多晶硅制造安全风险与评价分析开题报告

论文题目多晶硅制造安全风险分析与评价选题来源口国家级、口省部级、口厅局级、口横向、☑自拟论文类型口工程设计、☑理论研究、口实验研究、口计算机仿真、口综合论文开题日期2023年12月是否涉密口是☑否一、立题依据1、研究目的和意义1.1研究目的随着光伏电池产业的快速发展，光伏电池制造的规模和产能不断增加，但同时也面临着安全风险的挑战。因为多晶硅制备是光伏电池制造流程中最核心的一环，因此，本研究旨在深入了解多晶硅制造的安全风险情况，为光伏电池制造提供科学的安全管理措施和风险防控策略。因而，本研究的研究目的包括以下几个方面：(1)分析多晶硅制造的安全风险来源：通过对多晶硅制造的生产过程、设备设施、人员管理等方面进行调研和分析，确定多晶硅制造的安全风险来源，包括但不限于火灾、屡炸、化学品泄漏、电气事故等。(2)评估多晶硅制造的安全风险程度：通过对多晶硅制造的安全管理制度、安全设施、应急预案等方面进行评估，确定多晶硅制造的安全风险程度，包括但不限于风险等级、风险概率、风险影响等。(3)探讨多晶硅制造的安全管理措施：基于对多晶硅制备的安全风险分析结果，探讨并提出相应的安全管理措施，包括但不限于安全培训、安全设备更新、应急预案制定等，以提高多晶硅制造的安全管理水平。(4)提出多晶硅制造的风险防控策略：根据对多晶硅制造的安全风险分析和安全管理措施的研究，提出相应的风险防控策略，包括但不限于风险监测、风险评估、风险控制等，以降低多晶硅制造的安全风险。通过以上研究目的的实现，本研究旨在为多晶硅制造提供科学的安全风险分析和管理方法，促进多晶硅制造的安全生产，保障员工的生命安全和财产安全，推动光伏电池产业的可持续发展。1.2研究的意义光伏电池制造行业是国家和部分地区在新能源领域的重要支柱之一。对于一个大型光伏电池制造工厂来说，由于复杂的生产工艺和先进的设备，其投入也是十分巨大的。一个生产基地的投资往往是几十亿甚至上百亿，因此，一旦发生安全生产事故，将造成巨大的直接经济损失，加上停产等间接经济损失，就更加难以承受。因此，应该选取合适的安全风险评价方法，对光伏电池生产线进行风险评价，并对评价结果进行进一步研究分析，确定现场安全管理体系的重要环节和薄弱环节，系统的、科学的提出可行性改善建议，构建一套行之有效的预防控制措施，减少安全事故的发生，对于保障光伏.1-电池制造企业的安全运行具有一定的参考价值。2、国内外研究现状和发展趋势（不少于2000字）2.1国内外多晶硅制备方法的研究现状目前，世界上最常用的光伏电池主要有单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池、非晶硅光伏电池等多种，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90%以上，由于多晶硅材料多以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，生产时间缩短，制造成本大幅度降低，因而被广泛使用。目前多晶硅的制备主要采用硅烷分解（硅烷法）和氯化氢还原SHCL3法（改良西门子工艺），这是当前多晶硅生产的主要工艺。其技术发展已有35年的历史。(1)西门子法：1955年德国西门子公司开发了在高温的硅芯上用氢气()还原三氯氢硅(HC3,TCS)的多晶硅沉积技术，即最初的西门子工艺。第一代西门子法中有大量的四氯化硅(SiC4)、氯化氢(HCI)和氢气(H)等副产物。经过多年的发展，第三代西门子多晶硅生产工艺己实现四氯化硅(SC4,STC)闭路循环生产，即“改良西门子工艺”。改良西门子工艺成熟，是目前生产多晶硅的主流工艺。