三氯氢硅生产工艺流程

三氯氢硅生产技术三氯硅烷(HSiCl3)是一种重要的高附加值原料，主要用作半导体工业中制造超纯多晶硅和高纯硅烷的原料及外延生长的硅源。

1 HSiCl3的制备1.1 硅氢氯化法该方法是用冶金级硅粉或硅铁、硅铜作原料与HCl气体反应，可使用Cu或Fe基催化剂，反应在200-800℃和0.05-3MPa下进行，反应式如下：2Si+7HCl→HSiCl3 +SiCl4 +3H2 (1)该反应所用反应器经历了从固定床、搅拌床到流化床的发展过程，工艺也从间歇发展到连续。

反应器由碳钢制成，预先将Si粒子加入反应器，加热至所需温度后，从底部连续通入HCl气体，产物及未反应原料被连续输出，经除尘、精制后，用于生产高纯多晶硅或高纯硅烷。

上述反应是放热反应，反应热为－141.8 kJ/mol。

升高温度有利于提高反应速率，但同时导致HSiCl3的选择性下降。

通过优化反应温度，可明显提高HSiCl3的选择率，例如在300-425℃和2-5kPa条件下使Si与HCl反应，产物以600-1000kg/h连续输出，HSiCl3的选择率高达80%-88%，副产物包括质量分数1%-2% H2SiCl2和1%-4%缩聚物，其余为SiCl4。

HCl气体中的水分对HSiCl3收率有很大影响，因此必须严格干燥。

Si与HCl生成HSiCl3的反应是零级反应，使用纯度大于99.99%的Si作原料时，HSiCl3的收率较低。

Anderson 等在一个微型反应器中用不同级别的Si作原料研究了上述反应，结果表明，冶金级Si原料中所含杂质Al对反应有催化作用，可使反应温度降低，HSiCl3收率提高。

此外，Anderson 和Hoel等研究还发现，Si原料中Cr和Mn的含量对上述反应有明显的影响。

Cr对HSiCl3的选择性有正面影响，当原料中含有质量分数(3-10 00)×10-5的Cr时，HSiCl3的选择性可提高15%-20%。

但原料中的Mn却对Si的反应性和HSiCl3的选择性有负面影响，因此应将其质量分数降至1×10-4以下。

硅氢氯化法该方法是用冶金级硅粉，作原料，与氯化氢气体反应。

可使用铜或铁基催化剂。

反应在200---800和0。

05---3mpa下进行2Si+HCL======HsiCL3+SiCL4+3H2该反应所用反应器经历了从固定床、搅拌床到流化床的发展过程。

工艺也从间歇发展到连续。

反应器由碳钢制成，预先将归粒子加入到反应器，加热到所需地温度后，从底部连续通入氯化氢气体，产物及未反应物料被连续输出，经除尘精制后，用于生产高纯多晶硅和高纯硅烷。

上述反应是放热反应，反应热为-141。

8千焦/摩尔升高温度有利于提高反应速率，但同时导致三氯氢硅选择性下降，通过优化反映温度，可明显提高三氯氢硅的选择率。

例如在300---425度和2到5千帕条件下使硅和氯化氢反应，产物以600---1000千克/小时输出，三氯氢硅的选择率竟高达80—88%，副产物包括质量分数1%--2%二氯硅烷和1—4%的缩聚物，其余为四氯化硅。

氯化氢气体中的水分三氯氢硅的收率优很大影响。

，因此必须严格干燥。

硅与氯化氢生成三氯氢硅的反应应该是零级反应，使用纯度大于99。

99%的硅原料时氢硅的收率较低。

在一个微型反应器中作了研究，结果表明冶金级原料中所含杂质铝对反应有催化作用，可使反应温度降低，三氯氢硅收率提高。

，四氯化硅氢化法3SiCL4+2H2+Si===============4HsiCL3反应温度400-----800压力2---4兆帕该反应为平衡反应，为提高三氯氢硅的收率，优选在氯化氢存在下进行，原料采用冶金级产产品通过预活化除去表面的氧化物后，可进一步提高三氯氢硅的收率三氯氢硅与四氯化硅沸点差距25度，且不产生共沸物，所以比较容易分离。

