试说明三氯氢硅的合成原理
SiHCl3合成041114
三氯氢硅合成）的合成，是生产多晶硅的重要环节之一。
包括液氯汽三氯氢硅（SiHCl3合成等工序。
辅助设施有湿法除尘釜液回收装置（6级精化、HCl合成、SiHCl3合成炉，的工作效能直接影响馏塔）、硅粉洗涤回收装置。
其核心设备SiHCl3整个合成车间的经济指标，应作重点了解。
本章按工序顺序介绍所用原材料的性质和制备原理及工艺。
（一）液氯汽化1.氯气的性质氯气分子量为71，熔点-101.6℃，沸点-34.6℃，常温常压下呈黄绿色气体，气体密度3.21克/升。
氯气在空气中不燃烧，但有助燃性。
在日光下与易燃气体混合时会发生燃烧甚至爆炸。
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。
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。
其职业性接触毒物危害程度等级为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、肺水肿、肺炎等；氯气还能刺激鼻、口、喉，随浓度升高引起咳嗽直至引发喉肌痉挛而导致死亡。
人吸入氯气最低致死浓度为LCLo：2530mg/m3/30min或500ppm/5min。
与氢气的反应氯气与氢气的反应异常激烈，在光照或加热情况下二者迅速反应合成HCl，并放出大量的热（Q）：H2+Cl2＝2HCl+Q氢气和氯气在稳定燃烧时，会发出苍白色火焰。
但在较低温度和无光照情况下，二者的反应速度缓慢。
因此，当氢气和氯气发生混合后应注意降温、避光和卸压，并送入大量的氮气稀释，产生的尾气通入碱洗设备处理。
与水的反应氯气与水反应的产物是盐酸和次氯酸： Cl 2+H 2O ＝HCl+HClO氯气与水的反应是可逆反应，当水中H +含量偏高时，可认为氯气解溶解于水中，加热会逸出。
次氯酸是强氧化剂和杀菌剂。
自来水厂的杀菌工序就是向水中通入少量氯气，生成次氯酸进行杀菌和除臭。
三氯氢硅合成原理
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。
合成三氯氢硅的原料是硅粉与HCL气体。
3.1. 原料工业硅简介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。
工业硅的制备一般采用冶炼法，在冶炼炉中用还原剂将SiO2还原成单质硅（冶金硅）。
通常用的还原剂有碳、镁、铝等。
用镁或铝还原SiO2，如果还原剂的纯度较高得到的单质硅纯度可达3～4个“9”。
不过，由于纯度较高的镁、铝价格高，会增加工业硅的生产成本，因此，目前国内的生产厂家都采用在电炉中用焦炭还原SiO2来制取单质硅（冶金硅），即把碳电极插入由焦炭（或木炭）和石英石组成的炉料中，温度控制在1600℃～1800℃还原出硅，反应式如下：石英砂（硅石）与炭在电弧炉里还原成硅(MG-Si)反应是在电弧炉（见图二）里的相邻电极之间发生的，该处温度超过2000℃，释放出来的SiO 和CO流到上部较冷区域（小于1500℃），形成所必要的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。
三氯氢硅资料
第三讲三氯氢硅资料第三讲三氯氢硅合成目录3．1，原料工业硅粉简介3．2，三氯氢硅的主要性质3．2．1，与水反应3．2．2，热分解3．2．3，与有机物反应3．3，三氯氢硅合成3．3．1，反应原理3．3．2，反应过程温度控制3．3．3，杂质发生反应3．3．4，三氯氢硅合成炉的发展与改进3．4，沸腾床（流化床）技术3．4．1，沸腾床的形成及流体力学原理3．4．2，沸腾床的传热3．4．3，沸腾床的结构及工艺技术要求3．4．4，沸腾床的设计3．5，影响三氯氢硅合成效率的几个重要因素3．5．1，反应温度3．5．2，氧与水份的影响3．5．3，游离氯的控制3．5．4，硅粉粒度3．5．5，硅粉料层高度与HCL流量3．6，三氯氢硅合成工艺简介3．6．1，硅粉加料系统3．6．2，三氯氢硅工艺控制3．7，干法除尘和湿法除尘工艺简介3．8，尾气回收工艺简介3．9，湿法除尘釜液回收工艺简介3．10，硅粉回收工艺简介附图3-1，三氯氢硅合成工艺流程图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。
