王礦賓 許勝霞

摘 要：氯氫硅是制造多晶硅的主要原料，也是制造硅烷偶聯(lián)劑和其他有機(jī)硅產(chǎn)品的重要中間體。三氯氫硅生產(chǎn)項目建設(shè)周期短，投資小，技術(shù)成熟，在國內(nèi)快速發(fā)展。由于盲目過速發(fā)展，2012年三氯氫硅總產(chǎn)能已達(dá)到約85萬t/a，與國內(nèi)三氯氫硅50萬t/a的需求量相比嚴(yán)重過剩。特別是近兩年來光伏產(chǎn)業(yè)急劇萎縮，三氯氫硅市場價格嚴(yán)重下滑，三氯氫硅企業(yè)大部分虧損，甚至部分企業(yè)已經(jīng)停產(chǎn)。在如此嚴(yán)峻的形勢下，企業(yè)當(dāng)務(wù)之急是提高自身管理水平，通過改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，降低各項生產(chǎn)消耗，實現(xiàn)企業(yè)在困境中發(fā)展。本文就三氯氫硅生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)措施展開探討。

關(guān)鍵詞：三氯氫硅;生產(chǎn)技術(shù);改進(jìn)措施

0 引言

三氯氫硅是生產(chǎn)有機(jī)硅、單晶硅生產(chǎn)的主要原料。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)信息的進(jìn)步，我國對于三氯氫硅的需求量持續(xù)增加。但我國生產(chǎn)三氯氫硅的企業(yè)少，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到市場要求，因此有機(jī)硅、單晶硅生產(chǎn)企業(yè)需要引進(jìn)國外原料。文章主要分析三氯氫硅生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，便于有機(jī)硅、單晶硅業(yè)的發(fā)展。

1 三氯氫硅的生產(chǎn)工藝

三氯氫硅的生產(chǎn)大多采用沸騰氯化法，主要包括HCl合成，三氯氫硅合成，三氯氫硅精制等工序。Cl和H在HCl合成爐內(nèi)通過燃燒反應(yīng)生成HCl，HCl氣體經(jīng)空冷，水冷，深冷和酸霧捕集脫水后進(jìn)入HCl緩沖罐，然后送到三氯氫硅合成爐中。硅粉經(jīng)過干燥后加入到三氯氫硅合成爐，與HCl在300℃左右的高溫下反應(yīng)，生成三氯氫硅和SiCl4生成的粗三氯氫硅氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離和除塵過濾后，進(jìn)入到列管冷凝器后進(jìn)行水冷和深冷，不凝氣通過液封送入尾氣洗滌塔，處理后達(dá)標(biāo)排放，冷凝液蒸餾塔分離提純，通常采用二塔連續(xù)提純，一塔塔頂排低沸物，二塔塔底排高沸物SiCl4，同時塔頂出三氯氫硅產(chǎn)品。

2 改進(jìn)三氯氫硅生產(chǎn)工藝

2.1 尾氣回收系統(tǒng)

三氯氫硅尾氣主要由氯化氫、氫氣等氣體組成，尾氣均是可回收產(chǎn)品，能夠循環(huán)使用。有效利用尾氣，不但能夠提高原料使用率，同時也能夠節(jié)省生產(chǎn)費用，降低廢氣排放量。尾氣回收法包括變壓吸附法、尾氣回氯化氫合成法以及尾氣淋洗回收法。第一，尾氣回氯化氫合成爐法。首先在碳鋼氯化氫合成爐中通入合成尾氣，從而實現(xiàn)尾氣的吸收，它的特征是變壓吸附裝置工藝流程簡單、費用少，尾氣中的氯硅烷會和水反應(yīng)生成二氧化硅，從而得到干燥的氯化氫，可省去一部分工藝流程，降低生產(chǎn)費用。氯化氫合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，可回收到分餾塔中，進(jìn)而降低熱量消耗。但缺點是生成二氧化硅容易堵塞管道;第二，尾氣淋洗回收法。將系統(tǒng)中的尾氣輸送到淋洗塔，使用水吸收尾氣中的氯化氫。和水相溶三氯氫硅會溶解為氯化氫和二氧化硅，待生成的鹽酸溶液符合標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放。它的特征是投資費用少，流程簡單，缺點是無法回收利用三氯氫硅和氯化氫，導(dǎo)致物料浪費;第三，變壓吸附法。使用回收塔填料分離回收尾氣中的氫氣、氯化氫等，它的特征是回收徹底、尾氣凈化器排放符合標(biāo)準(zhǔn)。缺點是費用昂貴，工藝流程復(fù)雜，其壓力波動大，影響三氯化硅的穩(wěn)定性。

