电子级多晶硅产业化技术研究项目可行性报告.docx

1、电子级多晶硅产业化技术研究项目可行性报告电子级多晶硅产业化技术研究项目可行性报告一、项目立项的背景和意义 1、项目立项的背景1.1在人们消费水平不断提高以及对新能源产品不断追求的新形势下，应用于众多高科技产品中的一系列新材料的市场将十分广阔。电子级多晶硅材料就是众多高科技电子信息行业不可或缺的原料。电子级多晶硅不仅应用于太阳能光伏电池而且可以大量用于集成电路等半导体器件等产品中，具有不可替代的作用。而目前世界上制备电子级多晶硅的技术主要被美、日、德等跨国公司所垄断。国内还没有能生产电子级硅材料的企业。1.2市场分析目前国内市场直接使用电子级硅烷的消耗量大致为600-700吨/年，随着浙江正泰集

2、团非晶薄膜电池生产基地和河北廊坊太阳能薄膜电池生产基地的上马，未来三年，国内对电子级多晶硅的需求将达到1200-1500吨/年。目前国内多晶硅产品严重短缺，全部依赖进口。因此在国内开发生产电子级多晶硅及硅料具有相当好的市场前景。就国际市场而已，多晶硅年需求量约为20000吨，中国约占三分之一，年需求量为6500吨左右，用于半导体集成电路和功率器件的生产，且每年呈30%的速度增长。开发生产电子级多晶硅不仅市场广阔，而且意义重大，将会改写我国长期以来依赖进口的局面，填补我国规模化生产电子级多晶硅的空白。1.3国家支持和鼓励企业大力发展电子多晶硅的研发和生产目前，电子级硅材料产业也是一个十分敏感的战

3、略性工业，多晶硅的主要制造技术又只掌握在美、日、德等几个发达国家手里，从国家安全的战略高度来考虑，国家积极支持和扶植规模型的电子级多晶硅产业，否则一旦有什么风吹草动，国家战略安全就将处于危险的地位。我国是一个正在迅速崛起、经济快速增长的发展中大国，我国的电子工业和光伏产业也正处在飞速发展的关键时期，很难想象随着社会的进步，对高科技产品需求的不断加大，我国还要依靠进口高纯硅料来维持我国电子产品出口世界第一、光伏产品制造世界第一的地位。也就是说，没有国产高纯多晶硅材料的供应，要保持我国电子信息产业和光伏产业的高速发展是不可能的。因此鉴于电子级多晶硅产业对发展我国电子信息产业、光伏产业的重要作用和战

4、略地位，国家支持和鼓励企业大力发展电子级多晶硅产品研发和生产。电子级多晶硅材料均列入和符合国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）和国家产业政策指导目录中电子专用材料制造的产业政策。2、项目立项的意义2.1国内电子级多晶硅市场发展潜力巨大随着我国电子半导体行业的不断发展，对电子级多晶硅以及硅产品的消费量将不断增加，在我国具有很好的发展前景。2.2良好经济效益和社会效益电子级多晶硅工程建成投产，既为企业创造经济效益，又具有良好的社会效益。2.3符合国家产业政策本项目的电子级多晶硅可应用到多种高科技领域，对传统能源的替代具有积极的作用，符合国家绿色环保、循环经济、可持续发展的产业政

5、策。2.4我国目前多晶硅生产技术落后，电子级多晶硅的研发和产业化生产将填补国内空白国内实验室制备多晶硅的方法为数也不少，但真正有实用价值并能够投入大规模生产获取商业利益的基本没有。本项目研发电子级多晶硅和硅材料的产业化技术将填补国内的规模化生产的空白。2.5环保优势本项目在利用国外先进多晶硅生产技术的基础上，进行电子级多晶硅的研发和产业化生产。项目三废排放量少，易于治理。针对本工艺生产的特点，本项目将建设切实可行的废水处理装置和废气处理设施，确保项目满足清洁生产需要。综上所述，投资电子级多晶硅项目，进行产业化升级和生产，可缓解我国电子级多晶硅产品供应紧张矛盾，摆脱长期依赖进口的被动局面，同时也

