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三孚股份:唐山三孚电子材料有限公司年产500吨电子级二氯二氢硅及...

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  生产能力10万吨/年, 光纤级高纯四氯化硅生产能力1 万吨/年。 产品均通过ISO9001:2008

  质量管理体系和ISO14001 :2004环境质量体系认证。 多年来, 三孚硅业项 目 建设立足于延

  伸产业链条, 坚持绿色环保的发展理念。 三氯氢硅、 氢氧化钾、 硫酸钾三大生产系统协

  调联动生产, 资源循环利用 , 产品互相支撑, 初步形成了一个完整的循环产业链条。

   三孚硅业地理位置优越, 处于天津港、 曹妃甸港、 京唐港核心腹地区域, 唐曹高速

  和沿海高速、 唐曹铁路和蒙曹铁路均交汇于此。 下辖全资专业危化品运输公司 , 有力保

  障了到货及时性。 同时三孚硅业团队具有多年国际贸易经验, 实时掌握国际市场的需求

  动态, 主要产品远销亚洲、 欧洲、 美洲等20多个国家, 为三孚硅业产品 出 口赢得国际市

  场先机。

   近年来, 三孚硅业坚持上下游产业链条延伸, 围绕 自 身循环经济特色产业推进项 目

  建设, 加快转型升级, 积极求变创新, 获得 “唐山市工业转型发展暨民营企业二次创业

  

  优秀企业” 、 “唐山市民营经济创新发展先进企业” 、 河北省首批 “专精特新” 中小企

  

  业等荣誉称号。 未来五年, 公司将以IPO为契机, 以保效益、 促发展为主题, 以产业结

  

  构调整、 产品结构优化为主线, 全力提高研发水平, 实施差异化精品战略, 提高产品专

  

  业化、 精品化、 特色化水平, 力争将公司打造成国 内领先的精细化工研发和生产基地。

  

   唐山三孚电子材料有限公司 (简称: 三孚电子) 作为三孚硅业的全资子公司 , 成立

  

  于2016年12月 9 日 , 注册资本1000万元。 主要经营范围为电子材料批发零售及商品的进出

  

  口业务。

  

  1.4 项 目提出 的背景、 投资的必要性

  1 .4.1 项 目 提出背景

   电子级二氯二氢硅及三氯氢硅主要应用在硅外延片生产领域。

  

   半导体制造商生产集成电路 (IC) 芯片用硅片分别采用硅抛光片 (PW) 和硅外延片

  

  以及非抛光片三种类型, 用量最多的为前两种硅片。 硅外延片即在一定条件下, 在经过

  切、 磨、 抛等仔细加工的单硅晶衬底上生长一层合乎要求的单晶层。 国际上 自20世纪80

  年代早期开始使用外延片, 它具有硅抛光片所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶

  体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。 因此, 硅外延片广泛应用于制作

  不可恢复器件, 包括MPU、 逻辑电路芯片、 快闪存储器、 DRAM等。

   以 电子级二氯二氢硅、 三氯氢硅为反应气体, 在一定的保护气氛下反应生成硅原子

  并沉积在加热的衬底上, 最终生成满足半导体行业要求的硅外延片。 可见电子级二氯二

  氢硅及三氯氢硅作为电子气体在硅外延片生产过程中 的重要性。

   在微电子、 光电子元件生产过程中 , 从芯片的生长到最后元件的封装, 几乎每一步,

  每一个环节都离不开电子气体。 电子气体的纯度每提高一个数量级, 都会极大地推动半

  导体元件质 的飞跃。 由于电子气体质量决定着半导体元件技术的发展水平, 而半导体元

   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告

  件广泛应用于民用和军工领域, 因此有关特种 电子气体的生产、 净化、 充装、 分析等技

  

  术在国际上高度保密。

  

   电子级二氯二氢硅和三氯氢硅作为微电子、 光电子元件制造过程中不可或缺的重要

  

  材料, 符合2016年国家商务部发布 《鼓励进 口技术和产品 目 录》 , 其中 明确 “ 半导体、

  

  光电子元件、 新型电子元件等电子产品用材料制造” 为国家鼓励发展的重点行业, 行业

  

  序号C30。

  

   目 前, 三孚硅业已经建有年产1 万吨光纤级高纯四氯化硅装置。 三孚 电子作为三孚

  

  硅业的全资子公司 , 依靠 自 身在全国硅行业的技术优势, 计划建设年产500吨电子级二

  

  氯二氢硅和1000吨电子级三氯氢硅项 目 。 项 目 建成后, 可提高国 内 电子气产业的整体技

  

  术水平, 提高产业的整体竞争力, 减少对国外产品的依赖程度, 确保国家新兴信息产业

  

  安全健康发展, 市场前景较好。

  

  1 .4.2 项 目 投资必要性

   随着我国经济结构调整, 计算机、 智能手机、 通信等产业规模的持续增长, 大大拉

  动了对上游集成电路的需求。 近几年我国从国家信息安全战略层面不断加大对集成电路

  产业的政策支持力度, 国 内近几年集成电路产业持续增长。 近五年的复合增长率达到

  22.14%。 2014年产值已经达到3000亿。 据估算2017年国 内半导体电子气体的市场规模超过

  20亿元人民币 。

   目 前, 我国仅有河南沁阳凌空特种气体有限公司可生产电子级二氯二氢硅, 产能仅

  为150吨/年。 国 内 电子级二氯二氢硅和 电子级三氯氢硅仍然大量依赖进 口 。

   全球电子级二氯二氢硅及三氯氢硅市场, 日本 占据了约80%市场份额。 因此, 为了

  打破国外市场及技术的垄断, 本项 目 的建设势在必行。

  

