尾气回收→产品处理及分析→三废处理→辅助及配套公用工程
2.2.2、自动化控制
根据装置的具体情况，装置工艺操作要求自动化水平很高，大部分生产过程控制、操作参数显示均要求集中在控制室进行。
针对以上工艺特点及操作要求，对工艺生产装置采用DCS集中控制，对生产装置进行监控、操作，高度集中，强化管理。
在车间综合楼设置中央控制室，中央控制室设置带CRT显示器的操作站进行显示和操作。
中央控制室的显示器互为备用，一旦某台操作站出现故障，则可通过其它操作站进行操作和控制。
另外中央控制室设置两台打印机，分别用来打印报表和报警信息。
为保证生产的安全运行，中央控制室为冗余型。
空压站、制氮站、冷冻站、循环水系统设置就地控制室，选用常规仪表对工艺参数进行监控。
2.2.3、主要设备选择
1、主要设备选择原则
关键生产设备选型的主要原则是，引进国际先进可靠的设备，确保生产的安全、稳定，并降低能耗。
如还原炉、双相可控硅调功器、干法回收系统、氯氢化合成系统的关键设备等考虑引进国外产品。
对国从设计、制造己完全掌握技术的其他主要设备，则立足国产以尽可能降低造价。
对于电解槽、氢气纯化系统等辅助的公用工程设备，国己具备成套供货能力，系统的设计、制造也达到较高水平，而售价也比较合理，本项目采用国产是可行的。
还原炉是多晶硅生产的关键设备之一，本系统引进的设备，总对数为12对棒，是目前国际上最先进的设备之一。
该还原炉采用循环热水冷却，避免了国一般采用热导油出现的结垢损坏还原炉的情况，运行稳定、故障率低。
而且循环热水采用闪蒸制取低压蒸汽，热能综合利用系统可以得到极大简化，蒸汽输送到精馏等热能消耗工序，提高了热能的利用率，使多晶硅的能耗得到大幅降低。
并且还原系统热能综合利用产生低压蒸汽，蒸汽潜热高，输送管道及设备与直接利用热导油比较，系统得到简化，也使热能的主要消耗设备－精馏塔釜的换热面积减少。
由于还原总热的综合利用效率得到提高，其产生的低压蒸汽除能解决精馏系统使用以外，还有较大剩余。
因此，本项目采用低压蒸汽为动力的溴化锂冷冻系统制备5℃冷冻水，用于还原电极、整流器、调功器等设备的冷却。
引进的干法回收系统，对还原尾气的综合收率可达98%，且回收的产品质量纯度高、系统自动化程度高、设备性能可靠，对提高物料的利用率，降低消耗起到了重要作用。
对系统中的部分非标设备和标准设备，因其技术要求相对较低，国产品己能满足要求，可以采取国产化，但其中的氢压机组必须选择进口成套设备。
DCS控制系统是工厂的控制中枢，国的综合水平目前与国际水平还有一定差距，为保证系统的稳定、可靠，也采用引进的方案。
总之，本系统采用的设备都根据立足国，争取引进国际先进技术和设备，使系统先进、节能、高效，从而控制多晶硅的制造成本，提高工厂效益。
2、主要设备有氯氢化合成炉（成套、组合件），三氯氢硅精馏塔（成套、组合件），三氯氢硅精馏塔（成套、组合件），水电解制氢装置（成套、组合件），尾气回收系统（成套、组合件），尾气洗涤塔（成套、石墨）。
3、进口设备
表2-1进口设备一览表
序
号
进口设备
技术规格
单价
台（套）数
用汇额
拟进口国
1
电压调控系统
1500V，3200A
52.47
18套
944.50
德国
2
油浸整流变压器
ODGN3300/17.5－spez
5-spez
27.87
18套
501.70
德国
3
氢化沉积反应器
非标
81.92
18套
1474.56
德国
4
尾气回收系统
非标
860
1套
860
美国
5
氢气压缩机
非标
150
3套
450
日本
6
冷冻机
非标
33.33
3套
100
美国
7
DCS控制系统
非标
190
1套
190
美国
8
泵
非标
5.56
18套
100
德国
9
阀门
非标
4.44
18套
80
美国
10
氯氢化反应系统
非标
2500
1套
2500
美国
总计
2.3、工程方案
2.3.1、总图运输
1、总平面布置原则。
（1）符合工艺流程，物料流向顺畅。
（2）符合现行防火、安全、卫生等有关标准、规的要求。
（3）符合工业园区总体规划要求。
（4）原料、产品的装卸设施、罐区等根据物料的性质、数量、包装及运输方式等条件，按不同类别相对集中布置，以便生产管理。
（5）结合场地条件，使外部交通运输与工厂部工艺流程相协调
2、功能划分。
本项目主要由以下容组成：
（1）生产区：
氯氢化合成单元、三氯氢硅精馏、多晶硅还原单元、水电解制氢单元等。
》
（2）公用工程区：
冷冻、空分及空压制氮站、循环水及消防水系统、三废处理、车间变电所等。
（3）储运区：
硅粉库、中间罐区及产品仓库、地秤等。
（4）厂前区：
办公楼、实验楼、总变电所、综合仓库及维修等。
3、总平面布置方案
根据总平面布置原则及项目组成，结合当地气象条件、外部交通运输情况，将厂前区、公用工程区、生产区及储运区按总平面布置原则及功能合理布置。
为了满足厂区发展的需要，一期1500t/a多晶硅生产装置的一侧，预留二期8500t/a多晶硅生产装置的用地，即全厂按10000t/a多晶硅生产能力进行总体规划。
全厂总征地1500亩，其中一期占地556亩。
4、设计原则
（1）满足生产、运输与货物装卸等对高程的要求，使工厂有良好的运输条件。
（2）厂区设计标高应与周围绿地标高及厂外道路标高相协调。
