編者按：

7月26日，《中國化工報(bào)》二版刊登了《物“晶”天擇   “硅”在創(chuàng)新——中國化學(xué)華陸公司自主開發(fā)多晶硅技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展紀(jì)實(shí)》專題報(bào)道，對(duì)中國化學(xué)華陸公司以突破國外“卡脖子”技術(shù)為己任，彰顯央企擔(dān)當(dāng)作為，長期以來致力于技術(shù)進(jìn)步，潛心鉆研攻關(guān)、大膽開拓創(chuàng)新，成功掌握多晶硅冷氫化核心技術(shù)，填補(bǔ)我國在多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)空白，為推動(dòng)我國光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展等方面進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國多晶硅產(chǎn)量達(dá)到34.2萬噸，連續(xù)7年位居全球首位，產(chǎn)能占比達(dá)到近70%，穩(wěn)居全球第一。

僅近兩年來，由中國化學(xué)華陸公司承擔(dān)的多晶硅設(shè)計(jì)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)貢獻(xiàn)清潔能源年發(fā)電約200GW。按火電測(cè)算，可減少煤炭消耗約1.2億噸標(biāo)煤，降低碳排放3.5億噸，這將為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)作出積極貢獻(xiàn)。

展望未來，中國化學(xué)華陸公司將從企業(yè)實(shí)際出發(fā)，強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)，積極響應(yīng)國家重大戰(zhàn)略決策，持續(xù)強(qiáng)化工程、研發(fā)、實(shí)業(yè)等業(yè)務(wù)板塊的核心競(jìng)爭(zhēng)力，努力打造成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的整體解決方案提供商。

現(xiàn)將《中國化工報(bào)》專題報(bào)道全文轉(zhuǎn)載，供讀者閱讀。

物“晶”天擇  “硅”在創(chuàng)新

——中國化學(xué)華陸公司自主開發(fā)多晶硅技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展紀(jì)實(shí)

近日，中國化學(xué)華陸工程科技有限責(zé)任公司與印度、中亞地區(qū)相關(guān)企業(yè)達(dá)成前期合作意向，華陸公司開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)有望進(jìn)入國際市場(chǎng)。這將是我國多晶硅技術(shù)首次走出國門、走向海外。

從被國外技術(shù)封鎖到自主創(chuàng)新填補(bǔ)國內(nèi)空白，再到如今技術(shù)領(lǐng)先全球、出口國外，華陸公司經(jīng)過15年孜孜以求的攻關(guān)探索，走出了一條多晶硅關(guān)鍵核心技術(shù)的自主創(chuàng)新之路，為我國光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

從無到有 突破國外技術(shù)封鎖

在我國多晶硅技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，華陸公司獨(dú)樹一幟，在這其中不能不提及公司原副總工程師、工藝室主任陳維平。他幾十年如一日專注有機(jī)硅、多晶硅技術(shù)創(chuàng)新，獲得了多項(xiàng)成果，為行業(yè)快速發(fā)展傾注了無數(shù)心血和汗水，在業(yè)內(nèi)傳為佳話。

 “2006年之前，我國多晶硅嚴(yán)重依賴進(jìn)口，那時(shí)年產(chǎn)量不足100噸，僅用于半導(dǎo)體行業(yè)。”陳維平回憶道。

　　多晶硅是太陽能光伏和電子信息產(chǎn)業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，作為半導(dǎo)體材料，全球85%以上的光伏電池和95%以上的半導(dǎo)體元器件均采用硅基材料。2005年，全球太陽能電池產(chǎn)量快速增加，直接拉動(dòng)多晶硅迅猛增長，市場(chǎng)供不應(yīng)求，迎來井噴式發(fā)展。

　　國外熱火朝天，國內(nèi)卻冷冷清清。由于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)被德國、美國、日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌握，彼時(shí)中國95%以上多晶硅材料依賴進(jìn)口。國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模小、工藝技術(shù)路線不完整、環(huán)境污染重、消耗成本高，多晶硅行業(yè)一直帶著“高污染、高能耗”的帽子，成為制約信息產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。國外實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，中國多晶硅生產(chǎn)面臨嚴(yán)重的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。

　　為改變技術(shù)受制于人的被動(dòng)局面，華陸公司憑借自身在有機(jī)硅、三氯氫硅合成方面積累的豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，2005年由陳維平牽頭組建多晶硅技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，著手多晶硅核心工藝開發(fā)。