  1.5 行业准入分析

   电子级二氯二氢硅及三氯氢硅广泛应用于半导体行业, 是一种重要的辅助材料。 但

  

  是由于生产技术主要掌握在国外生产商手里, 国 内市场基本依赖进 口 。 河南沁阳凌空特

  

  种气体有限公司 虽然采用类似技术建有年产150吨的二氯二氢硅装置, 但因产能有限,

  

  难以满足国 内 需求。 本项 目 所用技术为天津大学提供, 三孚电子利用 自 身在高纯四氯化

  

  硅行业的生产经验对该技术进行了优化。 本项 目 的建成投产, 将确立三孚电子在国 内 电

  

  子级二氯二氢硅及三氯氢硅气体市场的地位, 进一步降低国 内半导体行业对国外生产商

  

  的依赖程度。 电子级二氯二氢硅及三氯氢硅作为微电子、 光电子元件制造过程中不可或

  

  缺的重要材料, 属于国家鼓励发展的重点行业。

  

  1.6 研究范围

  

   本项 目 建设内容见表1-1 。

  

   3

   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告

   本可行性研究报告对装置的工艺技术方案、 配套公用工程和辅助设施、 项 目 经济效

  

  益和产品市场等方面进行了研究, 提出 了先进合理的工艺技术和工程方案, 作出投资估

  

  算, 对企业的经济效益作出 了财务评价。

  

   表 1-1 主项表

  

  序号 项 目名称 主项 (单元) 名称 主项号 备注

  

   1 生产单元 DCS/TCS 生产装置 411

   废气处理装置 412

  

   公用工程站 170 为 DCS/TCS 生产装置、 原料及产品

   罐区提供冷源; 全厂采暖换热

  

   2 公用工程设施 变配电站 200 全厂供电

  

   循环水站 260

  

   事故应急池 295

   总图运输 082

   外管 083

  

   3 装置区公用系统 厂区给排水 084 供电及照明 085

   电讯及火灾报警系统 086

   厂区消防 087

  

   综合楼 140 含办公、 化验室

  

   厂内生活设施 控制室 144 工艺生产的集中控制

  

   4 及辅助生产设施 原料及产品罐区 176

  

   灌装站 198 局部封闭洁净厂房

  

   地中衡 161

  

   5 厂内行政生活设施 门卫 108 货运门卫和人流门卫

  

  1.7 研究结论

  

   本项 目 所用技术为天津大学提供, 三孚电子利用 自 身在高纯四氯化硅行业的生产经

  

  验对该技术进行了优化, 本技术处于国 内领先水平。

  

   本项 目 所用设备、 仪表和材料基本可以从国 内获得。

  

   本项 目 所用三氯氢硅以及部分公用工程可以依托三孚硅业提供。

  

   本项 目 厂址选择合理, 满足用地和运输的要求, 适于建设本装置, 总图布置能满足

  

  国家规范。 环保、 安全、 消防能满足国家有关的规定和规范。

  

   本项 目 总投资28724万元, 年营业收入为24574万元, 年均利润总额为12631万元, 年

  

  均营业税金及附加为309万元, 年均所得税为3158万元。 从所分析的各项指标来看, 本项

  

   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告

   主要技术经济指标表详见表1-2。

   表 1-2 主要技术经济指标表

  

  序号 项 目名称 单 位 数 量 备 注

  

   一 生产规模

   1 电子级二氯二氢硅 t/a 500

   2 电子级三氯氢硅 t/a 1000

  

   二 年操作小时 h 7920

   三 主要原辅材料用量

   1 三氯氢硅 t/a 10990

   2 催化剂 t/a 0.33 年平均用量, 间歇补充

   四 公用工程及动力消耗

  

   1 电 kWh /a 1125.37 万

   2 蒸汽 t/a 44352

   3 新鲜水 t/a 73497.6

   五 “三废” 排放量

   废水 3 1.876 (正常)

  

   1 m /h 最大

  

   5.093 ( )

   2 废气 kg/h 6.8

  

   3 废固 t/a 0.33 废催化剂

   六 运输量

   原料三氯氢硅由三孚硅

  

   1 运入量 t/a 10990 业经管廊送至罐区原料

   罐

  

   2 运出量 t/a 10910 七 全厂定员 人 50 八 万元产值综合电耗 kWh 458

   九 总 占地面积 m2 34693.45 折 52.04 亩

   5

  

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   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告序号 项 目名称 单 位 数 量 备 注 十 项 目 总投资 万元 28724 1 建设投资 (静态) 万元 27578

   2 流动资金 万元 679 3 建设期利息 万元 466十一 年营业收入 万元 24574 平均十二 年总成本费用 万元 11635 平均

  十三 年利润总额 万元 12631 平均十四 财务评价指标 1 投资利润率 % 43.97 平均 2 投资利税率 % 54.00 平均

   3 投资回收期 年 4.74 (含建设期) 税前 4 投资回收期 年 5.18 (含建设期) 税后 5 全投资内部收益率 % 34.12 所得税前

   6 全投资内部收益率 % 28.77 所得税后

   7 全投资净现值 万元 46455 所得税前

   8 全投资净现值 万元 31444 所得税后

   9 资产负债率 % 16.17 计算期平均

   6

  

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   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告 2 市场分析及价格预测

  2.1 产品性质 二氯二氢硅分子式为SiH2Cl2, 在常温常压下为具有刺激性窒息气味和腐蚀性的无色有毒气体。 二氯二氢硅在室温下化学性质稳定, 在空气中易燃, 44℃ 以上能 自燃, 燃烧氧化后生成氯化氢和二氧化硅。 加热至100℃ 以上时会 自 行分解而生成氯化氢、 氯、 氢

