三氯氢硅的合成工艺

1、三氯氢硅合成工艺7 t0 u0 x8 Q/ 3.1 三氯氢硅的性质; 1 U) P6 z& X2 o# |' b+ J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4.7，在空气中爆炸极限为1.290.5%(体积分数)。主要用途为单晶硅原料、外延成长、硅液、硅油、化学气相淀积、硅酮化合物制造、电子气。主要制备方法：(1)在高温下Si和HCl反应。(2)用氢还原四氯化硅(采用含铝化合物的催化剂)。2 a4 R1 y"

2、; L& R; p  & 1 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，遇明火则强烈燃烧，燃烧时发出红色火焰和白色烟，生成SiO2、HCl和Cl2；4 N3 C+ E7 P3 T! i反应方程式为：, V/ ?7 S+ y4 x7 Z4 tSiHCl3+O2SiO2+HCl+Cl2；1 h  x+ K2 O( 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，受热时引起猛烈的爆炸。它的热稳定性比二氯硅烷好，在900时分解产生氯化物有毒烟雾(HCl)，还生成Cl2和Si

3、。% c6 u" * P  O! a3 N 遇潮气时发烟，与水激烈反应，反应方程式为：* Q+ : t" : S( E9 Y 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl；5 D, 7 q& / r" m5 z 在碱液中分解放出氢气，反应方程式为：1 t' I. q, L- a* k1   d* r; Y SiHCl3+3NaOH+H2OSi(OH)4+3NaCl+H2；* e) I5 q  F* |# g 与氧化性物质接触时产生爆炸性反应。与乙炔、烃等碳氢化合物反应产生有机氯硅烷，

4、反应方程式为：3 ; K& S9 Z. R3 J2 % z  M. XSiHCl3+CHCHCH2CHSiCl30 w( G$ P2 E$ , 5 8 W( M SiHCl3+CH2=CH2CH3CH2SiCl3" r( J# U* Q. Y) N4 L% c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腐蚀，但是在有水分存在时腐蚀大部分金属。5 d! W( G% ) p% , b 3.2 三氯氢硅合成的目的和意义9 k9 a- f( h/

5、g' Q8 P1 " ! e本岗位是将干燥的硅粉输送到流化床内，在流化床反应器内，硅粉与氯化氢气体进行合成反应，反应生成的氯硅烷混合单体经过除气、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，氯化氢气体重新返回流化床循环使用，塔底混合单体经单体冷却器冷却后送入混合单体储罐)中供精馏岗位使用。混合单体在精馏得到提纯后即可得到产品三氯氢硅和副产品四氯化硅。- * s4 L2 ' M1 i2 c5 E3.3 三氯氢硅合成工艺流程简述$ E% b# Q6 T5 B, m. A! $ v$ ' n, k反应方程式为：5 V# m1 / V3 U/ Z)

6、f0 Y1 P: v9 M Si+3HClSiHCl3+H20 R% 3 N, K- E" p1 L8 C6 z 副反应化学方程式为：  r" _0 T0 S" t) x/ q' ASi+2HClSiH2Cl2 (T<280)# W$ l3 D4 v% o, Q3 m. R Si+4HClSiCl4+2H2(T>350)8 w8 t# s. |6 M& ; " 由氯化氢加热器来的氯化氢气体(5080),经调节阀调节回收氯化氢，一起从流化床底部进入流化床反应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

7、应温度控制再280320，反应压力0.20.3MPa，反应过程中通过观察反应器压力判断料层的高度。% U& 8 p" R, S$ G. ' f' r 反应器不同位置的反应温度判断反应点，该反应为放热反应，生成热由通入反应器内拐型管的热水带出，控制流化床反应温度在280320。7 (   j  4 : m% L热水罐内的热水经热水泵打入反应器拐型管内，热水罐与蒸汽总管扣连，保持热水罐的压力为0.4MPa，液位80%左右，热水再拐型管内汽化成蒸汽(0.4MPa)。蒸汽从流化床反应器出来进入热水罐产生的0.4MPa的饱和蒸汽可

8、供其他耗气设备使用。- X, X% W+ E+ G8 I. ! ' p 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补充因反应汽化带走的水。" E9 % a+ u: W* 流化床反应器产生的氯硅烷、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%的未反应硅粉后，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。6 h- |/ d5 B" W7 j 3.4 影响三氯氢硅合成生产的因素(

