三氯氢硅及四氯化硅的物化性质
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三氯氢硅目录别名·英文名硅氯仿、硅仿、三氯硅烷;Trichlorosilane、Silicochloroform.三氯氢硅用途多晶硅、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。
制法(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)。
(3)用氢、硅粉、四氯化硅反应。
理化性质分子量: 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%;毒性级别:3;易燃性级别:4;易爆性级别:化学性质三氯硅烷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:SiHCl3+O2→SiO2+HCl+Cl2;三氯硅烷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,在900℃时分解产生氯化物有毒烟雾( HCl),还生成Cl2和Si。
遇潮气时发烟,与水激烈反应:2SiHCl3+3H2O—→ (HSiO)2O+6HCl在碱液中分解放出氢气:SiHCl3+3NaOH+H2O—→Si(OH)4+3NaCl+H2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:SiHCl3+CH≡CH一→CH2CHSiCl3 、SiHCl3+CH2=CH2—→CH3CH2SiCl3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。
三氯氢硅氢还原制备高纯多晶硅1.高纯多晶硅生产工艺简介20世纪50年代,联邦德国西门子公司研究开发出大规模生产多晶硅的技术,即通常所说的西门子工艺。
多晶硅生产的西门子工艺,其原理就是在表面温度1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯含硅反应物,使反应生成的硅沉积在硅芯上。
改良西门子方法是在传统西门子方法的基础上,具备先进的节能低耗工艺,可有效回收利用生产过程中大量的SiCl4 、HCl、H2等副产物以及大量副产热能的多晶硅生产工艺。
经过半个世纪的发展,多晶硅的制备从生产技术、规模、质量和成本都达到空前的水平,主要集中在美国、日本、德国三个国家。
这三国几乎垄断了世界多晶硅市场。
多晶硅生产的技术仍在进步发展,比如现在出现的硅棒对数达上百对的还原炉,可以使多晶硅的还原能耗降低到一个新的水平。
多晶硅的规格形态:表面无氧化杂质,呈银灰色带有金属光泽Si含量 99.9999%(太阳能级) 99.9999999(电子级)B含量≤0.003PPb(W)P含量≤0.3PPb(W)C含量≤100PPb(W)体内金属含量≤0.5PPb(W)(Fe,Cu,Ni,Zn,Cr)2.三氯氢硅氢还原反应基本原理2.1 三氯氢硅氢还原反应原理SiHCl 3和H 2混合,加热到900℃以上,就能发生如下反应:)(HCl 3)( Si )( H )(SiHCl 110090023气固气气℃~+−−−−→←+ 同时,也会产生SiHCl 3的热分解以及SiCl 4的还原反应:2490032H 3SiCl Si 4SiHCl ++−−→←℃ 4HCl Si 2H SiCl 24+−→←+此外,还有可能有43SiCl 2HCl Si 2SiHCl ++−→←HCl SiCl SiHCl 23+−→←以及杂质的还原反应:6HC1 2P 3H PCl 23+−→←+这些反应,都是可逆反应,所以还原炉内的反应过程是相当复杂的。
在多晶硅的生产过程中,应采取适当的措施,抑制各种逆反应和副反应。
