首山焦化公司是中国平煤神马能源化工集团有限责任公司控股企业，公司成立以来，坚持把“培育生态文化，发展循环经济，打造全国循环经济产业园样板”作为公司发展战略目标，努力建设高起点、高科技、环境友好型、资源节约型煤焦化工企业。经过近几年的不断建设发展，形成集煤炭洗选、炼焦、化产回收、焦炉煤气综合利用、焦油深加工为一体的大型综合性现代化煤焦化工企业，公司产业链条逐步与集团公司尼龙化工、盐化工、碳素化工有效链接，开发传统煤焦化工的新模式，建成河南省最大的煤焦化综合利用静脉工业园。

1 打造循环经济产业链，实现资源的循环利用

首山焦化公司成立于2007年，是由中国平煤神马能源化工集团有限责任公司、昌卧虎山焦化有限公司和福建三钢闽光股份有限公司共同出资组建的股份制企业，注册资金3.9亿元，占地3000亩，公司现有员工2500多人，固定资产达50亿元，主要经营精煤、焦炭、煤气、粗苯、硫铵、甲醇、二甲醚、氢气等化工产品的生产与销售等。

公司目前建成的装置有：重介洗煤2套，洗煤能力210万t/a;具有世界先进水平的7.63 m顶装焦炉两座和4350D型宽体捣固焦炉两座，年产量300万t;10万t甲醇，20万t二甲醚，10万t苯加氢，5亿m3制氢装置，3×125 t/h干熄焦装置，1.2亿块新型煤矸石制砖厂，10万t焦油深加工厂、600t高纯硅烷气生产厂、4.61亿kW·h干熄焦发电厂。

公司发挥自身优势，坚持生态经营理念，打造循环经济企业，着力引进先进设备、先进工艺、先进技术，在循环经济型企业上做文章，做到从原材料入厂到产品销售环节中无废物，保证原料吃干榨净，逐步形成以物料、能源、产业布局3个层面上的循环：

1.1 物料循环利用产业链

首山焦化依托平煤集团原煤矿点的地理资源优势，通过自身进行原煤洗选加工利用，减少运输成本，产出的洗精煤进入炼焦配煤输送系统;中煤、煤泥进入燃煤锅炉发电系统;煤矸石进入矸石厂进行煤矸石制砖。

从焦炉产生的焦炉煤气首先经焦油回收、粗苯回收系统后进行脱硫，脱硫后煤气进入煤气制氢装置，通过变温、变压吸附等物理方法提纯氢气，提纯后的氢气主要通过管道输送给集团尼龙化工厂利用，有部分氢气输送给厂区苯加氢和硅烷生产系统利用，而制氢剩余驰放气进入10万/t甲醇合成转化生产系统制甲醇。

炼焦产出的煤气经过化产回收系统生产粗苯、硫铵，硫铵直接外售，粗苯收集后直接进入苯加氢装置，生产精苯作为原料销售;焦油直接进入煤焦油深加工系统，生产煤焦油沥青、蒽油、洗油等产品，煤焦油沥青进一步深加工成针状焦和超高功率石墨电极材料;利用制氢驰放气生产的粗甲醇直接进入二甲醚系统生产二甲醚外售。

1.2 热能综合利用

首山焦化积极响应国家节能减排的政策，加大节能减排的项目投资，相继投产了干熄焦余热利用、烟道气余热利用，焦炉上升管余热利用以及焦炉操作装置改进等节能项目，不仅取得了一定的经济效益，更重要的在环境保护上得到社会认可度。

传统的湿熄焦不仅浪费热量而且污染环境，首山焦化公司率先在河南为焦炉配套“干熄焦余热利用装置”，该项目规模为3×125 t/h，配套建设有余热锅炉和汽轮发电机组，余热年发电4.61亿kW·h，联供蒸汽154万t，折合节约标准煤30万t。

焦炉烟道气余热利用装置是通过利用焦炉烟道气换热前的废热带动锅炉产蒸汽，目前已投产(蒸汽压力0.8MPa，流量8 t/h)。产生的蒸汽进入首山蒸汽管道利用;焦炉上升管余热利用项目已经初步达成合作协议，拟定7月份开工，焦炉上升管的余热利用也是目前焦炉装置中最难实现的一个环节，首山焦化与合作单位采用一种新型的耐高温、耐腐蚀新型材料做成套筒，通过热传导的形式导出上升管的热量以达到余热利用的目的。

