三氯氢硅生产工艺.docx

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三氯氢硅生产工艺

三氯氢硅生产工艺

三氯氢硅的生产大多采纳沸腾氯化法，要紧包括氯化氢合成、三氯氢硅合成、三氯氢硅精制等工序。

氯气和氢气在氯化氢合成炉内通过燃烧反映生成氯化氢，氯化氢气体经空冷、水冷、深冷和酸雾捕集脱水后进人氯化氢缓冲罐，然后送三氯氢硅合成炉。

硅粉通过干燥后加入到三氯氢硅合成炉，与氯化氢在300℃左右的高温下反映，生成三氯氢硅和四氯化硅。

生成的粗三氯氢硅气体通过旋风分离和除尘过滤后，进入列管冷凝器进行水冷和深冷，不凝气通过液封送入尾气洗涤塔，处置后达标排放，冷凝液蒸馏塔分离提纯，通常采纳二塔持续提纯，一塔塔顶排低沸物，二塔塔底排高沸物四氯化硅，同时塔顶出三氯氢硅产品。

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第一节

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{7r&N氯化氢合成工艺

氯化氢的性质

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s4^.D6U#Z4E,c'a氯化氢是无色有刺激性气体，熔点为-114.2℃，沸点为85℃，比热容为\kg℃，临界温度为51.28℃，临界压力为8266kPa。

干燥的氯化氢气体不具有酸的性质，化学性质不活泼，只有在高温下才发生反映。

氯化氢极易溶于水。

在标准情形下1体积水可溶解500体积氯化氢，溶于水后即得盐酸。

由于三氯氢硅生产要紧需要氯化氢气体，因此本文对盐酸性质不做深切研究。

氯化氢合成条件

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氯化氢的合成是在特制的合成炉中进行的。

未了确保产品中不含有游离氯，氢气要较氯气过量15%~20%。

实际生产的炉中火焰温度在200℃左右。

由于反映是一个放热反映，为了不使反映温度太高，工业生产通过操纵氯气和氢气的流量和在壁炉外夹套间通冷却水的方法操纵氯化氢出炉温度小于350℃。

在生产中为确保平安生产，要求氢气纯度不小于98%和含氧不大于%；氯气纯度不小于65%和含氢不大于3%。

氯化氢合成工艺

氯化氢合成方程式：

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Cl2+H2→2HCl

氯气经涡连番量计计量氯气（氯气含量97%，压力为含量进入氯气缓冲罐。

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氢气经涡连番量计计量氢气（含量98%，压力为含量经分水罐脱水与循环氢经涡连番量计进入氢气缓冲。

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通过计量的氯气和氢气进行流量调剂，调剂氯气和氢气的比值为1：

~（体积比），送入二合一氯化氢石墨合成炉进行反映，反映生成的热量通过合成炉夹套中的循环水带走，反映生成氯化氢气体，通过3.6米长的石墨套管冷却器，氯化氢气体温度降到165℃以下，送入石墨冷却器用循环水冷却，冷却后氯化氢气体温度降至45℃左右，通入机前深寒气经冷冻水进一步冷却到-20℃~-30℃脱水。

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冷冻后的氯化氢气体经除雾器脱除氯化氢气体中的雾滴后，经机前加热器加热到15~25℃后，进入氯化氢紧缩机使氯化氢气体加压到~，后经缓冲罐（V-103）缓冲进入氯化氢深冷器，氯化氢气体冷却到-15~-25℃,脱除氯化氢气体中的酸水，在进入V-105缓冲脱除氯化氢气体夹带的雾滴，氯化氢气体经加热的（E-106）加热后进入流化床供流化床反映利用。

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氯化氢合成工艺简图：

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第二节

/o"Z  F"g*T#k（Z8N1F&T硅粉精制工艺

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硅粉的性质

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硅的密度为\cm3，沸点为2355℃，熔点为1480~1500℃，在三氯氢硅生产中其水分小于200ppm。

有水易于形成盐酸，盐酸因含有游离氢而侵蚀设备，其爆炸极限下限为160g\cm3。

1c7B  t0~8t硅在地壳中分部很广，约占地壳总质量的1/4，仅次于氧。

要紧分部于黑龙江、吉林。

硅分无定形硅和晶体硅。

晶体硅是灰色有光泽、硬而脆的固体，其结构跟金刚石的结构相似，也是一种原子晶体，硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，单晶硅是良好的半导体，可用来制作半导体器件，如硅整流器、晶体管和集成电路等。

硅粉精制操作的目的及意义

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硅粉精制是把会有必然量水分的硅粉在干燥炉内同氮气流化夹套蒸汽加热进行干燥，去掉水分，干燥后的硅粉含水量是阻碍三氯氢硅质量的关键因素，因此，严格操纵工艺条件，保证硅粉质量是硅粉精制的要紧任务。