2.2 金屬氯化物的清理

由于系統(tǒng)中的金屬氯化物易阻塞機(jī)前冷凝器，清理工作強(qiáng)度大，而且清理過程中鐵、鋁、鈣的金屬氯化物遇水放出大量的熱，工作強(qiáng)度大，影響安全生產(chǎn)。為解決此問題，安裝投用濕法除塵裝置，將沉降、除塵后的三氯氫硅反應(yīng)氣通入濕法除塵塔的底部，與塔頂噴淋下的合成液逆向接觸，合成液吸收三氯氫硅反應(yīng)氣中的金屬氯化物。此方法有效除去了三氯氫硅反應(yīng)氣中夾帶的硅粉和金屬高沸物，改善了冷凝器的堵塞情況，可將金屬氯化物的清洗周期由7天延長至3個月，有效降低了系統(tǒng)的運行成本。

3 精細(xì)化操作流程

第一，減少消耗氯化氫。將三氯氫硅合成爐中的溫度控制在310℃以上350℃以下，從而能夠提高三氯氫硅合成率?？刂坪铣蔂t中硅粉和氯化氫的量，即隨著氯化氫流量的提高，減少硅粉壓差，從而讓合成爐中氯化氫體積分壓降到16%以下8%以上，有效避免減少氯化氫污染;第二，延長布袋過濾器的壽命。除塵中的袋濾器對于系統(tǒng)有著穩(wěn)定運行的作用，布袋泄露可會導(dǎo)致硅渣進(jìn)入到系統(tǒng)中，影響設(shè)備。以下做法能夠延長布袋的壽命：首先控制袋濾器的溫度。讓溫度始終小于200℃，其次增加袋濾器排渣的頻率，經(jīng)常排查系統(tǒng)，定期更換布袋，開展上述措施，能夠延長布袋過濾器的使用壽命，讓系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行;第三，提高三氯氫硅質(zhì)量。在生產(chǎn)中，三氯氫硅是生產(chǎn)有機(jī)硅、單晶硅的原料，具有經(jīng)濟(jì)價值，新礦鹽化實施的措施可有效提升三氯氫硅質(zhì)量。首先嚴(yán)格掌控精餾塔的溫度和壓力，讓它的溫度調(diào)整到92℃以上95℃以下，其次調(diào)整三氯氫硅上部的出料，定期排放高沸物。上述兩種方法能夠確保讓產(chǎn)品純度接近于99.8%，杜絕雜質(zhì)摻雜情況，為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)收入。

4 三氯氫硅的發(fā)展趨勢

三氯氫硅是一項新型且獨特的化工材料，其應(yīng)用范圍遍布國防，國民日常生活，具有較高的產(chǎn)業(yè)價值。三氯氫硅是生產(chǎn)有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑的重要原料，將三氯氫硅與聚乙烯進(jìn)行合成反應(yīng)，經(jīng)過蒸餾提純，得到硅烷偶聯(lián)劑系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品幾乎與每一種材料都有關(guān)聯(lián)，包括熱固性材料，熱塑性材料，密封劑及一些無機(jī)材料，在太陽能，玻璃纖維，樹脂材料等方面具有重要作用。我國的有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展開始于20世紀(jì)50年代初，90年代時開始普及，有機(jī)硅生產(chǎn)廠家快速增加，國內(nèi)對硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)品的需求也迅速增長，于是對三氯氫硅的需求也不斷擴(kuò)大。有機(jī)硅的生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)自身特點，充分利用能源，原輔材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國內(nèi)相關(guān)政策，盡力發(fā)揮自身地域、人才優(yōu)勢，理性的生產(chǎn)該產(chǎn)品，這樣才能在未來的發(fā)展中占據(jù)有利地位，更快更好地發(fā)展三氯氫硅產(chǎn)業(yè)。近些年來，經(jīng)過三氯氫硅行業(yè)技術(shù)人員的不懈努力，企業(yè)也加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，同時采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，并努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，做到盡量不傷害我們賴以生存的環(huán)境，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力，并加緊進(jìn)度開發(fā)高純度，高質(zhì)量的三氯氫硅，更重要的是，積極開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，縮短與國外先進(jìn)水平的差距，三氯氫硅的生產(chǎn)成本也會隨之下降，這樣，我們就能在發(fā)展的道路上越走越遠(yuǎn)。

5 結(jié)語

通過對三氯氫硅生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，有效降低了生產(chǎn)中硅粉、氯化氫、蒸汽等的消耗，并保證了系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

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