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

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\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。

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%；氯气纯度不小于65%和含氢不大于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%，压力为含量经分水罐脱水与循环氢经涡轮流量计进入氢气缓冲。

经过计量的氯气和氢气进行流量调节，调节氯气和氢气的比值为1：~(体积比)，送入二合一氯化氢石墨合成炉进行反应，反应生成的热量通过合成炉夹套中的循环水带走，反应生成氯化氢气体，通过3.6米长的石墨套管冷却器，氯化氢气体温度降到165℃以下，送入石墨冷却器用循环水冷却，冷却后氯化氢气体温度降至45℃左右，通入机前深冷气经冷冻水进一步冷却到-20℃~-30℃脱水。

冷冻后的氯化氢气体经除雾器脱除氯化氢气体中的雾滴后，经机前加热器加热到15~25℃后，进入氯化氢压缩机使氯化氢气体加压到~，后经缓冲罐(V-103)缓冲进入氯化氢深冷器，氯化氢气体冷却到-15~-25℃,脱除氯化氢气体中的酸水，在进入V-105缓冲脱除氯化氢气体夹带的雾滴，氯化氢气体经加热的(E-106)加热后进入流化床供流化床反应使用。

氯化氢合成工艺简图：

第二节

硅粉精制工艺

硅粉的性质

硅的密度为\cm3，沸点为2355℃，熔点为1480~1500℃，在三氯氢硅生产中其水分小于200ppm。有水易于形成盐酸，盐酸因含有游离氢而腐蚀设备，其爆炸极限下限为160g\ cm3。

硅在地壳中分部很广，约占地壳总质量的1/4，仅次于氧。主要分部于黑龙江、吉林。硅分无定形硅和晶体硅。晶体硅是灰色有光泽、硬而脆的固体，其结构跟金刚石的结构相似，也是一种原子晶体，硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，单晶硅是良好的半导体，可用来制作半导体器件，如硅整流器、晶体管和集成电路等。

硅粉精制操作的目的及意义

硅粉精制是把会有一定量水分的硅粉在干燥炉内同氮气流化夹套蒸汽加热进行干燥，去掉水分，干燥后的硅粉含水量是影响三氯氢硅质量的关键因素，因此，严格控制工艺条件，保证硅粉质量是硅粉精制的主要任务。

硅粉精制工艺流程简述

硅粉由真空泵抽入或由人孔倒入硅粉干燥器内，然后利用氮气加热器来的氮气(控制在200~250℃)从干燥炉底部吹入。同时打开蒸汽阀，给干燥炉夹套通蒸汽升温到180~220℃之间，每批加热时间3~4小时左右(根据每批通入硅粉数量确定)。每批加入的硅粉约1500千克，加热干燥后的硅粉放入硅粉加料罐中储备，供合成岗位使用。

硅粉精制岗位工艺流程简图

第三节

三氯氢硅合成工艺

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，在空气中爆炸极限为~%(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