合成三氯氢硅的原料是硅粉与HCL气体。
3.1. 原料工业硅简介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。
工业硅的制备一般采用冶炼法，在冶炼炉中用还原剂将SiO2还原成单质硅（冶金硅）。
通常用的还原剂有碳、镁、铝等。
用镁或铝还原SiO2，如果还原剂的纯度较高得到的单质硅纯度可达3～4个“9”。
不过，由于纯度较高的镁、铝价格高，会增加工业硅的生产成本，因此，目前国内的生产厂家都采用在电炉中用焦炭还原SiO2来制取单质硅（冶金硅），即把碳电极插入由焦炭（或木炭）和石英石组成的炉料中，温度控制在1600℃～1800℃还原出硅，反应式如下：石英砂（硅石）与炭在电弧炉里还原成硅 (MG-Si)反应是在电弧炉（见图二）里的相邻电极之间发生的，该处温度超过2000℃，释放出来的SiO 和 CO流到上部较冷区域（小于1500℃），形成所必要的SiC。
第七章 三氯氢硅的合成
此反应为放热反应，为保持炉内稳定的反应温度在上述范围内变化以提高产品质量和实收率，必须将反应热及时带出。随着温度增高，SiCl4的生成量不断变大，当温度超过或大于350℃后，生成大量的SiCl4，
Si＋4HCl＞350℃SiCl4＋2H2＋54.6Kcal/mol
第二阶段为流化床阶段：继续增大流体的空管速度，床层开始膨胀变松，床层的高度开始不断增加，每一颗粒将为流体所浮起，而离开原来位置做一定程度的移动，这时便进入流化床阶段，继续增加流体速度，使流化床体积继续增大，固体颗粒的运动加剧，固体颗粒上下翻动，如同流体在沸点时的沸腾现象，这就是“流化床”名称的由来，因此压强降保持不变，此阶段为流化床阶段。
4、氯化氢的稀释
在合成反应中，加入适量的氢气，会使反应朝着有利于SiHCl3生产的方向进行：
Si＋3HCl SiHCl3＋H2
5、催化剂
使用催化剂能降低反应温度，提高反应速度和产率，同时还能避免少量的氧和水份的影响。
6、硅粉粒度
反应中对硅粉粒度的要求是：干燥、流动性好、活性好、粒度合适。因为硅粉与HCl气体的反应是在表面进行的，硅粉越细，比表面积越大，有利于反应。粒度过小，在“沸腾”过程中互相碰撞，易摩擦起电，在电场作用下聚集成团，使沸腾床出现“水流”现象，影响反应的正常进行。硅粉过粗，与HCl的接触面积变小，反应不好，烧坏花板及风帽，系统压力变大，不易沸腾。
7.3.2布袋式过滤器
由外壳和过滤层组成，且外壳有夹层，内充有蒸汽，保证除尘器的温度在一定范围之间，防止高沸点氯硅烷在此冷凝结块，堵塞过滤网，使系统压力增大。
7.4 SiHCl3合成的工艺条件
1、反应温度
它对SiHCl3的生成影响较大，温度过低则反应缓慢，过高则SiHCl3含量低，SiCl4增多。因为SiCl4结构具有高度的对称性，硅原子与氯原子以共价键的形式结合。
低压合成法制备三氯氢硅工艺概述
积（ Ｃ ＶＤ） 所 需要的ＴＣ Ｓ ， 工艺流程 图
见图１ 所示 。 以金 属级硅粉和 ＨＣ ｌ 气体
生成 的Ｓ ＴＣ 和ＤＣ Ｓ； ＴＣＳ自反应 生成 的 乙硅烷 类 （ ｓ ｉ — Ｓ ｉ 键） 高沸 点化合物 。
确保 物 流处 在低 温状 态 。 Ｈ Ｃｌ 罐 带有
一
个紧 急排 气 口通 至ＨＣｌ 洗涤 塔 ， 在
器 后放 空。 硅粉 储料仓带有 称重系统 。
从硅 粉储 料仓 下 来 的硅粉 用Ｎ 吹送 ， 通 过硅粉储料 仓喷射器 送人硅粉 送料
紧 急情 况下 ， 将Ｈ Ｃ１ 直接 排放 至Ｈ Ｃ１ 洗 涤 塔 以避 免 直 接 将Ｈ Ｃｌ 气 体 排 到 大气 中。 使 用储 存 的ＨＣｌ 要通 过 流量 控 制阀进 入 蒸发器 加 热气 化。 气化 的 ＨＣｌ 气体被加 热至 １ ５ ０ ￣ Ｃ。 为防ＨＣ ｌ 气 体和 硅粉 在 硅传送 管 线上 产生 反应 ， 需将Ｈｃ ｌ 气体温度控 制在 ２ ０ ０ ￣ Ｃ以下 。 从Ｈ Ｃ ｌ 蒸发器 出来 的气体与从 其他几 股Ｈ Ｃ ｌ 气 流相 混合 ， 作为 氯化 反应 原
日
Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
Ｉ
ｌ Ｎ Ｓ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ睚羽
图 １ 低压合成法 制备 Ｔ Ｃ Ｓ的工艺流程圉
＝ 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 。
三氯氢硅生产工艺流程
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。
三氯氢硅西门子法多晶硅生产工艺详解
总体而言，国内制取三氯氢硅的技术已相当成熟，尤其在冷氢化技术愈加成熟的今天，很多 多晶硅厂家选择关停三氯氢硅合成工序，三氯氢硅主要由氢化工序提供，不足部分选择外购， 以此降低投资成本。
2）精馏
该项技术是多晶硅生产的关键技术，物料质量尤其是三氯氢硅的质量直接决定了多晶硅的产 品质量。精馏提纯也是工业生产中广泛采用的净化方法之一，设备简单、便于制造、处理量 大、操作方便，同时还具有避免引入其他试剂污染，分离精度可达 ppb 级等众多优点。精 馏主要技术指标如表所示。
（1）三氯氢硅西门子法主要工艺介绍
1）三氯氢硅合成
①三氯氢硅合成原理 三氯氢硅合成反应的主要化学方程式为
由于常温时硅粉性质较为稳定，不易与干燥的 HCl 发生反应，因此反应需在 300℃左右的高 温和 0.3MPa（G）的压力条件下进行气固反应，由硅粉和氯化氢气体在流化床反应器中直 接合成三氯氢硅。 硅粉与 HCl 反应生成 SiHCl3 的同时，还会伴随发生其他副反应生成 SiCl4、SiH2Cl2 和聚氯 硅烷等多种物质。这几个反应对温度敏感，在较高温度时 SiCl4 的生成量明显增加，而温度 偏低时 SiH2Cl2 的产量会增加，当温度低于 260℃后反应趋于停止。因此，合成 SiHCl3 过程 中精确控制温度是保证产品质量的关键因素。
精馏是利用液体混合物中不同组分具有不同的挥发度，液体经过多次部分汽化（加热过程） 和多次部分冷凝（冷凝过程），使混合液各组分得以分离的过程，获得定量的液体和蒸汽， 两者的浓度有较大差异（易挥发组分在汽相中的含量比液相高）。若将其蒸汽和液体分开， 蒸汽进行多次的部分冷凝，最后所得蒸汽含易挥发组分极高。液体进行多次的部分汽化，最 终所得到的液体几乎不含易挥发组分。这种采用多次部分汽化、部分冷凝的方法使高、低沸 点组分进行分离，从而得到预期要求浓度的产品。 在多晶硅生产中，通过精馏技术将三氯氢硅中存在的杂质逐步分离，最终得到高纯度的三氯 氢硅。一般根据物料来源，分成三氯氢硅提纯、高低沸物回收、还原尾气干法回收料分离等 几个部分。以国内多晶硅企业常见的九塔精馏提纯为例（九塔分别以 1#、2#、3#…9#表示）。 ①冷氢化和合成料提纯 首先，采用双塔（1#塔和 2#塔）连续精馏，1#塔除去氯硅烷中二氯二氢硅等低沸点组分， 塔釜液进入 2#塔，塔顶得到较纯的三氯氢硅，塔釜液送入 5#塔进一步回收四氯化硅。 其次，采用连续的二级精馏塔（3#塔、4#塔），对 2#塔顶三氯氢硅进行精提纯，首先进入 3#塔，塔顶去除三氯氢硅中的轻杂质，塔顶液进入 9#塔回收三氯氢硅。塔釜液进入 4#塔， 最终在 4#塔顶得到合格的三氯氢硅，该三氯氢硅的质量可以满足生产太阳能级和电子级多 晶硅的要求。4#塔塔釜得到的含高沸点杂质的釜液被送入 8#塔进一步回收三氯氢硅，避免 物料浪费。 ②还原回收料提纯 采用双塔（6#塔和 7#塔）连续精馏，6#精馏塔塔釜侧线得到纯度 99 的四氯化硅，送到 5# 塔进一步提纯四氯化硅以满足冷氢化要求。塔釜液作为高沸点杂质排放。塔顶液进入 7#精 馏塔塔顶得到合格的三氯氢硅用于还原生产多晶硅，塔釜含高沸点杂质液送入 8#塔进一步 回收三氯氢硅。 ③高沸物分离 4#塔和 7#塔釜液一同送入 8#塔，精馏后塔顶三氯氢硅进入 1#塔进行回收，塔釜高沸物送 去废液处理单元。 ④低沸物分离 1#塔和 3#塔顶得到二氯二氢硅等低沸点馏分一同送入 9#塔，精馏后塔釜三氯氢硅进入 1# 塔进行回收，塔顶气相采出的低沸物送去废液处理单元。
三氯氢硅合成工艺
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]。
