自主冷氢化技术的再次超越——华陆公司第五代冷氢化技术装备开发应用纪实

　　目前，新疆新特能源股份有限公司1万吨/年高纯多晶硅技术改造项目投产已3个多月，装置连续稳定满负荷运行，四氯化硅转化率、能耗等关键指标均优于设计值和国内同类装置。该项目采用了华陆工程科技有限责任公司开发的第五代冷氢化技术，是该技术首次实现工业应用。

　　冷氢化装置是多晶硅生产的核心单元，可将四氯化硅转化为生产多晶硅的原料三氯氢硅。冷氢化技术具有转化率高、能耗低、投资小等特点，可降低装置投资和运行成本。

　　作为国内多晶硅技术研发和工程设计的领军企业，10多年来华陆公司在多晶硅技术开发领域创新探索并迭代优化，改变了核心技术受制于人的被动局面。

　　早在2006年，凭借在有机硅、三氯氢硅合成等方面积累的经验和技术优势，华陆公司开发成功多晶硅冷氢化技术。2007年12月，我国第一套使用冷氢化技术的多晶硅生产装置在江苏中能建成投产。

　　“第一代冷氢化装置，虽然年处理四氯化硅能力仅1万吨，但具有重要里程碑意义，填补了我国多晶硅生产领域的多项技术空白。”华陆公司材料能源事业部总经理姚又省告诉记者。此后他们不断改进优化，第二代、第三代、第四代技术接连诞生，装置产能规模扩大，四氯化硅转化率提升，能耗持续降低。

　　据介绍，第一代冷氢化装置反应器直径0.9米，随后不断扩大到1.6米、2.4米、3.6～4.0米，第五代技术达4.5米。伴随着装置产能规模扩大，工艺也相应改进提升。比如第三代技术首次采用混合汽化工艺，仅使用副产的0.8MPa(G)蒸汽就能满足热源要求，不再配套复杂的导热油系统。第四代技术首次增加了热能利用回收、氢气回收技术等，能耗进一步降低，仅为热氢化技术的1/10。第五代冷氢化技术的四氯化硅转化率从一代的20%左右提升至28%~30%，超过理论转化率的70%，为全球最好水平。与第一代相比，第五代技术三氯氢硅电耗从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%。同时，该公司开发的文丘里+洗涤塔相结合的湿法除尘系统，以及旋风+过滤器的干法除尘系统，减少了渣浆中硅粉含量，提高了系统运行的稳定性。

　　反应器的开发之路并非坦途，面临着不计其数的尝试、失败、再创新……以第五代冷氢化装置为例，单位处理能力的提升并不是简单地装置尺寸放大。华陆公司技术团队也是根据一次偶然的尝试，以反应器入口分布为突破口，创新通过设置新型入口结构实现了整体流场的均匀、稳定，解决了尺寸放大后出现的新问题，使得中国自主的冷氢化技术再次超越国际水平。

　　“如果说第一代冷氢化技术解决了有和无的问题，那么随后的每一次技术进步，我们都是围绕系统优化提升、降低能耗、挖潜增效，主动解决客户的难点、痛点，引领技术进步和产业发展。”回顾五代冷氢化技术的研发历程，姚又省说，比别人快半步，是他们不断创新、超越自我的关键诀窍。

　　据介绍，新疆新特多晶硅项目由华陆公司负责工程设计，首次将单套冷氢化装置四氯化硅处理能力提升到了全球最大的35万吨/年。该项目自今年4月建成投产以来，不但短期实现满负荷运行，装置投资降低10%以上;而且四氯化硅转化率、能耗等关键指标均优于国内同类装置，三氯氢硅电耗降至145千瓦时/吨，创国内最佳水平。

　　“十四五”期间，华陆公司明确了“聚焦工程、研发、实业、装备四大业务板块，打造成实现‘双碳’目标整体解决方案提供商”的战略定位，其中装备成为转型发展的“新赛道”。在冷氢化技术迭代过程中，他们结合反应器体积不断扩大，在设备内部结构、分布器、入口管线等方面不断实施改造，为工艺优化提供支撑。

　　近年来，光伏产业带动多晶硅行业迅猛发展。华陆公司抢抓机遇，发挥自主研发技术工程化优势，深耕光伏领域，形成了由千吨级到万吨级的系列多晶硅技术工艺包，承担设计的多晶硅项目总产能占全国总产能的90%以上。

　　目前，华陆公司的第五代冷氢化技术装备也获得业内认可。除新疆新特首次应用外，目前在建的第五代冷氢化装置有21套，总体四氯化硅转化能力达700余万吨(折多晶硅35万吨)。内蒙古新特硅材料有限公司的7套35万吨/年冷氢化装置也即将投产。