特種氣合成與分離新技術(shù)開(kāi)發(fā)

特種氣合成與分離新技術(shù)開(kāi)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(xì)分領(lǐng)域，更是被譽(yù)為工業(yè)氣體領(lǐng)域的“皇冠上的明珠”。近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)氣體產(chǎn)業(yè)駛?cè)肓税l(fā)展“快車(chē)道”，在資源、技術(shù)、裝備、產(chǎn)品等各個(gè)方面取得了顯著進(jìn)步，自給率不斷提升。在取得成就的同時(shí)，該產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了一些發(fā)展瓶頸。正如近日中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)衢州研究院院長(zhǎng)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(kāi)發(fā)清潔高效的氣體合成與分離新技術(shù)迫在眉睫。一、構(gòu)建零排放乙炔產(chǎn)業(yè)鏈乙炔是我國(guó)重要的化工原料，年需求量達(dá)900萬(wàn)噸，不僅是“有機(jī)化工之母”，還可應(yīng)用于芯片制造等前沿領(lǐng)域。但“傳統(tǒng)乙炔生產(chǎn)采用電石工藝，不僅消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)石灰石和蘭炭資源，生產(chǎn)1噸乙炔還會(huì)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(tuán)隊(duì)于今年4月研發(fā)出利用等離子體制乙炔技術(shù)。該技術(shù)以風(fēng)電、光伏等綠電為引領(lǐng)，以等離子體非常規(guī)反應(yīng)介質(zhì)為核心，將整個(gè)乙炔生產(chǎn)流程綠色再造，實(shí)現(xiàn)煤、天然氣一步轉(zhuǎn)化制乙炔氣體，且副產(chǎn)物都可二次利用。該技術(shù)成功解決了傳統(tǒng)電石工藝高資源消耗、高碳排放等問(wèn)題，為乙炔、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)鏈的迭代升級(jí)提供了革命性的技術(shù)路線，也為構(gòu)建零排放綠色乙炔產(chǎn)業(yè)鏈奠定了基礎(chǔ)。據(jù)悉，該技術(shù)已通過(guò)兆瓦級(jí)中試和十兆瓦級(jí)工業(yè)示范裝置的運(yùn)行驗(yàn)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(lái)如果將電石工藝全部替換為等離子體制乙炔技術(shù)，全國(guó)每年至少可減排1.4億噸二氧化碳，相當(dāng)于我國(guó)二氧化碳年排放量的1%。二、研發(fā)含氟特氣制造新技術(shù)含氟特種氣體在集成電路晶圓制造各環(huán)節(jié)扮演關(guān)鍵角色，但目前國(guó)內(nèi)企業(yè)沿襲國(guó)外既有的技術(shù)路線，無(wú)法形成后發(fā)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，研發(fā)自主可控且綠色高效的含氟特氣制造新技術(shù)迫在眉睫?；诜肿颖孀R(shí)分離原理，任其龍研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了含氟特氣凈化專(zhuān)用吸附劑，構(gòu)筑了有序的亞納米超微孔道結(jié)構(gòu)，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(dá)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(shù)下降80%。面對(duì)含氟廢棄物處理問(wèn)題，任其龍團(tuán)隊(duì)采用等離子體技術(shù)裂解工業(yè)副產(chǎn)三氟甲烷，成功地將含氟廢棄物轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)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?！霸摲磻?yīng)能耗降低90%，氣相產(chǎn)物收率可達(dá)90%，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)90%～99.5%，并且無(wú)需使用氟氣，綠色、安全、高效?！比纹潺堈f(shuō)。三、吸附分離技術(shù)讓氣體更高純高純氣體在現(xiàn)代工業(yè)中需求量巨大，無(wú)論是電子工業(yè)中的高純氮?dú)?、航天中的高純惰性氣體，還是醫(yī)療領(lǐng)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(duì)分離技術(shù)提出了更高的要求。“隨著芯片集成密度的增加，先進(jìn)制程對(duì)氣體純度和雜質(zhì)的要求更高，工藝的復(fù)雜和難度也隨之提升?！比纹潺堉赋?。對(duì)于形狀相似、尺寸相當(dāng)、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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了具有臨界孔徑和靜電勢(shì)互補(bǔ)特征的辨識(shí)材料，強(qiáng)化對(duì)痕量雜質(zhì)辨識(shí)能力，實(shí)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(tuán)隊(duì)還開(kāi)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(dá)95%，處理能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)吸附劑，目前在巨化集團(tuán)已應(yīng)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(lái)，電子特氣行業(yè)前景廣闊，但國(guó)內(nèi)電子氣體行業(yè)還需在技術(shù)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(jìn)空間；在設(shè)備方面，與高純氣體接觸的各種器材必須滿足潔凈的標(biāo)準(zhǔn)，否則釋放出來(lái)的微