  和无定形硅。 在空气中 的爆炸范围 (体积) 为4.1%~99%, 与强氧化剂接触会发生爆炸。施以强烈撞击时也会 自行分解。 在湿空气中产生 白色腐蚀性烟雾。 遇水水解生成盐酸和聚硅氧烷。 在催化剂存在下于80℃可歧化分解为SiH4、 SiH3Cl、 SiHCl3和SiCl4的混合物。 可溶于苯、 醚和四氯化碳等有机溶剂, 与碱、 乙醇、 丙酮起反应。 即使接触少量卤素或其它氧化剂也会发生激烈反应。 与三烷基胺、 吡啶形成加成化合物, 与三氟化锑反应生成

  氟硅烷。

   三氯氢硅又称三氯硅烷、 硅氯仿, 分子式为SiHCl3, 用于有机硅烷和烷基、 芳基以及有机官能团氯硅烷的合成, 是有机硅烷偶联剂中最基本的单体, 也是生产半导体硅、单晶硅的原料。 它是无色液体, 易挥发, 易潮解, 在空气中发生反应产生 白烟, 遇水分解, 溶于苯、 醚等有机溶剂。 属一级遇湿易燃物品, 易燃易爆, 遇水反应产生氯化氢气体。 在空气中 的爆炸范围 (体积) 为1 .2%~90.5%, 与氧化剂发生强烈反应, 遇明火、 高

  热时发生燃烧或爆炸。

  

  2.2 产品用途

  

   电子级二氯二氢硅及三氯氢硅主要应用在硅外延片生产领域。

   半导体制造商生产集成电路 (IC) 芯片用硅片分别采用硅抛光片 (PW) 和硅外延片

  

  以及非抛光片三种类型, 用量最多的为前两种硅片。 硅外延片即在一定条件下, 在经过

  切、 磨、 抛等仔细加工的单硅晶衬底上生长一层合乎要求的单晶层。 20世纪80年代早期开始使用外延片, 它具有硅抛光片所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。 因此, 硅外延片广泛应用于制作不可恢复器件, 包括MPU、 逻辑电路芯片、 快闪存储器、 DRAM等。 目 前硅外延生长的最主要方法就是采用化学气相沉积 (CVD) 的气相外延法。 以二氯二氢硅、 三氯氢硅、 四氯化硅或硅烷为反应气体, 在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上, 衬底材料一般选用Si、 SiO2、 Si3N4等。 电子级三氯氢硅作为硅源, 外延生长速度快, 使用安全, 是较为通用 的硅源。 通常

  以氢气为还原气体, 反应温度为1 100~1200℃ 。

  

   反应方程式如下:

   SiHCl3+H2→Si+3HCl

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   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告

   电子级二氯二氢硅作为硅源 , 直接分解生成硅 , 反应温度较三氯氢硅低 ( 约1050~1 150℃ ) , 使用方便, 应用越来越广泛。 反应方程式如下:

   SiH2Cl2→Si+2HCl

  2.3 市场分析及价格预测

  

   目 前, 硅半导体材料仍是电子信息产业最主要的基础材料, 95%以上的半导体器件

  

  和99%以上的集成电路 (IC) 是用硅材料制作的 。 根据国际半导体产业协会公布的硅晶

  

  圆产业分析报告显示, 2016年全球硅晶圆 出货总面积较2015年增加3%, 达到10738百万平

  

  方英寸。 预计2017年全球硅晶圆出货总面积将接近12000百万平方英寸。

  

   表2-1 2007~2017年全球半导体用硅晶圆出货面积

  

   年份 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

  

   出货面积 8661 8137 6707 9370 9043 9031 9067 10098 10434 10738 12000

  

   (百万平方英寸)

  

   硅晶圆需求量的逐年增加, 势必增加对电子级二氯二氢硅及三氯氢硅的需求。

  

   随着我国经济结构调整, 新兴产业、 计算机、 消费电子、 通信等产业规模的持续增

  

  长, 大大拉动了对上游集成电路的需求, 近几年我国从国家信息安全战略层面不断加大

  

  对集成电路产业的政策支持力度, 同时伴随国 内集成电路技术的积累 , 国 内近几年集成

  

  电路产业持续增长, 近五年的复合增长率达到22.14%。 2014年产值已经达到3000亿。 初

  

  步预测国 内半导体电子气体的市场规模超过20亿元人民币 。 因此电子级二氯二氢硅和三

  

  氯氢硅潜在市场巨大。

  

   当前, 世界上只有美国、 日本、 德国等少数国家能够大规模生产电子级三氯氢硅,

  

  最大的生产商是德国的Wacher公司和美国 的DowCorning公司 。 中 国在20世纪90年代初建成一定规模的三氯氢硅生产装置, 然而 目 前我国 的三氯氢硅产品纯度只 能满足中低端用

  户 。

  

   目 前全球电子级二氯二氢硅的市场, 日 本 占据了约80%市场份额。 这百分之八十市场中 , 日 本信越化学 占据了80%左右的份额。 我国仅有河南沁阳凌空特种气体有限公司

  可生产, 产能仅为150吨/年。

   国 内 电子级二氯二氢硅和 电子级三氯氢硅仍然大量依赖进 口 。

   电子级三氯氢硅国产价格约为每吨5~7.5万人民币 , 进 口产品到终端客户价格约为每吨15~20万元, 电子级二氯二氢硅进 口产品价格约为每吨30~40万元。

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   3 生产规模、 原料规格及产品方案

  3.1 生产规模

  

   电子级二氯二氢硅(DCS) 500吨/年

  

   电子级三氯氢硅(TCS) 1000吨/年

  

  3.2 原料规格

  

   表3-1 三氯氢硅规格

  

   项 目 单 位 指标

  

