全球單套最大的多晶硅示范裝置提純單元順利開車

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，是當代人工智能、自動控制、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9N，西方國家對高純度的氯硅烷提純技術(shù)一直對國內(nèi)進行技術(shù)封鎖，導(dǎo)致其嚴重制約著國內(nèi)在太陽能和電子行業(yè)的發(fā)展。

目前由天津科技大學(xué)王紅星教授和中國科學(xué)院過程工程研究所華超研究員組成的數(shù)十人研發(fā)團隊自2006年以來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)計和工程經(jīng)驗的優(yōu)勢。

該研發(fā)團隊經(jīng)歷近十年的堅持和不懈研究，圍繞氯硅烷提純技術(shù)，開展了提純機理、分離元件開發(fā)、工藝優(yōu)化和過程強化等工作，在CES、CJCHE、Chem.Eng,Catalyst、Chem.Eng.Data過程學(xué)報等發(fā)表論文，并申請中國發(fā)明專利和PCT專利，相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、國家973、863項目、中科院知識創(chuàng)新項目以及企業(yè)重點攻關(guān)課題等項目的支持。

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、工藝過程強化和技術(shù)規(guī)?；瘜崿F(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)了高效雙層浸潤絲網(wǎng)填料替代板式塔分離效率不高的缺點，打破了國外公司的技術(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)閉式梯級提純關(guān)鍵技術(shù)，成套提純工藝與傳統(tǒng)工藝相比，同時節(jié)約熱源能耗和冷媒能耗40%以上，解決了多級精餾與能耗的矛盾問題。

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，實現(xiàn)了分離與反應(yīng)的過程強化。

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行過程強化耦合，系統(tǒng)物料利用率大于98%，同時電子級多晶硅產(chǎn)品大于90%，技術(shù)指標均處于國際領(lǐng)先水平。

該研發(fā)團隊自2009年9月在洛陽中硅合作建立千噸級提純的示范裝置，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)進行了1500噸、3000噸、5000噸以及1.2萬噸/年多晶硅裝置的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。通過不斷的技術(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產(chǎn)權(quán)的民族技術(shù)品牌，為國內(nèi)多晶硅技術(shù)發(fā)展做出了卓越貢獻。

2016年3月，該研發(fā)團隊參與了某公司對全球單套多晶硅產(chǎn)能最大（3萬噸/年）生產(chǎn)裝置的提純單元招標，在與國內(nèi)多家技術(shù)公司的競標中，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)勢全票勝出，承擔了該生產(chǎn)裝置提純單元整套工藝設(shè)計和核心分離元件制造。

該成套技術(shù)集成了多級熱耦合精餾、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。承擔該設(shè)計任務(wù)以來，研發(fā)團隊克服了多項技術(shù)難題和工程放大問題，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)指標滿足電子級多晶硅質(zhì)量水平，該工業(yè)示范裝置已平穩(wěn)運行三個月，創(chuàng)下了單套規(guī)模最大、行業(yè)精餾塔塔徑最大、電子級產(chǎn)品生產(chǎn)周期最短等多項行業(yè)記錄，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，引起國內(nèi)外行業(yè)的重點關(guān)注，實現(xiàn)國內(nèi)在多晶硅裝置大型化的又一重大技術(shù)突破。

項目現(xiàn)場照片

（化工707）