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颗粒硅产业近况交流纪要

独角兽智库 | 深入产业链研究 2021/11/22 08:38

颗粒硅电耗优势来源:

①三氯氢硅提纯:颗粒硅在三氯氢硅提纯时不需要达到西门子法提纯的纯度级别,从而节约能源

②还原温度:硅烷气还原(加热至 650°),三氯氢硅还原(加热至 1100°)

③尾气处理:西门子生成的尾气要进行分离(相比于颗粒硅流化床法更加耗能)

颗粒硅成本:

原料方面,4w 每吨工业硅 x 1.05 吨颗粒硅的单吨用量 = 42 元/kg 能化方面,4 毛/度电价格 x 30 度电制造每 kg 颗粒硅用量 = 12 元/kg

人工成本 = 2 块/kg

现金成本 = 42+12+2 = 56 元/kg

折旧成本 = 6 元/kg

生产成本 = 56+6 = 62 元/kg

售价: 颗粒硅 25.5w,基本和多晶硅相同,象征性比多晶硅 26w 便宜几千

颗粒硅品质: 和棒状硅一级品质差不多,更加均匀。

下游厂商验证 :隆基,晶澳,中环等都在适用,已经签了长单。

拉晶环节技术难点: 1.坩埚材质 2.热场重新设置 3.连续加料。

拉晶环节各指标情况: 碳含量过高、氢含量过高、金属杂质过高等问题都已解决。

【工艺介绍】

二者都是生产多晶硅,美国公司 MEMC 开发颗粒硅技术是为了配合自家 CCV“连续直拉单晶”技术,因为颗粒硅形状均匀,适合连续加料,适于制作半导体、电子级的多晶硅。工艺上来看,二者在上游都是一样的。

改良西门子法分为四个工段,硅粉在冷氢化装置中变成三氯氢硅,通过精馏提纯至一定程度进入到西门子法的还原炉(成本较高),通过气相沉积法将三氯氢硅还原(加热至1100°)称硅,沉积在硅棒上,形成多晶硅硅棒,生成的尾气要进行分离(相比于颗粒硅硫化床法更加耗能)。

颗粒硅在三氯氢硅提纯时不需要达到西门子法提纯的纯度级别,从而节约能源。再将三氯氢硅通过歧化反应变成硅烷气,最后通过硫化床将硅烷气还原(加热至 650°)为硅。改良西门子法需要尾气处理,能耗较大。而颗粒硅使用硫化床法分解,生成氢气循环使用。 目前国内还原炉的功耗都集中在 40-45 度电,但是颗粒硅硫化床做一公斤硅仅需要 2 度电。

【Q&A】

Q:颗粒硅收料率和硅耗的情况?

A:硅耗和改良西门子法基本相同,1.05:1 的水平,最初在 1.2 左右,现在随着技术改善有所提高。但是流化床生产颗粒硅时,有大概 12%左右的硅粉因为较为细小品质会差一些,需要额外的加工工艺处理,价格会便宜一些。在行情较好时,这些硅粉也可以出售、使用。

Q:粉质的污染问题会影响到铸锭或者拉单晶的过程么?

A:铸锭本身就是再提纯的过程,中国人利用废料能力很强,不影响使用。有家公司开发一种技术,专门用这种硅粉进行生产。

Q:改良西门子法实际上综合电耗在 55 度电左右,那么流化床法的综合电耗是什么水平?

A:根据经验,实际上改良西门子法电耗在 60-65 度电左右,很多厂家夸大自己的节能水平。流化床颗粒硅法一般按照 25-30 度电计算综合电耗

Q:内胆的碳化硅更换频次如何,最长连续运行时间是多久?

A:不是碳化硅而是石墨。因为多晶硅中碳含量多其实是一种污染物,所以实际上在里面镀一层碳化硅涂层,其实是石墨。一般半年左右检修清理一次,因为沉积过程中,分解完的硅有些会沉积在内壁上,过厚会影响传热或者传热不均,容易使得石墨内胆破裂。运行时间没有具体统计过,一般可以多次使用,操作的好只需要检修时涂涂层就可以。

Q:石墨的成本大概是多少?

A:外界总是认为停下来石墨内胆都要换掉,实际上不是。最初因为经验不足,操作上有不成熟的地方,使得内胆破裂。但随着 2017 年收购了美国的一家公司彻底掌握了该技术,现在运行成熟的多,内胆破裂情况好得多。一般将破裂严重的地方换掉,所以成本不是固定的数字。

Q:颗粒硅的设备投资问题,国产化进展如何,定制国外设备投资额多大,有没有可能改造现有产能,如果可能的话,那么改造成本如何?

