多晶硅--三氯氫硅生產(chǎn)工藝流程
發(fā)布時(shí)間:
2023-01-20
三氯氫硅的英文學(xué)名為T(mén)richlorosilane，在CAS(國際化學(xué)文摘雜志)中編號為10025-78-2，它的常見(jiàn)分子式是SiHCl3，分子量為135.45，常見(jiàn)熔點(diǎn)為mp -126.5°C，常見(jiàn)沸點(diǎn)為bp760 31.8°C, also reported as 36.5°C，常見(jiàn)密度為d40 0.001383 g/cm3，這是一種由Cl 78.52%, H 0.74%, Si 20.73%構成的化合物。
中文名 : 三氯氫硅
英文名 : Trichlorosilane
化學(xué)式 : SiHCl3
組成 : Cl 78.52%, H 0.74%, Si 20.73%
相對分子質(zhì)量 : 135.45
相對密度 : d40 0.001383 g/cm3; d420 1.3417 kg/m3; d425 1.3313 kg/m3
熔點(diǎn) : mp -126.5°C
沸點(diǎn) : bp760 31.8°C, also reported as 36.5°C
折射率 : nD20 1.4020; nD25 1.3983
CAS : 10025-78-2
簡(jiǎn)介 : 三氯氫硅的英文學(xué)名為T(mén)richlorosilane，在CAS(國際化學(xué)文摘雜志)中編號為10025-78-2，它的常見(jiàn)分子式是SiHCl3，分子量為135.45，常見(jiàn)熔點(diǎn)為mp -126.5°C，常見(jiàn)沸點(diǎn)為bp760 31.8°C, also reported as 36.5°C，常見(jiàn)密度為d40 0.001383 g/cm3，這是一種由Cl 78.52%, H 0.74%, Si 20.73%構成的化合物。
1、三氯氫硅主要用途
三氯氫硅(HSiCl3)是一種用途非常廣泛的有機硅單體，是生產(chǎn)半導體硅、單晶硅和多晶硅的重要原料，亦是合成有機硅烷和烷基、芳基以及有機官能團氯硅烷最基本的單體。隨著(zhù)多晶硅及有機硅烷偶聯(lián)劑工業(yè)的發(fā)展，尤其是精細化工、有機硅產(chǎn)業(yè)、電子產(chǎn)品、光纖通訊等行業(yè)的快速發(fā)展，為三氯氫硅的生產(chǎn)和下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了巨大的市場(chǎng)空間和機遇。對氯堿企業(yè)而言，三氯氫硅還是一個(gè)可規劃的產(chǎn)值高、有發(fā)展前途的產(chǎn)品，投資小，見(jiàn)效快，具有很好的經(jīng)濟效益，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力大。
2、三氯氫硅市場(chǎng)需求
三氯氫硅主要用做硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑和多晶硅的中間體，目前我國硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑和多晶硅產(chǎn)品需求都很旺盛。
國際上(包括中國)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)主要采用改良西門(mén)子法，即用氯和氫合成氯化氫(或外購氯化氫)，氯化氫再與工業(yè)硅粉在一定溫度下合成三氯氫硅，隨后對三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內進(jìn)行CVD反應生產(chǎn)多晶硅。這說(shuō)明，生產(chǎn)廠(chǎng)商只要外購到生產(chǎn)多晶硅的核心原料如三氯氫硅，就完全可以在其他地區生產(chǎn)多晶硅。經(jīng)過(guò)我們的調查，目前大部分多晶硅生產(chǎn)廠(chǎng)商基本上以外購原材料為主。
3、晨光院三氯氫硅技術(shù)優(yōu)勢
三氯氫硅采用硅粉與氯化氫氣體在流化床反應器中生成，在生產(chǎn)中消耗大量的氯氣和氫氣，是氯堿企業(yè)的種很好的提高經(jīng)濟效益的氯平衡產(chǎn)品。
三氯氫硅又稱(chēng)硅氯仿，分子式為SiHCl3，甲硅烷的三氯代物。為一種易流動(dòng)的無(wú)色液體，密度1.34克/厘米;能溶于苯、氯仿和二硫化碳。
用于有機硅烷和烷基、芳基以及有機官能團氯硅烷的合成，是有機硅烷偶聯(lián)劑中最基本的單體，也是生產(chǎn)半導體硅、單晶硅的原料，隨著(zhù)有機硅烷偶聯(lián)劑工業(yè)的發(fā)展而出現供不應求，生產(chǎn)量越來(lái)越大。
