全球單套最大的多晶硅示范裝置提純單元順利開車

多晶硅，是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代人工智能、自動(dòng)控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料。其純度高達(dá)9N，西方國(guó)家對(duì)高純度的氯硅烷提純技術(shù)一直對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)行技術(shù)封鎖，導(dǎo)致其嚴(yán)重制約著國(guó)內(nèi)在太陽(yáng)能和電子行業(yè)的發(fā)展。

目前由天津科技大學(xué)王紅星教授和中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所華超研究員組成的數(shù)十人研發(fā)團(tuán)隊(duì)自2006年以來(lái)一直從事改良西門子法生產(chǎn)多晶硅工藝氯硅烷體系提純單元關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，期間聯(lián)合天津市天大北洋化工設(shè)備有限公司在核心分離元件制造、大型塔器設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。

該研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷近十年的堅(jiān)持和不懈研究，圍繞氯硅烷提純技術(shù)，開展了提純機(jī)理、分離元件開發(fā)、工藝優(yōu)化和過(guò)程強(qiáng)化等工作，在CES、CJCHE、Chem.Eng,Catalyst、Chem.Eng.Data過(guò)程學(xué)報(bào)等發(fā)表論文，并申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利和PCT專利，相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家973、863項(xiàng)目、中科院知識(shí)創(chuàng)新項(xiàng)目以及企業(yè)重點(diǎn)攻關(guān)課題等項(xiàng)目的支持。

在氯硅烷精密提純關(guān)鍵技術(shù)方面形成了基礎(chǔ)研究-工程放大-示范裝置的產(chǎn)學(xué)研體系，從而在氯硅烷精密提純、分離元件設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程強(qiáng)化和技術(shù)規(guī)模化實(shí)現(xiàn)突破，形成了系統(tǒng)氯硅烷精密提純成套關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)集成了多級(jí)熱耦合精餾、核心IPE高效雙層絲網(wǎng)規(guī)整填料、高效塔內(nèi)件設(shè)備、反歧化反應(yīng)精餾技術(shù)和吸附工藝等核心技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)集成的氯硅烷大型化高效節(jié)能提純工藝。

一是創(chuàng)新性地開發(fā)了高效雙層浸潤(rùn)絲網(wǎng)填料替代板式塔分離效率不高的缺點(diǎn)，打破了國(guó)外公司的技術(shù)壟斷，解決高純多晶硅生產(chǎn)技術(shù)的瓶頸。

二是開發(fā)了熱耦合集成技術(shù)和系統(tǒng)閉式梯級(jí)提純關(guān)鍵技術(shù)，成套提純工藝與傳統(tǒng)工藝相比，同時(shí)節(jié)約熱源能耗和冷媒能耗40%以上，解決了多級(jí)精餾與能耗的矛盾問(wèn)題。

三是創(chuàng)新開發(fā)了專有結(jié)構(gòu)化催化劑的二氯二氫硅反歧化反應(yīng)精餾工藝，將二氯氫硅的平衡轉(zhuǎn)化率提高至99%以上，實(shí)現(xiàn)了分離與反應(yīng)的過(guò)程強(qiáng)化。

四是自主研發(fā)了活性炭、分子篩吸附除硼、磷雜質(zhì)的精制工藝，并將其與精餾工藝進(jìn)行過(guò)程強(qiáng)化耦合，系統(tǒng)物料利用率大于98%，同時(shí)電子級(jí)多晶硅產(chǎn)品大于90%，技術(shù)指標(biāo)均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

該研發(fā)團(tuán)隊(duì)自2009年9月在洛陽(yáng)中硅合作建立千噸級(jí)提純的示范裝置，隨后特變電工、新疆大全、內(nèi)蒙盾安、亞洲硅業(yè)等多晶企業(yè)進(jìn)行了1500噸、3000噸、5000噸以及1.2萬(wàn)噸/年多晶硅裝置的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。通過(guò)不斷的技術(shù)研發(fā)消化和原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)新，在多晶硅精餾提純與節(jié)能領(lǐng)域逐漸形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民族技術(shù)品牌，為國(guó)內(nèi)多晶硅技術(shù)發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。

2016年3月，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)參與了某公司對(duì)全球單套多晶硅產(chǎn)能最大（3萬(wàn)噸/年）生產(chǎn)裝置的提純單元招標(biāo)，在與國(guó)內(nèi)多家技術(shù)公司的競(jìng)標(biāo)中，最終以工藝技術(shù)領(lǐng)先、能耗和總投資最低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)全票勝出，承擔(dān)了該生產(chǎn)裝置提純單元整套工藝設(shè)計(jì)和核心分離元件制造。

該成套技術(shù)集成了多級(jí)熱耦合精餾、核心IPE高效雙層絲網(wǎng)規(guī)整填料、高效塔內(nèi)件設(shè)備、反歧化反應(yīng)精餾技術(shù)和吸附工藝等核心技術(shù)的氯硅烷大型化高效節(jié)能提純工藝。承擔(dān)該設(shè)計(jì)任務(wù)以來(lái)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)克服了多項(xiàng)技術(shù)難題和工程放大問(wèn)題，配合業(yè)主在2017年7月打通全部生產(chǎn)流程，一次性開車成功，氯硅烷提純技術(shù)指標(biāo)滿足電子級(jí)多晶硅質(zhì)量水平，該工業(yè)示范裝置已平穩(wěn)運(yùn)行三個(gè)月，創(chuàng)下了單套規(guī)模最大、行業(yè)精餾塔塔徑最大、電子級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)周期最短等多項(xiàng)行業(yè)記錄，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，引起國(guó)內(nèi)外行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)在多晶硅裝置大型化的又一重大技術(shù)突破。

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片

（化工707）