特種氣合成與分離新技術開發(fā)

特種氣合成與分離新技術開發(fā)工業(yè)氣體作為工業(yè)的“血液”，在化工行業(yè)發(fā)揮著不可替代的作用。電子特氣作為其細分領域，更是被譽為工業(yè)氣體領域的“皇冠上的明珠”。近年來，我國工業(yè)氣體產(chǎn)業(yè)駛入了發(fā)展“快車道”，在資源、技術、裝備、產(chǎn)品等各個方面取得了顯著進步，自給率不斷提升。在取得成就的同時，該產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了一些發(fā)展瓶頸。正如近日中國工程院院士、浙江大學衢州研究院院長任其龍指出的，工業(yè)氣體制造在能耗和品質(zhì)等方面的局限性日益突出，開發(fā)清潔高效的氣體合成與分離新技術迫在眉睫。一、構建零排放乙炔產(chǎn)業(yè)鏈乙炔是我國重要的化工原料，年需求量達900萬噸，不僅是“有機化工之母”，還可應用于芯片制造等前沿領域。但“傳統(tǒng)乙炔生產(chǎn)采用電石工藝，不僅消耗大量優(yōu)質(zhì)石灰石和蘭炭資源，生產(chǎn)1噸乙炔還會產(chǎn)生16.7噸二氧化碳，資源消耗大且產(chǎn)生廢渣?！睘榇?，任其龍研究團隊于今年4月研發(fā)出利用等離子體制乙炔技術。該技術以風電、光伏等綠電為引領，以等離子體非常規(guī)反應介質(zhì)為核心，將整個乙炔生產(chǎn)流程綠色再造，實現(xiàn)煤、天然氣一步轉化制乙炔氣體，且副產(chǎn)物都可二次利用。該技術成功解決了傳統(tǒng)電石工藝高資源消耗、高碳排放等問題，為乙炔、半導體等產(chǎn)業(yè)鏈的迭代升級提供了革命性的技術路線，也為構建零排放綠色乙炔產(chǎn)業(yè)鏈奠定了基礎。據(jù)悉，該技術已通過兆瓦級中試和十兆瓦級工業(yè)示范裝置的運行驗證，單套裝置可年產(chǎn)5000噸乙炔。任其龍算了一筆綠色生態(tài)賬，未來如果將電石工藝全部替換為等離子體制乙炔技術，全國每年至少可減排1.4億噸二氧化碳，相當于我國二氧化碳年排放量的1%。二、研發(fā)含氟特氣制造新技術含氟特種氣體在集成電路晶圓制造各環(huán)節(jié)扮演關鍵角色，但目前國內(nèi)企業(yè)沿襲國外既有的技術路線，無法形成后發(fā)競爭優(yōu)勢，研發(fā)自主可控且綠色高效的含氟特氣制造新技術迫在眉睫?；诜肿颖孀R分離原理，任其龍研究團隊開發(fā)了含氟特氣凈化專用吸附劑，構筑了有序的亞納米超微孔道結構，能夠?qū)Ｒ恍缘夭东@含氟特氣中的微量雜質(zhì)，產(chǎn)品純度可達6N，處理能力較現(xiàn)有吸附劑提升2倍，能耗比傳統(tǒng)精餾技術下降80%。面對含氟廢棄物處理問題，任其龍團隊采用等離子體技術裂解工業(yè)副產(chǎn)三氟甲烷，成功地將含氟廢棄物轉化為高轉化、高收率、高附加值的以四氟甲烷、六氟乙烷為主要產(chǎn)物的產(chǎn)品。“該反應能耗降低90%，氣相產(chǎn)物收率可達90%，產(chǎn)物轉化率達90%～99.5%，并且無需使用氟氣，綠色、安全、高效?！比纹潺堈f。三、吸附分離技術讓氣體更高純高純氣體在現(xiàn)代工業(yè)中需求量巨大，無論是電子工業(yè)中的高純氮氣、航天中的高純惰性氣體，還是醫(yī)療領域的高純氧氣、新能源的高純氫氣，“高純”字眼的出現(xiàn)都意味著對分離技術提出了更高的要求?！半S著芯片集成密度的增加，先進制程對氣體純度和雜質(zhì)的要求更高，工藝的復雜和難度也隨之提升?！比纹潺堉赋觥τ谛螤钕嗨?、尺寸相當、性質(zhì)相近的氣體，吸附是有效的分離手段。以超高純含氟電子特氣純化為例，任其龍團隊設計制備了具有臨界孔徑和靜電勢互補特征的辨識材料，強化對痕量雜質(zhì)辨識能力，實現(xiàn)極性相近含氟氣體的篩分分離，解決了含氟電子特氣痕量雜質(zhì)超深度脫除難題。此外，任其龍團隊還開發(fā)了變溫吸附分離工藝及裝備，產(chǎn)品純度從4N提升至6N，每立方米吸附劑可獲得8噸以上高純產(chǎn)品，單程回收率高達95%，處理能力遠高于傳統(tǒng)吸附劑，目前在巨化集團已應用，與原精餾工藝相比，生產(chǎn)能力提升4倍，能耗降低80%以上。在任其龍看來，電子特氣行業(yè)前景廣闊，但國內(nèi)電子氣體行業(yè)還需在技術層面加以突破。在材料方面，氣體終端凈化器的核心材料，如凈化用的催化劑、吸附劑等仍有改進空間；在設備方面，與高純氣體接觸的各種器材必須滿足潔凈的標準，否則釋放出來的微