6、填补了我国大量生产电子级多晶硅材料的空白。不仅具有良好的经济效益，同时也具有良好的社会效益。因此，本项目的立项很有意义。二、国内外研究现状和发展趋势1、国外工艺技术概况有关研究资料表明，实验室制备多晶硅的方法及专利为数不少。真正有实用价值并能够获取商业利益的方法主要有改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变,其中硅烷法的技术主要掌握在美国MEMC和REC两家跨国公司里，已经形成批量化的生产，并进行技术封锁。比较而言，硅烷法由于杂质的汽液化点的温度与硅烷本体有一定的距离，所以更容易提纯，因而是开发电子级多晶硅

7、的理想方法。2、国内工艺技术概况目前，国内尚无规模化生产电子级多晶硅方面的技术，仅有科研院所和大专院校在实验室进行一些研究，未能形成规模化生产和市场化效应。本项目在国内是第一家对电子级多晶硅产业化技术进行系统性的开发和研究，可为规模化生产创造条件。三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点1.研究开发内容1.1 工艺路线介绍 本项目采用的是硅烷法制备多晶硅的工艺。即用硅烷进行反应生成多晶硅。硅烷法工艺与经由三氯氢硅反应的改良西门子法相比，该方法产品质量更高及消耗总量更低。目前用硅烷热分解法工艺的主要有两家公司在采用，一是美国的MEMC公司，二是欧洲的REC公司。而美国的技术生产的产量更大，

8、工艺技术更加成熟先进，是当前国际市场硅烷法生产的主流。此法在国际上属于先进技术。目前在中国尚无一个公司采用硅烷法生产多晶硅。硅烷法具有如下的几大优点，是三氯氢硅法所无法替代的：a. 耗电低。硅烷的分解温度为800，比三氯氢硅低300左右，所以用电仅为三氯氢硅法的1/2左右。b.硅烷容易分解，材料利用率高。三氯氢硅法还原炉分解率仅为10-15%，硅烷法还原炉分解率为85%以上，硅烷法还原炉未反应物料循环量小于三氯氢硅法。材料利用率高。c.环境友好。硅烷法的生产原料对设备腐蚀小，不含氯化物，生产过程不副产氯化氢，三废排放少，排放可控，对环境影响小。d.热解炉尾气容易处理。硅烷法热解炉内气体主要是氢

9、气和少量未反应硅烷，分离出的氢气经过过滤，回到四氢化钠铝制备，分离出的硅粉、硅烷送回热解炉。e.硅烷容易提纯，是电子级多晶硅的理想原料采用硅烷法生产多晶硅有一个很大的好处在于因为硅烷中各类杂质的气化/液化点温度与硅烷本体的气化/液化点有相当的距离，在精制时比较容易与硅烷分离，因此硅烷的纯度可以做得很高。同时为了达到高纯的目的，在原方案的基础上，我们在设计时，加大了硅烷气体在精馏时的循环量，使硅烷的纯度大大提高，特别是硼、磷等杂质含量从原技术的1-10ppm降低到0.1-0.15ppb,达到电子级多晶硅的要求。1.2 研究开发内容项目公司根据国内多晶硅生产的现状，投资建设硅烷法多晶硅项目，采用的

10、是引进国外硅烷法多晶硅生产技术与国内自行研发相结合的模式，在引进技术的基础上，开发和生产电子级多晶硅，并形成产业化生产。经过与国内、外多家技术专利商交流以及同国内著名院校专家的探讨，决定引进国外光伏级多晶硅的生产技术，在此基础上，进行电子级多晶硅的研发和产业化升级、生产，这样在建设成本、生产成本和质量控制上更加符合中国的国情和实际情况。拟采用的电子级多晶硅生产装置采用在生产现场进行组装和改造，使装置运行更加稳定，产品质量满足国内和国际市场的要求，使产品在市场上具有较强的竞争力，完全替代电子级多晶硅和硅烷进口，填补国内产业化生产电子级多晶硅的空白。2007年公司与国外几家多晶硅专利商和主要设备制