组分为三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等。
这些化合物是硅的氯化物,具有不同的结构和性质。
下面将分别介绍它们的相关内容。
1.三氯氢硅:化学式为HSiCl3,是一种无色液体。
三氯氢硅具有较高
的沸点和熔点,可溶于有机溶剂,但不溶于水。
它具有较强的腐蚀性,可以和水反应生成硅酸,同时还可以和醇类、醇酸类等多种有机化合物发生反应。
在有机合成和硅胶制备过程中,三氯氢硅被广泛应用。
2.四氯化硅:化学式为SiCl4,是一种无色液体。
四氯化硅是最常见和
最重要的硅氯化物之一,具有刺激性气味,可溶于有机溶剂和水。
它可以作为硅的中间体在有机合成反应中发挥重要的作用,如用于有机硅材料的制备、催化剂的制备等。
此外,四氯化硅还可以和水反应生成硅酸和氯化氢。
3.二氯二氢硅:化学式为H2SiCl2,是一种无色液体。
二氯二氢硅在常
温下是不稳定的,容易分解产生硅酸和氯化氢。
它可以作为硅的中间体在有机合成反应中发挥重要作用,如用于有机硅材料的制备、有机硅聚合物的合成等。
总的来说,三氯氢硅、四氯化硅和二氯二氢硅是硅的氯化物,它们在有机合成
和硅材料制备等领域中有着广泛的应用。
通过对这些化合物的研究和应用,可以进一步了解和开发硅化学的不同方向和应用。
南京化工职业技术学院毕业论文(设计)课题三氯氢硅、四氯化硅的提纯系部化学工程系专业高分子材料成型加工技术与物流管理班级高材与物流0552学号0501270210姓名蔡霞导师吴永贵定稿日期: 2013年4月16日三氯氢硅、四氯化硅的提纯第I 页摘要超纯硅质量的好坏,往往取决于原料的纯度。
超纯硅的发展方向是如何进一步提高纯度效果。
精馏法是一种最重要的提纯方法,此法具有处理量大,操作方便,板效率高,又避免引进任何试剂,绝大多数杂质都能被完全分离,特别是非极性重金属氧化物。
精馏塔的操作是从物料平衡、气液平衡、热量平衡及精馏塔性能等几个方面考虑,通过控制系统建立并调节塔的操作条件,使精馏塔满足分离要求。
分离效率和处理能力是调节精馏塔的主要目的,对此我们进行一个理论结合实际的研究。
通过对精馏塔结构的理解和控制参数之间的联系,采用智能计算机操作系统对精馏塔的各项参数进行控制,从而使组分分离出的产品达标。
关键词:三氯氢硅,四氯化硅,精馏,精馏塔,控制参数,回流比Abstractgood or bad the quality of ultrapure silicon, often depends on the purity of raw materials. The direction of development of ultra-pure silicon is how to further improve the purity of the effect. Distillation is one of the most important purification methods, this method has a deal with large, easy to operate, high efficiency plate, but also to avoid the introduction of any reagents, the vast majority of impurities can be completely separated from the heavy metal oxides in particular non-polar. Distillation column operation are from the material balance, vapor-liquid equilibrium, heat balance and distillation performance aspects to consider, through the control system set up