　　技術(shù)研發(fā)之路沒有鮮花和掌聲，只有辛勤的汗水和默默的付出。在國外技術(shù)封鎖、國內(nèi)缺少資料，沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，陳維平領(lǐng)銜的技術(shù)團(tuán)隊(duì)發(fā)揚(yáng)華陸人“能啃、敢啃硬骨頭”的精神，舍棄了幾乎所有的休息時(shí)間，一頭扎進(jìn)研發(fā)工作中。他們反復(fù)鉆研、仔細(xì)推敲，積極探索、大膽創(chuàng)新，攻克了還原爐高壓?jiǎn)?dòng)、冷氫化、精餾、尾氣回收等一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，攀登一座又一座高峰。不到1年時(shí)間，該團(tuán)隊(duì)成功掌握多晶硅冷氫化核心技術(shù)，填補(bǔ)了我國在多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)空白。

從有到優(yōu) 站在全球技術(shù)之巔

　　多晶硅是由硅純度較低的冶金級(jí)硅提煉而來，此前國內(nèi)外多晶硅生產(chǎn)主要工藝技術(shù)有改良西門子法、硅烷法等，其中改良西門子法一直是多晶硅生產(chǎn)最主要的工藝，生產(chǎn)電子級(jí)和太陽能級(jí)多晶硅。

　　陳維平介紹，生產(chǎn)1噸多晶硅副產(chǎn)約20噸四氯化硅，如何有效地將四氯化硅轉(zhuǎn)化為多晶硅的原料三氯氫硅，是整個(gè)多晶硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。冷氫化技術(shù)因具有轉(zhuǎn)化率高、能耗低、投資小等特點(diǎn)，近年來逐漸代替熱氫化技術(shù)。

　　在2006年陳維平技術(shù)團(tuán)隊(duì)攻克冷氫化技術(shù)的同時(shí)，江蘇中能敏銳把握先機(jī)，果斷啟動(dòng)建設(shè)1500噸/年多晶硅生產(chǎn)裝置。

　　這個(gè)當(dāng)時(shí)國內(nèi)最大的多晶硅項(xiàng)目，是華陸公司負(fù)責(zé)多晶硅技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計(jì)的首個(gè)“作品”。陳維平扎根項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)揚(yáng)敢為人先、不甘人后的拼搏進(jìn)取精神，與技術(shù)人員、操作人員一起研究、分析和調(diào)試運(yùn)行參數(shù)，經(jīng)常在深夜討論設(shè)計(jì)方案、解決難題。

　　功夫不負(fù)有心人。經(jīng)過1年半的努力，2007年12月該裝置建成投產(chǎn)。“這是全國第一個(gè)使用冷氫化技術(shù)的項(xiàng)目，還創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的3項(xiàng)世界第一，即同類規(guī)模項(xiàng)目建設(shè)施工周期最短、單位產(chǎn)品規(guī)模投資最少、技術(shù)創(chuàng)新水平最高。”陳維平說。

　　與國外冷氫化技術(shù)相比，華陸公司創(chuàng)新性地解決了副產(chǎn)物氯化氫的循環(huán)問題；設(shè)計(jì)的大型流化床反應(yīng)器，使四氯化硅轉(zhuǎn)化率達(dá)到26%以上，比國外同類技術(shù)高6個(gè)百分點(diǎn)；通過優(yōu)化熱量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)，三氯氫硅電耗大幅降低至0.2千瓦時(shí)/噸，為國外冷氫化技術(shù)的一半；開發(fā)的文丘里+洗滌塔相結(jié)合的濕法除塵系統(tǒng)，以及旋風(fēng)+過濾器的干法除塵系統(tǒng)，減少了渣漿中硅粉含量，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，冷氫化裝置連續(xù)運(yùn)行周期延長至1年以上。

　　與國外技術(shù)采用導(dǎo)熱油加熱汽化四氯化硅不同，華陸公司開發(fā)的四氯化硅和氫氣混合汽化工藝，僅使用副產(chǎn)的0.8MPa蒸汽，不需要配套復(fù)雜的導(dǎo)熱油系統(tǒng)。同時(shí)，他們開發(fā)了大型還原爐和還原爐熱能回收技術(shù)、多級(jí)耦合精餾技術(shù)、尾氣回收分離技術(shù)等，使多晶硅成本進(jìn)一步降低。

　　寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。華陸公司的冷氫化技術(shù)在江蘇中能的首次成功應(yīng)用，并不斷在關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)上取得突破，優(yōu)于國外先進(jìn)技術(shù)水平，一時(shí)間引起了全球多晶硅行業(yè)的關(guān)注，推動(dòng)多晶硅格局發(fā)生重大變革。國外企業(yè)2009年開始陸續(xù)向我國主動(dòng)轉(zhuǎn)讓冷氫化技術(shù)，轉(zhuǎn)讓費(fèi)迅速下跌。