11、造商进行了技术交流。根据对各种技术的筛选比较，决定采用美国主流技术的硅烷法生产的太阳能级多晶硅技术，并于2008年至2009年进行了太阳能级多晶硅项目的建设。目前生产线已经安装完成，进入试生产阶段，为进一步开发电子级多晶硅产品打下了基础。2.技术关键1)如何使用通过使用石英砂、氢氟酸等廉价原料经过反应器，调节反应温度、压力、流速等条件来制备出优质的四氟化硅气体。2）如何控制硅烷气体在提纯装置中的流速、循环时间调节硅烷的循环量以及寻找一种有效地吸附剂来大幅提高作为多晶硅原料的硅烷的纯度。3）如何有效调节电子级多晶硅生产装置的压力温度平衡，硅烷、氢气等物料进样配比、进样流速等条件，得到最优化的电子

12、级硅烷。3.技术创新点1）使用硅烷法制备多晶硅项目承担单位是国内首家掌握硅烷法制备多晶硅工艺技术的公司。硅烷法制备多晶硅的工艺较其他制备多晶硅的工艺具有耗能低、原料易提纯，材料利用率高、反应环境友好、三废排放少，尾气易处理等优点、2）国内首创使用石英砂制备多晶硅的原料四氟化硅。硅烷法制备多晶硅需要大量的四氟化硅气体来作为原料，产业化生产电子级的多晶硅对原料四氟化硅的纯度要求、产量要求很高，一般的制备方法往往很难达到这样的纯度要求和产量要求。我们发明了一套使用二氧化硅粉末与高浓度硫酸、氢氟酸以一定比例反应制取高纯四氟化硅的装置。此法在国内甚至是全世界只有在实验室制备少量四氟化硅气体中使用，将其运

13、用到产业化生产中还是国内首创。此法中，未反应完的残渣在沉降分离槽沉降后，将上层的硫酸清液抽出至硫酸蒸发器进行蒸发浓缩至一定的质量百分比浓度，沉降下来的二氧化硅浆料用泵抽到二氧化硅硫酸混合槽，循环使用，降低生产成本，减少工业生产污染物的排放。此工艺与其他产业化生产四氟化硅的工艺相比较具有耗能低、原料价格低廉、排污量少和生产的四氟化硅纯度高、产量大、连续性好等优点。通过反复摸索、调试得到四氟化硅生产的最佳工艺条件，为后期制备高纯电子级多晶硅大大降低了生产成本。3）增加一个硅烷反应器，提高硅烷的转化率美国原有技术是通过四氢化铝钠与四氟化硅在一个反应器中进行反应，这样的反应所得硅烷只能达到90%左右的

14、转化率。为了解决转化率低的技术难题，我们设计了以下技术方案：一种硅烷生产工艺，四氢化铝钠溶液一次经过第一反应器和第二反应器。气体四氟化硅一次经过第二反应器和第一反应器，所述四氢化铝钠溶液为四氢化铝钠的二甘醇二甲醚溶液。这样硅烷反应所得的转化率可达99%以上。本技术所提供的硅烷生产工艺，利用四氢化铝钠溶液和四氟化硅直接反应生成硅烷，四氢化铝钠和四氟化硅气体为逆向进料方式，在第一反应器内，四氢化铝钠的量大于四氟化硅的量，可以使四氟化硅完全反应，在第二反应器内，四氟化硅的量大于四氢化铝钠的量，可以使得四氢化铝钠完全反应。原料完全反应，从而大大减少成品硅烷中四氟化硅气体的含量，基本能达到99%以上的转

15、化率，提高粗硅烷的纯度，为后期精制电子级硅烷提供了必不可少的条件。4）增加一组电子级净化装置，有效降低多晶硅产品中硼、磷的含量。光伏级多晶硅对杂质中硼、磷的含量要求比较低，在1-10ppm之内就可以。但应用于电子级多晶硅、非晶薄膜以及TFT液晶显示屏等半导体器件中对硼、磷杂质的要求就比较高，必须控制在0.1-0.15ppb范围之内。经过研究发现，我们增加的一组电子级净化装置主要用于除去硅烷中的硼、磷杂质，在一定温度压力的调节下，能够有效的将多晶硅中的硼、磷杂质含量降低到0.1ppb以下，达到电子级多晶硅的标准。5) 采用有效地吸附剂及吸附装置，提纯合成多晶硅原料四氟化硅，使硅烷中的碳含量大幅降

