30000吨三氯氢硅项目建议书.docx
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30000吨三氯氢硅项目建议书
一、总论
（一）项目名称、主办单位名称、企业性质及法人
项目名称：
年产30000吨三氯氢硅项目
主办单位：
企业性质：
有限责任公司
法人代表：
（二）编制依据和原则
1、编制依据
国家有关法律、法规及工程设计的有关规范与规定。
2、编制原则
⑴认真贯彻执行国家基本建设的各项方针、政策和有关规定，执行国家及各部委颁发的现行标准和规范。
⑵结合企业实际状况，选用技术和设备先进适宜，经济合理，安全可靠。
⑶遵照国家有关环境保护的政策和法规，对“三废”尽可能回收利用，最大限度地减少对环境的污染；注重劳动安全、卫生，设计应符合国家有关劳动安全、劳动卫生、消防等法规、标准、规范的要求。
（三）项目提出的背景、投资的必要性和经济意义
（1）市场需求持续增长。
三氯氢硅是生产高纯度多晶硅的重要原料。
目前，世界上80％的多晶硅采用改良西门子技术生产。
该技术是通过在一定温度下氢对SiHC13进行还原而生成的。
据统计，全世界60％的三氯氢硅消耗，在多晶硅生产中，而且这一比例还将继续增加。
我国的多晶硅产业虽然处于起步阶段，但发展迅猛。
我国在子午线轮胎方面，每年大约需要4000多吨硅69（每吨硅69需要三氯氢硅0.3吨），仅仅轮胎橡胶企业，每年需用1500多吨三氯氢硅，主要依赖进口进行解决。
随着子午线轮胎的普及，三氯氢硅每年需求将成倍增长。
据估计到2010年，我国多晶硅需求量将达到6000吨，全球需求量将超过65000吨，由此可见,生产三氯氢硅是一个产值高,有发展前途的项目。
随着近年来有机硅产业的不断升温。
各国对有机硅产业都采取了一系列鼓励措施，使得该产业的发展十分迅猛，对三氯氢硅的需求量激增。
在我国，受技术条件的限制，之前国内仅有几家三氯氢硅生产企业，产量远不能满足市场需求，而且产品纯度低，只能满足中低端需求，高纯度产品仍需要进口。
目前，我国共有37家企业已经或者正在向该领域进军，预计未来5～10年内将是拉动我国三氯氢硅产业的又一大增长点。
（2）结构调整加快转化。
由于三氯氢硅的生产需要消耗大量的原料液氯，是氯碱企业的一种很好的平衡氯气提高经济效益的产品，非常适合作为氯碱工业的下游产品进行开发，这对于氯碱工业扩大产业规模，调整产业结构也是一次重大的机遇。
我国经济的飞速发展，尤其是精细化工、有机硅产业、电子产品、光纤通讯等行业的快速发展，为三氯氢硅的生产和下游产品的开发提供了巨大的市场空间和机遇。
氯碱企业的发展不仅增加产品规模，更要调整产品结构，适应市场的变化，坚定不移地走精细化工发展道路。
发展以三氯氢硅为中间体的硅烷偶联剂等系列产品将是一个很好的选择，若有能力将多晶硅生产基地、光纤预制棒生产基地和氯碱生产厂建在一起，将为企业创造很大的经济和社会效益。
（3）资源条件优势
自有年产烧碱30万吨的能力，生产有氯气、氢气、水、电等能满足三氯氢硅的需要，可实现管道配送；同时公司还具备土地、人员、公用设施的优势；平顶山土地平整，工业、生活上下水、电、汽、排污、通讯等各种公用工程齐全，水、电、煤资源丰富，有良好投资环境。
1、矿盐资源：
2、煤、电资源：
4、水资源：
5、交通优势：
平
6、工业硅原料优势：
（四）结论
该项目建设对的发展具有重要的意义。
（五）主要技术经济指标表
见主要技术经济指标表
序号
项目名称
单位
指标
备注
一
建设规模
1
三氯氢硅
吨/年
30000
2
四氯化硅
吨/年
6000
二
操作时间
h/a
8000
三
主要原材料
1
氢气
2
氯气
3
化工用硅粉
四
水、电、汽及动力消耗
1
直流电
万kWh/a
2
交流电
万kWh/a
3
蒸汽
万t/a
4
一次水
万m3/a
5
循环水
万m3/a
6
脱盐水
万m3/a
7
工艺空气
万Nm3/a
8
仪表空气
万Nm3/a
五
三大主材
1
钢材
t
2
水泥
t
3
木材
m3
六
全年增加运输量
万t/a
1
其中：
运入
万t/a
2
运出
万t/a
七
定员
人
八
总投资
万元
12000.