　　近年來，華陸公司以冷氫化技術(shù)為代表的多晶硅工藝技術(shù)群，累計(jì)獲得專有專利技術(shù)14項(xiàng)，獲得國家、省級(jí)、行業(yè)級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)8項(xiàng)。陳維平主持設(shè)計(jì)的江蘇中能1500噸/年多晶硅項(xiàng)目榮獲全國優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)銀獎(jiǎng)，主持開發(fā)的“一種用于多晶硅生產(chǎn)提高還原沉積反應(yīng)效率的方法”榮獲中國氟硅行業(yè)專利一等獎(jiǎng)，四氯化硅氯氫化法制取三氯氫硅技術(shù)榮獲中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，多晶硅生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用獲得陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)、中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

順應(yīng)大勢(shì) 奉獻(xiàn)清潔能源

　　在華陸公司企業(yè)文化展廳的顯眼位置，展示著一份多晶硅樣品。這是江蘇中能生產(chǎn)出的第一爐多晶硅硅棒。

　　嘗到發(fā)展甜頭的江蘇中能不斷擴(kuò)大產(chǎn)能，尤其是2008年建成的1.05萬噸/年三期項(xiàng)目，為同期裝置規(guī)模最大。該項(xiàng)目同時(shí)采用冷氫化技術(shù)、還原爐熱能回收技術(shù)和高效的精餾分離技術(shù)，能耗為當(dāng)時(shí)國內(nèi)最低。

　　技術(shù)創(chuàng)新永無止境。華陸公司堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，不斷優(yōu)化完善冷氫化工藝。2009年以來，該公司與多家多晶硅企業(yè)合作，以“節(jié)能降耗、挖潛消瓶、提高效益”為目標(biāo)，實(shí)施一系列技術(shù)升級(jí)改造，解決了制約多晶硅生產(chǎn)能耗及成本高等共性問題，使多晶硅裝置的投資和生產(chǎn)成本大幅降低。

　　通過系統(tǒng)整合優(yōu)化，多晶硅的電耗由200千瓦時(shí)/千克降至65千瓦時(shí)/千克，蒸汽單耗由160噸降為零，硅粉單耗由2.3噸下降到1.08噸，主要原材料和公用工程消耗也進(jìn)一步下降，直接帶動(dòng)光伏發(fā)電成本大幅下降至火電先進(jìn)水平。

　　從年產(chǎn)1500噸規(guī)模起步，近年來華陸公司形成了3000噸級(jí)、6000噸級(jí)、10000噸級(jí)、15000噸、30000噸級(jí)等一系列完整的多晶硅技術(shù)工藝包，實(shí)現(xiàn)多晶硅產(chǎn)品由千噸級(jí)到萬噸級(jí)的跨越，使得噸多晶硅成本降低了95%以上，為中國多晶硅及光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。截至2020年底，國內(nèi)多晶硅總年產(chǎn)能達(dá)45萬噸。

　　2020年，華陸公司斬獲當(dāng)年國內(nèi)新開工所有多晶硅項(xiàng)目的設(shè)計(jì)合同，7個(gè)項(xiàng)目總年產(chǎn)能為20萬噸，占當(dāng)年國內(nèi)總產(chǎn)量的約45%。同時(shí)承接了國內(nèi)第一個(gè)多晶硅EPC總承包項(xiàng)目——江蘇中能硅烷法多晶硅配套冷氫化技改工程。目前，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)已結(jié)束，正在進(jìn)行設(shè)備吊裝和管道預(yù)制，預(yù)計(jì)今年10月建成開車。2021年上半年，華陸公司又新簽多晶硅項(xiàng)目9個(gè)，總年產(chǎn)能達(dá)40萬噸。

　　近兩年華陸公司承擔(dān)的多晶硅設(shè)計(jì)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)貢獻(xiàn)清潔能源年發(fā)電約200GW。按火電測(cè)算，減少煤炭消耗約1.2億噸標(biāo)煤，降低碳排放3.5億噸。

　　大力發(fā)展可再生清潔能源是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要途徑。目前，光伏發(fā)電僅占我國發(fā)電總量的3.5%，距離12%的目標(biāo)仍有很大空間。預(yù)計(jì)2022年國內(nèi)光伏裝機(jī)容量達(dá)到300GW以上，多晶硅需求超過100萬噸。而到2050年，近四成的用電量將來自光伏，多晶硅作為光伏產(chǎn)業(yè)的主要原料前景廣闊。

　　陳維平表示，華陸公司積極響應(yīng)國家碳達(dá)峰、碳中和政策，將矢志不渝堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力，為我國光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、奉獻(xiàn)清潔能源貢獻(xiàn)華陸力量。他們將進(jìn)一步提高多晶硅品質(zhì)，降低能耗和生產(chǎn)成本，力爭(zhēng)使生產(chǎn)成本再降低10%，使光伏低電成為現(xiàn)實(shí);同時(shí)開發(fā)顆粒硅技術(shù)，與協(xié)鑫集團(tuán)合作進(jìn)行顆粒硅項(xiàng)目工程化及技術(shù)優(yōu)化等。