歷經(jīng)10多年的高速發(fā)展，光伏組件已成為我國(guó)出口的“新三樣”之一，令世界矚目。作為光伏電子的核心材料，目前我國(guó)高純晶硅的產(chǎn)量在全球占比超九成。從被國(guó)外技術(shù)封鎖到自主創(chuàng)新再到如今技術(shù)和規(guī)模領(lǐng)先全球，這一跨越與高純晶硅生產(chǎn)核心關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化息息相關(guān)。成就這一強(qiáng)國(guó)夢(mèng)想的，就是近日獲得“中央企業(yè)先進(jìn)集體”榮譽(yù)稱號(hào)的中國(guó)化學(xué)華陸工程科技有限責(zé)任公司材料能源事業(yè)部。

艱辛探索  打破國(guó)外技術(shù)封鎖

2005年，全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)迅猛增長(zhǎng)，與之相伴的是高純晶硅井噴式發(fā)展。彼時(shí)，高純晶硅生產(chǎn)技術(shù)高度集中于少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)95%以上的高純晶硅材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口。工藝技術(shù)不完整、環(huán)境污染重、消耗成本高等問題成為制約我國(guó)高純晶硅規(guī)模化生產(chǎn)的“絆腳石”。

面對(duì)國(guó)外重重技術(shù)封鎖，華陸公司毅然組建高純晶硅技術(shù)團(tuán)隊(duì)（材料能源事業(yè)部的前身），矢志扭轉(zhuǎn)我國(guó)高純晶硅行業(yè)長(zhǎng)期受制于人的被動(dòng)局面。憑借著華陸公司自身在有機(jī)硅、三氯氫硅合成方面積累的深厚經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，團(tuán)隊(duì)在光伏領(lǐng)域不斷攻關(guān)探索，成功掌握了以冷氫化技術(shù)為核心的光伏材料高純晶硅工藝技術(shù)體系，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。自此，中國(guó)一舉成為全球第四個(gè)擁有此項(xiàng)核心技術(shù)的國(guó)家，為我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)植入了強(qiáng)勁的“中國(guó)芯”。

2007年，我國(guó)第一套使用冷氫化技術(shù)的高純晶硅生產(chǎn)裝置在江蘇中能建成投產(chǎn)。此后，華陸公司高純晶硅團(tuán)隊(duì)通過(guò)持續(xù)不斷的改良優(yōu)化，二代、三代、四代和五代技術(shù)相繼誕生，2021年10月，第五代冷氫化技術(shù)在新特能源股份有限公司高純晶硅項(xiàng)目首次應(yīng)用建成投產(chǎn)，不僅將單套冷氫化裝置的四氯化硅處理能力提高到全球最大的35萬(wàn)噸/年，還在四氯化硅轉(zhuǎn)化率、能耗等關(guān)鍵指標(biāo)上超越了國(guó)內(nèi)外所有同類裝置，樹立了行業(yè)新標(biāo)桿。采用該技術(shù)的高純晶硅產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本降低了94.8%。

經(jīng)過(guò)近20年不間斷的技術(shù)迭代創(chuàng)新和工程實(shí)踐，華陸公司成功打造一套涵蓋3000噸級(jí)到10萬(wàn)噸級(jí)的系列高純晶硅技術(shù)工藝包，實(shí)現(xiàn)了高純晶硅產(chǎn)品規(guī)模由千噸級(jí)到20萬(wàn)噸級(jí)的歷史性跨越。目前，華陸公司采用的專有專利高純晶硅制備技術(shù)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)累計(jì)推廣43項(xiàng)，承擔(dān)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外高純晶硅總產(chǎn)能累計(jì)超300萬(wàn)噸。這些項(xiàng)目全部達(dá)產(chǎn)后年可新增光伏裝機(jī)容量1800吉瓦，年發(fā)電量約2.37萬(wàn)億千瓦時(shí)，相當(dāng)于21個(gè)三峽電站的發(fā)電量，為保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。

精益求“晶”  節(jié)能降耗領(lǐng)先全球

高純晶硅制備核心技術(shù)主要包括冷氫化、精餾、還原和尾氣回收四大核心單元。其中，冷氫化是高純晶硅生產(chǎn)的核心裝置，能將高純晶硅生產(chǎn)中副產(chǎn)的四氯化硅轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)高純晶硅的原料——三氯氫硅。與傳統(tǒng)熱氫化工藝相比，冷氫化技術(shù)具有轉(zhuǎn)化率高、能耗低、投資小等特點(diǎn)，大大降低了裝置的初始投資和運(yùn)行成本。

華陸公司材料能源事業(yè)部總經(jīng)理姚又省告訴記者，采用第五代技術(shù)的冷氫化裝置，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器直徑從0.9米到4.5米的飛躍，四氯化硅轉(zhuǎn)化率提升至28%~30%。同時(shí)，三氯氫硅電耗從1000千瓦時(shí)/噸降至150千瓦時(shí)/噸，為目前國(guó)外冷氫化技術(shù)的1/3左右，不到傳統(tǒng)熱氫化工藝的6%。