1
其中：
固定资产投资
万元
2
流动资金
万元
九
年均总销售收入
万元
平均
十
年均销售税金及附加
万元
十一
年均利润总额
万元
十二
主要经济评价指标
1
财务内部收益率
%
税后
2
净现值
万元
税后
3
投资利润率
%
4
投资利税率
%
5
贷款偿还期
年
（含建设期）
二、市场预测
（一）产品性质与用途
1、三氯化硅
（1）性质
本品又称三氯硅烷或硅氯仿，分子式为SiHCl3，沸点31.8℃，常温时为无色或微黄色的透明可燃液体，易挥发，易水解，易溶于醇、醚、卤化烃，为有机溶剂。
序号
性质
参数
序号
性质
参数
1
分子量：
135.43
7
燃点：
-27.8℃
2
熔点（101.325kPa）：
-134℃
8
自燃点：
104.4℃
3
沸点（101.325kPa）：
31.8℃
9
闪点：
-14℃
4
液体密度（0℃）：
1350kg/m3
10
爆炸下限：
9.8%
5
相对密度（气体，空气=1）：
4.7
11
毒性级别：
3
6
蒸气压（-16.4℃）：
（14.5℃）：
13.3kPa
12
易燃性级别：
4
53.3kPa
13
易爆性级别：
2
表格2—三氯氢硅物化性质
（2）用途
三氯氢硅用作硅烷偶联剂
三氯氢硅是生产有机硅烷偶联剂的重要原料，将三氯氢硅与氯乙烯或氯丙烯进行合成反应，再经精馏提纯，得到乙烯基或丙烯基系列硅烷偶联剂产品。
硅烷偶联剂几乎可与任何一种材料交联，包括热固性材料、热塑性材料、密封剂、橡胶、亲水性聚合物以及无机材料等，在太阳能电池、玻璃纤维、增强树脂、精密陶瓷纤维和光纤保护膜等方面扮演着重要角色，并在这些行业中发挥着不可或缺的重要作用。
多晶硅的重要原料
三氯氢硅不仅是制造硅烷偶联剂和其它有机硅产品的重要中间体，还是制造多晶硅的主要原料。
多晶硅产品的主要用途：
（1）可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能；
（2）高纯的晶体硅是重要的半导体材料；（3）金属陶瓷、宇宙航行的重要材料；（4）光导纤维通信，最新的现代通信手段；（5）性能优异的硅有机化合物。
三氯氢硅其它应用
三氯氢硅因带有氢键，并且含氯较多，常与其他有机官能团生成一系列的有机硅产品（如氯丙基三氯硅烷，乙烯基氯硅烷，辛基氯硅烷等），以用于有机硅烷和烷基、芳基以及有机官能团氯硅烷的合成，是有机硅烷偶联剂中最基本的单体，也是生产半导体硅、单晶硅的原料，也可用于制造硅酮化合物。
我国经济的飞速发展，尤其是精细化工、有机硅产业、电子产品、光纤通讯等行业的快速发展，为三氯氢硅的生产和下游产品的开发提供了巨大的市场空间和机遇。
随着有机硅烷偶联剂工业的发展而出现供不应求，生产量越来越大。
2、四氯化硅
（1）性质
四氯化硅（Silicontetrachloride），别名氯化硅、四氯化矽，分子式为SiCl4，为无色或淡黄色发烟液体，可混溶于苯、氯仿、石油醚等多数有机溶剂，性质稳定，有刺激性气味，易潮解。
序号
性质
参数
1
分子量：
169.90
2
熔点（101.325kPa）：
-70℃
3
沸点（101.325kPa）：
57.6℃
4
相对密度（水=1）
1.48
5
相对密度（气体，空气=1）：
5.86
6
蒸气压（37.8℃）
55.99kPa
表格3—三氯氢硅物化性质
（2）用途