1.3 循环的产业布局

首山焦化是平煤集团重点打造的“资源节约型，环境友好型”企业，在企业布局上，首山焦化紧跟集团公司循环经济的战略方针，实施产业转型、升级，从传统行业到高新行业推进，实现了由煤化工到尼龙化工以及碳素行业的产业链结。首山焦化在集团公司的正确引导下，公司下一阶段准备在煤气综合利用和焦油深加工上进行下游产业链条延伸。

首山焦化近期准备建焦粒造气装置，联产甲醇装置，可以生成甲醇也可以生产SNG，SNG进网销售;焦油深加工方面不再仅仅单生产沥青、蒽油、萘、洗油等初级产品，下阶段准备产出新产品如纺丝沥青、碳微球、筑路雾封沥青、咔唑等，蒽油进行深加工制精蒽，工业萘进行深加工制精萘等，实现公司与平煤集团尼龙化工和炭素行业原料、产品循环利用的产业布局。

2 科技创新，开发高纯硅烷电子气体

首山焦化公司在集团公司转型发展的理念下、大力拓展产业链，在对公司核心优势煤化工产业升级改造的同时，不断加大科研投入，促进产业转型，开发高纯硅烷电子气体，进军电子工业领域。

在企业升级上，首山焦化7.63m顶装焦炉改捣固技术已经获得河南省科技进步一等奖，为世界捣固焦炉向大型化发展提供了理论数据和实际经验，首山焦化是目前世界上唯一拥有7.63m捣固焦炉的企业，并且煤饼高度达到7.2m，保证煤饼坍塌率低于2‰，远超6.5m捣固焦炉。

在企业转型、新领域开发上，首山焦化公司与上海交通大学合作研发新型高纯硅烷气生产技术，目前已建成600t/a硅烷气项目投产运行成功，实现了有效低成本稳定生产的高纯硅烷气生产工艺。

硅烷作为一种提供硅组分的气体源，可用于制造高纯度多晶硅、单晶硅、微晶硅、非晶硅和各种金属硅化物。因其高纯度和能实现精细控制，已成为许多其他硅源无法取代的重要特种气体。硅烷广泛应用于微电子、光电子工业，用于制造太阳电池、平板显示器、玻璃和钢铁镀层，并且是迄今世界上唯一的大规模生产粒状高纯度硅的中间产物。硅烷的高科技应用还在不断出现, 包括用于制造先进陶瓷、复合材料、功能材料、生物材料、高能材料等等，成为许多新技术、新材料、新器件的基础。

目前国内的硅烷生产刚刚起步，国内硅烷气处于依赖进口的阶段，研究硅烷的生产技术，开发出经济适用的硅烷生产技术，是国家的需要，也是国民经济发展的需要，具有重要的战略意义。

目前，具有实用价值的硅烷制备方法只有4种，分述如下：

(1)镁硅法

该技术由日本小松公司开发，又称日本小松技术。首先用冶金硅粉与镁粉合成硅化镁，再用硅化镁与氯化氢在液氨中反应合成硅烷，

此法仅限于中小规模生产，难以实现大规模化生产，氯化镁和氨的回收难度很大。因而废物排放较多，成本高。

(2)锂硅法

该法以氢化锂直接还原三氯氢硅。该技术在315～425℃下，在熔融氯化锂和氯化钾中，以氦气为载气将三氯氢硅引入反应器与氢化锂反应，得到硅烷。反应中必须不断的补充氯化钾，以保持氯化锂和氯化钾的比例为1:1。此法消耗大量氯化锂和氯化钾，原材料成本高，反应条件苛刻，难以形成大规模生产。

(3)氟硅法

该技术以氢化铝钠直接还原四氟化硅，是美国MEMC公司开发的技术。它用铝粉和液态金属钠与氢气反应制取氢化铝钠，氢化铝钠与四氟化硅反应制取硅烷。同时得到一种人工合成的助熔剂氟化铝钠(单冰晶石)，可用于炼铝行业和金属熔炼。但此法投资巨大，设备多，四氟化硅难以获得，且有强腐蚀性，提纯装置复杂。