（3）应使场地雨水排除顺畅。
5、工厂运输
（1）运输量：
本项目总运输量为5850吨／年，其中运入为3900吨／年，运出为1950吨／年。
（2）运输方案及运输车辆
根据当地的运输条件，本项目货物运输方式确定为铁路和公路相结合的运输方式。
为了对进、出厂区的物料进行准确的计量，在厂区货运出入口设60吨无基坑数字型汽车衡一台；考虑桶装物料装车的便利，配备2辆2吨的防爆叉车。
本项目运输量全部依托运输公司，不足部分依靠社会运输力量解决，因此本项目不新增运输车辆。
2.3.2、土建工程
1、建筑、结构设计原则：
（1）严格执行国家、行业、地方现行的相关规、标准、规定。
（2）在满足工艺生产特性及设备布置要求的前提下，尽量使建、构筑物做到经济、实用、美观、大方，并尽量做到因地制宜、就地取材、有利生产、方便生活。
对建筑外观力求简洁、明快、线条流畅，尺度适宜，并满足建筑设计的节能要求。
注重环境协调和整体效果，以体现现代工业形象为目标。
（3）结构设计正常使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。
（4）有防火、防爆、防腐等要求的建、构筑物，采取相应的技术措施，并尽量使设计标准统一，方便施工与管理。
2、建筑、结构设计方案
（1）本项目的主要生产装置：
氯氢化合成装置、三氯氢硅精馏装置、多晶硅还原装置、尾气回收装置拟采用钢筋混凝土框架结构。
（2）辅助装置、公用工程、生活及办公设施将根据各自的功能需求采取砖混或钢筋混凝土框架结构。
3、对防火、防腐、防噪、防尘及建筑物外装修等问题的处理。
（1）防火：
根据建筑生产类别和要求的不同，采用不同的建筑材料，以达到规的要求。
本工程建筑设计耐火等级均为二级及二级以上。
尤其甲、乙类建、构筑物（钢平台）需涂刷防火涂料、防腐涂料。
防火分区的划分按国家现行防火规要求进行。
（2）防腐：
对于有防腐要求的建、构筑物，进行防腐处理。
根据工艺所提腐蚀介质的不同，采用相应的防腐处理方法。
液相腐蚀采用贴防腐块材处理，气相腐蚀采用防腐涂料处理。
（3）防噪、防尘：
对于噪声处理，采取隔音降噪方式，封闭噪声源，增强建筑物的密闭性，采用塑钢窗和多孔砖墙，达到较好的隔声效果。
对于粉尘处理，除设备采取措施外，总体区域应有一定的隔离、绿化，提高建筑物的部装修，以利尘埃清除。
（4）建筑物外装修：
除办公楼外，采用中等装修标准。
2.3.3、给水排水
1、概况
生产废水经本项目污水预处理装置处理后排入园区污水处理厂。
生活污水直接排至园区污水管网。
生产净下水及雨水收集后排至园区雨水管网。
本项目为新建项目。
生活用水由自来水公司供给；工艺、生产用水水源来自淮沭新河，经项目净水站处理后加压经管网供给，供水压力0.4MPa，接入管径分别为DN300和DN80；消防用水由清水池供给，供水压力0.3-0.4MPa，送到界区后经加压到0.95MPa。
生活及生产废水及初期雨水经污水处理装置处理后，达到二级排放标准与清净生产排水和清净雨水重新排至市政管网。
2、项目用水量及水源
（1）项目用水量：
生活用水12m3/h，最大20m3/h；生产用水378m3/h，最大408m3/h；循环冷却水10500m3/h，10920m3/h。
（1）供水水源：
本项目各装置生产用水由厂区自备水厂提供给厂区供水管网。
总用水量按390--460m3/h，供水压力0.4MPa。
3、给水系统划分
根据工程对水质、水量的要求，结合拟建厂区供水条件，厂区给水系统分为；生活给水系统、生产给水系统、消防给水系统和循环水系统。
（1）生活给水系统：
生活给水主要是饮用、办公冲洗、实验室、卫生间等用水，可直接从厂区生活给水总管引入。
（2）生产给水系统：
生产用水主要包含循环水补充水、生产设备密封和冷却用水、工艺装置和辅助装置及公用工程设施的生产用水等，用水总量378-408m3/h。
从厂区自备水厂接入，管径DN300引入拟建厂区，供水压力0.4Mpa。
（3）消防给水系统：
遵照设计规，本项目消防用水量按同一时间一处火灾考虑，消防用水强度按330L/s，火灾延续供水时间3小时。
一次火灾消防总用水量为3600M3，供水压力0.95MPa，给水干管DN350两根形成环形。
为此需要建4000M3消防水池，为节省投资，拟充分建清水池储量（储量3000M3，此清水池与自备水厂有一DN400相连）但需从清水池处引两根DN450管道，压力维持现有0.4MPa左右，在界区设消防加压泵。
消防增压泵选用XBD消防水泵三台（两开一备），其性能为：
Q=175L/s，H=0.58MPa，配户外型电机N＝160kw。
消防给水干管采用DN350焊接钢管，管网布置成环状。
工艺生产主装置区及罐区设SS150室外地上式泡沫消火栓和室外消火栓箱，消火栓间距≤60m。
室、外消火口处均作减压处理，在工艺生产主装置区四周设置高压水炮。
由于工艺装置的塔系高度在50-70米之间，消防设计考虑塔系的环管喷淋系统，喷头需要一定的余压。
因此，塔系的环管喷淋系统单独另设管道泵增压设施。
（4）泡沫消防系统：
由于本项目含有三氯氢硅介质，
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