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硅粉精制工艺流程简述

硅粉由真空泵抽入或由人孔倒入硅粉干燥器内，然后利用氮气加热器来的氮气（操纵在200~250℃）从干燥炉底部吹入。

同时打开蒸汽阀，给干燥炉夹套通蒸汽升温到180~220℃

之间，每批加热时刻3~4小时左右（依照每批通入硅粉数量确信）。

每批加入的硅粉约1500千克，加热干燥后的硅粉放入硅粉加料罐中储蓄，供合成职位利用。

硅粉精制职位工艺流程简图

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第三节

三氯氢硅合成工艺

三氯氢硅的性质

三氯氢硅别名为硅氯仿、硅仿、三氯硅烷；英文名：

Trichlorosilane、Silicochloroform．三氯氢硅沸点为31.8℃，熔点为-126.5℃，自燃温度为185℃，在空气密度为1时，蒸汽相对密度为，在空气中爆炸极限为~%（体积分数）。

要紧用途为单晶硅原料、外延成长、硅液、硅油、化学气相淀积、硅酮化合物制造、电子气。

要紧制备方式：

（1）在高温下Si和HCl反映。

（2）用氢还原四氯化硅（采纳含铝化合物的催化剂）。

三氯氢硅在常温常压下为具有刺激性恶臭易流动易挥发的无色透明液体。

在空气中极易燃烧，在-18℃以下也有着火的危险，遇明火那么强烈燃烧，燃烧时发出红色火焰和白色烟，生成SiO二、HCl和Cl2；

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反映方程式为：

SiHCl3+O2→SiO2+HCl+Cl2；

三氯氢硅的蒸汽能与空气形成浓度范围很宽的爆炸性混合气，受热时引发猛烈的爆炸。

它的热稳固性比二氯硅烷好，在900℃时分解产生氯化物有毒烟雾（HCl），还生成Cl2和Si。

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遇潮气时发烟，与水猛烈反映，反映方程式为：

2SiHCl3+3H2O→（HSiO）2O+6HCl；

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在碱液中分解放出氢气，反映方程式为：

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SiHCl3+3NaOH+H2O→Si（OH）4+3NaCl+H2↑；

　　与氧化性物质接触时产生爆炸性反映。

与乙炔、烃等碳氢化合物反映产生有机氯硅烷，反映方程式为：

&q#@+D9e6xSiHCl3+CH≡CH→CH2CHSiCl3

SiHCl3+CH2=CH2→CH3CH2SiCl3

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）|在氢化铝锂、氢化硼锂存在条件下，SiHCl3可被还原为硅烷。

容器中的液态SiHCl3当容器受到强烈撞击时会着火。

可溶解于苯、醚等。

无水状态下三氯氢硅对铁和不锈钢不侵蚀，可是在有水分存在时侵蚀大部份金属。

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三氯氢硅合成的目的和意义

本职位是将干燥的硅粉输送到流化床内，在流化床反映器内，硅粉与氯化氢气体进行合成反映，反映生成的氯硅烷混合单体通过除气、净化、冷却、加压、再冷却后送到脱气塔内，塔顶脱除低沸物氯化氢，氯化氢气体从头返回流化床循环利用，塔底混合单体经单体冷却器冷却后送入混合单体储罐）中供精馏职位利用。

混合单体在精馏取得提纯后即可取得产品三氯氢硅和副产品四氯化硅。

Z-G;@.L#o7n$s5三氯氢硅合成工艺流程简述

反映方程式为：

Si+3HCl→SiHCl3+H2↑

副反映化学方程式为：

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Si+2HCl→SiH2Cl2（T<280℃）

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Si+4HCl→SiCl4+2H2↑（T>350℃）

由氯化氢加热器来的氯化氢气体（50~80℃

）,经调剂阀调剂回收氯化氢，一路从流化床底部进入流化床反映器内与硅粉在流化床内以流化状态型式合成氯硅烷，合成反映温度操纵再280~320℃，反映压力~，反映进程中通过观看反映器压力判定料层的高度。

反映器不同位置的反映温度判定反映点，该反映为放热反映，生成热由通入反映器内拐型管的热水带出，操纵流化床反映温度在280~320℃。

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热水罐内的热水经热水泵打入反映器拐型管内，热水罐与蒸汽总管扣连，维持热水罐的压力为，液位80%左右，热水再拐型管内汽化成蒸汽。

蒸汽从流化床反映器出来进入热水罐产生的的饱和蒸汽可供其他耗气设备利用。

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渣浆接收罐、渣浆蒸发器、蒸汽尾凝器、机前加热器、进料加热器、硅粉干燥炉、脱气再沸器、脱低再沸器、成品再沸器等整个系统蒸汽冷凝液进入凝水罐内，由补水泵打入到V-302补充因反映汽化带走的水。

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流化床反映器产生的氯硅烷、氢气、氯化氢、混合气体依次经一旋分离器、二旋分离器分离出80%~90%的未反映硅粉后，在除尘器内由来自洗涤泵打出的氯硅烷混合洗涤降温后进入渣浆接收罐内进一步脱除硅粉后进入冷凝器冷凝。