9、 D4 e$ x+ e  E# J4 N9 k' F1 P: S     影响三氯氢硅生产合成的因素主要有：温度(生产流程中已叙述)、氧和水分的影响、游离氯的控制、硅粉粒度、料层高度和氯化氢流量。以下针对影响因素作简要概述。% h: U0 E3 r. A4 x. E: D3 M(一) 氧和水份的影响: K9 W9 t& L8 氧和水份对合成反应伤害很大，因为Si-0化学键比Si-Cl化学键更稳定，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，影响反应的正常进行，使产物中三氯氢硅含

10、量降低，此外还形成硅胶类物质堵塞管道，使生产系统发生故障。/ N% |* m' r- _) b' j: S(二) 游离氯的控制  5 E- h2 q; T- e* N' i3 J+ g 游离氯对合成炉的影响主要是两个方面：一是含量过高有爆炸危险，另外是会影响合成的质量。通过氯化氢合成炉反应时氢过量4%左右来控制游离氯，并用含量检测仪连续检测氯化氢的质量来确保游离氯含量低于生产要求。$ M" j  K! o5 h+ P + L- c3 S* |* H- 1 ) Y+ E) (三) 硅粉粒度* D7 s. 6 c+ e, x

11、: 6 S 硅粉与氯化氢气体反应是在硅的表面进行的，硅粉比表面积越大，越有利于反应，即要求硅粉粒度应该较小。但是粒度过小，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，较小的颗粒迅速反应，很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。$ z$ q6 P# 0 M% , ) Z- q9 g2 J7 T! p# u, d0 f/ A5 m(四) 料层高度和氯化氢流量9 A, Q1 s. y+ U/ R  N  O硅粉料层高度和氯化氢流量是影响三氯氢硅产量和质量的重要因素，料层过高压力

12、降增加，要求进气压力相应提高。过高的压力降造成炉内的稳定性变差，有形成“喷泉”或“沟流”的可能，更有形成“管涌”的可能性，如果料层过低，产生不均匀沸腾，反应的接触时间也缩短，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定。* , U' ?/ f7 L, ' x2 0 3.5 三氯氢硅合成尾气处理5 E( r- P* 1 I& y8 n 所有的化工生产都得面临着三废问题，由于三氯氢硅生产主要的问题是废气处理问题。因此，本文只对尾气处理作研究和概述。% & I& l3 u8 + H/ I尾气治理方法3 q8

13、?    r/ T8 E  H. T; s 将从三氯氢硅合成炉排出的尾气，经压缩使其压力达到0.7 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，这样绝大部分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起送中间产品贮罐，未被冷凝的少量氯硅烷、氯化氢和氢气，可以采取以下三种方法进行回收处理。0 R( u9 3 P2 W/ ! # q% f" v (1) 综合回收法7 L. y' E* ! C 未被冷凝下来的氯化氢、氢气、氯气返回氯化氢合成系统，氢气与氯气按一定比

14、例混合，燃烧生成氯化氢，循环使用。+ h3 n- 1 Y7 d* C6 4 Q# x6 采用综合回收方法使合成工序开路工艺流程变为闭路循环，提高原材料利用率，降低了原材料单耗，实现了无废气排出，彻底解决了环境污染问题。但是，尾气中含有的微量氯硅烷容易与氯化氢中的水反应生成固体二氧化硅堵塞管道，降低三氯氢硅的收率。) P5 9 L# M' V2 D' T. F3 _ (2) 淋洗中和处理方法1 v8 # D9 Q4 D# I( u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。; ! R: y5 + k

15、淋洗中和处理方法工艺简单，技术成熟，投资少，通过控制喷淋系统的水量和中和池的氢氧化钠的投入量，也可以很好地实现合格排放。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应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，三废处理量较大。8 t0 x' U% _( ?+ o; r# W8 p(3) 尾气吸附处理方法- P( 4 s" v/ T2 H, Z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过活性炭后，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，变为副产品盐酸外售。剩余的氢气送氯化氢合成系统按一定比例与氯气燃烧生成氯化氢循环使用。# s