and adjust the tower operating conditions, so that distillation column satisfy the separation requirements. Separation efficiency and the ability to deal with the main purpose of regulation of distillation, which we carried out a theoretical combination of the actual research. Structure of the distillation column through the understanding and control parameter the link between the use of smart computer operating system on the parameters of distillation column control, so that isolated components of the Product standards.Keywords: trichlorosilane, tetrachlorosilane, rectification, distillation column, control parameters, reflux ratio目录1 引言 (1)2 物料理化性质 (2)3 精馏 (13)4 三氯氢硅、四氯化硅的提纯 (13)5应对 (23)参考文献 (24)致谢 (26)三氯氢硅、四氯化硅的提纯第 1 页1 引言硅guī(台湾、香港称矽xī)是一种化学元素,它的化学符号是Si,旧称矽。
三氯氢硅SiHCl3制法(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)。
4.理化性质分子量: 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%;毒性级别:3;易燃性级别:4;易爆性级别:2三氯硅烷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:SiHCl3+O2→SiO2+HCl+Cl2;三氯硅烷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,在900℃时分解产生氯化物有毒烟雾(HCl),还生成Cl2和Si。
遇潮气时发烟,与水激烈反应:2SiHCl3+3H2O—→ (HSiO)2O+6HCl;在碱液中分解放出氢气:SiHCl3+3NaOH+H2O—→Si (OH)4+3NaCl+H2;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:SiHCl3+CH≡CH一→CH2CHSiCl3 、SiHCl3+CH2=CH2—→CH3CH2SiCl3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。
5.毒性小鼠-吸入LC50:1.5~2mg/L最高容许浓度:1mg/m3三氯硅烷的蒸气和液体都能对眼睛和皮肤引起灼伤,吸入后刺激呼吸道粘膜引起各种症状(参见四氯化硅)。
三氯氢硅目录(1)产品名称,物化性质,技术标准及作用;(2)原料名称及质量标准;(3)生产基本原理及反应式;(4)生产工艺流程叙述;(5)岗位操作法及控制:a.岗位操作范围;b.开车前准备;c.开停车操作;d.各岗位控制要点;(6)某些不正常现象及消除方法;(7)安全生产要点;(8 )生产过程中的三废排放和处理;(一)产品名称,物化性质,技术标准及作用(1)产品名称:三氯氢硅SiHCl3(2) 物理性质:常温下纯净的三氯氢硅是无色、透明、挥发性、可燃液体,有较四氯化硅更强的刺鼻气味。