生产三氯氢硅的主要副产品四氯化硅也是制造有机硅的主要原料，每生产1吨三氯氢硅将联产四氯化硅约0.2吨。
目前，四氯化硅国内主用于含硅防水涂料，氯相白炭黑，铸造粘结剂等。
它的制成品有硅酸酯、有机硅油、高温绝缘漆、有机硅树脂、硅橡胶和耐热垫衬材料等。
高纯的四氯化硅还是制造高纯二氧化硅、无机硅化合物、石英纤维以及光导纤维的重要原料。
（二）市场概况
当前世界上只有美国、日本、德国、俄罗斯等少数国家能够以大工业规模生产高纯HSiCl3，最大的生产商是德国的Wacher公司和美国的DowCorning公司。
近年来，我国多晶硅和有机硅产业发展速度很快，对三氯氢硅的需求量增大。
据估计，到2010年，我国多晶硅需求量将达到8Wt/a，全球需求量将超过20Wt/a，届时对三氯氢硅的需求量将十分巨大。
中国在20世纪90年代初已建成一定规模的HSiCl3生产装置。
然而，目前中国HSiCl3产品的纯度只能满足中低端应用，高纯度级别HSiCl3仍需依赖进口。
因此，应加紧开发高纯度级别的电子产品，并发展具有自主知识产权的技术，缩短与国外先进水平的差距。
序号
单位名称
生产能力
（依次下降）
1
江西赣中氯碱制造有限公司
10000吨
2
重庆天原化工有限公司
9000吨
3
南昌宏狄氯碱有限公司
---
4
上海氯碱化工股份有限公司电化厂
---
5
沁阳国顺硅源光电气体有限公司
---
6
山东华阳科技股份有限公司
---
7
江油启明星氯碱化工有限责任公司
3000
8
唐山冀东氯碱有限公司
500
三氯氢硅拟在建项目
9
乐山市福华农药科技有限公司
20000吨
10
三门峡市1.2万吨三氯氢硅生产线项目正在建设中
12000吨
11
河北年产1.5万吨三氯氢硅项目
15000吨
12
汝州市年产6000吨三氯氢硅项目
6000吨
13
济源市年产1万吨高纯三氯氢硅项目获备案
10000吨
14
榆林经济开发区6000吨/年三氯氢硅项目正在招商
6000吨
（三）本项目竞争力分析
2.3.1生产规模分析
1、本项目30000吨/年三氯氢硅装置，根据上述分析是适宜的。
2、
2.3.2技术水平分析
2.3.3盈利水平分析
2.3.4营销能力分析
2.3.5偿还能力分析
2.3.6抗风险能力分析
2%。
2.3.7竞争力分析论
1.近年来，随着发达国家的产业调整及大型烧碱装置的限产，离子膜液碱、片碱的出口量逐年扩大，国内烧碱市场也呈现出平稳发展且稳中有升的态势，具有一定的市场空间。
2.我国聚氯乙烯处于高速成长期，国内聚氯乙烯正在逐渐替代进口，具有一定的市场空间。
3.我国有大力发展聚氯乙烯的优势条件，随着环保及资源意识的加强，以塑代木有着良好的发展前景。
4.本项目坐落的河南平顶山市叶县，具有原料资源丰富，成本低，产品地市场覆盖广的优点。
由此可见，本项目抗风险能力和市场竞争力是较强的。
三产品方案及生产规模
（一）产品方案的选择
选择生产什么规格用在什么方面的三氯化硅
（二）产品品种及生产规模
项目单体规模36kt／a，其中三氯氢硅产品规模30kt／a，四氯化硅产品规模6kt／a（基于合成气三氯氧硅与四氯化硅组成质量比约为5：
1）。
2、产品规格及质量标准
3、年操作时间
年操作时间按8000小时考虑。
四、工艺技术方案
（一）技术方案：
三氯硅烷（HSiCl3）是一种重要的高附加值原料，主要用作半导体工业中制造超纯多晶硅和高纯硅烷的原料及外延生长的硅源。