   三氯氢硅 wt% ≥99.8

  

  3.3 产品方案及产品规格

  

  3.3.1 产品方案

  

   表3-2 产品方案

  

   序号 产品名称 设计能力 (t/a) 备注

  

   1 电子级二氯二氢硅 500 产品

  

   2 电子级三氯氢硅 1000 产品

  

  3.3.2 产品规格

  

   表3-3 电子级二氯二氢硅产品规格

  

   项 目 单 位 指标 项 目 单 位 指标

  

   纯度 wt% ≥99.98 铝 ppbw ≤0.1

  

  其他氯硅烷 ppmw ≤1000 钙 ppbw ≤0.1

  

   碳 ppmw ≤0.03 钴 ppbw ≤0.1

  

   磷+砷 ppbw ≤0.08 铜 ppbw ≤0.1

  

   硼 ppba ≤0.01 电阻率 Ω .cm ≥600

  

   铁 ppbw ≤0.1 一氯氢硅 vol% ≤0.02

  

   镍 ppbw ≤0.1 三氯氢硅 vol% ≤0.01

  

   铬 ppbw ≤0.1 四氯化硅 vol% ≤0.01

  

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   表3-4 电子级三氯氢硅产品规格

  

   项 目 单 位 指标 项 目 单 位 指标

  

   纯度 wt% ≥99.99 铝 ppbw ≤0.1

  

  其他氯硅烷 ppmw ≤100 钙 ppbw ≤0.1

  

   碳 ppmw ≤0.03 钴 ppbw ≤0.1

  

   磷+砷 ppba ≤0.04 铜 ppbw ≤0.1

  

   硼+铝 ppba ≤0.01 电阻率 Ω .cm ≥1000

  

   铁 ppbw ≤0.1 一氯氢硅 wt% ≤0.001

  

   镍 ppbw ≤0.1 二氯二氢硅 wt% ≤0.01

  

   铬 ppbw ≤0.1 四氯化硅 wt% ≤0.01

  

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   4 工艺技术方案

  4.1 工艺技术方案的选择

  4.1.1 歧化法

   该反应多在承载催化剂存在下进行。 反应方程式如下: 2SiHCl3 → SiCl4 + SiH2Cl2 有专利 曾报道了用表面带叔胺基的聚苯乙烯型离子交换树脂作催化剂使三氯氢硅歧化的工艺, 反应温度 70℃ , 产物中二氯二氢硅的摩尔分数达 1 1.8%。 该方法优点为反应温度和压力均较低, 能耗低, 投资小。 而且因为是液相反应, 没有硅粉参与, 因此固废很少, 环保清洁。 缺点是副产大量四氯化硅, 需要考虑回收问题。4.1.2 氢化法

   利用 四氯化硅在 900~1200℃下氢化, 可得到三氯氢硅和二氯二氢硅。 反应方程式如

  

  下: 2SiCl4+3H2 →SiH2Cl2+SiHCl3+3HCl 此外, 日本三菱化工机械公司 曾报道了在硅粉环境下使四氯化硅氢化制备二氯二氢硅的方法, 反应方程式如下: SiCl4+2H2+Si →2SiH2Cl2

   在反应塔中使四氯化硅和硅粉于 1 100~1300℃下反应生成 SiCl2 和 SiCl3 的混合物, 然

  

  后使其在氢化塔中用氢气急冷至 400~700℃ , 同时被还原为三氯氢硅和二氯二氢硅。 最

  后使产品液化, 精馏回收后获得高纯二氯二氢硅, 四氯化硅和氢气循环使用 。

  

   该方法具有四氯化硅转化率高, 二氯二氢硅收率大等特点 。 缺点是反应在高温高压

  

  下进行, 能耗高, 投资大。 而且由于是气固反应, 会产生大量的固体残渣。 特别是含固废液的处理难度较大。4.1.3 氯化法 利用铜做催化剂, 使用单质硅与氯化氢反应制备二氯二氢硅, 反应方程式如下: Si+2HCl →SiH2Cl2

   日本 Chisso 公司介绍了一种利用复合催化剂使单质硅和氯化氢反应制备二氯二氢硅的工艺。 该复合催化剂由 Cu、 一种 Pauling 电负性大于 1 .9 的金属和一种含氮化合物构成。为提高反应速率, 预先使硅与该催化剂充分混合, 或制成合金, 然后使氯化氢气体通过

  填充有该催化剂的固定床。 反应温度 200~400℃ , 产物中二氯二氢硅和四氯化硅的摩尔比高于 30%。

   该方法同氢化法一样存在含固废液的处理问题。 同时反应物料因需要氯化氢, 因此

  在一定程度上限制了投资环境。

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   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告

   三孚硅业已建有年产 6.5 万吨三氯氢硅装置和年产 1 万吨光纤级四氯化硅装置, 因此无论原料的获得还是副产四氯化硅的处理问题都得到了有效解决。

   结合企业 自 身特点及技术来源的可靠性, 综合比较以上工艺路线的优缺点后, 决定

  采用三氯氢硅歧化法工艺方案。

  4.2 工艺流程说明

  4.2.1 基本原理 三氯氢硅经过歧化反应制取二氯二氢硅: 2SiHCl3 → SiCl4 + SiH2Cl2 同时发生如下副反应:

   2SiH2Cl2 → SiHCl3 +SiH3Cl

   2SiH3Cl → SiH4 + SiH2Cl2

  

  4.2.2 工艺流程描述

  

   三氯氢硅原料 自三孚硅业三氯氢硅合成车间经输送泵送至罐区的原料三氯氢硅储

  罐暂存, 然后经罐区原料输送泵首先送入吸附装置除杂。 吸附除杂后的三氯氢硅原料首

  