三氯氢硅生产工艺流程三氯氢硅合成。

将硅粉卸至转动圆盘，通过管道用气体输送至硅粉仓，再加入硅粉干燥器，经过圆盘给料机并计量后加入三氯氢硅合成炉。

在三氯氢硅合成炉内，温度控制在80—310℃，硅粉和氯化氢发生反应，生成三氯氢硅和四氯化硅。

安全操作规程一、概述1．三氯氢硅的用途三氯氢硅是生产半导体用硅的主要中间体，是有机硅行业中硅烷偶联剂的主要原材料。

随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅的需求量大幅增长，三氯氢硅是改良西门子法生产多晶硅的主要原材料。

2．三氯氢硅的生产机理干燥的硅粉和干燥的氯化氢气体在320℃、0.1Mpa左右的工艺条件下，在三氯氢硅合成炉内以流化的形式反应生成三氯氢硅，其化学反应方程式如下：Si + 3HCL = SiHCL3 + H2+ 50千卡在上述工艺条件下，硅粉与氯化氢反应还会产生四氯化硅，其化学反应方程式如下：Si + 4HCL = SiCl4 + 2H2+ 57。

4千卡3．三氯氢硅的物性分子式： SiHCl3分子量： 135。

5熔点： -134℃沸点（101.325kPa）： 31。

8℃相对密度: (水=1）1。

35、（空气=1）4.7爆炸极限：6。

9——-70.0%。

三氯硅烷在常温常压下是具有刺激性恶臭、易流动、易挥发的无色透明液体,易水解,溶于有机溶剂，水解时产生氯化氢气体而具有强刺激性，空气中能燃烧。

4．四氯化硅的物性分子式: SiCl4分子量： 169。

90沸点(101。

325kPa）： 57。

6℃相对密度: （水=1）1.48、(空气=1）5。

86四氯化硅为无色或淡黄色发烟液体，有刺激性气味,易潮解，性质稳定，可混溶于苯、氯仿、石油醚等多数有机溶剂。

四氯化硅属酸性腐蚀品,主要用于制取纯硅、硅酸乙酯等,也用于制取烟幕剂。

二、氯化氢干燥岗位操作法1．流程叙述来自氯碱厂氯碱氯化氢工段的氯化氢气体以管输的形式进入氯化氢厂房内石墨冷凝器进行深冷脱水处理，除雾后经石墨预热器将深冷后的氯化氢气体升至常温以上，进入硫酸干燥塔作进一步的脱水干燥处理.干燥后的氯化氢气体用氯化氢压缩机增压至0。

15Mpa去三氯氢硅厂房。

2．岗位任务2．1氯化氢厂房及三氯氢硅贮罐区、四氯化硅贮罐区所有设备、管线的巡检；2．2盐酸、稀硫酸的装车操作及浓硫酸的卸车操作;2．3硫酸干燥塔换酸操作；2．4三氯氢硅、四氯化硅槽车的装车操作;3．主要工艺指标氯化氢纯度≥92。

三氯氢硅生产工艺
三氯氢硅（简称TCS）是一种无机化学品，主要用于半导体、光电子、电子化学等领域。

下面是三氯氢硅的生产工艺简介。

三氯氢硅的生产主要采用化学反应法，通常从硅源和氯源出发，经过多步反应得到三氯氢硅。

首先，将高纯度的石英砂（SiO2）与异氰酸酯（比如甲基异
氰酸酯）在氯化亚砜存在下反应，生成含有异氰酸酯基团的氯硅酮。

反应条件一般为高温高压，例如180-200℃，3-5 MPa。

反应方程式如下：
SiO2 + 2 ROCN + SO2Cl2 → Si(OCN)2Cl2 + SO2 + 2 HCl
接下来，将得到的氯硅酮与硅源（比如高纯度的多晶硅或硅锭）反应，生成TCS和其他副产物。

