三氯氢硅的合成工艺
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二氯二氢硅三氯氢硅有什么区别_三氯氢硅合成(硅氯化)工艺概况及常见问题三氯氢硅合成(硅氯化)工艺概况及常见问题石磊(重庆工贸职业技术学院生物化学工程系应用化工技术)[关键词]三氯氢硅工艺问题技术经济[摘要]对600t/a三氯氢硅装置中硅氯化合成三氯氢硅粗品的技术经济及生产中常见问题进行了分析。
三氯氢硅是合成有机硅的重要中间体,也是制备多晶硅的主要原料,它是一个产值和利润很高的产品。
而生产三氯氢硅的主要原料是硅粉、氯气、氢气,因此很适合在氯碱企业作为下游产品开发生产.目前由于国际金融危机的影响,导致三氯氢硅价格持续走软。
一.工艺流程三氯氢硅氯化工艺流程包括:氯化氢合成三氯氢硅合成等工序。
1.氯化氢合成由汽化氯气与净化后的氢气在氯化氢合成炉里合成氯化氢气体。
2、三氯氢硅合成及操作规范氯化氢合成炉里合成的氯化氢气体,经缓冲罐和酸雾捕集器再经石墨冷凝器冷却后,进入沸腾炉内与干燥后的硅粉反应合成三氯氢硅。
由于合成反应本身是放热的所以必须不断地将反应热导出,以控制反应温度,使副产物四氯化硅控制在最低含量,生成的三氯氢硅和四氯化硅气体经袋式过滤器除去粉尘及高氯硅烷,空冷后再用-35℃盐水冷凝为液体,其中绝大部分氯硅烷冷凝为液体,所得的氯硅烷混合物送至精馏装置进行分离,得到较高纯度的三氯氢硅和四氯化硅产品H2和HCl等不凝气体,然后到分馏岗位提纯,将副产物及三氯氢硅进行分离,得到产品三氯氢硅和副产物四氯化硅。
Si+3HCl →SiHCl3+H2 SiHCl3+HCl→SiCl4+2H2 氯气↓氢气→氯化氢合成炉→氯化氢缓冲罐→酸雾捕集器→硅粉干燥器↓→三氯氢硅沸腾炉→过滤器→空冷器→﹣35℃盐水冷凝器→班产量罐→分馏罐▲氯化合成岗位工艺流程示意图 3.设备设备包括:干燥氢气缓冲罐、氯气缓冲罐、氯化氢合成炉、氯化氢缓冲罐、酸雾捕集器、硅粉干燥器、沸腾炉反应器、过滤器、空冷器、三氯氢硅计量槽、合成尾气淋洗塔、氮气缓冲罐、排渣塔、水环真空泵、水力喷射泵、粗三氯氢硅储槽、粗三氯氢硅中转槽。
三氯氢硅合成工艺有关书一、三氯氢硅概述三氯氢硅(Trichlorosilane,简称TCS)是一种重要的有机硅原料,化学式为SiHCl3。
在化学工业中,三氯氢硅广泛应用于有机硅化合物的研究与生产。
此外,它还具有半导体材料、光导纤维等方面的应用价值。
二、三氯氢硅合成工艺原理三氯氢硅的合成主要采用硅粉与氢气在催化剂作用下,通过高温反应生成。
反应方程式为:Si + 3H2 -> SiHCl3。
在合成过程中,催化剂的选取、反应温度、压力等因素对三氯氢硅的产率和纯度有重要影响。
三、三氯氢硅合成工艺流程1.硅粉准备:选用高纯度的硅粉作为原料,并进行干燥处理,以保证反应的顺利进行。
2.催化剂制备:选择合适的催化剂,如镍、铑等,并进行预处理,使其具有较高的活性。
3.反应釜准备:将硅粉、催化剂和氢气放入反应釜中,并进行密封。
4.反应过程:将反应釜加热至指定温度,保持一定的压力,使硅粉与氢气在催化剂的作用下发生反应。
5.产品分离与提纯:反应生成的三氯氢硅与其他副产品通过分离装置进行分离,然后对三氯氢硅进行提纯,以满足不同应用领域的需求。
6.循环利用与处理:对反应产生的废弃物进行合理处理,遵循环保原则。
四、三氯氢硅的应用领域三氯氢硅在有机硅行业具有广泛的应用,如硅橡胶、硅油、硅树脂等产品的生产。
此外,它还用于制备硅烷偶联剂、硅醇等化学品,广泛应用于建筑、汽车、电子、化工等领域。
五、我国三氯氢硅产业现状与展望近年来,我国三氯氢硅产业发展迅速,产能不断提高,产品质量和应用领域不断拓展。
然而,与国际先进水平相比,我国在三氯氢硅研发、生产等方面仍有一定差距。
未来,我国应加大技术创新力度,提高产业整体水平,满足国内外市场需求。
六、环保与安全措施在三氯氢硅合成工艺中,应重视环保与安全问题。
采取有效措施,如严格控制排放指标、降低能耗、加强设备安全管理等,确保生产过程绿色、安全。
综上所述,三氯氢硅合成工艺具有广泛的应用前景,我国应抓住产业发展机遇,加大研发力度,提高产业竞争力。
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。
生成的三氯氢硅和四氯化硅气体经沉降器、旋风分离器和袋式过滤器除去粉尘及高氯硅烷,经水冷后经隔膜压缩机加压,再用-35℃冷媒冷凝为液体。
不凝性气体通过液封罐进入尾气淋洗塔,经酸碱淋洗达标后排放。
三氯氢硅分离。
三氯氢硅和四氯化硅混合料(三氯氢硅含量为80—85%)进入加压塔,采用两塔连续提纯分离,通过控制一定的回流比,最终得到三氯氢硅含量为99%以上的产品和四氯化硅含量为95%以上的副产物。
含尘废气主要是输送硅粉的氮气,先经布袋除尘回收硅粉,然后经水洗涤,洗涤废水经沉淀后循环使用,尾气洗涤后排入大气。
布袋除尘器除尘率为99%,洗涤除尘率按50%计,总除尘效率达到99.5%,经处理后达标排放。
不凝气体主要含有保护气体,其余还含有少量的氯硅烷、氯化氢等。
经过低温冷凝后剩余的不凝气送废气处理装置,氯硅烷系列遇水迅速分解成硅酸和氯化氢,氯化氢气体先被稀盐酸循环吸收为浓盐酸回收使用,微量部分被碱液吸收、反应。
废气主要成份有氮气,废气经淋洗处理后,通过车间排气筒达标排放。
