三氯氢硅合成操作规程.docx

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三氯氢硅合成操作规程

合成三氯氢硅的操作规程

单位:

国电宁夏太阳能

有限公司员工

一氢气的制备与净化

二液氯的汽化

三氯化氢的合成

四三氯氢硅的合成

1三氯氢硅的性质

2氯化合成三氯氢硅的合成

3三氯氢硅合成的工艺条件

4三氯氢硅的工艺流程图

5三氯氢硅正常生产中操作的正常条件

6合成三氯氢硅的操作过程

（1）开车准备

（2）开车

（3）停车

（4）紧急停车

7事故及处理方法

8氯化岗位责任制

9安全技术与劳动保护

<四>三氯氢硅的合成

一：

三氯氢硅的性质

三氯氢硅（SiHCl3）又称三氯硅烷或硅氯仿。

三氯氢硅是无色透明、在空气中强烈发烟的液体。

极易挥发、易水解、易燃易爆、易溶于有机溶剂。

有强腐蚀性、有毒，对人体呼吸系统有强烈的刺激作用。

其物理化学性质见下表

名称

数值

名称

数值

分子量

135．45

氢含量％

0.74

液体密度（31.5℃）

1.318

闪点℃

28

蒸气密度（31.5℃）

0.0055

在空气中的自燃点℃

175

溶点℃

-128

偶极距德拜

0.85

沸点℃

31.5

蒸发潜热kcal/mol

6.36

氯含量％

78.53

比热kcal/kg.℃

0.23（l）

0.132（g）

三氯氢硅在空气中的爆炸极限％

1.2～90.5

三氯氢硅的物理化学性质

附：

四氯化硅的性质

四氯化硅（SiCl4）是无色透明、无极性、易挥发、有强烈刺激性的液体。

水解后生成二氧化硅和氯化氢。

可与苯、乙醚、氯仿及挥发油混合；与醇反应生成硅酸酯。

因其易水解，并生成氯化氢，故它具有强腐蚀性。

四氯化硅的性质

名称

数值

名称

数值

分子量

169.2

蒸发热kcal/mol

6.96

液体密度（在25℃）t/m³

1.49

生成热kcal/mol

-153.0

蒸气密度kg/m³

6.3

标准生成自由能kcal/mol

136.9

熔点℃

-70

临界温度℃

206

沸点℃

57.6

二：

氯化合成三氯氢硅的原理。

氯化合成三氯氢硅是在氯化沸腾反应炉中进行的，它是将干燥好的HCL通入硅粉沸腾层反应，生成三氯氢硅。

其主要的反应式为：

Si+3HCL=SiHCL3+H2

反应温度以280—320℃为宜，温度过高，过低都会发生副反应，反应产物中其他杂质含量也会相应增高

Si+4HCL=SiCL4+2H2（温度高于350℃）

Si+4HCL=SiH2CL2+2H2（温度低于280℃）

合成三氯氢硅过程中，反应是一个复杂的平衡体系，可能有很多种物质同时生成，因此要严格的控制操作条件，才能得到更多的三氯氢硅。

三：

三氯氢硅的合成工艺条件：

（1）反应温度：

280—320℃

（2）

（3）反应压力：

一般不超过0.05MPa

（4）

（5）硅粉粒度：

一级品，80—120目

（6）

（7）催化剂用量：

Si:

CuCL2=100:

（0.4～1）

（8）

（9）氯化氢的纯度：

96%以上，含水量0.05%～0.1%

（10）

（11）氧和水：

当Si和HCL中含水量为0.05%，SiHCL3含量小于80%；当Si和HCL中含水量为0.1%，SiHCL3含量可达90%

（12）

（13）氢气对氯化氢的稀释：

H2:

HCL摩尔比为1：

（3～5）为宜

（14）

（15）料层高度：

H=Q（硅）／（D（硅）×F）

（16）

（17）产品质量要求：

SiHCL3≥80%

（18）

四：

三氯氢硅合成工艺流程图

如下图所示，干燥后的氯化氢气体先经缓冲罐

（1），再经转子流量计以适当流量进入合成炉（4）中，与干燥器

（2）干燥后的硅粉在280~320℃的温度范围内发生反应。

反应过程中，可随时调节合成炉的温度。

硅粉由加料器（3）不断加入合成炉，以补充反应过程所消耗的硅粉。

反应生成的三氯氢硅气体由合成炉上部排出，再经旋风过滤除尘器（5）除去夹带的粉尘（粉尘进入硅粉干燥器利用），然后进入列管冷凝器（6）冷凝成为液体，列管冷凝器的冷却剂温度通常在-40℃左右。

冷凝液经计量器（7）放入储槽（8）中。

未冷凝的气体经液封器（9）送至废气淋洗塔（10）处理后排入大气。

生产中要求定时测量出料速度及冷凝液的比重，定时取样测定冷凝液中三氯氢硅的含量，来指导合成条件的调整，以保证稳定生产出足量高品质三氯氢硅产品。

三氯氢硅合成工艺流程示意图

三氯氢硅合成沸腾炉结构示意图

五:

正常生产中各部控制的主要操作条件

1氯化氢的流量：

约400m3/h。

2热媒温度：

约250℃。

3反应炉：

压差，200～220表压；第四点温度，310℃左右。

4布袋：

压差,50mmHg以下；入口压，100mmHg以下。

5硅粉干燥时间：

12h以上。

硅粉干燥温度：

200—300℃。

六：

沸腾炉合成三氯氢硅的操作过程

1.开车准备

（1）整个系统要求密闭，并进行管道试压，通入氮气保持压力在4～5㎏/cm2，15分钟内压降不超过0.5㎏/cm2即为合格。

（2）检查所有仪表（U型压力计，KS马达和圆盘硅粉加料器是否好用）、电路、温度仪表是否正常。

（3）检查防爆装置及所有阀门是否好用，防空管是否畅通。

（4）-40℃冷媒是否正常（其中包含-5℃的冷媒）。

（6）开车前将硅粉由加料口加入炉内，用300℃左右氮气干燥6小时以上。

（7）升温操作;

热油一开始同时通往反应炉内（四组共28根热油加热管）和夹套，当炉内温度到正常温度时，手动关闭夹套热油阀。

a：

将热媒加热器打开，升温，是反应炉温度升高到280-300℃，升温过程中，同时向炉内加入硅粉（并适当的通入氮气），使硅粉的温度也升高到280℃，通知合成段氯化氢合成炉点火。

b：

氯化氢合成点火后，通知氯化氢气合成段，打开氯化氢阀门，同时关闭氮气阀，让氯化氢通入反应炉，此时开始观察仪表温度上升情况，当刚通入氯化氢气时，温度任缓慢上升。

此时反应炉内硅粉没有反应，这时反应炉内尾气很大（尾气转子很高），当温度突然上升，并且尾气转子下降，尾气量减小，说明氯化氢合成三氯氢硅，而减少尾气，此时硅粉同氯化氢开始反应，打开氯化产品罐，开始进料。

c：

当反应发生以后，调整热媒温度，使反应温度（炉内第四点温度）保持在280～320℃左右，将氯化氢流量调到正常生产要求，在30—35m3左右，反应炉内硅粉料层设定在200mm位置上，用自动加料控制稳定。