  先进入除尘塔除去可能存在的固体杂质 , 从该塔出来的原料再经过原料 TCS 脱低沸塔和原料 TCS 脱高沸塔以进一步除去原料中 的高沸物和低沸物, 提纯后的三氯氢硅原料进入歧化反应器进行歧化反应。 在设定温度和压力条件下, 歧化反应器内 的三氯氢硅在催化剂作用下发生歧化反应, 生成 目 标产物二氯二氢硅, 同时副产四氯化硅。 部分未完全反应的三氯氢硅和产物

  一起进入氯硅烷缓冲罐准备进行下一步分离提纯。 氯硅烷混合物经冷却后首先进入除尘塔除去可能存在的固体杂质 , 然后依次进入氯硅烷分离 A 塔、 氯硅烷分离 B 塔和氯硅烷分离 C 塔进行分离操作。 四氯化硅从氯硅烷分离 C 塔塔釜采出 , 经管廊送回三孚硅业三氯氢硅合成车间 。 三氯氢硅从氯硅烷分离 C

  塔塔顶采出 , 送入后续精馏分离系统。 二氯二氢硅从氯硅烷分离 A 塔塔顶采出 , 送入后续精馏分离系统。 从氯硅烷分离 A 塔塔顶采出 的二氯二氢硅依次进入 DCS 低沸 A 塔、 DCS 低沸 B 塔、

  DCS 高沸 A 塔和 DCS 高沸 B 塔以除去其中 的低沸物和高沸物, 最终得到 电子级二氯二氢

  硅, 储存到原料及产品罐区的成品二氯二氢硅储罐。 从氯硅烷分离 C 塔塔顶采出 的三氯氢硅依次进入 TCS 脱低沸塔和 TCS 脱高沸塔以除

  去其中 的低沸物和高沸物, 最终得到 电子级三氯氢硅储存到原料及产品罐区的成品三氯

  

  氢硅储罐。

  

   根据市场情况, 未完全反应的三氯氢硅一部分进入原料提纯系统后再进歧化反应器

  

  进行歧化反应, 一部分送回三孚硅业三氯氢硅合成车间 。

  

   12

  

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   精馏过程中形成的高沸物和低沸物收集后送回三孚硅业三氯氢硅合成车间进行处

  理。

  

  4.3 自控水平

  

  4.3.1 生产 自动化水平

   自控设计范围包括生产装置、 原料和产品罐区、 辅助生产单元及配套公用工程设施

  

  的过程检测与控制。

  4.3.2 工艺装置对 自动控制的要求

   各装置的工艺控制要求保证工艺装置安全、 稳定生产及优化操作, 提高生产装置的

  

  稳定性, 降低原料单耗。 因此, 除采用常规控制系统对流量、 温度、 液位、 压力等工艺

  

  变量进行单回路闭环控制外, 还对重要的工艺变量采用复杂回路控制、 顺序控制等。 另

  

  外根据专利商的技术要求, 对于特殊的测量仪表应采用专利商指定的测量仪表, 同时采

  用具有专利技术的工艺技术控制软件包进行优化控制。

  4.3.3 生产 自动化水平及 自控系统

   本项 目 以集中控制为主, 采用DCS集散控制系统对全厂的生产过程进行监视、控制,

  

  整个生产过程的操作及设备状态显示、 操作均可在操作站上完成。 生产过程中 的主要工

  

  艺参数将在操作站中进行显示、 记录、 报警, 并通过控制系统进行调节、 联锁、 计算。

  

  对不重要的或不需要经常监视的工艺参数采用就地仪表指示。

  

  4.3.4 安全仪表系统

   本项 目 中生产装置、 原料和产品罐区采用独立的安全仪表系统 (Safety Instrumented

  System – SIS) 实现整个装置的安全联锁停车。 SIS系统的安全完整性等级应达到IEC61508

  

  中规定的SIL3级。 在操作室设置SIS辅操台 , 报警灯及紧急停车按钮布置在SIS辅操台 。

  

  SIS系统为故障安全型, 独立于DCS系统, 两者通过总线进行通讯。

  

  4.3.5 可燃和有毒气体检测系统

  

   根据 《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》 (GB50493-2009) ,

  

  本项 目 单独设置可燃气体和有毒气体检测报警系统。 在控制室设置独立的可燃、 有毒气

  

  体报警器柜。 现场可燃、 有毒气体检测器 自 带声光报警器, 提醒现场操作人员发生可燃、

  

  有毒气体泄漏, 同时报警信号引至控制室内 的可燃、 有毒气体报警器柜。 报警柜配有声

  

  光报警, 以不同颜色和声音可区分可燃气体报警和有毒气体报警。 此外同时可以实现消

  

  防联动和装置紧急停车, 最大限度地保护人员和设备的安全。 可燃气体报警信号可以通

  

  过通讯协议在火灾报警系统实现显示功能。

  

  4.3.6 仪表选型原则

  

   ( 1 ) 本项 目 内 的介质特性多为易燃、 易爆, 属于爆炸危险区, 故现场仪表选用本

  

   13

  

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  安型仪表为主, 部分仪表采用隔爆型。 仪表选型本着技术先进、 安全可靠、 维修方便和

  经济合理的原则进行, 现场仪表选用 电子式智能型仪表。 对特殊仪表和分析仪表将采用

  

  国外引进产品 。 特殊工况下的测量仪表根据具体情况和工艺包要求选用特殊测量仪表。

  

   (2) 现场仪表原则上选用 电子式, 变送器和 阀 门定位器选用智能型。 除脉冲信号

  

  和开关信号等特殊信号外, 均采用 4~20mA DC 标准信号叠加 HART 协议。

  