A:二者很多工艺重合的,区别就在于流化床和还原气相沉积这块。业内现在改良西门子法一般一万吨在 8-9 个亿左右,流化床颗粒硅法现在是大规模投资,提高议价能力,成本下降,石墨内胆原来是进口德国、美国的设备,但一方面他们难以满足国内的扩产,另一方面也是为了控制风险,国内也有两家企业在供应,都是大企业,感应加热器国内也有一家企业在供应,具体不方便说,是个小企业。因此现在成本一万吨一般在 6 亿左右。

Q:颗粒硅的方法相比改良西门子法在运营成本上有什么优势?

A:流化床法在操作上难度上会大一些,很多操作和理论上是全新的,最初国内我们缺乏理论支持,但随后收购了这家美国公司后,运营团队过来指导了,现在对其掌握度还是可以的。因为可以连续操作,半年才需要检修停工,所以人工成本有一定的降低,一般算作 2块钱一公斤。改良西门子法一般四天左右要降温停电,需要大量人工,一般算作 3 块钱一公斤。

Q:现在单线规模大概是多少万吨,未来有可能继续提升么?

A:硅烷气最大一万吨规模,流化床用 2000 吨(内壁 800mm)和 5000 吨两种规模。现在主流都是 5000 吨大炉子为主。吨数越大生产效率越高、成本也会降低。未来单线规模不可能提升,已经达到了极限。

Q:产线投产周期大概多久,复制难度大么?

A:一般报道改良西门子法在 14 个月左右,但实际上从设计到施工到调试只用了 10 个月,是一个重大突破。根据经验,一般 12 个月足够建设了,前提是供应商不耽误。有时候西方的企业不愿意加班,可能会有延误。

Q:颗粒硅生产成本如何?

A:主要包括三点:1.原料 2. 能化成本 3.人工成本(固定的)。原料工业硅现在 4.0w/t 左右,之前甚至到过 6w/t。工业硅硅生产颗粒硅比例是 1.05:1,1.05t 乘 4 万块就是 42 块/kg 成本。电耗,30 度综合电耗,限产电价是 4 毛钱乘 30 度 就是 12 块/kg 电成本,再加上 2 块人工成本,目前现金成本就是 56 块/kg。如果加上折旧,6 个亿对应 1 万吨就是 6块钱/kg。就是 62 块生产成本。和你们前期听到的 30-40 块/kg 生产成本有出路,主要和原料涨价有关系。之前三四十的成本对应的工业硅价格是 1.6 万左右。之前工业硅也基本在 1.3-1.6w 的区间内波动,6 万每吨是很难想象的事情。

Q:颗粒硅在N 型料的实验如何,能否满足 N 型料的纯度要求?

A:多晶硅生产是化工专业,后面拉晶则是材料专业。N 型要求多晶硅纯度更高,颗粒硅开发出来就是做半导体产品,所以产品纯度够了就没有问题了。

Q:目前纯度达到了什么级别了?

A:目前级别从售价就能看出来,多晶硅和棒状硅价格差不多,就象征性便宜了几千块钱每吨,这是销售策略。

Q:具体比多晶硅便宜多少?

A:现在多晶硅 26w 左右,颗粒硅就是 25w 几千,他的品质就是棒状硅一级品的品质,所以价格差不多。

Q:颗粒硅下游各家应对情况?

A:下游隆基、晶澳等都和我们签了长单,他们的长单都是颗粒硅和棒状硅的组合。他们都在用,用的不好也不可能签这个长单的。现在下游都是拉单晶做硅片,以后 ccz 技术一定会完全取代现在 rcz 技术。完全取代用后就必须用颗粒硅,棒状硅没法用,再怎么破碎都不可能均匀。ccz 技术要求均匀上料,用棒状硅无法做到这一点。目前下游用的最好的是宁夏协鑫,他是协鑫集团的合资公司,他是最早试用的。中环也是适用较早较好的。隆基目前不是用我们的料,是用陕西天宏的料在试。还有上机那边也在用。

Q:2wt 产能情况如何?今年产能爬坡情况如何?

A:西门子上 2wt 产能,第一次百分之三十然后百分之 60,80 一次次调试。但流化床技术不一样,比如说,2wt 配合 6 条 4kt-5kt 的流化床,然后一开始 10 月 1 日只是投产了 2 条, 12 月再投两台,1 月再投两台,1 月份就算达产了达到了 2wt 的预定产能。

Q:颗粒硅在拉晶环节的使用细节和掺杂比例情况如何?