该反应需要在惰性气体（如
氩气）保护下进行，反应条件一般是中高温（例如800-1200℃）下，产物需要通过真空蒸馏进行分离纯化。

反应方程式如下：
Si(OCN)2Cl2 + 2 Si → 2 SiCl4 + Si(OCN)4
最后，通过进一步的处理和纯化，得到高纯度的三氯氢硅。

处理方法可以包括蒸馏、结晶、过滤等。

经过这些步骤，可以得到符合要求的三氯氢硅产品。

需要注意的是，三氯氢硅在生产和储存过程中，由于其高度腐蚀性，需要特殊的防腐措施。

生产厂商必须配备防腐材料和设备，进行严格的操作控制和安全管理，以确保生产过程的安全
性。

以上是三氯氢硅的生产工艺的简要介绍。

具体的生产工艺可能还包括一些中间反应和纯化步骤，以上只是一个概述。

多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺摘要：目前市场上有许多生产多晶硅的技术，西门子的先进技术得到广泛应用，以提高原料利用率和保护西门子基础上的环境。

通过气相淀积成柱和封闭式多晶硅生产工艺我国能源生产和消费市场，我国光伏发电量增长了70%，位居世界第一，多晶硅的供应将直接影响光电工业的发展。

多晶硅从化学角度来看是单质硅形态的另一种，在气温条件满足时使用的单质硅凝固，硅原子以金刚石结晶形态排列成多个水晶核，再结晶为硅。

通常是半导体级多晶硅，工业硅经过氯化合成生产硅化后精制，这是通过还原产生的半导体特性的产物。

半导体特性是其主要特征半导体是介于导体与绝缘体之间的物质。

关键词：多晶硅；三氯氢硅精馏节能工艺；1、概述工业硅酮粉，对HCI反应，在SiHCI3中处理，在大气中的H2多晶硅还原炉中再生。

SiH2Cl2和HCI分离后，硅烷作为液体粒子进入多晶硅流化床，在流化床上分解的，上面沉积着的晶体，能产生大量晶粒硅。

这是一个不断完善和经常用于制备现代硅酮，从而导致硅，在金属一级由硅和形成的生产原料是SiHCl3，首先产生于和的反应能量消耗要大得多，因为在生产过程中，其生产周期的每一个阶段的转化都很低，材料在多次往返循环中都需要三氯硅是修复多晶硅的最重要材料之一，为了响应国家的节约号召，我们将生产多晶硅，以实现节能的三氯氢硅精馏电路。

它也被称为硅氯仿，硅氟碳化物和三氯硅，这是三氯甲基硅烷，化学SiHCl3，熔点为101325kpa：-134°C；沸点自燃温度；爆炸极限：6.9%-70%；毒性：易燃程度：在恒压下形成无色透明液体，可快速蒸发的有刺激性的恶臭。

空气中燃烧的高度和燃烧的危险高达-18°C，燃烧时燃烧的高强度产生红、白火焰，形成在烟雾和水的强烈反应下在高温下，硅酮可以由氢还原成[1]。

2、三氯氢硅生产工艺三氯氢化硅的生产除其他外包括氢氯化物的合成、三氯氢硅的合成、粉尘的分离等。

废气的精馏和处理。

GMP-三氯氢硅工艺概述wiki]多晶硅[/wiki]工艺流程[wiki]氢[/wiki]气制备与净[wiki]化工[/wiki]序在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。

电解制得的氢气经过冷却、分离液体后，进入除氧器，在[wiki]催化剂[/wiki]的作用下，氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。

除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。

净化干燥后的氢气送入氢气贮罐，然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。

电解制得的氧气经冷却、分离液体后，送入氧气贮罐。

出氧气贮罐的氧气送去装瓶。

气液分离器排放废吸附剂、氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放、干燥器有废吸附剂排放，均供货商回收再利用。

氯化氢合成工序从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。

出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。

从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐，也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。

氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃，经燃烧反应生成氯化氢气体。

出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后，被送往三氯氢硅合成工序。

为保证安全，本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统，可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。

该系统保持连续运转，可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。

为保证安全，本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。

必要时，氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内，用氢氧化钠水溶液洗涤除去。

该废气处理系统保持连续运转，以保证可以随时接收并处理含氯气体。

三氯氢硅合成工序原料硅粉经吊运，通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。

硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后，硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。

