全球单套最大的多晶硅示范装置提纯单元顺利开车

全球单套最大的多晶硅示范装置提纯单元顺利开车

2024-11-13 10:53:11

全球单套最大的多晶硅示范装置提纯单元顺利开车
多晶硅，是单质硅的一种形态，是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。其纯度高达9N，西方国家对高纯度的氯硅烷提纯技术一直对国内进行技术封锁，导致其严重制约着国内在太阳能和电子行业的发展。

目前由天津科技大学王红星教授和中国科学院过程工程研究所华超研究员组成的数十人研发团队自2006年以来一直从事改良西门子法生产多晶硅工艺氯硅烷体系提纯单元关键技术的研发，期间联合天津市天大北洋化工设备有限公司在核心分离元件制造、大型塔器设计和工程经验的优势。
该研发团队经历近十年的坚持和不懈研究，围绕氯硅烷提纯技术，开展了提纯机理、分离元件开发、工艺优化和过程强化等工作，在CES、CJCHE、Chem.Eng,Catalyst、Chem.Eng.Data过程学报等发表论文，并申请中国发明专利和PCT专利，相关研究得到国家自然科学基金、国家973、863项目、中科院知识创新项目以及企业重点攻关课题等项目的支持。
在氯硅烷精密提纯关键技术方面形成了基础研究-工程放大-示范装置的产学研体系，从而在氯硅烷精密提纯、分离元件设计、工艺过程强化和技术规模化实现突破，形成了系统氯硅烷精密提纯成套关键技术，该技术集成了多级热耦合精馏、核心IPE高效双层丝网规整填料、高效塔内件设备、反歧化反应精馏技术和吸附工艺等核心技术创新点集成的氯硅烷大型化高效节能提纯工艺。
一是创新性地开发了高效双层浸润丝网填料替代板式塔分离效率不高的缺点，打破了国外公司的技术垄断，解决高纯多晶硅生产技术的瓶颈。
二是开发了热耦合集成技术和系统闭式梯级提纯关键技术，成套提纯工艺与传统工艺相比，同时节约热源能耗和冷媒能耗40%以上，解决了多级精馏与能耗的矛盾问题。
三是创新开发了专有结构化催化剂的二氯二氢硅反歧化反应精馏工艺，将二氯氢硅的平衡转化率提高至99%以上，实现了分离与反应的过程强化。
四是自主研发了活性炭、分子筛吸附除硼、磷杂质的精制工艺，并将其与精馏工艺进行过程强化耦合，系统物料利用率大于98%，同时电子级多晶硅产品大于90%，技术指标均处于国际领先水平。
该研发团队自2009年9月在洛阳中硅合作建立千吨级提纯的示范装置，随后特变电工、新疆大全、内蒙盾安、亚洲硅业等多晶企业进行了1500吨、3000吨、5000吨以及1.2万吨/年多晶硅装置的技术转让。通过不断的技术研发消化和原创性技术创新，在多晶硅精馏提纯与节能领域逐渐形成了具有自主知识产权的民族技术品牌，为国内多晶硅技术发展做出了卓越贡献。
2016年3月，该研发团队参与了某公司对全球单套多晶硅产能最大（3万吨/年）生产装置的提纯单元招标，在与国内多家技术公司的竞标中，最终以工艺技术领先、能耗和总投资最低等技术优势全票胜出，承担了该生产装置提纯单元整套工艺设计和核心分离元件制造。
该成套技术集成了多级热耦合精馏、核心IPE高效双层丝网规整填料、高效塔内件设备、反歧化反应精馏技术和吸附工艺等核心技术的氯硅烷大型化高效节能提纯工艺。承担该设计任务以来，研发团队克服了多项技术难题和工程放大问题，配合业主在2017年7月打通全部生产流程，一次性开车成功，氯硅烷提纯技术指标满足电子级多晶硅质量水平，该工业示范装置已平稳运行三个月，创下了单套规模最大、行业精馏塔塔径最大、电子级产品生产周期最短等多项行业记录，为企业创造了可观的经济效益和社会效益，引起国内外行业的重点关注，实现国内在多晶硅装置大型化的又一重大技术突破。
项目现场照片（化工707）

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