从成熟、实用方面，仍使用国内外普通使用的工业纯硅在氯化氢气流下流态氯化，再精溜提纯的工艺路线。
现在国内一般采用改良西门子法，三氯氢硅反应炉中硅粉转化率可达90%以上。
装置包括硅粉储存及输送、合成反应及旋风除尘、合成气冷却及冷凝、产品精制与氯化氢、氧气回收、尾气洗涤等元，以及导热油加热、深冷等配套系统。
1、原料路线：
电解槽送出氢气经除氧干燥，同氯气合成氯化氢气，进入反应炉同硅粉生成粗三氯氢硅，经精馏得到合格的三氯氢硅，再分离出合格的四氯化硅，用干燥清洁铁桶罐车包装出厂。
2、工艺流程：
图1—三氯化硅工艺流程简图
三氯氢硅是通过高纯氯化氢气体与金属级单体硅（质量分数98．0％～99．0％在一定温度、压力条件下反应制备的。
反应方程式如下：
Si+3HCl→SiHCl3+H2
（1）
Si+4HC1→SiCL+2H2
（2）
Si+2HCl→SiH2CI2（3）
第二章、三氯氢硅的生产工艺
2.1三氯氢硅生产方法
2.1.1氯化氢合成
H2＋Cl2＝2HCl
2.1.2三氯氢硅合成
Si＋3HCl＝SiHCl3＋H2
Si＋4HCl＝SiCl4＋2H2
SiHCl3+HCl＝SiCl4+H2
三氯氢硅合成。
将硅粉卸至转动圆盘，通过管道用气体输送至硅粉仓，再加入硅粉干燥器，经过圆盘给料机并计量后加入三氯氢硅合成炉。
在三氯氢硅合成炉内，温度控制在80—310℃，硅粉和氯化氢发生反应，生成三氯氢硅和四氯化硅。
生成的三氯氢硅和四氯化硅气体经沉降器、旋风分离器和袋式过滤器除去粉尘及高氯硅烷，经水冷后经隔膜压缩机加压，再用-35℃冷媒冷凝为液体。
不凝性气体通过液封罐进入尾气淋洗塔，经酸碱淋洗达标后排放。
2.1.3三氯氢硅分离
三氯氢硅分离。
三氯氢硅和四氯化硅混合料（三氯氢硅含量为80—85%）进入加压塔，采用两塔连续提纯分离，通过控制一定的回流比，最终得到三氯氢硅含量为99%以上的产品和四氯化硅含量为95%以上的副产物。
2.1.4含尘废气处理
含尘废气主要是输送硅粉的氮气，先经布袋除尘回收硅粉，然后经水洗涤，洗涤废水经沉淀后循环使用，尾气洗涤后排入大气。
布袋除尘器除尘率为99％，洗涤除尘率按50％计，总除尘效率达到99.5％，经处理后达标排放。
不凝气体主要含有保护气体，其余还含有少量的氯硅烷、氯化氢等。
经过低温冷凝后剩余的不凝气送废气处理装置，氯硅烷系列遇水迅速分解成硅酸和氯化氢，氯化氢气体先被稀盐酸循环吸收为浓盐酸回收使用，微量部分被碱液吸收、反应。
废气主要成份有氮气，废气经淋洗处理后，通过车间排气筒达标排放。
在满足要求的前提下尽量选用转速低、噪声小的设备；同时对鼓风机设独立的隔声间，与所在的楼层分开，以减轻振动而产生的噪声；对空压机、鼓风机、泵等进气管装消音器，并设隔声操作室，减少室内噪声污染，改善工人作业环境。
烟筒设置足够的高度，使烟气的排放符合国家《大气污染物综合排放标准》二级标准的要求。
2.2三氯氢硅工艺技术改进
2.2.1三氯氢硅合成的原理
在沸腾炉中，硅粉和氯化氢主要按下列反应生成三氯氢硅：
Si+3HCl
SiHCl3+H2+Q
（1）
并伴随有如下副反应：
SiHCl3+HCl
SiCl4+H2
（2）
在合成反应中，温度、氯化氢量、硅粉粒度、氯化氢中氧和水份等，都对合成产物中三氯氢硅含量有很大影响。
因此，必须严格控制操作条件。
由反应式
（1）可得：
即：
（1）
同理，由反应式
（2）可得：
