特种气合成与分离新技术开发.docx

特种气合成与分离新技术开发工业气体作为工业的“血液”，在化工行业发挥着不可替代的作用。电子特气作为其细分领域，更是被誉为工业气体领域的“皇冠上的明珠”。近年来，我国工业气体产业驶入了发展“快车道”，在资源、技术、装备、产品等各个方面取得了显著进步，自给率不断提升。在取得成就的同时，该产业也出现了一些发展瓶颈。正如近日中国工程院院士、浙江大学衢州研究院院长任其龙指出的，工业气体制造在能耗和品质等方面的局限性日益突出，开发清洁高效的气体合成与分离新技术迫在眉睫。一、构建零排放乙块产业链乙焕是我国重要的化工原料，年需求量达900万吨，不仅是“有机化工之母”，还可应用于芯片制造等前沿领域。但“传统乙烘生产采用电石工艺，不仅消耗大量优质石灰石和兰炭资源，生产1吨乙烘还会产生16.7吨二氧化碳，资源消耗大且产生废渣。”为此，任其龙研究团队于今年4月研发出利用等离子体制乙烘技术。该技术以风电、光伏等绿电为引领，以等离子体非常规反应介质为核心，将整个乙焕生产流程绿色再造，实现煤、天然气一步转化制乙烘气体，且副产物都可二次利用。该技术成功解决了传统电石工艺高资源消耗、高碳排放等问题，为乙焕、半导体等产业链的迭代升级提供了革命性的技术路线，也为构建零排放绿色乙族产业链奠定了基础。据悉，该技术已通过兆瓦级中试和十兆瓦级工业示范装置的运行验证，单套装置可年产5000吨乙烘。任其龙算了一笔绿色生态账，未来如果将电石工艺全部替换为等离子体制乙烘技术，全国每年至少可减排L4亿吨二氧化碳，相当于我国二氧化碳年排放量的l%o二、研发含氟特气制造新技术含氟特种气体在集成电路晶圆制造各环节扮演关键角色，但目前国内企业沿袭国外既有的技术路线，无法形成后发竞争优势，研发自主可控且绿色高效的含氟特气制造新技术迫在眉睫。基于分子辨识分离原理，任其龙研究团队开发了含氟特气净化专用吸附剂，构筑了有序的亚纳米超微孔道结构，能够专一性地捕获含氟特气中的微量杂质，产品纯度可达6N,处理能力较现有吸附剂提升2倍，能耗比传统精僧技术下降80%。面对含氟废弃物处理问题，任其龙团队采用等离子体技术裂解工业副产三氟甲烷，成功地将含氟废弃物转化为高转化、高收率、高附加值的以四氟甲烷、六氟乙烷为主要产物的产品。“该反应能耗降低90%,气相产物收率可达90%,产物转化率达90%99.5%,并且无需使用氟气，绿色、安全、高效。”任其龙说。三、吸附分离技术让气体更高纯高纯气体在现代工业中需求量巨大，无论是电子工业中的高纯氮气、航天中的高纯惰性气体，还是医疗领域的高纯氧气、新能源的高纯氢气，“高纯”字眼的出现都意味着对分离技术提出了更高的要求。“随着芯片集成密度的增加，先进制程对气体纯度和杂质的要求更高，工艺的复杂和难度也随之提升。”任其龙指出。对于形状相似、尺寸相当、性质相近的气体，吸附是有效的分离手段。以超高纯含氟电子特气纯化为例，任其龙团队设计制备了具有临界孔径和静电势互补特征的辨识材料，强化对痕量杂质辨识能力，实现极性相近含氟气体的筛分分离，解决了含氟电子特气痕量杂质超深度脱除难题。此外，任其龙团队还开发了变温吸附分离工艺及装备，产品纯度从4N提升至6N,每立方米吸附剂可获得8吨以上高纯产品，单程回收率高达95%,处理能力远高于传统吸附剂，目前在巨化集团已应用，与原精储工艺相比，生产能力提升4倍，能耗降低80%以上。在任其龙看来，电子特气行业前景广阔，但国内电子气体行业还需在技术层面加以突破。在材料方面，气体终端净化器的核心材料，如净化用的催化剂、吸附剂等仍有改进空间；在设备方面，与高纯气体接触的各种器材必须满足洁净的标准，否则释放出来的微量杂质将污染电子气体；在检测技术上，我国需在超痕微量杂质、高精度分析检测技术以及专用仪器方面继续攻关；此外，电子特气生产用的容器、管道、阀门等也亟待自主研究开发。