三氯氫硅為一種易流動(dòng)的無(wú)色液體，易揮發(fā)，易潮解，在空氣中發(fā)生反應產(chǎn)生白煙并放出強烈的惡臭味，遇水分解，易溶于苯、醚、氯仿和二硫化碳等有機溶劑。熔點(diǎn)為-126.5℃，沸點(diǎn)為31.8℃，閃點(diǎn)為-13.9℃。屬一級遇濕易燃易爆物品，自燃溫度為185℃，在空氣密度為1時(shí)，蒸汽相對密度為4.7，在空氣中爆炸極限為1.2～90.5%(體積分數)。遇水反應產(chǎn)生氯化氫氣體;它與氧化劑發(fā)生強烈反應，遇明火、高熱時(shí)發(fā)生燃燒或爆炸。其火災危險性屬甲B類(lèi)。
參考中國報告網(wǎng)發(fā)布《2017-2022年中國三氯氫硅市場(chǎng)競爭調研及十三五發(fā)展態(tài)勢預測報告》
三氯氫硅生產(chǎn)主要有3個(gè)工序：三氯氫硅合成、三氯氫硅精餾、尾氣處理。
1、三氯氫硅合成生產(chǎn)工藝
硅粉用人工加入硅粉干燥器，用蒸汽加熱至一定的溫度，然后利用氮氣和位差壓入硅粉計量罐，最后由硅粉給料機送入三氯氫硅沸騰爐，與通入的氯化氫氣體在一定的溫度下反應;生成的氣體經(jīng)重力沉降器、布袋過(guò)濾器、高沸物去除器、2級冷凝器后得到粗品三氯氫硅;粗品三氯氫硅經(jīng)計量槽放入氯化料儲槽。
此工藝在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現了以下7種情況：硅粉加入管道容易堵塞，經(jīng)常需人工敲打，增加工人勞動(dòng)強度，而且容易造成爐內壓力不穩定，影響三氯氫硅合成收率;硅粉給料機密封不好，造成沸騰爐爐頂氣外漏，存在極大的安全隱患;氯化氫氣體含水量高，縮短設備使用壽命，檢修頻繁，裝置達不到設計能力;經(jīng)2級冷凝器冷凝下來(lái)的粗品量少，系統尾氣量大，尾氣吸收池內的水解物過(guò)多;冷卻水量不容易控制，特別是剛開(kāi)車(chē)時(shí)容易造成停爐;水冷器容易堵塞，生產(chǎn)裝置的連續生產(chǎn)無(wú)保障;系統壓力不穩定，導致氯化氫進(jìn)爐量不穩定，容易造成停爐。
2、三氯氫硅精餾工藝流程
粗品儲罐內的三氯氫硅用泵經(jīng)轉子流量計計量進(jìn)入精餾塔塔釜;用蒸汽調節閥控制釜內溫度;三氯氫硅氣體自塔頂流出，經(jīng)過(guò)塔頂冷凝器冷凝后，一部分進(jìn)入產(chǎn)品計量槽，分析合格后進(jìn)入成品貯罐，另一部分回流至塔頂;四氯化硅積存于精餾塔塔底，通過(guò)計量調節閥送入四氯化硅儲槽。
技改前的三氯氫硅生產(chǎn)工藝流程圖
(1)第1級冷卻器;
(2)第2級冷卻器;
(3)氯化氫捕集器;
(4)氯化氫緩沖罐;
(5)硅粉干燥器;
(6)硅粉料倉;
(7)硅粉計量罐;
(8)硅粉給料機;
(9)沸騰爐;
(10)重力沉降器;
(11)布袋過(guò)濾器;
(12)高沸物去除器;
(13)水冷器;
(14)深冷器;
(15)氯化料計量罐;
(16)溫水冷卻器;
(17)溫水儲槽;
(18)尾氣吸收塔
資料來(lái)源：公開(kāi)資料整理
三氯氫硅精餾工藝流程圖
(1)氯化料儲槽;
(2)氯化料進(jìn)料泵;
(3)1塔再沸器;
(4)1精餾塔;
(5)1塔塔頂冷凝器;
(6)1塔塔頂冷凝器緩沖罐;
(7)低沸物計量罐;
(8)2塔再沸器;
(9)2精餾塔;
(10)2塔塔頂冷凝器;
(11)2塔塔頂冷凝器緩沖罐;
(12)高沸物計量罐;
(13)產(chǎn)品計量罐
資料來(lái)源：公開(kāi)資料整理
此工藝的操作要點(diǎn)是塔頂和塔釜的溫度、進(jìn)出料量和回流比。塔頂和塔釜的溫度一旦控制不好,產(chǎn)品純度必將受影響,導致不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生;穩定的進(jìn)出料量是精餾操作穩定的充分必要條件;回流比關(guān)系著(zhù)產(chǎn)品質(zhì)量和能耗的大小。
3、尾氣處理
尾氣的主要成分為三氯氫硅、氯化氫和氫氣。原工藝對尾氣的處理方法主要是經(jīng)水洗塔水解，生成不溶于水的二氧化硅和鹽酸。這種處理方法不但浪費三氯氫硅，提高了三氯氫硅的生產(chǎn)成本，管道容易堵塞，而且對水解物的清理增大了工人的勞動(dòng)強度，對酸性水的處理增加了污水處理費用。
今后的改造方向
(1)沸騰爐用溫水冷卻改為用導熱油冷卻，進(jìn)一步穩定沸騰爐的反應溫度，延長(cháng)設備使用壽命，同時(shí)利用導熱油的熱量加熱硅粉和預熱進(jìn)爐的氯化氫，副產(chǎn)的低壓蒸汽供三氯氫硅精餾使用，從而進(jìn)一步降低汽耗，提高三氯氫硅合成收率。
(2)改進(jìn)硅粉干燥系統，提高硅粉干燥溫度，由現在的100e提高到200e左右，進(jìn)一步減少硅粉中的水含量，進(jìn)一步提高三氯氫硅的收率。
(3)尾氣系統增加增壓冷凝和變壓吸附設施，進(jìn)一步回收尾氣中的三氯氫硅，同時(shí)對尾氣中的氯化氫和氫氣進(jìn)行二次利用，既解決/三廢問(wèn)題，又大大降低三氯氫硅的生產(chǎn)成本。
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