分子式:SiHCl3,分子量:135.4 ,液体密度:1.318kg/l (常温状态),气体密度:6.5g/l(标准状态),1atm下沸点:31.5℃,1atm下熔点:-128℃(3)化学性质:易水解、潮解、在空气中强烈发烟,生成HCl 和H2,HCl遇水立即转化为盐酸,盐酸具有很强的腐蚀性;H2易燃易爆。
更易挥发、更易气化、更沸点低;易着火、易爆炸、着火点28℃、着火温度220℃,燃烧时产生氯化氢和氢气;其蒸汽具有弱毒性,与无水醋酸和二氯乙烯毒性程度相同。
(二)原料名称及质量标准1.氯化氢(Hcl):氯化氢含量92%∽94%,氯气不过量;2.硅粉:冶晶级多晶硅(95%∽99%),块密度约2.0×103kg/m3,硬度为7,其颗粒大小为80∽120目。
(三)生产基本原理及反应式1. 基本原理:80∽120目的硅粉与干燥的92%∽94%的氯化氢在催化剂(催化剂用量si:cucl2=100(0.4∽1))作用下,在280∽320℃、小于0.05Mpa条件下生成三氯氢硅。
合成SiHCl3必须先将硅粉预热到250℃以上。
不过,该反应是放热反应,只要启动后就不再需要补充热能,而是带走热量。
2. 主要反应Si+3HCl→SiHCl3+H2+Q当温度不再上述制控制范围内,怎发生下列副反应:A.温度大于350℃时:Si + 4HCl → SiCl4 + 2H2+ QB.温度小于280℃时:Si + 4HCl → SiH2Cl2+ 2H2+ QC.硅粉与HCl反应过程中,硅粉中的少量杂质Ca、Fe、Al、Zn、Ti、P、B等主要生成CaCl2、FeCl3、AlCl3、ZnCl2、TiCl4、PCl3、BCl3化合物,这些物质大部分以固相在除尘时分离出去,仅少量随SiHCl3的混合气(液滴)进入冷凝器被溶解在料液中,这部分ppm级含量的杂质需通过精馏分离(四)生产工艺流程叙述三氯氢硅合成工艺简图硅粉加料系统是由三个串联的料仓〔一个干燥仓一个硅粉料仓一个计量仓组成〕和一台硅粉自动加料机组成。
氯硅烷介质的物化性质:
四氯化硅
分子式:SiCl4 分子量:169.2 液体密度:1.49kg/l
气体密度:0.0103Kg/1 latm下沸点:57.6℃
1atm下熔点:-70℃粘度:0.33cp
物料性质:常温下纯净的四氯化硅是无色、透明油状液体、比重较大、有刺鼻气味。
其化学性质如下:
(1)易水解、潮解、在空气中强烈发烟,水解时生成盐酸,腐蚀机器;
(2)易挥发、易汽化、沸点低;
(3)易与氨作用生成浓雾;
(4)毒性较小,为四氯化碳的1/2。
三氯氢硅
分子式:SiHCl3 分子量:135.4 液体密度:1.318kg/l
气体密度:0.0055kg/l 1atm下沸点:31.5℃
latm下熔点:-128℃粘度:0.29cp
物料性质:常温下纯净的三氯氢硅是无色、透明、挥发性、可燃液体,有较四氯化硅更强的刺鼻气味。
其化学性质如下:
(1)易水解、潮解、在空气中强烈发烟,水解时生成盐酸,腐蚀机器;
(2)更易挥发、更易汽化、沸点更低;
(3)更易制备、易还原;
(4)易着火、易爆炸、着火点28℃,着火温度220℃,燃烧时产生氯化氢和氯气;
(5)对金属极稳定;
其蒸汽具有弱毒性,与无水醋酸和二氯乙烯毒性程度相同。
动力黏度单位:厘泊(cP)
1Pa.s=103 cP
动力黏度=密度*运动黏度
功率单位换算:1千瓦=1000焦耳/秒=860千卡/小时。
西门子法生产多晶硅发展及展望西门子法生产多晶硅的工艺流程可分为三步:一是SiHCl3制备,二是SiHCl3还原制取多晶硅,最后为尾气的回收利用。
从图1、图2可见,左边的流床反应器即为由冶金级硅和HCl气体反应生成SiHCl3的部分;中间标有“高纯Si”的反应炉为制取多晶硅的部分;右边为尾气回收系统。
其中,SiHCl3氢还原制取多晶硅部分最为重要。
西门子法至今已有50多年的历史,多年前即发展成为生产电子级多晶硅的主流技术,现在生产技术已相当成熟。