   ( 3 ) 现场安装 的变送器带输 出 信号指示 , 现场安装 的 电子式仪表应至少满足

  

  IEC60529 和 GB4208 标准规定的 IP65 的防护等级; 其他现场仪表应至少满足 IP55 的防护

  

  等级。

  

   (4) 现场安装的 电子式仪表应根据危险区域的等级划分, 选用符合 IEC60079 标准

  

  或 GB3836 标准, 具有防爆合格证的产品 。 安装在 0 区 内 的 电子式仪表应选用本安型仪

  

  表 (Exi) , 安装在 1 区和 2 区的 电子式仪表选用本安型 (Exi) 或隔爆型 (Exd) , 优先

  

  选用本安型 (Exi) , 无本安型时选用隔爆型 (Exd) , 电磁阀选用 24VDC 本安型 (Exi) 。

  

  选用本安型 (Exi) 仪表采用隔离型安全栅。 安装在有爆炸危险区的仪表接线箱应采用隔

  

  爆型 (Exd) 。

  

  4.3.7 主要仪表选型

  

   ( 1 ) 流量仪表: 流量测量优先选用涡街流量计、 电磁流量计, 也可采用差压式流

  

  量计、 面积式流量计、 容积式流量计, 贸易交接或配料工况应选用质量流量计。

  

   (2) 液位仪表: 根据具体工况液位测量仪表可选用磁致伸缩液位计; 易聚合、 易

  

  结晶、 强腐蚀性介质选用双法兰式差压液位变送器; 大容量贮罐液位计选用雷达液位计;

  

  对于污水池等液位测量选用超声波液位计; 液位开关优先选用音叉液位开关。

  

   (3) 压力仪表: 就地压力指示一般选用 Ф 100mm 弹簧管不锈钢压力表, 小量程的

  

  气体压力测量选用膜盒压力表, 有腐蚀或易堵介质压力测量选用膜片式压力表或隔膜压

  

  力表。 压力表精度最低要求为± 1 .5%。 压力远传选用压力变送器, 测量压差或微压力选

  

  用差压变送器, 测量腐蚀性或易堵介质 的压力选用膜片密封式法兰压力变送器。

  

   (4) 温度仪表: 就地温度指示选用 Ф 100mm 万向型双金属温度计。 原则上, 远传

  

  温度测量采用铠装热电阻 (Pt100) 和铠装热电偶, 温度元件宜选用弹簧压着式结构 (带

  

  加强管) 。 所有温度元件有保护套管, 保护套管采用锥形整体钻孔形式 ( 需进行防共振

  

  计算) 。 对小于 DN100 的管道, 应采用扩大管。

  

   (5) 调节阀: 一般工况下采用 Globe 调节阀(单/双座和套筒式), 大 口径或低差压情

  

  况, 采用蝶型阀或偏心旋转阀; 对于介质 中含有固体粉末或黏度较大的情况, 采用 V 型

  

  球阀或偏心旋转阀; 用于氢气、 导热油及毒性介质 , 采用波纹管密封阀; 对于高压差、

  

  闪蒸、 空化、 腐蚀、 高噪声等情况, 可选用多级降压的阀芯和阀体设计。 所有调节阀应

  

  带智能型电 ∕ 气阀 门定位器 (带 HART 协议) 。 在调节阀无旁路时应提供手轮。 参与安

  

  全联锁的阀 门不得设置手轮。

  

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   (6) 切断阀: 根据要求小 口径选用快速切断 O 型球阀或者偏心旋转阀, 大 口径时

  采用蝶型阀, 所有切断阀要求配备本安型电磁阀及接近式阀位开关。

  

   (7) 分析仪表: 在线分析仪表应首选在线式安装, 如需取样系统, 应设置快速回

  路, 并包括取样单元、 预处理单元、 分析器单元、 回收单元、 带微处理器信息处理单元

  等。 如需安装在现场分析小屋内 , 分析小屋由仪表制造厂成套供应, 并配齐电源、 空气

  

  源、 载气、 标准气及防爆空调等。

  

   (8) 可燃、 有毒气体检测器: 在易燃、 易爆及有毒气体容易泄漏处安装可燃、 有

  

  毒气体检测器, 根据气体比重, 选择合适的安装位置。 可燃气体检测器选用催化燃烧式,

  有毒气体检测器选用 电化学式。 在控制室内 的可燃、 有毒气体报警柜显示有声光报警。

  

  4.3.8 动力供应 ( 1 ) 仪表电源

   仪表需要的双电源一路由正常母线段供电, 另一路由事故母线段提供, 直接送至 UPS

  

  室的 UPS 电源输入端。 UPS 采用 1 :1 冗余配置, 由 UPS 为仪表系统提供 220VAC, 50Hz

  及 24VDC 的不间断电源, 要求 UPS 的后备时间为 30 分钟。

  

   (2) 仪表气源

  

   为了保证仪表供气的安全、 可靠, 进到本装置界区 内 的仪表净化压缩空气的压力不

  能低于 0.6MPa (G) ; 在供气装置发生故障时, 需保证本装置气动仪表使用 30 分钟的气

  

  量, 即仪表空气贮罐容量在停电后能确保不低于 30 分钟的容量。

  

   仪表空气的质量要求如下: 无油、 无尘、 不含有腐蚀及有毒气体。 含油量

  温度低 10℃ 。

  

  4.3.9 控制室 本项 目 新设控制室, 控制室采用抗爆结构, 抗爆控制室的设计满足 《石油化工控制

  室抗爆设计规范》 SH/T3160-2009, 抗爆控制室设置隔离前室。 控制室外门 , 隔离前室内

  门均选用抗爆防护 门 , 抗爆门应满足以下要求: (1) 门扇应向外开启 , 设置 自动闭 门器,

  

