电子级多晶硅TCS成本的控制有哪些方法

电子级多晶硅TCS成本的控制有哪些方法

      昆明冶研新材料股份有限公司在职员工930余人，形成了专业门类齐全、整体素质较高的稳定的员工队伍。公司现有4大类30余种规格的系列产品，3项获国家发明奖，3个主导产品被评为国家级新产品，拥有多条生产线和各种先进的试验研究设备。

（1）冷氢化工艺
      降低TCS成本，目前最直接、最有效的方式是实施冷氢化改造，因为较之“古老”的热氢化工艺，冷氢化不仅可以降低TCS的生产成本，还能提高TCS的自产率。之前，受制于专利保护和技术门槛，国内多晶硅企业全部采用的是热氢化工艺。近年，随着专利失效，国内工艺及设备配套的逐步完善，保利协鑫（江苏中能）、洛阳中硅（前身是我国多晶硅“老四厂”之一的洛阳硅业）、$南玻A(SZ000012)$（宜昌南玻）、昱辉阳光（四川瑞能）、大全新能源、$赛维LDK(LDK)$、特变电工、乐电天威、天威硅业、航天机电（神舟硅业）、四川永祥（上市公司$通威股份(SH600438)$于2010年2月将持有的四川永祥股份全部回售给母公司通威集团，退出多晶硅生产）、东汽峨半（前身是我国多晶硅“老四厂”之一的峨嵋半导体）等国内主要多晶硅厂商都相继推出了冷氢化技改计划或在新建产能中采用冷氢化工艺。其中，保利协鑫（江苏中能）是实施最早，也最成功的一家，使多晶硅生产成本显著降低（从公开数据来看，保利协鑫太阳能级多晶硅的生产成本目前已经是全球领先）。 
a. 降低TCS生产成本
    ——冷氢化工艺需要的反应温度在550℃左右，远低于热氢化需要的反应温度1000～1250℃，而且硅粉被氯化氢气体氯化的次要反应是放热反应，可以被主反应（氢化反应）吸收利用，所以冷氢化工艺的单位电耗在0.7-1.2度/公斤，热氢化工艺则要达到2.5-4.0度/公斤；
    ——热氢化工艺需要使用碳加热元件加热，这不仅会引入碳污染，而且碳加热元件属于“耗材”（一般寿命在3000小时左右），增加了运行成本；
    ——冷氢化工艺的TCS转化率更高，可以达到25%-28%，热氢化的TCS转化率只有16%-20%；
    ——采用冷氢化工艺后氢化尾气中的氯化氢气体不需要回收，在STC（四氯化硅，还原反应最大的副产品）氢化为TCS的同时，冶金级硅粉也被氯化氢气体氯化为TCS；
    ——冷氢化工艺的反应装置是流化床，理论上可以连续运行一年甚至更长的时间（与TCS合成反应的流化床不同，冷氢化反应中金属硅粉的杂质变成了挥发性物质随反应气体一起离开了流化床，不在床内累积，流化床不需要每隔6-10周停机清理一次）。
      国际多晶硅巨头美国Hemlock、德国Wacker(***)、韩国OCI都采用了冷氢化工艺。从国内的情况来看，目前使用热氢化工艺生产的多晶硅最优成本也要30美元/公斤（如昱辉阳光4Q11，主流热氢化厂商在35-40美元/公斤），这基本上已经是热氢化工艺的成本底限了，而同期冷氢化工艺的最优成本已降至19.3美元/公斤（保利协鑫4Q11）。
      研究报告指出，国内的冷氢化装置还不能很好地处理冶金级硅粉连续加料和固体粉尘回收问题，影响了连续生产，使“设备实际运行率在60%以下，与国际平均 90% 的水平相差甚远”。
      国内参与冷氢化设备供应的上市公司主要有精功科技和东方电热。$精功科技(SZ002006)$是国内多晶硅铸锭炉的主要供应商，2011年9月它与朝阳科技成立合资公司开始进入多晶硅生产线冷氢化改造市场。$东方电热(SZ300217)$是国内电加热器的主要供应商，通过与保利协鑫、洛阳中硅的合作，成为国内冷氢化装置耐腐蚀、耐高压电加热器的主要供应商。
b. 提高TCS自产率
      由于TCS转化率更高、单体反应装置产能更大（10万吨 VS. 500吨）、伴随有氯化反应等，采用冷氢化工艺后可以显著提高多晶硅项目的TCS自产率。
      资料显示，通过氢化STC自产TCS的成本仅是外购TCS成本的三分之一，这使得多晶硅生产成本随TCS自产率的提升而降低。典型案例是保利协鑫，该公司从2009年开始实施冷氢化技改，2010年7月首期20万吨冷氢化装置（4×5万吨）投产后，总的氢化产能已达到50万吨/年。公司2010年度业绩报告会提供的数据显示，氢化产能加大后带来TCS自产率上升，多晶硅生产成本随之下降。
（2）其他方法
       降低TCS生产成本的其他办法有，通过尾气干法回收和深冷回收提高原料利用效率；通过凝水回收、热能回收、废水综合回收、高效精馏技术、优化物料输送提高能源利用效率；通过增加反歧化装置将易燃易爆的将DCS（二氯二氢硅）转化为TCS，提高TCS的转化率。冶金级硅粉是生产多晶硅的重要原料，为降低冶金级硅粉的获取成本，保利协鑫（江苏中能）今年收购了工业硅供应商四川协鑫硅业的全部股权。四川协鑫硅业建在四川省阿坝州理县，利用当地丰富和廉价的水电资源生产工业硅，目前已经投资建设了2台16500千伏安（KVA）和4台33000千伏安（KVA）的工业硅炉，设计年产能8万吨，可以满足下游江苏中能目前6.5万吨多晶硅年产能对冶金级硅粉的全部需求。