这和它具有以下优点是密不可分的[20-22]:(1) SiHCl3比较安全,可以安全地运输,贮存数月仍能保持电子级纯度。
当容器打开后不像SiH4或SiH2Cl2那样会燃烧或发生爆炸,即使燃烧,温度也不高,可以盖上。
(2) 西门子法的有用沉积比为1×103,是硅烷法的100倍。
(4) 在现有方法中它的沉积速率最高,达8~10μm/min。
(5) 一次转换效率为5%~20%,在现有方法中也是最高的。
不足之处在于沉积温度较高,在1100℃左右,所以电耗高,达120kWh/kg。
1.3.1 发展历程1 第一代多晶硅生产流程[20]适用于100t/a以下的小型硅厂,以HCl气体和冶金级硅为原料,在300℃和0.45MPa下催化生成SiHCl3。
主要副产物为SiCl4和SiH2Cl2,含量分别为5.2%和1.4%,此外还有1.9%较大分子量的氯硅烷。
生成物经沉降器去除固体颗粒,再经冷凝器进行汽液分离。
分离出的H2压缩后返回流床反应器,液态产物SiCl4、SiH2Cl2、较大分子量的氯硅烷和SiHCl3则进入多级分馏塔进行分离,馏出物SiHCl3作为原料再次进入储罐。
SiHCl3在常温下是液体,由H2携带进入钟罩反应器,在1100℃左右的硅芯上沉淀。
反应为:SiHCl3+H2→Si+HCl (1)2SiHCl3→Si+SiCl4+2HCl(2)式(1)是希望发生的反应,但式(2)也同时进行。
三氯氢硅1、三氯氢硅又称三氯硅烷、硅氯仿2、分子式为SiHCl3用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成,是有机硅烷偶联剂中最基本的单体,也是生产半导体硅、单晶硅的原料,随着有机硅烷偶联剂工业的发展而出现供不应求,生产量越来越大。
3、三氯氢硅的理化特性及生产原理三氯氢硅是采用硅粉与氯化氢气体在流化床反应器中生成。
它是无色液体,易挥发,易潮解,在空气中发生反应产生白烟,遇水分解,溶于苯、醚等有机溶剂。
属一级遇湿易燃物品,易燃易爆,遇水反应产生氯化氢气体;它与氧化剂发生强烈反应,遇明火、高热时发生燃烧或爆炸。
4、其物理特性如下:比重:1.35;相对气体密度:4.7;沸点:31.8℃;饱和蒸气压(14.5℃)53.33Kpa;闪点:-13.9℃(开杯);自燃温度:175℃;爆炸下限:6.9%;爆炸上限:70%;溶解性:溶于苯、醚等有机溶剂;具有急性毒性。
5、三氯氢硅生产的火灾危险性分析三氯氢硅生产的原料都是不燃物质,但是其生产过程中的产物大都是易燃易爆物质,如氢气、三氯氢硅、氯气等。
1、电解食盐水的火灾危险性(1)电解时有强大的电流通过,如果电气的绝缘不良极易产生电火花,电解车间经常有氢气泄漏,遇到电火花或其它明火会发生燃烧或爆炸。
(2)如氢气与氯气相混,达到爆炸极限范围,遇光也会发生爆炸。
2、三氯氢硅合成的火灾危险性SiHCl3的合成是在280℃~300℃的温度下进行的,已经超过了SiHCl3的自燃温度175℃,在合成过程中如果SiHCl3发生泄漏,或者空气进入反应器,极易引起燃烧、爆炸或中毒事故。
并且SiHCl3有毒、遇水燃烧,给火灾扑救带来一定的困难。
3、三氯氢硅贮罐的火灾危险性SiHCl3的贮罐如果发生泄漏,其危险性远远大于工艺管道泄漏的危险性,因为其贮量大,一旦发生泄漏,如果不及时堵漏,影响会不断扩大。
贮罐区因为冷却用水的需要,经常有水存在,泄漏的SiHCl3遇水发生反应,产生有毒的HCl,向四周扩散,给抢险救援工作带来困难。
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。
组分为三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等。
硅是一种非常重要的元素,它在人类社会中有着广泛的应用。
硅
化合物则是硅的一些衍生物,有着更加广泛的用途。