1三氯氢硅的合成
1三氯氢硅的合成多晶硅，灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410℃。
沸点2355℃。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。
由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。
在化学活性方面，两者的差异极小。
多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
被称为“微电子大厦的基石”。
三氯氢硅的合成合成三氯氢硅可在沸腾床和固定床两类型设备中进行，与固定床相比，用沸腾床合成三氯氢硅的方法，具有生产能力大，能连续生产，产品中三氯氢硅含量高，成本低以及有利于采用催化反应等优点，因此目前已被国内外广泛采用。
沸腾床与固定床比较其优点为：1.生产能力大，每平方米反应器横截面积每小时能生产2.6～6Kg冷凝产品，而固定床每升反应容积每小时只能生产10克左右。
2.连续生产，生产过程中不致因加料或除渣而中断。
3、产品中SiHCl3含量高，至少有90%以上，而固定床通常仅75%左右。
4、成本低，纯度高，有利于采用催化反应，原料可以采用混有相同粒度氯化亚铜（Cu2Cl2）粉的硅粉，不一定要使用硅铜合金，因而成本低，原料可以预先用酸洗法提纯，故产品纯度较高。
三氯氢硅的生产工艺与技术路线的选择
三氯氢硅的生产工艺与技术路线的选择2.1 三氯氢硅的生产原理及催化反应机理2.1.1 生产原理三氯氢硅是通过高纯氯化氢气体与金属级单体硅(质量分数98.0%～99.0%)在一定温度、压力条件下反应制备的。
反应方程式如下：……2.1.2 催化反应机理……2.2 三氯氢硅的生产原料选择2.2.1 以四氯化硅为原料(还原法)……2.2.2 以硅粉为原料(直接法、硅氢氯化法)……2.2.3 工业硅粉（1）硅粉的性质……（2）硅粉的选择硅粉的规格对反应与产品质量有很大影响。
选择硅粉时主要考虑以下2点。
……（3）硅粉精制2.3 三氯氢硅生产工艺流程……2.3.1 氯化氢的制备（1）氯化氢的性质（2）氯化氢合成条件（3）氯化氢合成工艺2.3.2 三氯氢硅合成该工序是整个三氯氢硅生产中最重要的部分。
……2.3.3 气固分离……2.3.4 合成气冷凝……2.3.5 精馏提纯近年来，三氯氢硅的提纯技术发展很快，但由于精馏法工艺简单、操作方便，所以目前工业生产中主要用精馏法。
……2.3.6 废气处理……2.4 三氯氢硅制备及精制工艺进展2.4.1 硅氢氯化法2.4.2 SiCl4-H2还原法2.4.3 三氯氢硅的精制2.5 三氯氢硅生产工艺比较2.6 三氯氢硅质量指标目前我国三氯氢硅没有国家统一标准。
征求意见稿中：工业三氯氢硅分为Ⅰ、Ⅱ两型，Ⅰ型工业三氯氢硅产品用于生产多晶硅，Ⅱ型工业三氯氢硅产品用于生产硅烷偶联剂的单体。
本标准适用于由硅粉和氯化氢为原料经提纯后生产的工业三氯氢硅。
该产品主要用于生产多晶硅和硅烷偶联剂等。
表2.1 三氯氢硅质量指标表项目Ⅰ型Ⅱ型优级品一级品合格品优级品一级品合格品外观无色透明液体三氯氢硅w/% ≥99.5 99.0 98.5 99.5 99.0 98.5 二氯二氢硅w/% ≤0.10 0.30 0.50 0.20 0.30 0.50 四氯化硅w/% ≤0.25 0.50 0.70 0.25 0.50 0.70 氯硅烷聚合物w/% ≤0.05 0.10 0.30 0.05 0.10 0.30 硼w/% ≤0.00001 0.00003 0.00005 ——————详细内容参见六鉴网()发布《三氯氢硅技术与市场调研报告》。