16、低，达到纯化多晶硅产品的目的。四、项目预期效益目标1.项目总投入估算1.1项目研发总投入根据设计所列分析检测仪器清单，具体如表1所示：表1 设备清单装置名称数量（台套）单价（万元）总价（万元）硅烷纯度测试仪18484微量水测试仪15050气相色谱仪16868氢中硅烷含量测量仪24080在线氧分析仪 12525钢瓶清洗、试压检漏系统1100100可燃有毒气体检测系统11212低温红外光谱仪1 330330ICP-MS1170170粒径仪15050碳氧分析仪15050合计：10191）项目研发总投入根据表1的设备清单，本项目电子级硅烷研发检测、仪器设备等总投入为1019万元，在此基础上进行电子级多

17、晶硅项目的研发，因此项目的研发总投资估算如下所示： （1）研发检测仪器设备等固定资产投资： 1019万元；（2）研发经费投入估算：项目设计等研发费用： 195万元人员劳务费用： 50万元项目试车材料费用： 1200万元试车燃料动力费用： 300万元产品检测费用： 100万元专利申请费用： 8万元项目人员出差等费用： 15万元项目管理费用： 20万元预备费用： 10万元合计： 1898万元（3）项目研发总投入：2917万元，其中检测设备等固定费用投入为1019万元，研发费用为1898万元。2） 项目期贷款利息本研发项目部分资金拟使用银行贷款，贷款额为1000万元，借款年利率按照2008年10月0

18、9日中国人民银行的规定，名义年利率按7.21%计取。建设期贷款利息为：72.1万元。2.资金筹措本研发项目资金来源按企业自筹、银行贷款和政府重大专项支助的模式进行资金筹措，其中企业自筹1517万元，银行贷款1000万元，申请省科技专项（省财政拨款）资助资金300万元，地方部门配套经费100万。3.经济效益1） 成本项目投产后正常年份的多晶硅制造成本包括原料、动力燃料、员工工资、设备折旧以及修理费用等，按500t/a计算，制造成本为9351.5万元。2） 利润根据成本核算数据，可计算出企业在项目建成达产后正常年份的利润数据，详见表2。表2 多晶硅利润表序号科目项目总额（500t/a)（万元）备注

19、1营业收入450002减：营业成本-9351.53管理费用-4504财务费用-432.65销售费用-4506税金及附加-22507营业利润32065.98减：所得税（按15%计）-48109净利润27255.9综上所述，营业收入和利润是在项目研发成功后，反映了整个企业的经营情况，其中1500吨产量中，多晶硅为1000吨，电子级硅烷为500吨，按照目前的硅烷价格，比多晶硅价格高300%，我们在目前的价格基础上打了九折计算所得，总额为27255.9万元，可见规模化生产电子级多晶硅产品的前景和效益非常好。4. 产业化前景4.1 产品市场本项目所生产的多晶硅产品大部分被股东公司购买使用，同时国内外市场

20、对高纯度的多晶硅产品需求量很大，销路十分广泛。4.2原料供应主要原料合金粉、金属中间体、砂粉等国内供应充足、质量稳定，其来源是有保障的。4.3工艺设备技术本项目的工艺技术在国外是比较先进、成熟的，在国内尚没有厂家涉足，技术上有一定难度，需要借鉴国外经验，消化吸收并大胆创新，我们相信是一定可以实现的，有一定风险，但不大，并可以完全克服。关键设备从国外引进，使本装置技术达到国际先进水平。4.4资金来源项目公司股东实力雄厚，企业知名度较大。银行信誉较好，所以其中34.3%申请银行贷款支持，52.0%由企业自筹解决，13.7%申请国家专项资金资助。4.5工程建设原装置建于高新技术企业园区，园区有较好的