  配备逃生门锁。 (2) 耐火完整性不应小于 1 .0h。 (3) 隔离前室内 、 外门应具备不同时开启

  

  联锁功能。 (4) 配备抗爆门锁。 控制室电缆进入室内采用 电缆沙井进线, 电缆沙井内充

  

  沙, 且不得在室内地面以上的墙体上开洞。 控制室内设置有操作室、 机柜室、 工程师站室、 UPS 室及空调机室等功能房间 。4.3.10 设计采用 的标准及规范 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-2008

   《爆炸危险环境电力装置设计规范》 GB50058-2014 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》 GB50493-2009

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   《 自控安装图册》 HG/T21581-2012 《钢制管法兰、 垫片、 紧固件》 HG/T20592~20635-2009

   《分散型控制系统工程设计规范》 HG/T20573-2012 《过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号》 HG/T20505-2014

   《 自动化仪表选型设计规范》 HG/T20507-2014

  

   《控制室设计规范》 HG/T20508-2014

  

   《仪表供电设计规范》 HG/T20509-2014

   《仪表供气设计规范》 HG/T20510-2014

  

   《信号报警及联锁系统设计规范》 HG/T2051 1-2014

  

   《仪表配管配线设计规范》 HG/T20512-2014

  

   《仪表系统接地设计规范》 HG/T20513-2014

  

  4.4 设备概况

  4.4.1 设备主要特点及概况

  

   本项 目 使用 的设备有塔器、 换热器、 反应器、 储罐、 泵等。 本项 目 工艺介质有二氯二氢硅、 三氯氢硅、 其他氯硅烷等, 属易燃易爆介质 , 机械类和驱动类设备要求密封性能 良好并采取防爆措施。 工艺装置设备汇总情况详见表 4-1 设备汇总表。

   DCS/TCS 生产装置和废气处理装置设备具体情况见表 4-2 和表 4-3。

  

   表 4-1 工艺装置设备汇总表 装置组成 塔 反应器 容器 换热器 机泵 其它 合计

  DCS/TCS 生产装置 13 2 8 32 44 1 100 废气处理装置 4 2 1 6 3 16 合计 17 2 10 33 50 4 116

   表 4-2 DCS/TCS 生产装置设备一览表

  

   序号 名 称 单位 数量 材 料 备 注 1 原料吸附装置 台 1 304L

   2 原料除尘塔 台 1 304L 板式塔 3 除尘塔再沸器 台 1 CS/304L

   4 除尘塔冷凝器 台 1 CS/304L

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  序号 名 称 单位 数量 材 料 备 注

   5 除尘塔循环泵 台 2 304L 带冷却夹套

  

   6 原料脱低沸塔 台 1 304L 填料塔

   7 原料低沸塔再沸器 台 1 304L

   8 原料低沸塔塔底泵 台 2 304L 带冷却夹套

   9 原料低沸塔冷凝器 台 1 304L

  

   10 原料低沸塔深冷器 台 1 304L

  

   11 原料低沸塔回流罐 台 1 304L 12 原料低沸塔回流泵 台 2 304L 带冷却夹套 13 原料脱高沸塔 台 1 304L 填料塔

   14 原料高沸塔再沸器 台 1 304L

  

   15 原料高沸塔塔底泵 台 2 304L 带冷却夹套 16 原料高沸塔冷凝器 台 1 304L 17 原料高沸塔深冷器 台 1 304L

   18 原料高沸塔塔底泵出 口冷却器 台 1 304L

  

   19 歧化反应器 台 2 304L

  

   20 反应器后中间罐 台 1 304L 21 中间罐回流泵 台 2 304L 带冷却夹套

   22 计量泵 台 2 304L

  

   23 歧化后除尘塔 台 1 304L 板式塔

  

   24 歧化后除尘塔再沸器 台 1 304L 25 歧化后除尘塔冷凝器 台 1 304L 26 歧化后除尘塔循环泵 台 2 304L 带冷却夹套 27 氯硅烷分离 A 塔 台 1 304L 填料塔 28 A 塔再沸器 台 1 304L

   29 A 塔底部泵 台 2 304L 带冷却夹套

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   SEDIN Engineering Co.,Ltd 可行性研究报告序号 名 称 单位 数量 材 料 备 注 30 A 塔冷凝器 台 1 304L

   31 A 塔深冷器 台 1 304L 32 A 塔回流罐 台 1 304L

   33 A 塔回流泵 台 2 304L 带冷却夹套 34 氯硅烷分离 B 塔 台 1 304L 填料塔

   35 B 塔再沸器 台 1 304L 36 B 塔底部泵 台 2 304L 带冷却夹套 37 B 塔冷凝器 台 1 304L 38 B 塔深冷器 台 1 304L 39 B 塔回流罐 台 1 304L

   40 B 塔回流泵 台 2 304L 带冷却夹套

   41 氯硅烷分离 C 塔 台 1 304L 填料塔

   42 C 塔再沸器 台 1 304L

  

   43 C 塔底部泵 台 2 304L 带冷却夹套 44 C 塔冷凝器 台 1 304L

   45 C 塔深冷器 台 1 304L 46 C 塔回流罐 台 1 304L 47 B 塔回流泵 台 2 304L 带冷却夹套

   48 DCS 低沸 A 塔 台 1 304L 填料塔 49 DCS 低沸 A 塔再沸器 台 1 304L 50 DCS 低沸 A 塔塔底泵 台 2 304L 带冷却夹套

   51 DCS 低沸 B 塔 台 1 304L 填料塔 52 DCS 低沸 B 塔冷凝器 台 1 304L 53 DCS 低沸 B 塔深冷器 台 1 304L 54 DCS 低沸 B 塔塔底泵 台 2 304L 带冷却夹套

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  序号 名 称 单位 数量 材 料 备 注

   55 DCS 高沸 A 塔 台 1 304L 填料塔

  