(4)氯硅法

氯硅法实际上是以三氯氢硅为原料，通过歧化转化获得硅烷。该方法最早由美国UCC公司提出，其特点是可以结合现有的以三氯氢硅为原料的西门子法多晶硅生产装置，因而原料易得，副产物四氯硅烷可循环使用，即冷氢化过程，形成工业硅加氢的闭路循环生产工艺，运料成本低廉。但是已有的氯硅法因为上述歧化反应的转化效率很低，总效率一般在0.1%~0.2%，因此设备投资高，物料循环倍率大，效益低，很难表现出良好的工业生产前景。

目前硅烷生产以传统氯硅法为主，占到硅烷气生产总量的90%，但是由于生产效率低，很难表现出良好的工业生产前景。但是首山焦化公司采用的工艺直接以工业硅粉和氢气为原料，以先进的三氯氢硅生产技术合成高纯度的三氯氢硅中间体(>99.999%)，三氯氢硅歧化反应转化效率提高到了90%，为生产提供了坚实的理论基础 。

本方法工艺原理：

三氯氢硅合成：

Si(工业级)+3SiCl4 +2 H2 → 4HSiCl3

三氯氢硅歧化：

4HSiCl3 →3SiCl4 + SiH4

后者生成的四氯化硅循环到三氯氢硅合成装置。工业硅粉纯度要求一般在95-99%之间，其中的杂质在三氯氢硅净化过程可以除去，从而得到高纯度的三氯氢硅，为其歧化制备高纯度的硅烷提供保证。

首山硅烷生产工艺流程分为三部分：硅粉气化部分、蒸馏部分和歧化反应部分(硅烷反应)。该工艺技术称为改进氯硅法，或改进UCC法，与其他硅烷生产技术相比具有以下的优势：

①原料为工业硅粉和氢气，全部转化为硅烷，无其它产物生成，是一条清洁环保的绿色生产路线;

②将歧化反应与精馏置于同一反应精馏塔内，塔的反应和精馏段区间设置一中间冷凝器，提高三氯氢硅转化率，降低能耗;

③投资少、设备简单、工艺条件温和;

④可实现连续、规模化生产。

该项目创新性主要体现如下：

1、采用热耦合的双效精馏技术，将原来多个精馏塔减少到三个高效精馏塔，显著降低三氯氢硅精制的能耗和投资;

2、研究一种可供工业生产使用的歧化反应催化剂，在该催化剂作用下，硅烷的摩尔浓度保持在99%以上;

3、改变传统的先反应再分离的三氯氢硅歧化反应工艺，将三氯氢硅的歧化反应和产物精馏提纯结合起来，在一个反应精馏塔达到反应和分离的目的，一步完成，提高转化效率、缩短工艺流程、降低能耗;

4、采用一种内部置有中间冷凝器的新型反应精馏塔，冷凝器置于反应和精馏段区间，比传统的反应精馏塔减少了97%的制冷负荷。

氯硅烷歧化法工艺是能耗低、投资低的硅烷生产工艺—实现歧化反应与分离的耦联，打破化学平衡的限制，一步完成歧化反应和提纯，提高转化率，缩短流程，降低能耗;另外，该工艺原料四氯化硅循环使用，没有副产物，是一条清洁环保的绿色生产路线。该项目成功申报为河南省重大科技专项，获得财政拨款500万元。现本项目已经成功的产出了纯度达到6个9(99.9999%)的高纯硅烷气，年产量600t。纯度达到了国标水平，产品样气已经顺利发往江苏、浙江、广东、福建、安徽、河北以及台湾地区的十余家企业进行使用，产品质量赢得了客户的广泛好评。

随着电子国防工业的不断发展，市场对高纯硅烷的需求量不断增加，公司为提高市场竞争力，抢占有利地位，与2015年12月开工建设高纯硅烷气二期工程。本项目以取得成功的年产600 t高纯硅烷生产技术为基础，扩大生产规模，建设年产3000 t高纯硅烷生产线。