三氯氢硅及合成一、三氯氢硅的基本性质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。

分子量:135.43，熔点(101.325kPa)：-134℃；沸点(101.325kPa)：31.8℃；液体密度(0℃)：1350kg/m3；相对密度(气体，空气=1)：4.7；蒸气压(-16.4℃)：13.3kPa；(14.5℃)：53.3kPa；燃点：-27.8℃；自燃点：104.4℃；闪点：-14℃；爆炸极限：6.9～70%；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，三氯氢硅燃烧时发出红色火焰和白色烟；三氯氢硅的蒸气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，三氯氢硅在900℃时分解产生氯化物有毒烟雾；遇潮气时发烟，与水激烈反应；在碱液中分解放出氢气；三氯氢硅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；在氢化铝锂、氢化硼锂存在条件下，三氯氢硅可被还原为硅烷。

容器中的液态三氯氢硅当容器受到强烈撞击时会着火。

可溶解于苯、醚等。

无水状态下三氯硅烷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。

二、三氯氢硅的用途用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成，是有机硅偶联剂中最基本的单体，同时也是制备多晶硅的主要原料。

将三氯硅烷与氯乙烯或氯丙烯进行合成反应，再经精馏提纯，得到乙烯基或丙烯基系列硅烷偶联剂产品。

硅烷偶联剂几乎可以与任何一种材料交联，包括热固性材料、热塑性材料、密封剂、橡胶、亲水性聚合物以及无机材料等，在太阳能电池、玻璃纤维、增强树脂、精密陶瓷纤维和光纤保护膜等方面扮演着重要的角色，并在这些行业中发挥着不可或缺的重要作用。

三、三氯氢硅生产工艺1、主要化学反应方程式为：Si + 3HCl = SiHCl3 + H2Si + 4HCl = SiHCl4 + 2H22、生产装置主要由氯化氢干燥、三氯氢硅合成、三氯氢硅提纯和分离工序组成。

三氯氢硅合成工艺摘要：随着太阳能光伏产业的发展，对多晶硅的需求量增加，同时增加了三氯氢硅的需求量。

本文介绍了三氯氢硅的理化性质及安全知识，阐述了三氯氢硅的合成的原理、工艺及流程；并且从影响三氯氢硅合成生产和工艺控制要求的角度出发，就相关生产问题找出控制方案；为了实现闭合回路，对合成尾气成分进行分析，探索合成尾气的治理方案。

关键词：三氯氢硅；生产工艺；工艺控制；尾气治理1引言随着全球范围内传统化石能源的枯竭以及石油价格不断攀升, 太阳能作为环境友好的可再生能源而受到全世界的广泛关注。

对于能源消费大国的中国而言，自身所拥有的石油量非常少，急切寻找到新的能源来替代化石能源，除了应用核能发电、水力发电外，太阳能光伏产业得到了前所未有的发展，进而导致多晶硅的市场需求出现爆炸性增长。

目前世界光伏产业以31.2％的年平均增长率高速发展，居全球能源发电市场增长率的首位。

预计到2030年光伏发电将占到世界发电总量的30％以上，成为全球重要的能源支柱[1-2]。

在光伏产业中，多晶硅作为主要的原材料。

多晶硅是利用工业硅粉通过化学、物理的途径提纯而制得，生产所用的主要配套原料是硅粉、H2和Cl2。

我国的多晶硅生产技术由于投资大、配套原料难、技术难度大等限制，发展相当缓慢，电子工业所需的多晶硅绝大部分依赖进口.目前，多晶硅的生产方法主要有改良西门子法（即三氯氢硅法）、四氯化硅法、物理冶金法和硅烷法，世界上多晶硅的生产技术以改良西门子法为主[1，3]，其关键技术已发展到闭环生产，可以将产物中H2，SiHCl3，SiCl4，HCl等循环利用。

而每生产1t多晶硅，大约需要补充5-6t三氯氢硅。

同时，三氯氢硅又因带有氢键和含氯较多，可与其他有机基团反应形成一系列的有机硅产品，常用于有机硅烷、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成，是有机硅烷偶联剂中最基本的单体，这也需要大量的三氯氢硅。

