多晶硅合成工段1

（合成工段）液氯汽化氯化氢合成三氯氢硅合成1、液氯汽化单元1.1物料性质1.1.1物理性质：分子式：Cl2

分子量：70.906氯是元素周期系第ⅦA族元素，原子序数17，原子半径0.099nm，Cl-离子半0.181nm。氯在自然界中主要以钾、钠、钙、镁的无机盐形式存在于海水中，其中以氯化钠含量最高。

氯气溶解于水，在水中溶解度随温度升高而降低。在标准状况下，氯气比重为3.214，常压下纯氯气在-34.5℃就可以液化成液氯，常温下（25℃），6—8大气压下被液化成液氯。液氯是黄色透明液体，在0℃时液氯比重为1.47,相当于457L标况下氯气,常压下液氯在-103℃被凝固成固态氯。氯气对空气的相对密度为2.45，比空气重，泄漏的氯气常常滞留在地面，不容易散发。液氯/氯气为剧毒物质，氯气在空气中的最大允许浓度为1mg/m3。毒性危害程度等级为Ⅱ级，属高度危害，能严重刺激皮肤、眼睛、粘膜；高浓度时，有窒息作用；可引起喉肌痉挛、粘膜肿胀、恶心、呕吐、焦虑和急性呼吸道疾病，如咳嗽、咯血、胸痛、呼吸困难、支气管炎、肺水1.1.2、化学性质:氯的化学性质非常活泼,单质具有强氧化性,在一定条件下,氯能够与所有的金属及大部分非金属反应。

（1）氯气与氢气的反应：Cl2+H2

光照

2HCl

氯气与氢气的混合物在常温下缓慢的化合，但在强光照射时反应加快，甚至会发生爆炸反应，混合物爆炸极限为：5—87.5%（含氢气体积比）。（2）氯气与水的反应：Cl2+H2O HClO+HClHClO→HCl+[O]此反应为歧化反应，是可逆反应，加酸能抑制氯气的水解，加碱则促进水解。生成的次氯酸不稳定，分解成HCl和新生态氧[O]，新生态氧[O]是强氧化剂，对金属的腐蚀性很强。（3）氯气与氨的反应：6Cl2+12NH3

9NH4Cl+NCl3+N2 （4）氯气与有机物反应:3Cl2+C6H6

光照C6H6Cl6(加成反应)。

（5）氯气与碱反应：氯气与碱溶液的反应实际上是，首先与水反应，生成的盐酸和次氯酸再与氢氧根发生酸碱中和反应生成氯化盐和次氯酸盐：CL2+H2O＝HCL+HClOH++OH-＝

H2O1.1.3用途:氯气的用途极为广泛，以下仅述其主要用途：(1)、杀菌消毒:如:自来水、游泳池、鱼肉等的消毒。(2)、漂白与制浆：如：纸浆与棉花纤维以及化学纤维的漂白，氯化纸浆的制造等。(3)、矿石的精炼：如：镁的冷冻和精制，钛、硅、锆等制成氯化物然后还原成金属。(4)、制造无机氯化物：如：制盐酸、漂白粉、氯化硫、三氯化磷、五氯化磷等。(5)、制有机氯化物：如：农药、有机溶剂、合成橡胶等。1.2工艺原理1.2.1液氯汽化利用液氯在20℃时的饱和蒸汽压为0.6864Mpa.A，用热水加热液氯，使其在24.5℃下汽化，得到工艺要求的氯气压力。液氯钢瓶内压力需高于汽化器压力，液氯才能顺利流入汽化器，故钢瓶内压力应控制在0.69Mpa.G，其对应温度约26℃。

变温吸附的基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同温度下有不同的吸附容量，并且在一定的吸附温度下对被分离的气体混合物的各组份又有选择吸附的特性，低温吸附除去原料气中杂质组份，加温脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。

因此，采用多台吸附床，循环地变动所组合的各吸附床温度，就可以达到连续分离气体混合物的目的。

TSA法脱除氯气中水分，即利用所选择吸附剂在一定的吸附操作温度下，选择吸附水而使气体得以净化。当吸附床温度升高时，被吸附的组份就得以解吸，并使吸附剂得以再生，使吸附床按一定的顺序变动温度就组成连续分离气体混合物的

