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气相色谱分析仪在多晶硅项目中的应用

范文

李文龙李娟

摘要：多晶硅复杂的生产工艺，极高的产品质量要求，生产成本的控制都需要更为先进的分析技术。在线气相色谱分析仪是一种高精度检测仪器，它以气体作为流动相（载气），采用专门设计的先进处理技术，对样品进行在线分析。本文结合国电宁夏2500t/年多晶硅项目，在介绍色谱分析仪原理的基础上，着重阐述了在线色谱分析仪在多晶硅项目中的实际应用。

关键词：在线色谱分析仪;多晶硅;实时监测;生产效率;产品质量

中图分类号：TH839 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）08-0087-02

0引言

在线气相色谱仪凭借其连续取样、实时分析、测量范围宽、分析准确、可同时对多种组份进行分析的特点，近年来在石油化工行业得到迅速普及，开始成为越来越重要的分析工具。

1气相色谱分析仪基本组成

气相色谱仪（Gas Chromatograph）组成部分，详细见图1。

2气相色谱分析仪在多晶硅项目中的应用

国电宁夏2500t/年多晶硅项目（以下简称“国电多晶硅项目”）为了优化生产，提高产品质量，节约成本，充分借鉴国外多晶硅企业的先进生产理论及实际运用经验，在三氯氢硅合成工序、精馏工序、氢化还原工序及尾气回收工序设置了在线气相色谱仪，对关键物料点的组分进行连续采样分析，并通过上位机传送至DCS，帮助操作人员实时监控关键物料点的变化，及时采取优化措施，保证了产品质量并有效降低了成本。

2.1多晶硅工艺

目前多晶硅的生产工艺主要有改良西门子法、硅烷法、流化床法等三种，国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用改良西门子法进行生产，其工艺流程详见图2。

在这个工艺中，在1100℃左右时分解三氯氢硅（TCS-SiHCl3），会在加热棒上结晶生成高纯硅。要获得三氯氢硅，要用H2和Cl2制成HCL，生成的HCL与硅粉反应合成三氯氢硅，经精馏提纯，气化，送至氢化还原工序与氢气混合，进入还原炉（西门子反应器，西门子最早研发，故称西门子还原法），在高温下发生化学气相沉积生成多晶硅。

2.2取样设置

在国电多晶硅项目中，全厂共设置有7台在线气相色谱分析仪，分别设置在三氯氢硅合成工序（1台）、精馏工序（1台）、氢化还原工序（3台）及尾气回收（2台）工序，具体取样点及参数见表1，其中第1個和第2个取样点共用一台气相色谱分析仪，第3个至第6个取样点共用一台气相色谱分析仪，第9个和第10个取样点共用一台气相色谱分析仪，第11个和第12个取样点共用一台气相色谱分析仪。具体的取样点情况见表1多晶硅项目在线气相色谱分析仪取样点一览表。详见表1。

3气相色谱分析仪的选择及配置

3.1检测器的选择

如果说分离系统是气相色谱仪的心脏，那检测系统，特别是检测器就是气相色谱仪的眼睛。

TCD检测器和氢火焰离子化检测器因为其结构形式简单、性能稳定、价格合理，在气相色谱仪中得到了广泛运用，是气相色谱仪中最为常用的检测器。

3.2载气的选择

如表1所示，从理论上讲用氦气较合理，但它价格昂贵，因此选用氢气作载气。

3.3色谱柱的选择

一般用TCD多用填充柱，FID多用毛细管柱。

3.4气相色谱分析仪的配置

以下为根据各分析仪取样点介质组分特点结合测量分析的需要作出的分析仪配置。

尾气回收工序精馏塔出料分析仪配置：

三氯氢硅合成工序分析仪、精馏工序分析仪与尾气回收工序精馏塔出料分析仪因各取样点介质类似，选用的气相分析仪配置除色谱柱数量和流路数略有区别外，其他配置并无差别，故不再赘述。

4分析结果

还原炉一台色谱可同时测量还原炉尾气中的氢气、氯化氢、二氯氢硅、三氯氢硅、四氯硅烷等组分，分析时间只需要8min。而测量尾气回收氢气杂质痕量分析配置PDHID检测器。测量痕量的二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯硅烷，分析周期8min。

另外几个测量点，如三氯氢硅合成炉出口、精馏、氢化炉尾气等，也都取得了满意的效果。

5结语

在线气相色谱分析仪具备多重优势，在国电多晶硅项目中，通过在线气相色谱分析仪对关键物料点的实时监控，进行过程控制和生产优化，有效地提高了生产效率、产品质量，降低了生产成本。

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