因此，三氯氢硅合成的运行直接影响下游装置的连续运行[4]。

第三章三氯氢硅合成目前，国内外应用最广，最主要的制备超纯硅的方法，是以三氯氢硅为原料，（即改良西门子法）。

故三氯氢硅的合成在半导体材料硅的生产中引起了广泛注意，并取得不少成果。

三氯氢硅和四氯化硅的结构、化学性质相似。

因此，它们的制备方法基本相似，只是前者用氯化氢气体代替氯气进行反应，在方法、设备、工艺操作等方面有共同之处，本章只介绍其特性。

三氯氢硅的制备方法很多，如：1）用卤硅烷和过量的氢或氯化氢的混合物通过Al，Zn，或Mg的表面。

2）以氯化铝作催化剂，用氯化氢气体氯化SiH4。

3）在高温下用氢气部分还原SiCl44）用干燥氯化氢气体氯化粗硅或硅合金。

前三种方法产率低、过程繁、产品沾污机会多、实用价值很小。

因此，工厂和试验室多采用第4种方法制备三氯氢硅。

第一节三氯氢硅的性质）又称三氯硅烷或硅氯仿。

三氯氢硅是无色透明、在空气中强三氯氢硅（SiHCl3烈发烟的液体。

极易挥发、易水解、易燃易爆、易溶于有机溶剂。

有强腐蚀性、有毒，对人体呼吸系统有强烈的刺激作用。

其物理化学性质见表表3-1 三氯氢硅的物理化学性质第二节 三氯氢硅合成反应原理三氯氢硅合成反应是一个放热反应，所以应将反应热及时导出，保持炉内反应温度相对稳定，以提高产品质量和收率。

化学反应（主反应）：280~30032350.0kcal Si HCl SiHCl H −−−−−→+++←−−−−−℃℃/mol 除主反应外，还伴随着一些副反应：42+4HCl 250.0/Si SiCI H kcal mol ++2Si+7HCl=SiHCl 3+SiCl 4+3H 2随着反应温度的升高，SiCl 4的生成量也随之增加。

由化学反应式可以看出，硅粉和氯化氢的反应是相当复杂的，除了生成三氯氢硅外，还生成四氯化硅及各种氯硅烷等副反应。

为了有效加快主反应速度，抑制副反应，提高三氯氢硅的产量和纯度，通常采用添加催化剂的方法；同时，以氢气稀释氯化氢气体,以及控制适宜的反应温度是完全必要的。

合成三氯氢硅的操作规程单位: 国电宁夏太阳能有限公司员工目录一氢气的制备与净化二液氯的汽化三氯化氢的合成四三氯氢硅的合成1 三氯氢硅的性质2 氯化合成三氯氢硅的合成3 三氯氢硅合成的工艺条件4 三氯氢硅的工艺流程图5 三氯氢硅正常生产中操作的正常条件6 合成三氯氢硅的操作过程（1）开车准备（2）开车（3）停车（4）紧急停车7 事故及处理方法8 氯化岗位责任制9 安全技术与劳动保护<四>三氯氢硅的合成一：三氯氢硅的性质三氯氢硅（SiHCl3）又称三氯硅烷或硅氯仿。

三氯氢硅是无色透明、在空气中强烈发烟的液体。

极易挥发、易水解、易燃易爆、易溶于有机溶剂。

有强腐蚀性、有毒，对人体呼吸系统有强烈的刺激作用。

其物理化学性质见下表三氯氢硅的物理化学性质附：四氯化硅的性质四氯化硅（SiCl4）是无色透明、无极性、易挥发、有强烈刺激性的液体。

水解后生成二氧化硅和氯化氢。

可与苯、乙醚、氯仿及挥发油混合；与醇反应生成硅酸酯。

因其易水解，并生成氯化氢，故它具有强腐蚀性。

四氯化硅的性质二：氯化合成三氯氢硅的原理。

氯化合成三氯氢硅是在氯化沸腾反应炉中进行的，它是将干燥好的HCL通入硅粉沸腾层反应，生成三氯氢硅。

其主要的反应式为：Si + 3HCL = SiHCL3 + H2反应温度以280—320℃为宜，温度过高，过低都会发生副反应，反应产物中其他杂质含量也会相应增高Si +4HCL = SiCL4 + 2H2（温度高于350℃）Si +4HCL = SiH2CL2 + 2H2（温度低于280℃）合成三氯氢硅过程中，反应是一个复杂的平衡体系，可能有很多种物质同时生成，因此要严格的控制操作条件，才能得到更多的三氯氢硅。

