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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.
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.