TSA装置。整个操作过程在入塔原料气压力和温度下进行。A.吸附剂的再生通过四个步骤完成：（1）．吸附塔温度升至高温：首先逆着吸附方向用高温氮气将温度升高到规定温度；（2）．逆着吸附方向用高温氮气将吸附剂中水分带出塔外；（3）．用冷氮气冷却吸附床；（4）．吸附塔被产品气加压到吸附压力，以准备再次吸附分离原料气。B.吸附器工作过程每个吸附塔在一次循环中需经历：吸附、逆放、置换P1、加热、冷却C1、置换P2、产品气再加压、冷却B等步骤。（1）吸附（A）：来自界外的湿氯气，从吸附塔下端入口，在吸附工作压力下，通过KV101A、KV101B阀自下而上地流经吸附床时，气流中水分被吸附剂选择地吸附，脱除水分后气体从塔顶排出作为产品气输出。当杂质组份的吸附前沿（即指产品中所允许的最大杂质浓度）到达吸附床一定高度时，即停止进料和输出产品气。（2）逆放（BD）：将塔内余气通过阀

KV104A/B逆吸附方向排除，初步再生吸附剂。（3）置换

A（P1）：逆吸附方向通过

KV103A、KV103B向塔内通入氮气，将系统置换干净；（4）加热（R）：将氮气通过

KV103A、KV103B进入电加热器加热到设定温度后通入吸附器，将吸附床温度加热到设定温度；（5）冷却（C1）：停止电加热器工作，继续通入氮气，将床层温度降至设定温度；（6）置换B（P2）：用净化氯气将床层置换干净；（7）产品气再加压（FR）：即为最终充压。利用吸附过程的产品气，通过阀KV3A、KV3B把压力提高到操作压力。这一过程同样也有把床内少量杂质组份再一次推向入口端的作用。本流程所有充压过程均为逆向进行。（8）冷却（C2）：继续通入低温净化氯气，将吸附床内温度降至常温。吸附床为下一循环的所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。1.2.3含氯废气处理含氯废气处理原理：在废气处理塔内NaOH和氯气发生以下反应：Cl2+H2O＝HClO+HClHClO+NaOH＝NaClO+H2OHCl+NaOH＝NaCl+H2O氯气最终与氢氧化钠反应生成次氯酸钠和氯化钠而被吸收。1.2.4NCl3处理液氯中含有少量NCl3（≤20PPm），其蒸汽压远小于液氯的蒸汽压。故从钢瓶引入汽化器的液氯发生汽化时，大部分的NCl3会沉积下来，使汽化器底部液氯中的NCl3浓度逐渐累积升高。当其浓度达到或超过5%（w/w）时有发生剧烈分解而爆炸的危险。因此，当达到40g/l时，应排放到碱液中进行中和处理。在OH-离子的催化作用下，NCl3发生分解反应，反应产生的氯气再与碱液反应而得到吸收：NCl3＝N2+Cl2Cl2+H2O＝HClO+HClHClO+NaOH＝NaClO+H2OHCl+NaOH＝NaCl+H2O2、氯化氢合成单元2.1原辅材料性质2.1.1HCl性质分子式：HCl分子量：36.461①、物理性质：（1）HCl是一种无色有刺激性气味的气体，易溶于水生成盐酸。在20℃、101.4KPa下，1体积水可溶解442体积氯化氢，1摩尔HCl溶解于（n+1）摩尔水中产生的热量为：22.5kJ/mol。（2）HCl的比重为1.16，熔点为-111℃，沸点为-85℃。（3）HCl在潮湿的空气中易生成白色的烟雾，可用作烟雾剂。②、化学性质：（1）HCl在干燥的情况下不与金属作用，在含水和溶于水时其腐蚀性很强，可以和大部分金属反应生成金属氯化物：2.1.2盐酸性质分子式：HCl分子量：36.461①、物理性质：盐酸是HCl水溶液，纯盐酸为无色液体，有HCl所特有的刺激气味，18℃时HCl饱和溶液含42%HCl，通常的浓盐酸约含37%HCl，比重为1.19。这种酸在空气中由于放出HCl而发烟，因此称为发烟盐酸。②、化学性质：盐酸容易与许多金属起反应，放出H2而生成盐类，与碱类反应生成盐和水。③、用途：盐酸是主要的酸类之一，广泛应用于化学药品、药物、味精、食品、染料、皮革、造纸工业以及镀锡、铅焊、金属去锈和钻探等方面。2.1.3氢气：分子式：H2