   56 DCS 高沸 A 塔再沸器 台 1 304L 57 DCS 高沸 A 塔塔底泵 台 2 304L 带冷却夹套

   58 DCS 高沸 A 塔塔底泵出 口冷却器 台 1 304L 8 组

  

   59 DCS 高沸 B 塔 台 1 304L 填料塔 60 DCS 高沸 B 塔冷凝器 台 1 304L 61 DCS 高沸 B 塔深冷器 台 1 304L

   62 DCS 高沸 B 塔冷凝液罐 台 1 304L

   63 DCS 高沸 B 塔冷凝液泵 台 2 304L 带冷却夹套 64 DCS 高沸 B 塔塔底泵 台 2 304L 带冷却夹套

   65 DCS 高沸 B 塔冷凝液泵出 口冷却器 台 1 304L 8 组

   66 TCS 脱低沸塔 台 1 304L 67 TCS 脱低沸塔再沸器 台 1 304L

   68 TCS 低沸塔冷凝器 台 1 304L

   69 TCS 低沸塔塔底泵 台 2 304L

   70 TCS 低沸塔回流泵 台 2 304L

  

   71 TCS 低沸塔回流罐 台 1 304L

  

   72 TCS 脱高沸塔 台 1 304L 73 TCS 高低沸塔再沸器 台 1 304L 74 TCS 高沸塔冷凝器 台 1 304L 75 TCS 高沸塔塔底泵 台 2 304L

   76 TCS 高沸塔回流泵 台 2 304L 77 TCS 高沸塔回流罐 台 1 304L

   78 凝结水罐 台 1 CS

   79 凝结水泵 台 2 CS

  

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   表 4-3 废气处理装置设备一览表

   序号 名 称 单位 数量 材 料 备 注

   1 1 号淋洗塔 A/B 台 2 增强 PVC

  

   2 2 号淋洗塔 A/B 台 2 增强 PVC

   3 淋洗水冷却器 台 1 304 板式

   4 淋洗泵 台 2 304

  

   5 排水泵 台 2 CS 耐磨

  

   6 排泥泵 台 2 CS 耐磨

   7 清水罐 台 1 CS 8 澄清桶 台 1 CS 衬玻璃鳞片

   9 搅拌器 台 1 304

   10 淋洗池 2 混凝土衬玻璃钢

   11 中和池 1 混凝土衬玻璃钢

   12 中和池搅拌器 台 1 304

  

  4.4.2 非标设备材料选用原则

  

   非标设备材料的选用依据 《 固定式压力容器安全技术监察规程》 GB/T150.2-201 1 以

  

  及 《钢制化工容器材料选用规定》 HG/T20581-201 1 的规定进行, 考虑设备的操作条件 (如

  

  工作压力、 工作温度及介质 的特性等) 、 材料的焊接性能、 冷热加工性能、 热处理以及

  

  容器的结构, 同时考虑其经济合理性, 并在同一工程中尽可能减少用材种类和规格。 为

  

  满足工艺要求和洁净要求, 本项 目 大部分设备均采用不锈钢。

  

  4.4.3 设计参数的确定原则

  

  4.4.3.1 设备设计压力

   采用工艺设备数据表中指定的设计压力, 当工艺设备数据表中未给出设计压力时,

  

  按 HG/T20580-201 1 中第 4 章 《设计压力的确定》 执行。

  

  4.4.3.2 设备设计温度

  

   采用工艺设备数据表中指定的设计温度, 当工艺设备数据表中未给出设计温度时,

  

  按 HG/T20580-201 1 中第 5 章 《设计温度的确定》 执行。

  

  4.4.3.3 设备设计载荷

  

   按 GB/T150.1-201 1 中第 4 章第 4.3.2 款 《载荷》 执行。

  

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  4.4.3.4 设备腐蚀裕量

  

   采用工艺设备数据表中指定的腐蚀裕量, 当工艺设备数据表中未给出腐蚀裕量时,

  

  按以下规定选取:

  

   碳钢容器: 取 C2=3mm(当采取内部防腐措施时取 C2=1mm)

  

   不锈钢容器: 取 C2=0mm

  

  4.4.3.5 压力容器的划类

  

   设备类别的划分按国家质量技术监督局 《固定式压力容器安全技术监察规程》 执行,

  

  其中设备内介质 的特性按 HG20660-2000 《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度

  

  分类》 。

  

  4.4.4 结构规定

  

   非标设备的结构型式按工艺设备设计条件进行设计, 包括主体结构型式和尺寸、 进

  

  料管结构、 分布器型式等。

  

   对工艺条件未作限制的结构按以下原则进行:

  

   ( 1 ) 接管伸出长度按有无保温一般取 150~250mm。

  

   (2) 防冲板、 防涡流挡板以及气体出 口挡板等内件结构型式按 《钢制化工容器结

  

  构设计规定》 HG/T20583-201 1 进行设计, 可选公司标准图, 必要时可另行出 图。

  

   (3) 换热器的结构型式按工艺设备设计条件确定, 凡与易燃、 易爆、 有毒介质及

  

  工艺物料接触的换热器均按 I 级设计。 换热管与管板的连接一律采用 “强度焊+贴胀” 结

  

  构, 焊接一律采用氩弧焊。

  

   (4) 设备均设置接地板。

  

   (5) 焊接结构按 《钢制化工容器结构设计规定》 HG/T20583-201 1 中 的规定。

  

  4.4.5 设计执行的标准和规范

  

   《固定式压力容器安全技术监察规程》 TSG 21-2016

  

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