三：三氯氢硅的合成工艺条件：（1）反应温度：280—320℃（2）反应压力：一般不超过0.05MPa（3）硅粉粒度：一级品，80—120目（4）催化剂用量：Si:CuCL2=100:(0.4～1)（5）氯化氢的纯度：96%以上，含水量0.05%～0.1%（6）氧和水：当Si和HCL中含水量为0.05%，SiHCL3含量小于80%；当Si和HCL中含水量为0.1%，SiHCL3含量可达90%（7）氢气对氯化氢的稀释：H2:HCL摩尔比为1：（3～5）为宜（8）料层高度：H=Q(硅)／（D（硅）×F）（9）产品质量要求：SiHCL3≥80%四：三氯氢硅合成工艺流程图如下图所示，干燥后的氯化氢气体先经缓冲罐（1），再经转子流量计以适当流量进入合成炉（4）中，与干燥器（2）干燥后的硅粉在280~320℃的温度范围内发生反应。

三氯氢硅生产工艺流程
一、生产原料准备
1.苯、氢氧化钙和硅粉：苯是用来制备三氯氢硅的主要原料，需要用
精细化学级硝酸盐混合物精细混合分离，使其达到洗涤、沉淀、纯化的要求，将苯的氯含量控制在30%以下。

氢氧化钙是用来抑制三氯氢硅反应的
一种重要因子，需要用氢氧化钙颗粒经过研磨成规定的粉末状态，使其吸
收其他元素的能力更强。

硅粉需要用硅粉经过水洗和纯水沉淀，达到清洁、洁净的要求。

2、氰化钠：氰化钠是用来经由氰化反应分解苯合成三氯氢硅的重要
原料。

它的熔点低、易挥发，需要在冷却状态下添加，以免发生爆炸，并
且需要用水溶液混合，然后经过循环处理，使其达到合适的浓度，以满足
分解苯的要求。

3、抗氧化剂：对于三氯氢硅经由氰化反应合成的过程，氨水是不能
用来加入的，但因其作为抗氧化剂非常重要，所以需要加入抗氧化剂，这
种抗氧化剂通常为碘或氧化锌。

二、合成工艺
1、首先，将氢氧化钙和硅粉混合，将苯浓度控制在30%以下，然后
将混合物放入反应釜中，加入抗氧化剂，充分混合。

2、加入氰化钠，加热整个反应的温度控制在160℃～170℃范围内，
控制釜内气体饱和浓度，使其与气体稳定交换。

低压合成法制备三氯氢硅工艺概述作者：张文彪来源：《新材料产业》 2013年第8期文/ 张文彪东华工程科技股份有限公司当前，90%以上的多晶硅制备工艺使用改良西门子法，这种工艺仍在发展完善中，在未来相当长的时间内还将占据主流地位。

三氯氢硅（S i H C l3，英文缩写为TCS）是该工艺的一个重要原料，其制备工艺也得到了很大的发展，出现了3种不同的工艺方法：硅（S i）和氯化氢（H C l）的低压合成法、四氯化硅（S i C l4，英文缩写为S T C）氢化转化法和二氯二氢硅（S i H2C l2，英文缩写为D C S）转化法。

这3种工艺中只有低压合成法为从源头硅粉开始的相对独立的制备工艺，另外2种工艺都需要和其他工段结合，为配套转化工艺，侧重点不在于此。

低压合成法的优点为反应压力低、温度低、转换率高，由于目前国内还没有完全掌握大直径流化床制造工艺，而且工艺和设备还需要进一步的完善，因此该工艺方法还有很大的发展空间。

一、低压合成法工艺原理低压合成法制备TCS的原理就是氯化合成反应，氯化合成系统的作用是合成多晶硅的还原反应化学气相沉积（CVD）所需要的TCS，工艺流程图见图1所示。