三氯氢硅生产操作规程精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版平安操作规程一、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开展，太阳能电池对多晶硅的需求量大幅增长，三氯氢硅是改进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枯燥的硅粉和枯燥的氯化氢气体在320℃pa左右的工艺条件下，在三氯氢硅合成炉内以流化的形式反响生成三氯氢硅，其化学反响方程式如下：Si + 3HCL = SiHCL3 + H2+ 50千卡在上述工艺条件下，硅粉及氯化氢反响还会产生四氯化硅，其化学反响方程式如下：Si + 4HCL = SiCl4 + 2H23．三氯氢硅的物性分子式： SiHCl3分子量： 135.5熔点： -134℃沸点(101.325kPa)：℃相对密度： (水=1)1.35、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：沸点(101.325kPa)：℃相对密度: (水=1)、(空气=1)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、氯化氢枯燥岗位操作法1．流程表达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展深冷脱水处理，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，进入硫酸枯燥塔作进一步的脱水枯燥处理。
枯燥后pa 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硫酸枯燥塔换酸操作；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≥92.0% 压力≥0.01 Mpa；石墨冷凝器出口温度：-12℃；石墨预热器出口温度：45℃；pa；浓硫酸纯度≥98.0%；硫酸枯燥塔内硫酸纯度≥95.0%；三氯氢硅贮罐、粗品贮罐操作温度≤25℃压力≤0.05Mpa；粗品贮罐液位：5--48m3；四氯化硅贮罐操作压力≤0.05Mpa；四氯化硅贮罐液位：40--630m3；4．开车前的准备和检查4．1系统用氮气置换完毕，无泄漏；4．2公用系统运行正常：4．2．1石墨冷凝器盐水畅通；4．2．2热水槽温度≥90℃pa，石墨预热器热水畅通；4．2．3浓硫酸贮罐及硫酸枯燥塔内硫酸贮存量适宜，硫酸泵运行正常；4．2．4氯化氢压缩机循环冷却水畅通、油泵工作正常，盘车正常；4．2．5氮气贮罐、仪表风贮罐压力正常，确认贮罐进出口阀门处于开启状态；4．3确认石墨冷凝器、盐酸酸雾捕集器、石墨预热器排净口处于开启状态，盐酸贮槽进口管线阀门、平衡管线阀门处于开启状态；4．4三氯氢硅贮罐、粗品贮罐、四氯化硅贮罐进出口阀门及氮气阀、放空阀均处于关闭状态，贮罐压力正常；4．5仪表引线阀均处于开启状态，DCS运行、指示正常；4．6工器具及操作运行记录齐全；4．7三氯氢硅合成岗位已作好开车准备，三氯氢硅合成炉硅粉温度已达工艺指标，氯化氢分配器相应的氯化氢管线上阀门处于开启状态，工艺流程畅通；5．岗位操作法5．1硫酸枯燥塔换酸操作当硫酸枯燥塔内硫酸浓度降至95%时，需要对硫酸枯燥塔内硫酸进展换酸操作。
SiHCl3理化
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。
三氯氢硅合成原理
三氯氢硅合成原理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。
合成三氯氢硅的原料是硅粉与HCL气体。
3.1. 原料工业硅简介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。
工业硅的制备一般采用冶炼法，在冶炼炉中用还原剂将SiO2还原成单质硅（冶金硅）。
通常用的还原剂有碳、镁、铝等。
用镁或铝还原SiO2，如果还原剂的纯度较高得到的单质硅纯度可达3～4个“9”。
不过，由于纯度较高的镁、铝价格高，会增加工业硅的生产成本，因此，目前国内的生产厂家都采用在电炉中用焦炭还原SiO2来制取单质硅（冶金硅），即把碳电极插入由焦炭（或木炭）和石英石组成的炉料中，温度控制在1600℃～1800℃还原出硅，反应式如下：石英砂（硅石）与炭在电弧炉里还原成硅(MG-Si)反应是在电弧炉（见图二）里的相邻电极之间发生的，该处温度超过2000℃，释放出来的SiO 和CO流到上部较冷区域（小于1500℃），形成所必要的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。
