TCS合成工艺系统阶段性改进结题报告终板.docx
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TCS合成工艺系统阶段性改进结题报告终板
能投有限公司
质量改进计划结题报告
计划名称:
TCS合成工艺系统阶段性改进
承担单位:
六分厂
负责人:
起止时间:
2015年1月至2015年3月
TCS合成工艺系统阶段性改进结题报告
一、提出背景及意义
经过对系统的梳理,结合生产运行情况,围绕TCS合成系统存在问题进行分析研讨,为进一步提高TCS合成转化率、拓展对硅粉粒度的要求及延长合成系统稳定生产运行周期,从而达到降本增效的目的。
为此,分厂成立TCS合成工艺系统课题改进小组,针对TCS合成系统存在的工艺问题实施阶段性改进。
二、设定目标
1、通过改进方案方案的实施,将硅粉单耗从0.278吨硅粉/吨氯硅烷将至0.25吨硅粉/吨氯硅烷。
2、让步接收粒度要求:
粒度小于125um的硅粉含量≤8%
粒度大于425um的硅粉含量≤3%
粒度125~425um硅粉含量≥89%
三、TCS合成计算
1、原始计算数据
所用物料
N2
HCl
炉顶部
Si
备注
状态
开车
进料
压力Barg
0
4
3.5
NA
温度℃
25
100
300
100
密度Kg/M^3
1.509922862
5.24
6.0687
2330
粘度Kg/M-sec
1.78E-05
1.84E-05
2.25E-05
NA
摩尔质量
28
36.46
64.675
28
硅粉的平均粒度um
240
硅粉的堆积密度(
)Kg/M3
1250
2、临界流化速度的计算
计算式:
式中:
——颗粒的平均粒径;
——颗粒的真密度,见上表;
——气体的密度,见上表;
——临界流态化状态下的床层空隙率,式中取0.5;
——固体颗粒的形状系数,在式中取0.67;
——操作温度、压力下的气体粘度,见上表。
说明:
计算过程按照工艺操作要求的条件来进行。
以HCl为输送介质
则按此计算,要达到最小流态化所需的HCl流量为:
3、带出速度的计算
计算式:
以HCl为输送介质
则按此计算,要达到带出速度所需的HCl流量为:
4、操作速度
已知颗粒的临界流化速度
和筛分中的小颗粒的带出速度
,只是给出了操作速度
的范围,其范围是相当宽的,尚不能据此规定具体的操作速度,还必须考虑一些其他因素,加以综合分析比较,才有可能作出适当的选定。
5、床层压差的计算
计算式:
式中:
——临界流态化状态下的床层空隙率,式中取0.5;
——固体颗粒的形状系数,在式中取0.67;
——临界流态化状态下的床层高度,式中取6m。
以HCl为输送介质:
6、不同粒径下硅粉带出速度质量流量计算
以HCl为输送介质,由式得出:
硅粉粒径um
带出速度质量流量Kg/h
35
1370
60
4020
80
7140
100
11200
125
17400
425
202000
若硅粉的粒径分布范围太广,且小粒径的硅粉量特别多,比表面积大虽有利于反应,但很容易达到硅粉的带出速度,导致硅粉被大量带出合成炉,降低硅粉利用率且容易形成堵塞;若大于平均粒径硅粉过多,比表面积减小,会影响反应效果,相应也加大了合成炉浓相段冷却盘管磨损,降低盘管使用周期。
结论:
根据以上计算,结合回收氯化氢量,可以得出TCS合成炉硅粉粒径选择范围在(125μm~425μm)为最佳,在炉内反应利用率最高,但仍然存有调节空间。
根据压力越大,HCl单位体积浓度越高的特性,采用提高TCS合成炉内压力,增大HCl单位体积浓度的方法,加大硅粉与HCl接触量,加快硅粉与HCl反应速度,使粒径较小硅粉在未达到带出粒径时已充分与氯化氢完成反应,减小硅粉被气汽混合气带出量,提高硅粉利用率,同时达到拓展系统对硅粉粒度要求,降低采购难度及成本控制的目的。
四、实施方案及应用情况
1、实施方案:
根据合成炉的计算,结合硅粉粒径情况及回收HCl量(~900~1300Kg/h)大小,从优化工艺控制参数着手,增大系统压力,提高硅粉利用率,降低硅粉粒径要求。
硅粉让步接受范围如表一所示。
表一硅粉让步接受范围
颗粒范围
<125μm
125μm~425μm
≥425μm
原百分比要求
5%
92%
3%
调整后百分比要求
8%
89%
3%
2、方案实施情况
(1)公辅供应情况:
合成10-P134泵稳定运行,油温控制较好,对TCS合成炉稳定运行创造良好基础条件。
(2)提高TCS合成炉内压力到0.29~0.3MPa,控制好床层高度,反应点在D、E之间,HCL的进气量为1000~1200Kg/h,减小硅粉被带出量,提高硅粉利用率。
3、应用效果分析
(1)实施质量改进计划后氯硅烷产量、硅粉使用及硅粉单耗情况如表二所示。
表二产量和硅粉单耗表
时间
氯硅烷产量(t)
硅粉消耗(t)
硅粉单耗
2015年1月
766.20
161
0.21
2015年2月
926.52
213
0.23
2015年3月
782.16
184
0.24
实施质量改进计划后硅粉单耗如图一所示。
图一硅粉单耗图
