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下一篇历经10多年的高速发展，光伏组件已成为我国出口的“新三样”之一，令世界瞩目。作为光伏电子的核心材料，目前我国高纯晶硅的产量在全球占比超九成。从被国外技术封锁到自主创新再到如今技术和规模领先全球，这一跨越与高纯晶硅生产核心关键技术国产化息息相关。成就这一强国梦想的，就是近日获得“中央企业先进集体”荣誉称号的中国化学诸侯快讯网材料能源事业部。
艰辛探索 打破国外技术封锁 2005年，全球太阳能电池产业迅猛增长，与之相伴的是高纯晶硅井喷式发展。彼时，高纯晶硅生产技术高度集中于少数发达国家，中国95%以上的高纯晶硅材料严重依赖进口。工艺技术不完整、环境污染重、消耗成本高等问题成为制约我国高纯晶硅规模化生产的“绊脚石”。 面对国外重重技术封锁，华陆公司毅然组建高纯晶硅技术团队（材料能源事业部的前身），矢志扭转我国高纯晶硅行业长期受制于人的被动局面。凭借着华陆公司自身在有机硅、三氯氢硅合成方面积累的深厚经验和技术优势，团队在光伏领域不断攻关探索，成功掌握了以冷氢化技术为核心的光伏材料高纯晶硅工艺技术体系，打破了国外技术垄断。自此，中国一举成为全球第四个拥有此项核心技术的国家，为我国光伏产业植入了强劲的“中国芯”。 2007年，我国第一套使用冷氢化技术的高纯晶硅生产装置在江苏中能建成投产。此后，华陆公司高纯晶硅团队通过持续不断的改良优化，二代、三代、四代和五代技术相继诞生，2021年10月，第五代冷氢化技术在新特能源股份有限公司高纯晶硅项目首次应用建成投产，不仅将单套冷氢化装置的四氯化硅处理能力提高到全球最大的35万吨/年，还在四氯化硅转化率、能耗等关键指标上超越了国内外所有同类装置，树立了行业新标杆。采用该技术的高纯晶硅产品质量稳定，生产成本降低了94.8%。 经过近20年不间断的技术迭代创新和工程实践，华陆公司成功打造一套涵盖3000吨级到10万吨级的系列高纯晶硅技术工艺包，实现了高纯晶硅产品规模由千吨级到20万吨级的历史性跨越。目前，华陆公司采用的专有专利高纯晶硅制备技术在国内市场累计推广43项，承担设计的国内外高纯晶硅总产能累计超300万吨。这些项目全部达产后年可新增光伏装机容量1800吉瓦，年发电量约2.37万亿千瓦时，相当于21个三峡电站的发电量，为保障国家能源安全、实现“双碳”目标提供了技术支撑。 精益求“晶” 节能降耗领先全球 高纯晶硅制备核心技术主要包括冷氢化、精馏、还原和尾气回收四大核心单元。其中，冷氢化是高纯晶硅生产的核心装置，能将高纯晶硅生产中副产的四氯化硅转化为生产高纯晶硅的原料——三氯氢硅。与传统热氢化工艺相比，冷氢化技术具有转化率高、能耗低、投资小等特点，大大降低了装置的初始投资和运行成本。 华陆公司材料能源事业部总经理姚又省告诉记者，采用第五代技术的冷氢化装置，实现了反应器直径从0.9米到4.5米的飞跃，四氯化硅转化率提升至28%~30%。同时，三氯氢硅电耗从1000千瓦时/吨降至150千瓦时/吨，为目前国外冷氢化技术的1/3左右，不到传统热氢化工艺的6%。 精馏是高纯晶硅制备的关键环节。华陆公司高纯晶硅团队开发的热量耦合技术，成功将精馏装置从原有的11塔精馏改进为7塔精馏流程，设备投资成本降低60％以上。 这一技术革新，在实现了精馏装置从零耦合到两塔、三塔和四塔等多塔耦合升级换代的同时，还将蒸汽单耗从1.60吨/吨三氯氢硅降低至0.51吨/吨三氯氢硅（TCS），精馏技术取得重大突破。 作为当前高纯晶硅主流生产工艺，改良西门子法通过采用高纯氯硅烷在还原炉内进行气相沉积反应的方式生产高纯晶硅，其中还原装置是高纯晶硅生产过程中的主要耗能单元。该技术团队基于机理突破、模拟验证和创新实践，首次提出了分别采用独立的汽化器和过热器对三氯氢硅和二氯二氢硅液体进行汽化和过热的创新方案，大幅提高了三氯氢硅的沉积效率，高纯晶硅生产反应周期有效缩短，三氯氢硅有效转化率显著提高，生产运行成本和投资进一步降低。 2022年12月，“光伏电子材料高纯晶硅新工艺技术及产业化应用”通过中国石油和化学工业联合会科技成果鉴定，总体处于国际领先水平。1年后，该技术获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。 创新永无止境。华陆公司材料能源事业部经过不断攻坚克难，冷氢化技术再次取得里程碑式的突破。2024年10月，第五代pro版冷氢化技术在徐州中能实现工业化并顺利投产，四氯化硅处理能力、转化率、电耗及蒸汽消耗相较于第五代冷氢化技术，又有了一次质的飞跃，中国光伏这张“名片”越擦越亮。 改革创新 探索提质增效“最优解” 2020年下半年以来，面对高纯晶硅项目设计任务激增与质量提升并存的双重考验，华陆公司高层迅速行动、协调力量，各管理部门、生产部门集中优势资源全力以赴、高效运行，以“灯火通明搞科研”的精神，投入到项目攻坚战中。 此外，华陆公司还成立了高纯晶硅项目群技术委员会，全面负责项目总体方案把控，确保每个项目方案都能达到最优。作为高纯晶硅项目群总技术负责人，今年已67岁高龄的石油和化工行业勘察设计大师、华陆公司高纯晶硅技术创始人、材料能源事业部原总工程师陈维平，依然保持着对工作的极高热情和对技术的无限执着，为华陆公司发展贡献力量。 急难险重关头，华陆公司还创新推行主项负责人制，确保项目的执行质量与技术的接续传承。根据高纯晶硅产品的主项特征，从工艺、管道、结构、电气、自控等主要设计专业选配经验丰富、责任心强、能打硬仗的骨干人员担任主项负责人，提高了项目设计的效率和质量。 高纯晶硅还原装置、整理装置为洁净厂房，需要多专业配合，设计难度极大。华陆公司大胆优化传统设计流程，根据专业特点调整专业分工，设计团队打破常规，将建筑专业提到了前端，结果仅用了不到1个半月就完成了建筑图设计，为业主土建施工创造了有利条件。同时，针对高纯晶硅项目所需冷量大、规格多的特点，以往冷冻站由工艺专业主导，管道专业完成设备布置和配管，团队还将冷冻站设计调整由既熟悉工艺系统、又熟悉管道设计的热工专业完成，缩短了设计周期。 面对新一轮科技革命与产业变革，中国化学华陆公司材料能源事业部团队始终坚持创新驱动发展，以“灯火通明搞科研”的精神，大踏步向“新”而行，持续强化高纯晶硅拳头产品技术创新引领，加快培育新质生产力，矢志为助力全球绿色低碳转型与可持续发展不断作出国资央企新贡献。