3 延伸产业产业链，进军电子工业领域，打造高端企业

能源、信息、材料是人类社会的三大支柱。半导体硅(多晶、单晶)材料则是电子信息产业(尤其是集成电路产业)、新能源和绿色能源硅光伏产业的主体功能材料，硅材料的使用量至今仍然占全球半导体材料的95%以上，是第一大电子功能材料，且早已是一种战略性的物资和产业。因此半导体硅材料产业、电子信息产业及新能源产业是已被国家列为发展国民经济与国防的七大战略性新兴产业中的三大项。半个世纪以来，美、日、德等国际十大公司一直垄断着半导体硅材料的技术、市场，且掌控售价，对我国进行封锁，严重地制约着我国的现代化进程。进入二十一世纪以来，我国的信息产业也已快速超过传统产业而成为国民经济中的第一大产业和对外出口创汇的支柱产业。我国已成为全球最大的电子信息产品制造基地。从2003年开始我国的电子信息产业规模已超过日本而跃居世界第二位，仅排在美国之后。作为全球最大的集成电路消费市场，我国半导体芯片的进口依存度接近80%，高端芯片的进口率更是超过90%。据统计，国芯片产业每年进口需要消耗2300多亿美元外汇，超过了石油和大宗商品，成为第一大进口商品。

鉴于电子硅材料在国家中拥有重要的战略地位，因此多年来，各发达国家和地区都投以巨资发展硅材料，硅器件和硅集成电路。首山焦化“高纯硅烷气的新型关键技术研究”项目作为公司产业转型的标杆，现已取得了丰硕的成果。公司依托高纯硅烷，延长企业产业链，提高硅烷产品附加值，进行电子级多晶硅、单晶硅的生产研究，积极向新领域进军，也是集团公司实现产业的战略转移，向新能源发展的一个核心产业，也是基于集团公司重点资助的产业链中的一环，打通这一环，就能顺利向新能源领域大规模进军，对集团的长期、稳定、健康以及跨越式发展具有重要的战略意义。并且本项目是响应国家的战略方针，顺应我国信息产业和新能源产业发展的总体方向，为我国信息产业和光伏新能源产业的健康和快速发展提供必要的技术支撑，也将填补我国在高纯多晶硅方面的空白，改变多晶硅行业的产业结构，为国防军工和广大人民群众提供必需的信息材料，具有重大的战略和现实意义。

首山焦化公司与研究院借鉴国外已经成熟的技术，根据国际对上生产区熔级棒状高纯电子级多晶硅的实际情况分析，对棒状多晶硅生产研究决定采用西门子(钟罩式CVD)炉的工艺。根据高校对多晶硅流化床基础理论和试验的结果，进行小试试验制备粒状多晶硅，已经小试，为终试提供了理论基础，首山焦化公司1000t/a多晶硅项目已经开工。本项目流化床粒状多晶硅的开发成功，将为电子、光伏行业提供廉价、高质量的光伏硅材料，降低太阳能发电的成本，同时也能产出一般半导体用的电子级多晶硅，为我国能源结构的改变以及环保做出贡献。同时首山多晶硅项目也集团公司产业结构调整及转型升级进军高科技、新领域的第一站，最终将推动首山焦化公司发展成为在新能源行业处于领军地位的高科技公司。

公司将继续加大对高纯硅烷、电子级多晶硅的投入，计划在十三五期间建设完成年产10000 t高纯硅烷项目，基本满足国内市场供应需要，并建设10000t电子级多晶硅项目，逐步替代国外电子级多晶硅，加快建设全球一流的硅烷新材料产业基地。与国内光伏产业集团隆基硅材料股份有限公司投资20亿合作建立2GW太阳能电池项目已完成项目论证，生产厂房已完成，目前准备进入设备采购和安装阶段。2GW太阳能电池项目也是河南省十三五期间重点科技支持项目。

首山焦化目前在建的其他高端科技项目有：①与设计院合作建立省级的针状焦工程技术研究中心，实施10万t/a的针状焦项目已建设开工;②与国内炭素生产企业合作投资30亿建立6万t/a超高功率石墨电极项目以及6万t/a焦炉煤气制乙炔项目已进入实验研究阶段。

今后，首山焦化公司将继续坚持以科技创新为原则，走生态经营理念，将以煤焦化工为核心，发展循环经济，开发高纯硅烷电子气体、进军电子级多晶硅领域，促进产业转型，对接集团产业规划，形成为煤基尼龙化工、煤基盐化工、煤基电子/新材料、煤基碳素/碳纤维，高纯硅烷/电子级多晶硅五大产业链，做到原料入厂后“吃干榨净”，全部转化为产品，能量回收利用，实现经济效益和社会效益的双赢。但是作为一个发展中传统煤焦化企业，首山焦化在企业转型升级、循环经济发展上还存在许多问题，需要向同行和专家学习，也欢迎同行和各位专家学者到首山焦化交流指导。