A:听说天津中环已经做到 80%。这里有一个误区,外界认为颗粒硅能和棒状硅掺在一起是因为颗粒硅质量不行。其实掺着用是因为市场上没有这么多颗粒硅,厂家都是知道,将来一定会用到颗粒硅,是工艺需求。不同料掺在一起用,下游根据来料性能调整工艺,是因为市场没有这么多颗粒硅料。所以掺杂比例最多到多少这个问法不太合适。

Q:拉晶环节中氢含量如何解决?

A:收购了美国公司之后,氢的问题就简单的解决了,原来少了一道工艺叫做脱氢工艺,现在把这工艺加进去就解决了。通过高温加热,把氢气脱出去了。很简单的问题,下游现在应该不会再提这问题了。

Q:拉晶环节中金属杂质含量如何解决?

A:金属杂质含量高已经不是问题了。在某些关键部件上改用其他材质这些问题就解决了。

Q:碳含量高?

A:还是关键部件材质问题,现在都不是问题,解决了已经。颗粒硅刚开始时候是有这些问题,但现在都不是问题了。

Q:CCZ 和 RCZ 的比较优势?CCZ 有哪些技术难度?

A:协鑫收购美国公司时候内部很大争议,因为当时协鑫 2017 年已经花了 10 个亿在开发流化床上已经差不多成熟了。当时要收购时候做研发的人就反对这一收购,认为我们已经开发差不多了。收购的美国公司主要有两大技术,流化床和 CCZ 技术,相对成熟,开发了很多年了。收购后我们打算把技术变成自己的,国产化。协鑫收购是乙方破产情况下收购的, 不像吉利收购沃尔沃,人员都很完整。当时美国公司人员很多都走掉了,所以协鑫收购后, 我们组建了一个中美团队,目标把 ccz 技术国产化,可惜的是 2018 年 531 政策之后,国家突然停止了光伏补贴。光伏行业急转直下,协鑫面临困境,面临破产,大裁员的问题。研  发基本停止,导致ccz 国产化流产了。现在又走出一个团队在做这个事情。有之前资料的基础上重新在做,进度很快。隆基也在开发 ccz 技术,京运通和美国 gtat 公司合作也在做。以后拉单晶一定只有 ccz 技术可行,rcz 技术只是一个过渡技术,最终结果一定还是 ccz技术。该技术本身在美国推广成功了,中国只是还没研究到位而已。

Q:Ccz 研发难度在哪?

A:坩埚,ccz 是双层坩埚。保持连续加料,又要特别稳定,涉及温度热场,要把新加的料也放在中间层里面,这是一个大的技术难点。另外,拉单晶是个二次提纯过程,坩埚用久了里面杂质也就多了。对坩埚本身杂质纯度要求也是个瓶颈。

Q:拉晶过程中氧含量如何?

A 半导体拉晶是没有提出过氧的问题的。我们做半导体都是不计成本一锅一锅做的。一锅坩埚料加好后放到炉子里,升温后开始拉。我们只要中间百分之 30-40 部分,其他部分我们都不要,不计成本。

Q:目前产业里 ccz 技术的进展?主要哪些问题没解决?需要多长时间?

A:技术研发没法估算时间。技术难点在于 1.坩埚材质 2.热场重新设置 3.连续加料。

Q:听说之前某公司送了台 ccz 设备到协鑫测试,进展如何?

A:是天通,专门做半导体拉晶炉这一块的,但是进程我不是很了解。只知道美国一帮科学家和协鑫内部一帮科学家在徐州做 ccz 的技术开发。

Q:现在在研发的 ccz 技术和收购的美国公司的 ccz 技术有什么不同吗?

A:这个我不清楚。京运通隆基和我们研发大方向是一样的,细节上可能有偏差。

Q:下游对颗粒硅大小尺寸有要求吗?是希望更大一点尺寸吗?

A:通用尺寸是 0.9-3.3mm 左右,没有听说下游希望我们颗粒硅做大一点,没有必要。大一点的需要筛分出来。

Q:硅烷气体对化工企业安全性怎么保障?

A:硅烷气体很危险,燃点是零下 50 度。正常情况下,硅烷一泄露出来就会烧掉,像鬼火一样。某些情况下,泄露了没有燃烧起来,在密闭空间里它没烧起来聚集在一起就可能会爆炸。美国有一家公司也是做流化床的,硅烷已经爆炸很多次了。协鑫这么多年了,硅烷没有出过大事故。主要是硅烷也很难聚集,一出来就已经烧掉了。

Q:协鑫技术保密措施情况?

A:历来都是很重视保密措施的。协鑫开发流化床是站在巨人肩膀上开发的。流化床技术目前是找不到整套的,只能靠挖人和自己研发至少需要三年才能赶得上我们。

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