精餾是高純晶硅制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。華陸公司高純晶硅團(tuán)隊(duì)開發(fā)的熱量耦合技術(shù)，成功將精餾裝置從原有的11塔精餾改進(jìn)為7塔精餾流程，設(shè)備投資成本降低60％以上。

這一技術(shù)革新，在實(shí)現(xiàn)了精餾裝置從零耦合到兩塔、三塔和四塔等多塔耦合升級(jí)換代的同時(shí)，還將蒸汽單耗從1.60噸/噸三氯氫硅降低至0.51噸/噸三氯氫硅（TCS），精餾技術(shù)取得重大突破。

作為當(dāng)前高純晶硅主流生產(chǎn)工藝，改良西門子法通過(guò)采用高純氯硅烷在還原爐內(nèi)進(jìn)行氣相沉積反應(yīng)的方式生產(chǎn)高純晶硅，其中還原裝置是高純晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的主要耗能單元。該技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于機(jī)理突破、模擬驗(yàn)證和創(chuàng)新實(shí)踐，首次提出了分別采用獨(dú)立的汽化器和過(guò)熱器對(duì)三氯氫硅和二氯二氫硅液體進(jìn)行汽化和過(guò)熱的創(chuàng)新方案，大幅提高了三氯氫硅的沉積效率，高純晶硅生產(chǎn)反應(yīng)周期有效縮短，三氯氫硅有效轉(zhuǎn)化率顯著提高，生產(chǎn)運(yùn)行成本和投資進(jìn)一步降低。

2022年12月，“光伏電子材料高純晶硅新工藝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”通過(guò)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果鑒定，總體處于國(guó)際領(lǐng)先水平。1年后，該技術(shù)獲中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

創(chuàng)新永無(wú)止境。華陸公司材料能源事業(yè)部經(jīng)過(guò)不斷攻堅(jiān)克難，冷氫化技術(shù)再次取得里程碑式的突破。2024年10月，第五代pro版冷氫化技術(shù)在徐州中能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化并順利投產(chǎn)，四氯化硅處理能力、轉(zhuǎn)化率、電耗及蒸汽消耗相較于第五代冷氫化技術(shù)，又有了一次質(zhì)的飛躍，中國(guó)光伏這張“名片”越擦越亮。

改革創(chuàng)新  探索提質(zhì)增效“最優(yōu)解”

2020年下半年以來(lái)，面對(duì)高純晶硅項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)激增與質(zhì)量提升并存的雙重考驗(yàn)，華陸公司高層迅速行動(dòng)、協(xié)調(diào)力量，各管理部門、生產(chǎn)部門集中優(yōu)勢(shì)資源全力以赴、高效運(yùn)行，以“燈火通明搞科研”的精神，投入到項(xiàng)目攻堅(jiān)戰(zhàn)中。

此外，華陸公司還成立了高純晶硅項(xiàng)目群技術(shù)委員會(huì)，全面負(fù)責(zé)項(xiàng)目總體方案把控，確保每個(gè)項(xiàng)目方案都能達(dá)到最優(yōu)。作為高純晶硅項(xiàng)目群總技術(shù)負(fù)責(zé)人，今年已67歲高齡的石油和化工行業(yè)勘察設(shè)計(jì)大師、華陸公司高純晶硅技術(shù)創(chuàng)始人、材料能源事業(yè)部原總工程師陳維平，依然保持著對(duì)工作的極高熱情和對(duì)技術(shù)的無(wú)限執(zhí)著，為華陸公司發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

急難險(xiǎn)重關(guān)頭，華陸公司還創(chuàng)新推行主項(xiàng)負(fù)責(zé)人制，確保項(xiàng)目的執(zhí)行質(zhì)量與技術(shù)的接續(xù)傳承。根據(jù)高純晶硅產(chǎn)品的主項(xiàng)特征，從工藝、管道、結(jié)構(gòu)、電氣、自控等主要設(shè)計(jì)專業(yè)選配經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)、能打硬仗的骨干人員擔(dān)任主項(xiàng)負(fù)責(zé)人，提高了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

高純晶硅還原裝置、整理裝置為潔凈廠房，需要多專業(yè)配合，設(shè)計(jì)難度極大。華陸公司大膽優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)調(diào)整專業(yè)分工，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)打破常規(guī)，將建筑專業(yè)提到了前端，結(jié)果僅用了不到1個(gè)半月就完成了建筑圖設(shè)計(jì)，為業(yè)主土建施工創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，針對(duì)高純晶硅項(xiàng)目所需冷量大、規(guī)格多的特點(diǎn)，以往冷凍站由工藝專業(yè)主導(dǎo)，管道專業(yè)完成設(shè)備布置和配管，團(tuán)隊(duì)還將冷凍站設(shè)計(jì)調(diào)整由既熟悉工藝系統(tǒng)、又熟悉管道設(shè)計(jì)的熱工專業(yè)完成，縮短了設(shè)計(jì)周期。

面對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，中國(guó)化學(xué)華陸公司材料能源事業(yè)部團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，以“燈火通明搞科研”的精神，大踏步向“新”而行，持續(xù)強(qiáng)化高純晶硅拳頭產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)，加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力，矢志為助力全球綠色低碳轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展不斷作出國(guó)資央企新貢獻(xiàn)。