以金属级硅粉和HCl气体为原料，通过在流化床内的氯化反应，合成目标产物。

其中会伴随副反应发生，从而伴生副产物产生，氯化单元会通过一系列的设备来纯化，以得到一定精度的粗三氯氢硅。

氯化单元的工艺机理主要为发生在流化床中的氯化反应，其主要反应方程式为：Si+3HCl→SiHCl3+H2反应过程中，由于副反应的存在，硅粉并未100%转化为T CS。

副反应产生的副产物主要有：T C S和H C l反应生成的STC和DCS；TCS自反应生成的乙硅烷类（Si-Si键）高沸点化合物。

二、低压合成法工艺流程简介以流化床为分界点来描述氯化单元的工艺流程。

进流化床以前主要是金属级硅粉和H C l气体2种反应物的制备和处理过程，而经过流化反应以后则为反应产物的分离和提纯过程。

三氯氢硅的工艺三氯氢硅的生产大多采用沸腾氯化法，主要包括氯化氢合成、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应生成氯化氢，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。

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

生成的粗三氯氢硅气体经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，处理后达标排放，冷凝液蒸馏塔分离提纯，通常采用二塔连续提纯，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。

第一节氯化氢合成工艺1.1氯化氢的性质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812.24J\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应。

氯化氢极易溶于水。

在标准情况下1体积水可溶解500体积氯化氢，溶于水后即得盐酸。

由于三氯氢硅生产主要需要氯化氢气体，所以本文对盐酸性质不做深入研究。

1.2 氯化氢合成条件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。

由于反应是一个放热反应，为了不使反应温度过高，工业生产通过控制氯气和氢气的流量和在壁炉外夹套间通冷却水的办法控制氯化氢出炉温度小于350℃。

在生产中为确保安全生产，要求氢气纯度不小于98%和含氧不大于0.4%；氯气纯度不小于65%和含氢不大于3%。

1.3 氯化氢合成工艺氯化氢合成方程式：Cl2+H2→2HCl氯气经涡轮流量计计量氯气(氯气含量97%，压力为0.5MPa)含量进入氯气缓冲罐。

氢气经涡轮流量计计量氢气(含量98%，压力为0.09MPa)含量经分水罐脱水与循环氢经涡轮流量计进入氢气缓冲。

第三章三氯氢硅合成............................................................................................................................ - 2 - 第一节三氯氢硅的性质.................................................................................................................. - 2 - 第二节三氯氢硅合成反应原理...................................................................................................... - 3 - 第三节三氯氢硅合成工艺及设备................................................................................................ - 5 -一、三氯氢硅合成工艺流程附图3-1 ...................................................................................... - 5 -二、三氯氢硅合成炉................................................................................................................ - 7 -第四节三氯氢硅合成的技术条件.................................................................................................. - 8 -1.反应温度................................................................................................................................ - 8 -2.氧和水分................................................................................................................................ - 8 -3.氢气与氯化氢的配比............................................................................................................ - 8 -4.催化剂.................................................................................................................................... - 9 -5.硅粉料层高度及氯化氢流量对三氯氢硅合成的影响 ........................................................ - 9 -6.硅粉粒度对反应的影响...................................................................................................... - 10 -第五节流化床（沸腾炉）合成三氯氢硅的操作过程 .............................................................. - 10 -一、正常操作.......................................................................................................................... - 10 -1.开车准备.............................................................................................................................. - 10 -2.开车操作............................................................................................................................... - 10 -3.停车操作................................................................................................................................- 11 -二、三氯氢硅合成的事故及处理方法 ...................................................................................- 11 -1.系统发生堵塞........................................................................................................................- 11 -2.系统发生漏气、跑料现象....................................................................................................- 11 -3.料层压差突然变化，增大或减小，甚至无压差 ................................................................- 11 -第六节安全技术与劳动保护.........................................................................................................- 11 - 附件：有TCS物料场合的安全操作规程......................................................................................- 11 -一、TCS的有关性质................................................................................................................- 11 -二、安全规程.......................................................................................................................... - 12 -第三章三氯氢硅合成目前，国内外应用最广，最主要的制备超纯硅的方法，是以三氯氢硅为原料，（即改良西门子法）。