根据图一可以看出,通过实施质量改进计划,连续3个月的硅粉单耗均低于0.25,这有利于系统连续稳定运行,且低硅粉单耗能够有效节约成本。
说明:
随着合成系统连续运行时间的增加,合成炉中失活硅粉不断聚集,反应效果逐步下降,淋洗及初馏系统中金属氯化物聚集后排放量增大,导致硅粉单耗不断增加。
这也是合成系统单套运行时间2至3个月必须停炉检修的原因。
(2)硅粉使用情况分析
表三硅粉让步接受表
序号
到货时间
分析项目及检测结果
粒度(%)
﹥425um
(≤3%)
125um-425um
(≥92%)
﹤125um
(≤5%)
1
2014.12.1
0.53
92.15
7.32
2
2014.12.2
0.59
93.82
5.59
3
2014.12.7
0.22
94.20
5.58
4
2015.2.1
0.53
91.69
7.78
5
2015.2.1
1.29
88.98
9.73
6
2015.2.4
0.43
94.08
5.49
7
2015.2.9
0.38
94.23
5.39
8
2015.3.19
0.20
94.28
5.53
从表四可以看出,至2015年3月底共让步接收硅粉8批次,根据目标要求小粒径硅粉占比≤8%即可让步接受,有一批次硅粉已超出此要求,但接受使用后,未对系统造成较大影响。
经过实践来看,细硅粉对床层的流化态影响不大,只是容易被带到后续系统,造成系统堵塞和硅粉浪费。
但通过计算,只要控制好床层高度和HCL的进气量以及合成炉压力,带到后续系统的细硅粉明显减少,对系统影响不大。
这样,与采购难度和成本比较,放宽硅粉粒度接受要求是有利的。
(3)让步接受硅粉对系统的影响
硅粉让步接受前后对TCS合成系统的影响,可从泵前过滤器清洗次数直观地看出。
如表四所示。
表四泵前过滤器清洗情况
泵前过滤器
硅粉让步接受前清洗频次
硅粉让步接受后清洗频次
10-P101A/B、10-P104A/B
粗馏塔进料泵
3次/月
1次/每月
10-P103A/B、10-P106A/B
粗馏塔釜液泵
3次/月
1次/每月
从表五可以看出,硅粉让步接受后,通过工艺参数的调整及控制,泵前过滤器清洗频繁的情况得到大幅改善,节省了大量人力物力,避免频繁切换泵对设备造成的损伤,从设备折旧及检维修费用等方面节约成本,达到了降本的目的。
(4)TCS合成产品质量分析
TCS合成产品3月取样结果如图二所示:
图二TCS合成产品3月质量趋势图
根据图二可以看出,经过工艺调整后,2015年3月产品质量较好,平均质量已超过设计值(85.9%),但质量波动较大,下一步需继续优化工艺参数并固化操作,以稳定产品质量。
(5)应用效果小结
经过实际运行,控制好TCS合成炉床层高度和HCl进气量及合成炉压力后,放宽硅粉粒度接受要求对系统影响不大。
TCS合成工艺系统阶段性改进优化方案实施后,硅粉单耗已降至0.25以下,达到预期设定的目标值。
4、取得的成果
(1)经过质量改进计划实施后,硅粉单耗明显下降,硅粉利用率大幅提高,达到降本增效的目的。
(2)通过实践,放宽硅粉粒度接受,对系统运行及产品质量影响不大。
五、效益分析
1、经济效益
由于2014年12月份和2015年2月份的硅粉消耗量接近,按该两月进行经济效益分析如表五所示:
表五2014.12月和2015.2月对照表
时间
氯硅烷产量(t)
硅粉消耗量(t)
硅粉单耗
2014.12
811.849
207
0.254
2015.2
926.52
213
0.23
按照每吨硅粉单价16100元计算。
每吨氯硅烷节约硅粉用量:
0.254-0.23=0.024吨,生产每吨氯硅烷节约成本16100*0.024=386.4元,按照每月生产800吨氯硅烷计算,可节约成本:
386.4*800=309120元。
可见,成效明显。
2、经济效益审核意见
财会部意见:
(盖章)
年月日
六、巩固措施及标准化
根据实际运行情况及以上分析,通过调整系统工艺运行参数后:
1、放宽硅粉粒度接受要求,对系统影响不大,在实际生产中可按改进方案目标中的硅粉粒度范围接受硅粉;
2、在生产中,控制好工艺参数,可使硅粉单耗明显下降,实现降本增效的目标。
七、下一步计划
1、在现有成果上,从TCS合成炉温度控制等方面着手,查找是否还有优化空间。
2、稳定提高TCS合成系统运行负荷,提高产能,达到降本增效的目的。
八、参与人员履职情况
序号
姓名
性别
职称
所属
承担职责
部门
1
男
方案指导
2
男
负责人
3
男
技术负责
4
男
实施及总结
5
男
工艺协调
6
男
设备协调
7
女
实施协调
8
男
设备稳定
9
男
工艺实施
10
男
工艺协调
11
男
工艺协调
12
男
协调组织
13
班组
实施
九、相关附件(包括工艺、设备图纸、检测报告、数据分析报告等)
无。
十、主管部门意见
科技管理部意见:
(盖章)
年月日
质量管理部意见:
(盖章)
年月日
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- TCS 合成 工艺 系统 阶段性 改进 结题报 告终