Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

ESiP - Energy efficient Silicon Production

Tildelt: kr 8,0 mill.

Prosjektnummer:

225942

Prosjektperiode:

2013 - 2016

Midlene er mottatt fra:

Organisasjon:

Geografi:

Målsetningen med ESiP prosjektet var å øke energieffektiviteten ved silisium produksjon med minst 5 % ved å utvikle og installere et beslutningsstøttesystem for drift av silisiumovner. I dagens drift er det vanlig med et silisiumutbytte på rundt 80 %. Det betyr at 20 % av silisiumet går tapt i avgassen fra ovnen. For å kunne drive ovnene på et høyere silisiumutbytte, må parameterne som påvirker reaksjonene i ovnen identifiseres og kvantifiseres, og nye målemetoder må utvikles og implementeres. Den nye kunnskapen og informasjonen vil så bli samlet i et nytt beslutningsstøttesystem for ovnsdrift. Utviklingen av beslutningsstøttesystemet var basert på tre aktiviteter: 1) Øke prosessinformasjon fra overflaten til en silisiumovn ved å implementere nye systemer for å måle overflatetemperaturer og ovnstopografi. I 2014 ble et termokamera installert på en silisiumovn. Dette kameraet kan se gjennom flammene på ovnsoverflaten og har gitt ny innsikt i prosessforholdene. Det ble svært positivt mottatt av ovnsoperatørene og har vært i bruk fra første dag. I november 2015 og november 2016 ble kamerasystemet installert på to nye smelteovner, slik at det nå er tre kamerasystemer i drift som konkrete resultater av prosjektet. 2) Laboratoriestudier ved høye temperaturer er viktig for å undersøke reaksjonsmekanismer i silisiumprosessen. Egenskapene som kvartsråstoffet får ved høye temperatur har vært et hovedtema i prosjektet. Dette arbeidet har resultert i ny grunnleggende, forståelse om hvordan kvartsens egenskaper påvirker ovnsdriften. Prosjektet utviklet i 2015 et testprogram for nye kvartsmaterialer i Elkem. Det er videre gjennomført en omfattende studie av kjemiske reaksjoner i ovnen som involverer SiO2, og mer enn 30 labforsøk er gjennomført ved Sintef. 3) Kjernen i det nye beslutningsstøttesystemet er en simuleringsmodell av en silisiumovn utviklet fra fysiske prinsipper og tilpasset en faktisk industriell ovn, og i tillegg til er ny kunnskap fra laboratorieundersøkelsene om reaksjonene i ovnen tatt inn i modellen. Sentrale deler av modelleringsarbeidet har vært å utnytte ny informasjon fra kameraet om forholdene på ovnsoverflaten, og et nyutviklet brukergrensesnittet med signalprosessering for kameraovervåkingen inngår i beslutningsstøttesystemet. I slutten av 2016 er simuleringsmodellen koplet on-line mot de samme tre smelteovnene som har installert kameraovervåkingen. Driftsstøttesystemet består da av on-line modell og kamerasystemet med brukergrensesnittet. Prosjektet har også i tillegg utviklet en prototype på et annet og mer enklere driftsstøttesystem som er implementert inn mot flere silisiumovner.

The ESiP goal is to obtain 5% more energy efficient silicon production by developing and applying an operating support system for silicon furnace operation. Presently, a silicon yield of 80% is typical; meaning that 20% of the silicon is lost in the off g as from the furnace. Energy cost is one of the main cost elements in silicon production, accounting for around 1/3 of the overall production costs. Increasing the silicon yield from 80% to 85% will lower the specific energy consumption from around 12.0 to 11.4 MWh/t. The development of this operating support system is based on three major activities: 1) Increase the process information from a silicon furnace charge surface by implementing new systems for measuring surface temperatures, charge mix topogra phy and off gas chemical composition. 2) Performing high-temperature (>2000°C) lab-scale and pilot experiments to gain increased knowledge about material and energy flows in a silicon furnace and investigate the chemical reaction kinetics. The main resul ts will be kinetic data for process reactions, new understanding of how raw material properties affect process reactions and the coupling between reactions and energy distribution and how this will affect the silicon yield. 3) Developing an operating supp ort system based on a simulation model of a silicon furnace developed from physical principles and adapted to industrial use by continuous testing and modification on an industrial furnace in parallel with the model development. The model will use process information from the new charge surface measurements and new process knowledge gained from the experimental work. The user interface will be developed in close cooperation with process operators and engineers. By combining model information with online m easurements, improved furnace control strategies and raw material optimization, the hypothesis is that the silicon loss can be reduced considerably, resulting in a more energy efficient production of silicon.

Budsjettformål:

ENERGIX-Stort program energi