三氯氢硅合成工艺简述
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。
三氯氢硅生产工艺
三氯氢硅生产工艺三氯氢硅生产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。
第二章三氯氢硅合成
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）。
三氯氢硅氢还原法和烷硅分解法
三氯氢硅氢还原法最早由西门子公司研究成功，有的文献上称此法为西门子法。
三氯氢硅氢还原法可分为三个重要过程：一是中间化合物三氯氢硅的合成，二是三氯氢硅的提纯，三是用氢还原三氯氢硅获得高纯硅多晶。
1．三氯氢硅的合成三氯氢硅(SiHCl3)由硅粉与氯化氢(HCl)合成而得。
化学反应式为上述反应要加热到所需温度才能进行。
又因是放热反应，反应开始后能自动持续进行。
但能量如不能及时导出，温度升高后反而将影响产品收率。
反应除了生成SiHCl3外，还有SiCl4或SiH2Cl2等氯硅烷以及其他杂质氯化物，如BCl3、PCl3、FeCl3、CuCl、TiCl3等。
合成设备可以是固定床，也可以是沸腾床，以沸腾床为优，可连续生产且效率高。
影响产率的重要因素是反应温度与氯化氢的含水量。
产出率与含水量的关系可粗略地由图2．1中的曲线表示。
此外，硅粉粗细对反应也有影响。
因此，对硅粉的粒度要有适当选择。
2．三氯氢硅的提纯三氯氢硅的提纯是硅提纯技术的重要环节。
在精馏技术成功地应用于三氯氢硅的提纯后，化学提纯所获得的高纯硅已经可以免除物理提纯(区域提纯)的步骤直接用于拉制硅单品，符合器件制造的要求。
精馏是近代化学工程有效的提纯方法，可获得很好的提纯效果。
三氯氢硅精馏一般分为两级，常把前一级称为粗馏，后一级称为精馏。
完善的精馏技术可将杂质总量降低到10-7～10-10量级。
精馏对于各种中间化合物有共同的提纯原理，将在2．2．1节中介绍讨论。
3．氢还原三氯氢硅用氢作为还原剂还原已被提纯到高纯度的三氯氢硅，使高纯硅淀积在1100～1200℃的热载体上。
载体常用细的高纯硅棒，通以大电流使其达到所需温度。
化学反应式为用于还原的氢必须提纯到高纯度以免污染产品。
如氢与三氯氢硅的克分子比值按理论配比则反应速度慢，硅的收率太低。
氢与三氯氢硅的配比在生产上通常选在20～30之间。
还原时氢通人SiHCl3液体中鼓泡，使其挥发并作为SiHCl3的携带气体。
三氯氢硅生产工艺流程简介
三氯氢硅控制主要技术条件:
上,中,下温度:280~320
炉顶压力:Hg
分布板压:19~21乇(分布板上的阻上差约等于)
5、由于半导体用硅的需求，我国在六十年代已掌握了三氯氢硅生产技术，生产出纯度很高的产品。近些年，硅烷偶联剂发展，工业用三氯氢硅的生产工艺也日渐完善，技术经济指标也大有提高，目前国内生产总能力已近年万吨。
二、生产规模及工艺。
1、生产1吨三氯氢硅将联产四氯化硅约0.3吨，目前四氯化硅国内主用于含硅防水涂料，氯相白炭黑，铸造粘结剂等。
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。
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。
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试说明三氯氢硅的合成原理
三氯氢硅的合成原理如下：
1. 制备原料：将硅粉和氯化氢进行反应，制备出三氯化硅。
Si + 3HCl →SiCl3 + H2
2. 氯化氢和硅源反应：将三氯化硅和氢气进行反应，在高温下制备出三氯氢硅。
SiCl3 + H2 →H3SiCl
3. 精制和稳定化处理：三氯氢硅经过精制和稳定化处理后，即可成为工业上所使用的三氯氢硅。
三氯氢硅的合成原理，主要就是通过氯化氢和硅源的反应，制备出三氯化硅，再经过氢气还原后得到三氯氢硅。
整个反应过程需要在高温下进行，并需要精制和稳定化处理，以保证制备出的三氯氢硅的纯度和质量。