年产3500吨硅烷生产线碳排放量核算

年产3500吨硅烷生产线碳排放量核算

金选1  ,杜朝军2  ,李晓霞2 ,李丹霞2

（1、南阳自然环境工程评估中心有限公司 河南南阳 473000 2、南阳理工学院 郑州大学南阳研究院 河南南阳 473000）

摘要：歧化法生产硅烷是我国常用的一种硅烷生产工艺，由于歧化法生产过程中，能源消耗量大，在国家能耗双控战略转向碳排放双控下，了解歧化法生产工艺的碳排放情况对于项目节能降耗，优化工艺具有较好的指导意义。本文采用全生命周期法对某企业年产3500吨硅烷生产线碳排放进行了核算，结果表明年产3500吨硅烷生产线在项目达产年碳排放量为92732.25tCO2，单位工业增加值碳排放量为3.30 tCO2/万元。

关键词：歧化法；碳排放；硅烷

硅烷(silane)在现代高科技中被广泛应用并且 越来越重要，首先是与它的特性有关，同时也与现代 高技术的特殊需求有关。硅烷已成为半导体微电子工艺中使用的最主要 的特种气体，用于各种微电子薄膜制备，包括单晶 膜、微晶、多晶、氧化硅、氮化硅、金属硅化物等。硅烷生产过程中会消耗大量的能量，属于高耗能行业之一。随着国家战略布局发生变化，国家从能源双控指标转向碳排放双控指标，在此背景下，研究硅烷生产企业的碳排放量具有重要的意义。本文以某企业年产3500吨硅烷生产线为例从全生命周期研究其碳排放情况[1-4]。

1、硅烷生产工艺

三氯氢硅歧化法，该工艺主要是硅烷的制备方法。四氯化硅氢化生成三氯氢硅，然后三氯氢硅歧化生成二氯二氢硅，二氯二氢硅再次歧化生成硅烷。高氯化硅烷通过带有催化床的反应器逐步发生歧化反应，最终得到SiH4和SiCI4。制备歧化四硅的关键设备是催化床反应器。由于歧化反应的转化率受化学平衡的制约，这种情况要求及时将反应物与未反应的原料分离，以达到整个过程完全转化的目的。其反应方程式为：

年产3500吨/年硅烷生产线整个生产工艺分为冷氢化单元与歧化单元，其中冷氢化单元主要包括：硅粉干燥、流化床反应、急冷系统、精馏系统、氢压系统、渣浆处理系统。歧化单元主要包括歧化反应系统、粗硅烷压缩系统、硅烷精馏系统和公用工程系统。

收稿日期：修回日期：

作者简介：杜朝军（1978-  ）副教授 河南 南阳人 主要从事节能降碳研究

图1流程简图（硅粉干燥、流化床反应、急冷系统、氢压系统）

图2 流程简图（歧化装置）

2、项目碳排放量核算

按照《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》计算年温室气体排放量核算如下：

（1）、化石燃料燃烧排放

表1化石燃料燃烧排放表

排放因子数据：焦炉煤气单位热值含碳量为0.0121tC/GJ、碳氧化率为99%。

（2）、项目净购入使用电力对应的排放

表2 净购入使用电力对应的排放表

排放因子数据：根据生态环境部《关于做好2023—2025年发电行业企业温室气体排放报告管理有关工作的通知（ 环办气候函〔2023〕43号）》，2022年度全国电网平均排放因子调整为0.5703tCO2/MWh。

（3）、项目净购入使用热力对应的排放

表3 净购入使用热力对应的排放表

（3）、对温室气体排放数据审核如下：

表4 温室气体排放数据放量总表

经核算，年产3500吨硅烷生产线在项目达产年碳排放量为92732.25tCO2，单位工业增加值碳排放量为3.30 tCO2/万元。

3、结束语

为了实现2030 年碳峰、2060 年碳中和目标，了解硅烷企业碳排放情况，本文采用全生命周期法对年产3500吨硅烷生产线在项目进行了碳排放核算，结果表明项目达产年碳排放量为92732.25tCO2，单位工业增加值碳排放量为3.30 tCO2/万元。

参考文献

［1］电子特种气体，NK0018．电子级硅烷［M］//中国化工产品大全:下卷．3版．北京:化学工业出版社，2002:1218-1219．

［2］赵贤和．烷类气体的净化设备和研制:中国，1751774A［P］．2006-03-29．

［3］BLOCK Hans-Dieter．Method and system for producing si-lane:US，6905576［P］．2005-06-14．

［4］沈祖祥．一种四氯化硅氢化生产三氯氢硅的装置:中国，2547719［P］．2003-04-30．

［5］HAＲADA Junzo．Process for production of silane:US，4704264［P］．1987-11-03．