阻碍三氯氢硅合成生产的因素

    阻碍三氯氢硅生产合成的因素要紧有：

温度（生产流程中已表达）、氧和水分的阻碍、游离氯的操纵、硅粉粒度、料层高度和氯化氢流量。

以下针对阻碍因素作简要概述。

（一）氧和水分的阻碍

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氧和水分对合成反映损害专门大，因为Si-0化学键比Si-Cl化学键更稳固，进入系统的氧元素都会与硅合成硅胶或硅氧烷类物质，一方面在硅粉表面形成一层致密的氧化膜，阻碍反映的正常进行，使产物中三氯氢硅含量降低，另外还形成硅胶类物质堵塞管道，使生产系统发生故障。

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（二）游离氯的操纵

游离氯对合成炉的阻碍主若是两个方面：

一是含量太高有爆炸危险，另外是会阻碍合成的质量。

通过氯化氢合成炉反映时氢过量4%左右来操纵游离氯，并用含量检测仪持续检测氯化氢的质量来确保游离氯含量低于生产要求。

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W  b（三）硅粉粒度

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硅粉与氯化氢气体反映是在硅的表面进行的，硅粉比表面积越大，越有利于反映，即要求硅粉粒度应该较小。

可是粒度过小，流化时容易形成聚式流化床，有较多的气泡，将抑制传质进行，使氯化氢的一次转化率降低，同时，较小的颗粒迅速反映，专门快就达到带出粒径范围，使硅粉的利用率降低。

因此，选用粒度适中的硅粉是很重要的。

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（四）料层高度和氯化氢流量

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硅粉料层高度和氯化氢流量是阻碍三氯氢硅产量和质量的重要因素，料层太高压力降增加，要求进气压力相应提高。

太高的压力降造成炉内的稳固性变差，有形成“喷泉”或“沟流”的可能，更有形成“管涌”的可能性，若是料层太低，产生不均匀沸腾，反映的接触时刻也缩短，产量会降低。

氯化氢的流量决定了颗粒床的流化状态。

具体的料层高度和氯化氢流量需通过实际生产实践确信。

三氯氢硅合成尾气处置

所有的化工生产都得面临着三废问题，由于三氯氢硅生产要紧的问题是废气处置问题。

因此，本文只对尾气处置作研究和概述。

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3.5.1尾气治理方式

将从三氯氢硅合成炉排出的尾气，经紧缩使其压力达到MPa后进入水冷却器进行初步冷却，然后再进入冷凝器经45℃冷媒进一步冷却，如此绝大部份三氯氢硅被冷凝成液体，与氯化氢、氢气分离冷凝的三氯氢硅液体与合成的三氯氢硅一路送中间产品贮罐，未被冷凝的少量氯硅烷、氯化氢和氢气，能够采取以下三种方式进行回收处置。

（1）综合回收法

未被冷凝下来的氯化氢、氢气、氯气返回氯化氢合成系统，氢气与氯气按必然比例混合，燃烧生成氯化氢，循环利用。

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采纳综合回收方式使合成工序开路工艺流程变成闭路循环，提高原材料利用率，降低了原材料单耗，实现了无废气排出，完全解决了环境污染问题。

可是，尾气中含有的微量氯硅烷容易与氯化氢中的水反映生成固体二氧化硅堵塞管道，降低三氯氢硅的收率。

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（2）淋洗中和处置方式

氯化氢、氢气和少量的未冷凝的氯硅烷送尾气淋洗塔，用大量水进行喷淋吸收，氯化氢溶解于水中，氯化氢水溶液经氢氧化钠中和达标后排放。

淋洗中和处置方式工艺简单，技术成熟，投资少，通过操纵喷淋系统的水量和中和池的氢氧化钠的投入量，也能够专门好地实现合格排放。

缺点是没有对氯化氢和氢气进行二次利用，使消耗增高。

另外尾气中的氯硅烷与水反映生成不溶于水的二氧化硅和盐酸，同时氯化氢溶于水也形成盐酸，三废处置量较大。

（3）尾气吸附处置方式

利用活性炭对氯硅烷的吸附作用。

当尾气中氯化氢、氢气及少量未液化的氯硅烷经度日性炭后，其中的氯硅烷就被活性炭吸附，当活性炭吸附饱和后，由蒸汽加热，脱出吸附的氯硅烷，与合成产品一同送离系统进行分离。

未被吸附的氯化氢经水吸收后，变成副产品盐酸外售。

剩余的氢气送氯化氢合成系统按必然比例与氯气燃烧生成氯化氢循环利用。

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吸附塔吸附方式是在回收少量的氯硅烷的基础上，尾气中的氯化氢被水吸收后成为盐酸。

不但解决了酸性水排放的问题，同时增加了副产品盐酸，增加了经济效益。

可是该方式对活性炭的要求较高，蒸汽用量较大，经济性差。

综合以上因素，以为应该是采纳第一种方式的基础上综合第二种第三种技术的优势采取综合处置，闭路循环处置尾气，然后从头返回到流化床中参与反映，尽可能的提高氯化氢利用率，提高经济效益。