改良西门子工艺使用SiO2作为原料。第一阶段通过用煤还原SiO2来生产治金硅。冶金级硅MG-Si的纯度为98.0%99.0%。将MG-Si、H和HC1进料至流化床反应器生产氯硅烷，出口后进行分馏。当氯硅烷冷凝时，H2和HCI被除去。然后使用精馏塔分离SiHC1和SiC1,的液体流。塔底（主要是SiC1)是该工艺的副产品，而从塔顶得到99.99%的SiHC13。利用西门子工艺的化学气相沉积反应器(Chemical vapor deposition,CVD),用电流加热后的超纯硅的U形棒作为种子，将硅沉积后，得到HC1、H2和SiC1的副产物。硅冷却至环境温度，气体则被设备分离，再循环到工艺中2列。(2)强化FBR联合碳化物工艺：1981年，联合碳化物公司开发了一种工艺，该工艺基于SiHC1的歧化反应来生产硅烷，作为多晶硅的高纯度硅前体（联合碳化物）。2019年墨西哥萨拉曼卡大学Mariano Martin团队在此基础上，开发出了强化BR联合碳化物工艺，新工艺获得MG-Si的阶段与西门子工艺相同，是西门子工艺的改进-5。MG-Si在流化床反应器中与SiC14一起氢化。使用闪蒸模块分离产品以回收氯硅烷。将主要由SiHC3和SiC4组成的物料送入两个精馏塔的系统。从第一塔的塔底获得高纯度的SiC4,并将其再循环。在另一塔中，从塔底得到高纯度三氯硅烷，后被送入反应蒸馏塔。接下来，在反应蒸馏塔中进行三氯硅烷歧化反应。该塔在顶部产生高纯度硅烷，该硅烷被送入化学气相沉积反应器以产生高纯度硅和氢。Mariano Martin团队使用化学计量反应器模块对CVD反应器进行建模，其中硅烷转化率达到80%。分离产物流从气体中分离多晶硅。多晶硅固化成产品，而气体（主要是H2和HC1)再循环。(3)冶金法：在近些年里，相关领域学者也发明了许多新型高纯度多晶硅制备技术。治金工艺最初是由川崎制铁在日本NEDO的资助下于1996年开始研发的，用工业硅制备太阳级硅的工艺路线。治金法是以熔炼工艺为主，其工艺包括：吹风精炼、电子束熔炼、等离子束熔炼：定向凝固法，熔盐法：高纯度的碳热还原法、真空熔炼法等工艺。通过多个过程的组合去除其中的杂质，使其符合太阳-2-能级的需求。日本的TMk等也从热力学角度对治金方法处理多种杂质的作用进行了研究。碳热还原技术是近些年来兴起的一种新型的太阳能多晶硅生产技术，但其在国内研究很少，只有一些科研单位进行了深入的研究。(4)流化床技术：流化床技术是1981年美国Union Carbide公司研发成功的多晶硅制备工艺，经过约20年的发展，其技术和反应装置有了长足的进步：流化床多晶硅生产技术具有低成本、能耗低、物料可循环使用、环保等优点，然而受限于技术难度大、控制系统复杂、生产安全性及由于硅粉硬度高给设备造成的磨损等难以逾越的技术障碍，流化床技术在多晶硅生产领域未得到广泛推广阁。国外学者对流化床生产技术的研究做出很大贡献，Zbib M B等人对粒状多晶硅退火处理后，采用显微硬度计和SEM对颗粒的显微硬度、塑性模量、断裂韧性等进行了研究阿。White C M等在实验基础上建立了硅烷热分解法制备的多晶硅的数学模型，并进行多晶硅粒径差异的研究，表明MATLAB数学模型计算结果与实际测量数据基本吻合o。Eg©P等人对粒状硅的表面状态进行了实验研究，得出粒状硅具有优异流动性的相关结论。日本工业技术院的堀口贞兹曾对硅烷进行了一系列的着火实验，对硅烷的浓度、流出速度、流出口径的关系进行了研究：他指出：喷口的口径越小，则着火的流速范围也越小，吹灭也越容易：日本大阪大学实验室发生硅烷钢瓶爆炸，据调查发现是止回阀失效导致一氧化二氮进入硅烷钢瓶：系统内氧化剂的使用需要采取高度可靠的防护措施山。2.2国内光伏