21、公用工程设施，水、电、气等可直接引到本装置界区，交通、运输等设施也较完备，厂房及动力配套原本留有发展余地，项目建设条件优越。5.社会效益 5.1 同时通过项目建设培养青年专家和技术骨干20余名，培养企业高层决策和管理人才2名。5.2 解决200-300名员工的就业问题，为社会的和谐与稳定做出贡献。5.3 获取专利、知识产权情况项目完成后，通过消化吸收再创新，经过实际运行及工艺技术改进，形成本公司自有的技术和知识产权，同时对再创新以后的技术进行专利申报，其中发明专利1-2项。其他专利技术4项：5.4争取2011年申请国家级高新技术企业，为国家调整产业结构作出贡献。5.5 产品替代进口，为国家节约

22、外汇，逐步出口，为国家创汇。五、项目实施方案和技术路线1. 项目规划1.1 产能设计 本项目在前期光伏级多晶硅生产装置的基础上，进行电子级多晶硅产业化升级改造和优化，为达到规模化效应，进行国产化替代，尽量满足市场的需求，因此进行最大化的产能设计。全厂生产时间按8000小时/年计，24小时/天循环生产，生产4.5吨/天电子级多晶硅，全年计总产能约1500吨。1.2 产品规格按电子级多晶硅的规格进行设计、生产，具体规格如下：表3 多晶硅产品质量标准 （GB/T 12963-1996） 序号指标名称指标分析方法备注1硼含量wt% 0.15 ppb色谱法2磷含量wt% 0.15 ppb色谱法3砷含量w

23、t% 0.02 ppb色谱法4锑含量wt% 0.02 ppb色谱法5其它金属含量wt% 5 ppb色谱法2技术路线本项目具体工艺步骤如下图所示：其中图1为光伏级多晶硅的技术路线，图2为电子级多晶硅的技术路线。电子级多晶硅技术路线与光伏级多晶硅技术路线相比作了以下优化：（1）将二级净化装置放于过滤装置之前。（2）在过滤装置之后添加一套电子级硅烷净化装置（3）在硅烷循环管上添加一套硅烷计量装置，调节硅烷精制的循环量。（4） 在多晶硅还原工艺过程中，对还原炉进行改进，采用导热油的热量对硅芯进行加热，使多晶硅生长时保持均匀，并提高多晶硅沉降密度，从而提高多晶硅的品质，并达到省电，降低成本的目的。3.

24、项目实施方案3.1 人员组织为更好地实施本项目，公司专门组织了项目组，由总经理担任项目的总负责人，参加人员有高层的技术精英，有中层的技术骨干和现场一线的工程技术人员共同组成，具体如下：项目总负责人 1 名工艺工程师 3名（有硕士、高级工程师、工程师）设备工程师 2名（有高级工程师、工程师）仪表工程师 2名（工程师）电器工程师 2名（工程师）3.2 确定技术路线联合高校技术专家和国家级设计院一同完成此项目的工艺和工程化的设计，并确定项目的技术路线。本项目工艺选择原则：首先选择处于世界领先水平的硅烷法生产技术，该技术生产的多晶硅装置在国外运行稳定，产品质量满足国际市场要求。根据上述原则，从多晶硅材

25、料生产的主要工艺技术现状和发展趋势来看，并经过与国内外多家技术专利协商交流以及对装置现场的考察，本项目1500吨/年电子级多晶硅产业化生产的建设已在引进的国外硅烷法技术的基础上，对技术路线进行合理有效的改进和改造，并进行大胆的技术创新，形成自有的知识产权。3.3 进行工程化设计确定工艺路线，只是实施项目的第一步，为进一步开展好项目，必须请有甲级资质的设计院对该工艺路线进行工程化设计。因此我们确定中国化学工程第二设计院宁波工程设计公司对项目进行二次的施工图设计。3.4 采购设备为保证项目实施的质量和可靠性，同时降低项目的投入和建设成本，本项目采用进口设备和国产设备相结合，在已有的光伏多晶硅生产线

26、上进行合理的配置和改造，形成自动化流程控制的一体化生产装置，从而生产出高质量的电子级多晶硅，使产品实现升级换代。本项目控制系统、硅烷压缩机、还原装置、和部分检测设备采用国外引进，部分电化学内抛光不锈钢管进口。其余的设备、管道、阀门国内质量已全部过关，均采用国产。其中电子级硅烷净化装置采用进口和国内设备装置结合在现场组装而成。3.5 安装调试多晶硅项目是化工和电子结合的建设项目，重要的原材料电子级硅烷又是一种易燃易爆的危险物料，因此必须要求有甲级资质的安装单位进行施工安装，因此我们确定中化六建和中电二建两家国家级的施工单位本项目的设备装置、管道阀门的安装调试工作。3.6 厂房本项目是在原有的光伏

