三氯氢硅生产技术的改进措施

王矿宾 许胜霞

摘 要：氯氢硅是制造多晶硅的主要原料，也是制造硅烷偶联剂和其他有机硅产品的重要中间体。三氯氢硅生产项目建设周期短，投资小，技术成熟，在国内快速发展。由于盲目过速发展，2012年三氯氢硅总产能已达到约85万t/a，与国内三氯氢硅50万t/a的需求量相比严重过剩。特别是近两年来光伏产业急剧萎缩，三氯氢硅市场价格严重下滑，三氯氢硅企业大部分亏损，甚至部分企业已经停产。在如此严峻的形势下，企业当务之急是提高自身管理水平，通过改进生产技术，降低各项生产消耗，实现企业在困境中发展。本文就三氯氢硅生产技术的改进措施展开探讨。

关键词：三氯氢硅;生产技术;改进措施

0 引言

三氯氢硅是生产有机硅、单晶硅生产的主要原料。随着经济的发展，科学信息的进步，我国对于三氯氢硅的需求量持续增加。但我国生产三氯氢硅的企业少，产品质量达不到市场要求，因此有机硅、单晶硅生产企业需要引进国外原料。文章主要分析三氯氢硅生产技术的改进和创新，便于有机硅、单晶硅业的发展。

1 三氯氢硅的生产工艺

三氯氢硅的生产大多采用沸腾氯化法，主要包括HCl合成，三氯氢硅合成，三氯氢硅精制等工序。Cl和H在HCl合成炉内通过燃烧反应生成HCl，HCl气体经空冷，水冷，深冷和酸雾捕集脱水后进入HCl缓冲罐，然后送到三氯氢硅合成炉中。硅粉经过干燥后加入到三氯氢硅合成炉，与HCl在300℃左右的高温下反应，生成三氯氢硅和SiCl4生成的粗三氯氢硅气体经过旋风分离和除尘过滤后，进入到列管冷凝器后进行水冷和深冷，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SiCl4，同时塔顶出三氯氢硅产品。

2 改进三氯氢硅生产工艺

2.1 尾气回收系统

三氯氢硅尾气主要由氯化氢、氢气等气体组成，尾气均是可回收产品，能够循环使用。有效利用尾气，不但能够提高原料使用率，同时也能够节省生产费用，降低废气排放量。尾气回收法包括变压吸附法、尾气回氯化氢合成法以及尾气淋洗回收法。第一，尾气回氯化氢合成炉法。首先在碳钢氯化氢合成炉中通入合成尾气，从而实现尾气的吸收，它的特征是变压吸附装置工艺流程简单、费用少，尾气中的氯硅烷会和水反应生成二氧化硅，从而得到干燥的氯化氢，可省去一部分工艺流程，降低生产费用。氯化氢合成反应产生的热量，可回收到分馏塔中，进而降低热量消耗。但缺点是生成二氧化硅容易堵塞管道;第二，尾气淋洗回收法。将系统中的尾气输送到淋洗塔，使用水吸收尾气中的氯化氢。和水相溶三氯氢硅会溶解为氯化氢和二氧化硅，待生成的盐酸溶液符合标准后进行排放。它的特征是投资费用少，流程简单，缺点是无法回收利用三氯氢硅和氯化氢，导致物料浪费;第三，变压吸附法。使用回收塔填料分离回收尾气中的氢气、氯化氢等，它的特征是回收彻底、尾气净化器排放符合标准。缺点是费用昂贵，工艺流程复杂，其压力波动大，影响三氯化硅的稳定性。

2.2 金属氯化物的清理

由于系统中的金属氯化物易阻塞机前冷凝器，清理工作强度大，而且清理过程中铁、铝、钙的金属氯化物遇水放出大量的热，工作强度大，影响安全生产。为解决此问题，安装投用湿法除尘装置，将沉降、除尘后的三氯氢硅反应气通入湿法除尘塔的底部，与塔顶喷淋下的合成液逆向接触，合成液吸收三氯氢硅反应气中的金属氯化物。此方法有效除去了三氯氢硅反应气中夹带的硅粉和金属高沸物，改善了冷凝器的堵塞情况，可将金属氯化物的清洗周期由7天延长至3个月，有效降低了系统的运行成本。

3 精细化操作流程

第一，减少消耗氯化氢。将三氯氢硅合成炉中的温度控制在310℃以上350℃以下，从而能够提高三氯氢硅合成率。控制合成炉中硅粉和氯化氢的量，即随着氯化氢流量的提高，减少硅粉压差，从而让合成炉中氯化氢体积分压降到16%以下8%以上，有效避免减少氯化氢污染;第二，延长布袋过滤器的寿命。除尘中的袋滤器对于系统有着稳定运行的作用，布袋泄露可会导致硅渣进入到系统中，影响设备。以下做法能够延长布袋的寿命：首先控制袋滤器的温度。让温度始终小于200℃，其次增加袋滤器排渣的频率，经常排查系统，定期更换布袋，开展上述措施，能够延长布袋过滤器的使用寿命，让系统可以稳定运行;第三，提高三氯氢硅质量。在生产中，三氯氢硅是生产有机硅、单晶硅的原料，具有经济价值，新矿盐化实施的措施可有效提升三氯氢硅质量。首先严格掌控精馏塔的温度和压力，让它的温度调整到92℃以上95℃以下，其次调整三氯氢硅上部的出料，定期排放高沸物。上述两种方法能够确保让产品纯度接近于99.8%，杜绝杂质掺杂情况，为企业增加经济收入。

4 三氯氢硅的发展趋势

三氯氢硅是一项新型且独特的化工材料，其应用范围遍布国防，国民日常生活，具有较高的产业价值。三氯氢硅是生产有机硅烷偶联剂的重要原料，将三氯氢硅与聚乙烯进行合成反应，经过蒸馏提纯，得到硅烷偶联剂系列产品。这些产品几乎与每一种材料都有关联，包括热固性材料，热塑性材料，密封剂及一些无机材料，在太阳能，玻璃纤维，树脂材料等方面具有重要作用。我国的有机硅产业发展开始于20世纪50年代初，90年代时开始普及，有机硅生产厂家快速增加，国内对硅烷偶联剂产品的需求也迅速增长，于是对三氯氢硅的需求也不断扩大。有机硅的生产企业可根据自身特点，充分利用能源，原辅材产业的发展和国内相关政策，盡力发挥自身地域、人才优势，理性的生产该产品，这样才能在未来的发展中占据有利地位，更快更好地发展三氯氢硅产业。近些年来，经过三氯氢硅行业技术人员的不懈努力，企业也加强技术攻关，同时采用先进的生产技术，并努力提高产品质量，做到尽量不伤害我们赖以生存的环境，增强产品的竞争力，并加紧进度开发高纯度，高质量的三氯氢硅，更重要的是，积极开发拥有自主知识产权的技术，缩短与国外先进水平的差距，三氯氢硅的生产成本也会随之下降，这样，我们就能在发展的道路上越走越远。

5 结语

通过对三氯氢硅生产技术进行改进，在提高产品质量的同时，有效降低了生产中硅粉、氯化氢、蒸汽等的消耗，并保证了系统长周期稳定运行。

参考文献

[1]武珠峰.三氯氢硅歧化法多晶硅生产工艺的热力学分析[J].世界有色金属，2017.

[2]张征.多晶硅生产中氯硅烷高效提纯技术及节能优化研究[D].天津大学，2017.