中国恩菲:不忘初心,矢志硅业
——记多晶硅产业开拓者的自主技术研发之路
2017-04-24 18:55  · 来源:  · 作者:牟思南  · 责编:装备

  中国能源网|这是最好的时代,也是最坏的时代。

  我国光伏产业在摸索中前行,在强势崛起的同时,不可避免地遭到西方产业者的强硬打压,可谓“命途多舛”。经历了2008年《华盛顿邮报》针对多晶硅环保方面的不实舆论打压,又在2010年遭遇美、韩多晶硅低价倾销和2012年举世闻名的欧美“双反”制裁,浓缩了其他产业上百年的发展历程,艰难险阻,逆境崛起。 

  中国恩菲工程技术有限公司(以下简称中国恩菲)自主研发的多晶硅生产技术问世20多年来,在持续围绕环保、成本、质量、安全进行技改提升、不断探索降本增效的道路上,用一点一滴的努力寻求逆境生存之法,用生生不息的坚守等待光伏产业拨云见日的美好未来。伴随国内光伏制造产业体系的形成,从光伏大国到光伏强国的蜕变,铸就了一条振兴民族多晶硅产业的辉煌道路。

  自主研发成果丰硕 

  “在中国恩菲具有自主知识产权的多晶硅生产技术诞生之前,我国多晶硅生产基本依赖技术进口,国内引进的只是落后的多晶硅生产技术,在这个行业前景并不明朗之时,中国恩菲将目光投向光伏产业,经过20来年的持续研发并成功实现了产业化”。多晶硅制备技术国家工程实验室主任、中国恩菲副总工程师严大洲介绍。 

  1997年设计的年产百吨多晶硅试验示范线成功投产、干法回收、氢化等多项技术难题得到成功破解,项目获得国家优秀工程设计银奖。2000年多晶硅高效节能环保生产技术与装备研究获得国家发明专利“四氯化硅氢化制备三氯氢硅方法”授权。2002年完成“年产2000吨三氯氢硅新技术产业化项目”,自主研发的“合成产物加压冷凝技术”“加压提纯技术和尾气干法回收技术”得到成功应用。 

  2003年投资建设多晶硅生产子企业—洛阳中硅高科技有限公司(以下简称中硅高科)。同年,通过完全自主研发、自主设计的国内首条年产300吨多晶硅产业化示范线项目开工。2004年完成国内首套12对棒节能型还原炉技术及装置研发。 2005年项目投产即达到设计指标,彻底打破了国外多晶硅技术垄断和封锁,扭转了对外依赖的困局。 

  在随后的几年里,中硅高科相继建设了年产1000吨、2000吨多晶硅生产线,规模创国内之最。2013年还通过实施国家产业振兴和技术改造专项“超高纯多晶硅节能技改”。2016年中标国家工业强基工程“电子级高纯多晶硅”项目,将建设年产千吨电子级多晶硅生产线。 

  “技术创新没有止境,更何况电子信息领域的技术日新月异,我们过去一直在追赶,现在是实现超越的时候了。”严大洲说。 

    在技术不断完善、进步的同时,中国恩菲在研发过程中非常注重自主知识产权的申请与保护。继“四氯化硅氢化”“三氯氢硅提纯”两项技术取得突破并申请专利后,又围绕尾气干法回收这一核心技术组建了专利群。 

  多晶硅生产告别“三高” 

  发展新能源,助力光伏崛起,离不开节能、减耗、降本。创新,是多晶硅生存和发展的唯一选择,也是独立自主发展我国多晶硅光伏产业的必经之路。 

  据了解,中国恩菲多年来,针对多晶硅生产的能耗、环保和品质,攻克了大量生产关键难题,采用当前多晶硅生产的主流工艺闭环三氯氢硅法生产多晶硅,以绿色环保为出发点,以产品品质为核心,以节能降耗为理念,结合现有工艺流程,不断优化工艺路线,通过使用节能技术解决多晶硅生产的高能耗问题。 

     为解决行业难题,中国恩菲及中硅高科研发团队开发了大型还原尾气干法回收系统技术,充分利用尾气中各组分物理化学性质的差异,首创具有自主知识产权的“加压鼓泡淋洗-吸收-脱吸-活性炭吸附”的多晶硅尾气分离回收利用新工艺;成功研发并建立具有自主知识产权的吸收塔、脱吸塔、活性炭吸附器等特殊结构的大型装置,实现单条还原尾气处理能力满足年产5000吨及以上规模多晶硅建设项目配套需求。通过尾气干法回收技术,进入尾气的硅能够得到有效收集,并分门别类进入生产各个环节,将资源回收率从25%提升到99%。 

  据统计,每生产1吨多晶硅产品将产生副产物四氯化硅20余吨,如作为废物处理将直接影响环境、安全及企业效益。对副产物四氯化硅进行冷氢化,助力能耗降低。有效解决了多晶硅企业规模化生产的瓶颈。 

  频频突破技术瓶颈

  多年来,中国恩菲研发团队紧紧围绕“多晶硅高效节能环保生产新技术、装备与产业化”实施创新技术研发,赢得了国家多项科技攻关的支持。如国家“十一五”支撑计划“24对棒加压还原炉”项目成功研发第三代还原炉,单炉产量超过6吨;还实施多项国家“863”计划,“24对棒节能型多晶硅还原炉成套装置研究”项目实现单炉产量提高5倍,在“多晶硅副产物利用关键技术研究”中,通过“高性能气相二氧化硅制备工艺技术研究”和“气相二氧化硅表面处理及尾气循环利用技术研究”两个课题,实现利用多晶硅生产副产物四氯化硅生产高品质气相二氧化硅的关键技术突破,在进一步延伸产业链的同时,实现大规模多晶硅生产线中物料的完全闭路循环。

  随后,以工信部电子基金项目、国家发改委项目等为依托,中国恩菲先后完成第四代、第五代还原炉的研发与产业化,成为国际单炉产量最高、单位能耗最低的节能工艺与装备,有效解决了多晶硅生产中的高能耗问题。这使我国多晶硅规模提高了千倍,单炉产量提高10倍,能耗降低超过66%,市场需求自给率超过50%。 

      2008年,国家发改委批准在中硅高科设立“多晶硅材料制备技术国家工程实验室”,由严大洲担任实验室主任。该实验室依托中国恩菲,联合国内高等院校和多晶硅生产企业,共同研究突破技术瓶颈,培养、凝聚研发人才。 

  目前,实验室已经按照ASTM标准,建成面积达近万平方米的6个关键技术试验平台,包括西门子工艺研发平台、硅烷和流化床工艺研发平台、多晶硅深加工研发平台、硅基电子功能材料研发平台、硅基新能源材料研发平台、高纯后处理研发平台,配置了筛板塔、填料塔等各种类型提纯试验装置,24、36、48等种类齐全的还原试验炉,反应器、活化干燥器等四氯化硅氢化试验装置,吸收塔、脱吸塔等特殊结构的尾气回收装置及其他大型试验设备共计150余台/套,可以开展大型、跨领域的行业关键技术攻关。 

  实验室于2011年10月通过CMA计量认证;2013年1月通过国家CNAS认证,具备多晶硅材料相关20类产品、140多项参数的检测能力,于2013年8月被国家人力资源和社会保障部批准为博士后科研工作站设站单位。

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