其中,三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等是硅化合物中很常见的几个组分。
三氯氢硅是一种无色、具有强烈刺激性气味的化合物。
它是一种
非常重要的中间体,可以用于制造有机硅化合物、硅橡胶、硅油等。
同时,三氯氢硅也是一种挥发性物质,在做某些化学实验时需要特别
小心使用。
四氯化硅则是一种无色透明液体,有着强烈的刺激性气味。
它是
硅材料的重要前驱体,可以用于制造半导体、玻璃、光纤等。
同时,
四氯化硅还有着很强的腐蚀性,需要特别小心使用和储存。
二氯二氢硅是一种无色、具有刺激性气味的化合物,可以溶于水、乙醇等溶剂中。
它的应用范围也很广泛,特别是在医药行业中。
二氯
二氢硅可以作为医药中间体,用于制造一些治疗癌症、呼吸系统疾病
等疾病的药物。
总的来说,三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等硅化合物虽然在
不同的领域中应用广泛,但它们的使用都需要极谨慎。
需要注意的是,这些化合物可能会对人体造成伤害,必须在安全的环境下使用和储存。
同时,对于不懂化学原理的个人来说,更应该避免私自使用这些化学
物品,以免发生意外。
三氯氢硅及四氯化硅的物化性质-我正在做一个三氯氢硅的项目设计,但三氯氢硅及四氯化硅的物化性质怎么也查不全,不知哪位高手能不吝赐教,万分感激。
TOP-三氯氢硅又名三氯硅烷、硅氯仿,分子式SiHCl3,分子量135.45,相对密度1.34KG/L,熔点-126.5℃,沸点33.0℃,与水易分解,溶于CS2,CCl4,Cl Cl3苯,易燃,在空气中能自燃,燃点-27.8℃,自燃点104.4℃,与空气的爆炸极限:20.2~33.2%,有刺激性气体,有毒,吸入三氯氢硅蒸汽损伤呼吸道。
四氯化硅的性质分子量169.90,相对密度1.483KG/L,熔点-70℃,沸点57.57℃,主要无色透明发烟液体具有难闻的窒息性气体,溅上皮肤会坏死,在潮湿的空气中水解放出HCL气体,遇氮气及氨剧烈反应生成氮化硅。
3三氯氢硅三氯氢硅主要参数:三氯氢硅又称三氯硅烷、硅氯仿,英文名称:trichlorosilane 或silicochloroform ,分子式为SiHCl3 ,用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成,是有机硅烷偶联剂中最基本的单体,也是生产半导体硅、单晶硅的原料,随着有机硅烷偶联剂工业的发展而出现供不应求,三氯氢硅生产量越来越大。
三氯氢硅是无色液体,易挥发,易潮解,在空气中发生反应产生白烟,遇水分解,溶于苯、醚等有机溶剂。
属一级遇湿易燃物品,易燃易爆,遇水反应产生氯化氢气体;它与氧化剂发生强烈反应,遇明火、高热时发生燃烧或爆炸。
【CAS号】10025-78-2 【分子式】CL3-H-SI 【分子量】135.44 【比重】1.35 (0℃) 【熔点】-134 ℃【沸点】31.8 ℃【蒸汽压】400 毫米汞柱【蒸汽密度】4.7 【急性毒性】口服-大鼠LD50:1030毫克/公斤;吸入-小鼠LC50:1500毫克/立方米/2小时【毒性分级】中毒【闪点】-13.89 ℃【可燃性危险特性】遇明火、高温、氧化剂易燃;遇水或高温产生有毒氯化物烟雾【储运事项】库房通风低温干燥;与氧化剂、酸类分开存放【灭火剂】干粉、干砂、二氧化碳、泡沫三氯氢硅物理特性如下:比重:1.35 ;相对气体密度:4.7 ;沸点:31.8 ℃;饱和蒸气压(14. 5 ℃)53 .33Kpa ;闪点:-13.9 ℃(开杯);自燃温度:175 ℃;爆炸下限:6. 9 %;爆炸上限:70 %;溶解性:溶于苯、醚等有机溶剂;具有急性毒性。