在满足要求的前提下尽量选用转速低、噪声小的设备;同时对鼓风机设独立的隔声间,与所在的楼层分开,以减轻振动而产生的噪声;对空压机、鼓风机、泵等进气管装消音器,并设隔声操作室,减少室内噪声污染,改善工人作业环境。
烟筒设置足够的高度,使烟气的排放符合国家《大气污染物综合排放标准》二级标准的要求。
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SiCl4。
4)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。
其物理化学性质见表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):Si + 3HCl < 28℃300℃ > SiHCl + H + 50.0kcal/mol32除主反应外,还伴随着一些副反应:Si+4HC1 SiCI 4 +2 H 2 + 50.0 kcal / molSi + 2 HCl <^=±SiH Cl222Si+7HCl=SiHCl3+SiCl4+3H2随着反应温度的升高,SiCl的生成量也随之增加。
由化学反应式可以看出,硅粉4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。
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。
三氯氢硅合成原理三氯氢硅合成系统包括:1,硅粉加料装置,2,三氯氢硅合成炉,3,旋风干法除尘,4,过滤装置,5,stc湿法除尘,6,合成气分离回收(cdi)等工序。
硅粉加料装置完成向合成炉连续定量地供应硅粉;三氯氢硅合成炉是生产三氯氢硅的关键设备;旋风干法除尘、过滤装置与stc湿法除尘是回收硅粉和除去合成气的硅尘,cdi是将合成气进行分离回收,它们都是不可或缺的设备。
制备三氯氢硅的原料就是硅粉与hcl气体。
3.1.原料工业硅概述工业硅的外观为深灰色与生铁颜色接近,也称硅铁。
工业硅的块密度约2.0×103kg/m3,硬度为7,纯度一般为95%~99%,其中的主要杂质为fe、al、ca。
工业硅的制取通常使用炼钢法,在冶炼炉中用还原剂将sio2转换成单质硅(冶金硅)。
通常用的还原剂存有碳、镁、铝等。
用镁或铝还原成sio2,如果还原剂的纯度较低获得的单质硅纯度仅约3~4个“9”。
不过,由于纯度较低的镁、铝价格低,可以减少工业硅的生产成本,因此,目前国内的生产厂家都使用在电炉中用焦炭还原成sio2去制备单质硅(冶金硅),即为把碳电极填入由焦炭(或木炭)和石英石共同组成的炉料中,温度控制在1600℃~1800℃还原成出来硅,反应式如下:石英砂(硅石)与炭在电弧炉里还原成硅(mg-si)反应就是在电弧炉(见到图二)里的相连电极之间出现的,该处温度少于2000℃,转化成的sio和co流进上部较冷区域(大于1500℃),构成所必要的sic。
还原后的单质硅是以液态从反应炉中流进硅液煲,在这一过程中如fe、al、ca、b、p、cu等杂质也会以不同化合态进入液态的单质硅中,为了保证产品符合要求(一般控制在99%以上),硅液需要经过进一步处理去除其中的杂质。
处理方法是利用杂质的化合态(氯化物或氧化物、硅酸盐等)在液体状态时会逐步离析到液体表面的规律,通过除去表层硅液来达到去除杂质的目的。
因此,工业硅厂大都采用在硅液保温槽中通入cl2或o2,促使大部分fe、al、ca等杂质生成氯化盐或硅酸盐等物质,定期清除表层。
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。
三氯氢硅合成工艺简述三氯氢硅合成工艺简述一、“改良西门子法”三氯氢硅合成工艺特点改良西门子法三氯氢硅合成工艺与传统西门子法三氯氢硅合成工艺相比,改尾气湿法回收为活性炭吸附回收,并增加了合成氯硅烷气加压冷凝。
活性炭吸附回收摒除了湿法回收中存在的收率低、二次玷污、三废处理量大等缺陷,加压冷凝则有效的节约了冷量,综合来讲,改良西门子法三氯氢硅合成工艺降低了消耗,降低了三氯氢硅的成本。
二、三氯氢硅合成工艺原理Cl2+ H2 = 2HCl(主反应)Si + 3HCl = SiHCl3 + H2 (主反应)Si + 3HCl=SiCl4 + 2H2 (副反应)三、三氯氢硅合成工艺描述1. 工艺流程图(见附图)2. 工艺设备(见三氯氢硅合成设备明细表)3. 工艺描述三氯氢硅合成工艺流程包括:液氯汽化、氯化氢合成、三氯氢硅合成、合成尾气回收。
来自液氯库的氯气和来自氢氧站的氢气或干法回收的氢气,各自控制其缓冲罐的压力在0.15MPa,按照1∶1.05~1.1(摩尔比)配比在氯化氢合成炉内混合燃烧,生成氯化氢气体,合成炉表面温度控制在300~350℃左右;氯化氢经过空冷、水冷、雾沫分离、-35℃深冷、雾沫分离等措施,此时氯化氢的含量达到95%以上,含水量在1‰以下,然后进入氯化氢缓冲罐。
外购硅粉卸至硅粉过渡仓,通过硅粉布料器,用真空输送至硅粉干燥器,通过三氯氢硅合成炉的反应压差控制加料量,干燥的硅粉断续加入三氯氢硅合成炉。
氯化氢经过氯化氢预热器(采用给三氯氢硅合成炉降温后的导热油来给氯化氢预热)预热后,进入三氯氢硅合成炉与硅粉控制温度280~310℃的条件下反应,合成反应生成的三氯氢硅、四氯化硅、氢气与未完全反应的氯化氢混合气体经漩涡分离器、袋式过滤器,除去粉尘(进废碴淋洗塔)和高氯硅烷,经沉积器、压缩前水冷、压缩前-5℃冷、压缩前-35℃深冷,冷凝下来的氯硅烷通过压缩前合成产品计量罐进入压缩前合成产品贮罐;未冷凝的气体经过活塞压缩机加压,再经过压缩后水冷、压缩后-5℃冷,冷凝下来的氯硅烷通过压缩后合成产品计量罐进入压缩后合成产品贮罐;少量的未凝气体三氯氢硅、四氯化硅和不凝气体氢气、氯化氢,通过管道进入三氯氢硅合成尾气回收系统。