分子量：2.016。①、物理性质：H2是一种无色无味的气体，密度很小，在标准状况下为0.08985kg/m3，空气比它重14.38倍。沸点为-252.78℃，熔点为-259℃，H2在水中的2.2工艺流程合成HCl的主要原料是氯气和氢气，氯气来自液氯库，氢气来自SiHCl3合成尾气回收和电解制氢车间。2.2.1工作原理采用氯气在氢气中燃烧的方法来制备HCl。氯气和氢气的反应是连锁反应：Cl2＋能量——2ClCl＋H2——HCl＋H+H+＋Cl2——HCl＋Cl-该反应的发生需要一定的前提条件，即提供一定的能量，在光照或加热情况下，二者能迅速反映，并释放出大量的热。氯化氢的合成，是氯气在氢气流中不爆炸燃烧的条件下进行，点火时，需先点燃氢气，然后再通入氯气，达到氢气与氯气的稳定燃烧。合成炉的烧嘴是套管结构，氯气从内管输送，近反应计算量过量约4%的氢气从外管输送，这样就可保证氯气在氢气气氛中全部燃烧，既可控制游离氯的含量不超标，又可避免产生具有爆炸性的混合气。一般而言，合成HCl中氢含量为2%以上时，HCL中含有的游离氯量对工艺及设备的影响即可忽略。2.2.2工艺流程说明HCl合成由两个相同的合成单元及一套共用的废气处理装置组成。每个合成单元都由阻火器，HCl合成炉，空气冷却器，循环水冷却器及HCl缓冲罐组成。原料接收装置包括氢气缓冲罐，氯气缓冲罐及氯气泄放缓冲罐，CDI回收的HCl储罐，分别用于合成HCl所用原料氢气、氯气及回收HCl的储存。废气吸收装置包括氯化氢泄放缓冲罐、空气冷却器、吸收塔、盐酸储罐，盐酸循环泵、废酸液收集槽、碱液吸收塔、碱液循环罐、碱液循环泵。2.2.3HCL合成工艺操作简介HCL合成炉中氢气和氯气的反应速度极快。氢气与空气、氯气混合达到一定浓度点燃或光照都会造成爆炸。因此，在操作过程中，我们必须严格按工艺操作规程和安全操作规程要求进行，在点火开始至开停车过程中都不能有任何违章作业。2.3可能出现的故障和处理措施2.3.1火焰熄灭火焰非正常熄灭后，需立即按顺序切断氯气、氢气进气阀，打开HCl缓冲罐前放空阀，通入保安氮气，并关闭氢气和氯气管线上的手动阀。在用氮气进行气体置换完成之前，禁止打开合成炉手孔。火焰熄灭的主要原因可能是合成炉压力过高（接近氢气缓冲罐，氯气缓冲罐的储存压力），也可能是系统出现堵塞或前端原料缓冲罐压力设定不合理。对于前者，应修改原料缓冲罐的设定值；对于后者，系统气体置换完成后排除故障。

氢气和氯气流量配比失衡也是造成火焰熄灭的重要因素，在提量和降量过程中应注意增幅不能太大。如果原料供应不足，原料缓冲罐压力下降到控制下限，系统自动联锁关闭氢气和氯气进气阀，也会造成火焰非正常熄灭。为避免此种情况的发生，液氯库或供氢站应提前通知，使合成炉按正常停车程序进行。2.3.2防爆膜破裂当合成炉的压力超高时，防爆膜破裂。引起合成炉超压的主要原因是合成炉内形成了爆炸性混合气，并被引燃。这是极其危险的，在开车前和火焰熄灭后必须按要求进行气体置换，避免形成爆炸性混合气。生产过程中始终保持氢气过量，也是为了防止形成爆炸性混合气。火焰异常熄灭，提供保安氮气是必不可少的条件。防爆膜破裂后，合成炉压