日前，新疆新特能源股份有限公司1萬噸/年高純多晶硅技術(shù)改造項目投產(chǎn)滿3個多月，裝置連續(xù)穩(wěn)定滿負(fù)荷運(yùn)行，四氯化硅轉(zhuǎn)化率、能耗等關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計值和國內(nèi)同類裝置。這是華陸工程科技有限責(zé)任公司開發(fā)的第五代冷氫化技術(shù)首次工業(yè)應(yīng)用。

冷氫化裝置是多晶硅生產(chǎn)的“核心”單元，將四氯化硅轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)多晶硅的原料——三氯氫硅。冷氫化技術(shù)因具有轉(zhuǎn)化率高、能耗低、投資小等特點，大大降低了裝置投資和運(yùn)行成本。

作為我國多晶硅技術(shù)研發(fā)和工程設(shè)計的領(lǐng)軍企業(yè)，十多年來華陸公司在多晶硅技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域創(chuàng)新探索并迭代優(yōu)化，改變了核心技術(shù)受制于人的被動局面。

早在2006年，憑借自身在有機(jī)硅、三氯氫硅合成等方面積累的經(jīng)驗和技術(shù)優(yōu)勢，華陸公司開發(fā)成功多晶硅冷氫化技術(shù)。2007年12月，我國第一套使用冷氫化技術(shù)的多晶硅生產(chǎn)裝置在江蘇中能建成投產(chǎn)。

“第一代冷氫化裝置，雖然年處理四氯化硅能力僅1萬噸，但具有重要里程碑意義，開發(fā)了更為節(jié)能、高效的多晶硅生產(chǎn)工藝，填補(bǔ)了我國多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域的多項技術(shù)空白。”華陸公司材料能源事業(yè)部總經(jīng)理姚又省告訴記者。此后他們不斷改進(jìn)優(yōu)化，二代、三代、四代技術(shù)接連誕生，裝置產(chǎn)能規(guī)模擴(kuò)大，四氯化硅轉(zhuǎn)化率提升，能耗持續(xù)降低。

據(jù)介紹，第一代冷氫化裝置反應(yīng)器直徑0.9米，隨后不斷擴(kuò)大到1.6米、2.4米、3.6～4.0米和五代技術(shù)的4.5米。伴隨著裝置產(chǎn)能規(guī)模擴(kuò)大，工藝也相應(yīng)改進(jìn)提升。比如三代技術(shù)首次采用混合汽化工藝，僅使用副產(chǎn)的0.8MPa（G）蒸汽就能滿足熱源要求，不再配套復(fù)雜的導(dǎo)熱油系統(tǒng)；四代技術(shù)首次增加了熱能利用回收、氫氣回收技術(shù)等，能耗進(jìn)一步降低，僅為熱氫化技術(shù)的十分之一；四氯化硅轉(zhuǎn)化率從一代20%左右提升至第五代冷氫化技術(shù)的28%-30%，已超過了理論轉(zhuǎn)化率的70%，為全球最好水平。與第一代相比，五代技術(shù)三氯氫硅電耗從1000千瓦時/噸降至150千瓦時/噸，為目前國外冷氫化技術(shù)的三分之一左右，不到傳統(tǒng)熱氫化工藝的6%。同時開發(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，有效提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

從一代到五代，反應(yīng)器的開發(fā)之路并非坦途，不計其數(shù)的嘗試、失敗、再創(chuàng)新……簡單的數(shù)字背后是巨大的努力和付出。以第五代冷氫化裝置為例，單位處理能力的提升并不是簡單的裝置尺寸放大。華陸公司技術(shù)團(tuán)隊也是根據(jù)一次偶然的嘗試，以反應(yīng)器入口分布為突破口，創(chuàng)新通過設(shè)置新型入口結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了整體流場的均勻、穩(wěn)定，成功解決了尺寸放大后出現(xiàn)的新問題，使得中國自主的冷氫化技術(shù)再次超越國際水平。

“如果說第一代冷氫化技術(shù)解決了有和無的問題，那么隨后的每一次技術(shù)進(jìn)步，我們都是圍繞系統(tǒng)優(yōu)化提升、降低能耗、挖潛增效，主動解決客戶的難點痛點，引領(lǐng)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！被仡櫸宕錃浠夹g(shù)的研發(fā)歷程，姚又省說，比別人快半步，這是他們不斷創(chuàng)新、超越自我的關(guān)鍵訣竅。

據(jù)介紹，新疆新特多晶硅項目由華陸公司負(fù)責(zé)工程設(shè)計，經(jīng)改造采用冷氫化裝置，首次將單套冷氫化裝置四氯化硅處理能力提升到了全球最大的35萬噸/年。今年4月建成投產(chǎn)以來，不但短期實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，裝置投資降低10%以上，而且四氯化硅轉(zhuǎn)化率、能耗等關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于國內(nèi)同類裝置，三氯氫硅電耗降至145千瓦時/噸，創(chuàng)國內(nèi)最佳水平。5月下旬，新疆新特為此向華陸公司致感謝信。

“十四五”期間，華陸公司明確了“聚焦工程、研發(fā)、實業(yè)、裝備四大業(yè)務(wù)板塊，打造成實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)整體解決方案提供商”的戰(zhàn)略定位，其中裝備成為轉(zhuǎn)型發(fā)展的“新賽道”。在冷氫化技術(shù)迭代過程中，他們結(jié)合反應(yīng)器體積不斷擴(kuò)大，在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、分布器、入口管線等方面不斷實施改造，為工藝優(yōu)化提供支撐。

近年來，火爆的光伏產(chǎn)業(yè)帶動多晶硅行業(yè)迅猛發(fā)展，華陸公司搶抓機(jī)遇，充分發(fā)揮自主研發(fā)技術(shù)工程化優(yōu)勢，深耕光伏領(lǐng)域，形成了由千噸級到萬噸級的系列多晶硅技術(shù)工藝包，承擔(dān)設(shè)計的多晶硅項目總產(chǎn)能占全國總產(chǎn)能的90%以上。

目前，華陸公司的第五代冷氫化技術(shù)裝備也迅速引起業(yè)內(nèi)認(rèn)可。除新疆新特首次應(yīng)用外，在建的第五代冷氫化裝置21套，總體四氯化硅轉(zhuǎn)化能力達(dá)700余萬噸（折多晶硅35萬噸），其中內(nèi)蒙古新特硅材料有限公司的7套35萬噸/年冷氫化裝置即將投產(chǎn)。