27、级多晶硅生产线进行技术升级和创新改造，利用原有的厂房和土地资源，不需新增和扩建。3.7 安全和环保安全和环评在原光伏级多晶硅项目建设时已做评估和审批，本项目无新的原料和排放增加，请设计院做一个关于安全、环保和消防的设计说明到有关政府职能部门备案审核即可。3.8 试生产和规模化生产调试成功后，我们将按照试生产/检测确认/送交客户/批量生产/设计产能验收/规模化生产这样的过程和程序进行操作，按项目实施的计划时间表进行项目建设。达到年产1500吨电子级多晶硅的规模产能。六、计划进度安排 根据设计和建设工期的需要，本项目的实施期限为两年，具体计划进度安排如下：2010年6月12月 工艺路线和工程化设计

28、，实验室试验2011年1月3月 电子级多晶硅生产线研发项目的设备、仪器、管道阀门订购2011年4月6月 安装调试2011年7月12月 试生产，中试，问题反馈，问题解决，循环试车2012年1月3月 客户认定、提出问题，解决问题，认定通过 2012年4月6月 规模生产，项目验收七、现有工作基础和条件1、股东条件公司的大股东均是太阳能和半导体产业内的知名企业，是我国最早生产太阳能电池组件和太阳能硅片的企业之一，产品遍及全国，并远销到欧美、非洲及东南亚地区。目前综合年产能达到500MW。2、企业现有条件企业注册资金4亿元。是浙江省山海协作最大单体项目，也是本市重点的招商引资企业。公司计划斥资约46亿元

29、人民币、规划用地870亩分三期建造年产4500吨太阳能级多晶硅项目，打造成我国拥有电子级多晶硅和电子级硅烷生产能力且拥有自主知识产权的生产基地。公司一期投资约15亿元人民币，计划年产多晶硅1500吨。引进当今国际上先进的硅烷法工艺生产多晶硅，同时融入了世界上先进的工艺及装备。3、合作院校条件目前，该项目已得到浙江大学、武汉理工大学等著名高等院校的技术支持并建立了长期合作的关系，为研发、生产过程中遇到的问题提供技术上的支持。4、人才条件公司现有员工300余人，拥有各种学历和硕士研究生学历的有80余人。其中10%以上是从事多晶硅行业多年的工程技术人员。本项目的负责人，是国内著名大学的研究生毕业，高

30、级工程师，专业研究方向是半导体材料，对硅材料领域相当熟悉，具备扎实的理论研究能力和生产实践能力。本项目的技术参与人员，即其他副总经理及高级管理人员也均是化工、半导体专业背景，从事过多年的太阳能及半导体行业的研究和企业管理者。项目研发组成员共有6名，其中4名是研究生，2名本科生。5、技术条件为配合项目试车，公司已于2010年1月起陆续配置了高级技术人员和专家、管理人员进行技术消化、工艺研发和技术创新，并编写了各个单元的操作指导书，具备了项目实施的技术条件。 6、 研发条件光伏级硅烷法多晶硅生产项目经过两年来的建设，已经形成了试车和生产的硬件条件，在建设过程中，经过大量的技术创新，例如电子级硅烷的提纯方法，循环氢气回用、余热利用等，融合在设计和施工过程中，使硅烷法多晶硅的生产技术更加成熟，可靠，更加节能。目前生产光伏级多晶硅的设备、工艺管道等已经安装完毕，为下一步进行电子级多晶硅生产设备、管路的设置安装打下了扎实的基础。综上所述，本项目已具备了市场、技术人才、研发条件和技术条件，为项目的开展打下了良好的工作基础。我们认为电子级多晶硅产业化研究项目可行，敬请上级主管部门审核批准。附表： 省级科技计划项目经费概算表项目名称：电子级多晶硅产业化技术研究项目 金额单位： 万元 序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费（1）（2）（3）（4）（5）