2.开车操作步骤

（1）合成炉升温以后，通氯化氢气体进三氯氢硅合成炉，开始进行反应，反应过程中将干燥好的硅粉经螺旋加料器连续加入炉内。

（2）沸腾炉继续升温使中、下部温度维持在380～400℃之间，除尘器保持在100℃左右。

（3）水冷却器中通入自来水，冷凝器中通入-60～-40℃的盐水，随后向合成炉内通入HCL气体。

（4）反应开始后停止送电，靠反应放出的热量维持炉内温度。

在炉内换热器中通入热水以带走多余的热量。

（5）每隔固定的时间用N2吹渣一次，残渣吹至除渣罐水封口排出。

3.停车操作步骤

（1）停止加入硅粉。

当剩余硅粉不再反应，不再有冷凝产物流出，炉内采用通入自来水降温。

（2）停供氯化氢气体，关闭尾气，同时通入N2，直至冷凝器无冷凝液流出为止。

（3）对除尘系统用表压1.5㎏/cm2N2进行反吹3-5min，将残渣吹出。

（4）停止电加热，整个系统压力维持在0.5㎏/cm2（表压），以防空气倒吸入炉。

（5）停止输送冷却水和冷冻盐水。

4.紧急停车步骤

氯化反应系统由于停电或其他原因，必须停止时，进行下面操作：

（1）缓慢的把氯化氢换成氮气，流量在5m3/h左右。

（2）关闭氯化氢转子进口阀。

（3）关闭KS马达电源，把KS马达的转速设定到最小值，断掉转速计的开关。

（4）热媒降温，但是停电时热媒泵及热媒电加热器自动的被切断。

七：

三氯氢硅合成事故及处理方法

1系统发生堵塞

原因：

由于反应设备及原料干燥不够，少量水分导致合成产品发生水解，积累在管道，阀门，接头及过滤器等处所致。

处理方法：

由压差计可观察到堵塞发生的部位，最易堵塞的部位有除尘器，气体分布板，合成炉以后的管路等。

除尘器堵塞，可开动备用除尘器；对已堵塞的过滤器进行N2反吹或拆开更换过滤布；气体分布板堵塞也可用N2吹扫，如无效或其它部位堵塞时应停车检修。

2系统发生漏气，跑料现象

应马上进行检修并及时处理。

跑料严重需立刻停车检修。

此时应切断所有电路，打开门窗，以防室内气体浓度过大，导致着火，爆炸的危险。

3料层压差突然变化

压差增大或减小，甚至无压差。

一般情况下这是假象，过一会可恢复正常。

打开放空管，使顶压短时间内迅速减小有助于压力恢复正常；如侧压口堵塞应立即停车检修；如蒸气冷却管压差变化较大时，则可能是合成炉内冷却管漏气，需立即停车检修。

八：

氯化岗位责任制

（1）必须掌握本岗位的工艺流程和生产设备的性能，认真执行本岗位的工艺规程和操作规程。

（2）负责使用，保养本岗位的设备，管道，阀门。

（3）做到每小时到现场巡回检查一次，发现生产有异常现象，当班不能处理时，应在交班本上记录清楚。

（4）认真做好每小时的工作记录，要如实填写不能弄虚作假。

（5）不得在设备上或者生产记录本上乱写，乱撕，乱画，搞好文明生产。

（6）提前半小时到工作岗位，认真做好交接班工作和卫生工作。

（7）每班吹布袋和旋风渣箱一次。

（8）坚守生产岗位，如有特殊情况需要离开时，必须向班组长，或者车间请假，准许后方可离开。

（9）积极参加氯化的检修工作，保质，保量完成所交给检修任务。

九：

安全技术与劳动保护

（1）生产场所应考虑防火防爆。

由于硅粉粒度较细，易引起灰尘，对人的肺部造成损害，操作时应带防尘口罩。

（2）操作时，特别是在加料、取样时更应注意，现场必须配有防毒面具，以备大量漏气跑料时用。

（3）硅粉、硅渣与浓硫酸、氢氧化钠溶液作用，会有火星，甚至着火，应严加防止。

生产中发生故障，需拆卸检修时，则先用氮气将系统内反应物置换干净后方可进行。

（4）三氯氢硅着火时，不能用水或泡沫灭火剂灭火，应用砂、四氯化碳等灭火。

故现场必需准备好以上几种灭火用品。