7# 大中小发表于2008-12-22 08:36 只看该作者三氯氢硅又称三氯硅烷、硅氯仿,英文名称:trichlorosilane或silicochloroform,分子式为SiHCl3,用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成,是有机硅烷偶联剂中最基本的单体,也是生产半导体硅、单晶硅的原料,随着有机硅烷偶联剂工业的发展而出现供不应求,生产量越来越大。
一、三氯氢硅的理化特性及生产原理三氯氢硅是采用硅粉与氯化氢气体在流化床反应器中生成。
它是无色液体,易挥发,易潮解,在空气中发生反应产生白烟,遇水分解,溶于苯、醚等有机溶剂。
属一级遇湿易燃物品,易燃易爆,遇水反应产生氯化氢气体;它与氧化剂发生强烈反应,遇明火、高热时发生燃烧或爆炸。
其物理特性如下:比重:1.35;相对气体密度:4.7;沸点:31.8℃;饱和蒸气压(14.5℃)53.33Kpa;闪点:-13.9℃(开杯);自燃温度:175℃;爆炸下限:6.9%;爆炸上限:70%;溶解性:溶于苯、醚等有机溶剂;具有急性毒性。
二、三氯氢硅生产的火灾危险性分析三氯氢硅生产的原料都是不燃物质,但是其生产过程中的产物大都是易燃易爆物质,如氢气、三氯氢硅、氯气等。
1、电解食盐水的火灾危险性(1)电解时有强大的电流通过,如果电气的绝缘不良极易产生电火花,电解车间经常有氢气泄漏,遇到电火花或其它明火会发生燃烧或爆炸。
(2)如氢气与氯气相混,达到爆炸极限范围,遇光也会发生爆炸。
2、三氯氢硅合成的火灾危险性SiHCl3的合成是在280℃~300℃的温度下进行的,已经超过了SiHCl3的自燃温度175℃,在合成过程中如果SiHCl3发生泄漏,或者空气进入反应器,极易引起燃烧、爆炸或中毒事故。
并且SiHCl3有毒、遇水燃烧,给火灾扑救带来一定的困难。
3、三氯氢硅贮罐的火灾危险性SiHCl3的贮罐如果发生泄漏,其危险性远远大于工艺管道泄漏的危险性,因为其贮量大,一旦发生泄漏,如果不及时堵漏,影响会不断扩大。
贮罐区因为冷却用水的需要,经常有水存在,泄漏的SiHCl3遇水发生反应,产生有毒的HCl,向四周扩散,给抢险救援工作带来困难。
三、防火防爆对策在三氯氢硅生产的各个工序中,为防止火灾、中毒,要严格执行各项消防安全制度,严格控制工艺指标,严格操作规程。
加强对设备管道的维护保养,严防跑、冒、滴、漏。
具体预防措施如下:1、火源管理。
在生产中进行检修时使用的工具应该是不产生火花的工具,严禁用铁器敲打设备或管道,工作人员应穿棉制品工作服。
生产和贮罐区禁止明火,生产中动火要严格执行有关安全管理制度。
2、防止跑、冒、滴、漏。
生产过程中产生的大都是易燃易爆有毒物质,生产设备、工艺管道和贮罐如果发生泄漏极易酿成火灾、爆炸和中毒事故。
因此,日常工作中要做好安全检查,不留死角,设备要定期检修,发现问题及时采取补救措施,修复存在跑、冒、滴、漏的部位。
3、配置应急工具和消防设施。
应该配备一定数量的防毒面具、自给式空气呼吸器、手套、堵漏工具。
应急队的人员要经常进行演练,熟练掌握各种情况下的堵漏方法和处置措施。
贮罐区常备干砂的量最好不少于一个贮罐的容积,厂内仓库存放一定的水泥作应急之用。
配备一定数量的手提式二氧化碳和干粉灭火器。
4、生产工艺中的防火防泄漏措施。
(1)三氯氢硅的合成、除尘和精馏工段。
HCl气体缓冲罐与合成炉之间应设止回阀,防止合成炉的SiHCl3回到缓冲罐。
应控制HCl气体的流量,控制合成炉内的温度。
对设备管道要经常进行维护保养,防止三氯氢硅泄漏。
在生产中要保持整个系统的密闭,用99.99%的氮气进行保护。
(2)三氯氢硅的储存。
三氯氢硅的沸点较低,需在低温下储存,三氯氢硅的贮罐设置低温保护装置和降温措施。
由于三氯氢硅有潜在的燃烧爆炸危险,所以它的贮罐应与生产装置要有一定的防火间距,并且要设防火堤,降温水的排放管道经过防火堤处要设闸阀。
贮罐应设静电接地装置和避雷装置。
贮罐内的气相要与氮气系统相连进行保护,贮罐的气相与外部连通的平衡管(放空管)应与尾气回收系统相连,不能直接排空,并应设止回阀和阻火器。