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
3.1 三氯氢硅的性质
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1.2~90.5%(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)。
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;
反应方程式为:
SiHCl3+O2→SiO2+HCl+Cl2;
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。
遇潮气时发烟,与水激烈反应,反应方程式为:
2SiHCl3+3H2O→(HSiO)2O+6HCl;
在碱液中分解放出氢气,反应方程式为:
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,反应方程式为:
SiHCl3+CH≡CH→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。
3.2 三氯氢硅合成的目的和意义
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。
3.3 三氯氢硅合成工艺流程简述
反应方程式为:
Si+3HCl→SiHCl3+H2↑
副反应化学方程式为:
Si+2HCl→SiH2Cl2 (T<280℃)
Si+4HCl→SiCl4+2H2↑(T>350℃)
由氯化氢加热器来的氯化氢气体(50~80℃),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,合成反应温度控制再280~320℃,反应压力0.2~0.3MPa,反应过程中通过观察反应器压力判断料层的高度。
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280~320℃。
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的饱和蒸汽可供其他耗气设备使用。
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。
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。
3.4 影响三氯氢硅合成生产的因素
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。
(一) 氧和水份的影响
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。
(二) 游离氯的控制
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。
(三) 硅粉粒度
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。
(四) 料层高度和氯化氢流量
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。
3.5 三氯氢硅合成尾气处理
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。
3.5.1尾气治理方法
将从三氯氢硅合成炉排出的尾气,经压缩使其压力达到0.7 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。
(1) 综合回收法
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例混合,燃烧生成氯化氢,循环使用。
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。
(2) 淋洗中和处理方法
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。
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。
(3) 尾气吸附处理方法
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。
吸附塔吸附方法是在回收少量的氯硅烷的基础上,尾气中的氯化氢被水吸收后成为盐酸。
不但解决了酸性水排放的问题,同时增加了副产品盐酸,增加了经济效益。
但是该方法对活性炭的要求较高,蒸汽用量较大,经济性差。
综合以上因素,认为应该是采用第一种方法的基础上综合第二种第三种技术的优点采取综合处理,闭路循环处理尾气,然后重新返回到流化床中参与反应,尽可能的提高氯化氢利用率,提高经济效益。
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