贮罐区应设一个备用罐,紧急情况下应将泄漏的贮罐内的物料转移至备用罐,防止大量泄漏。
四、泄漏处理和火灾扑救生产和储存中如果发生三氯氢硅泄漏,应根据泄漏量的大小划出一定的警戒范围,禁止无关人员和车辆进入警戒区,切断警戒区内的所有火源,迅速撤离泄漏污染区内的人员至安全地带。
如果是贮罐发生泄漏,又不能及时排除泄漏,就应该将发生泄漏的贮罐内的三氯氢硅用氮气压入备用罐内。
如果是生产中的设备和管道发生泄漏,应立即停止生产,并迅速关闭有关阀门切断物料输送。
泄漏地带有水源时,应用干砂土围成隔离带,将泄漏的三氯氢硅与水隔离开来。
抢险人员进入危险区域时应佩戴自给式呼吸器或防毒面具。
应先查明泄漏部位的泄漏状况。
由于贮存三氯氢硅的容器为常压容器,应针对不同的泄漏部位采取不同的堵漏措施,切断泄漏源,用砂土、水泥吸收残留液。
三氯氢硅泄漏后发生燃烧时,应采用干砂、二氧化碳、干粉、水泥灭火,禁止直接用水和泡沫扑救TOP8# 大中小发表于2008-12-22 08:45 只看该作者1 三氯氢硅合成工艺三氯氢硅合成的基本反应式为Si 3HCl=SiHCl3 H2。
在三氯氢硅合成过程中,氯化氢的转化率一般为80%,有约20%的氯化氢未参加反应。
生成的三氯氢硅气体,在冷媒温度为-40℃冷凝器中,冷凝效率为85%左右,约15%的三氯氢硅气体未冷凝。
未冷凝的三氯氢硅气体、低沸物、未参加反应的氯化氢、氢气等组成尾气。
尾气中含有大量的氯化物,如果处理不当必定会对环境产生不良的影响。
三氯氢硅合成工艺流程图见图1(略)。
2 合成炉尾气特性三氯氢硅合成尾气各主要成分的体积分数分别为,HCl 30%;H2 64.2%;SIHCl3 5.4%;其他0.2%。
很明显,合成炉尾气均为可回收的产品或可循环使用的原料。
对尾气进行有效的治理,不仅可以提高原料的利用率,还可以降低三废的排放量。
为了合理治理尾气,必须根据尾气的特性、成分、压力等,选择适当的工艺流程和技术条件。
3 治理3.1 治理原理三氯氢硅合成尾气的主要成分是氯化氢和氢气,占尾气的94.4%,其余是少量的三氯氢硅和二氯二氢硅等。
虽然三氯氢硅的沸点为31.8℃,很易被冷凝,但是它在尾气中的体积分数仅为5.4%。
按照道尔分压定律,气体混合物的总压等于混合气体中每种气体的分压之和,经计算,在尾气压力为0.11-0.12 MPa时,其分压仅为0.00594-0.00648 MPa。
如此低的分压在常温或不太低的温度下,很难被冷凝。
三氯氢硅饱和蒸气压与温度的关系为:1g(P/0.133)=7.838-1503/T 式中:P-三氯氢硅饱和蒸气压,kPa;T-温度,K。
当尾气中三氯氢硅的分压为0.005 94-0.00648MPa时,其对应的温度为-28~-30℃。
可见,如果想将尾气中大部分三氯氢硅冷凝下来,就要有很低的温度,这样就必定会消耗大量的能源,并且回收装置体积也较大。
根据三氯氢硅饱和蒸气压与温度的关系式可以看出,适当地提高尾气的压力就可以提高三氯氢硅的分压,与分压对应的温度也就比较高,也就是说,在较高的压力和不太低的温度下,将大部分三氯氢硅冷凝。
不同尾气总压及各组分分压数据见表1。
表1 不同尾气总压及各组分分压数MPa 尾气混合物三氯氢硅氯化氢氢气其他分压温度/℃0.3 0.0162 -11 0.0906 0.1962 0.0006 0.5 0.027 -1 0.151 0.321 0.001 0.7 0.0378 6 0.2114 0.4494 0.0014 0.8 0.0432 9 0.2416 0.5136 0.0016 从表1可以看出,当尾气压力在0.7MPa时,如果控制尾气出冷凝器的温度在-20℃以下,尾气中大部分的三氯氢硅就可以被冷凝下来,使尾气中三氯氢硅的体积分数降至1%左右。
3.2 治理方法将从三氯氢硅合成炉排出的尾气,经压缩使其压力达到0.7MPa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3种方法回收。