（2）
（1）、
（2）两式相乘并整理得
（3）
由于
（1）
（2）两反应处于同一平衡体系中，则得：
（4）
式中：
KP1、KP2是平衡常数；PH2、PHCl、PSiHCl3、PSiCl4分别是H2、HCl、SiHCl3、SiCl4的平衡分压。
由此得出：
适当加入氢气，系统中氯化氢浓度相应降低，PSiHCl3/PSiCl4比值增大，其摩尔比也相应增大，则三氯氢硅含量增加。
又由反应式
（2）可知：
此反应是一平衡可逆反应，在合成系中，适当加入四氯化硅产出量，降低硅粉消耗，提高三氯氢硅产出量。
2.2.2传统工艺及问题
其合成工艺流程示意图如下图1所示：
2.2.3存在问题：
2.2.3.1在合成氯化氢过程中，由于水份不能除净，并被带入沸腾炉，使合成三氯氢硅含量降低，并随其水量的增加而更加严重，见图2：
2.2.3.2由于水份的带入，使少量氯化氢以盐酸形式进入沸腾炉，造成设备腐蚀，降低了设备寿命。
2.2.3.3由于水份进入，与系统中的三氯氢硅水解成氧化硅，容易发生管道堵塞等，从而影响生产。
2.2.3.4沸腾炉中温度分布不均，如果温度大于350℃，则发生如下反应：
Si+4HCl=SiCl4+H2+Q，从而造成三氯氢硅含量降低。
2.2.3.5传统工艺并没有考虑化学平衡及如何减少15~20%副产物四氯化硅产生，从而降低硅粉消耗高等问题。
2.2.4改进型三氯氢硅合成工艺
2.2.4.1工艺流程
改进型三氯氢硅合成工艺流程如图3所示：
图3附图改进型三氯氢硅合成工艺流程框式图
本设计供料方式与传统方式不同：
传统方式：
硅粉、氯化氢气体、氢气；
改进方式：
硅粉、氯化氢气体、氢气、气态四氯化硅。
本设计增加挥发器和配比控制系统，便于操作控制。
本设计增加过滤除尘器一台，可防止水解产品等杂物进入合成系统而影响正常运行。
工艺特点
合成系统中加入适量氢气
有利于三氯氢硅合成及其含量增大；
能带走生成的部份热量，起到冷却效果。
本系统中加入适量四氯化硅
有利于抑制三氯氢硅转化成四氯化硅，从而降低产品的硅粉单耗；
能带走系统生成的部份热量，起到冷却效果；
有利于沸腾炉热场分布，从而降低四氯化硅生成量；
清洗HCl气体，有利于合成产品质量提高；
使HCl中的水量减少，起到干燥作用，从而可提高SiHCl3合成含量，减少主体设备腐蚀，提高设备寿命。
问题讨论
SiCl4、H2的量及与HCl的配比设定
H2/HCl的摩尔比一般为1:
4左右；
SiCl4/HCl的摩尔比，以理论上讲，较高为好，实际可取1:
10左右；
以上配比的精确值，随其它条件的变化而不同。
而且，要综合从能耗、产量等方面计算运行的经济性。
最经济的配比为最佳值。
要有防止挥发器出口管堵塞的措施
如前所述，挥发器里要发生四氯化硅水解反应，生成易堵塞管道设备的二氧化硅。
设计沸腾炉时，应氢炉内热场分布均匀和便于温度控制作为主要因素考虑，特别是大直径沸腾炉。
并且由于合成系统中补入SiCl4，对硅粉的浮力产生影响，设计沸腾炉时也应考虑。
（二）主要设备方案
设计中共有各类设备83台。
其中泵类设备15台，塔类3台，反应器1台，储罐类28台，换热器类22台，压缩机6台，烘粉炉1台，分离过滤器类8台。
序号
工序
设备详情
备注
1
合成工段
三氯氢硅合成炉，氯化氢合成炉，旋风分离器，湿法除尘去（喷淋塔），缓冲罐，屏蔽泵
合成炉为该装置的核心
2
精馏工段
筛板塔，再沸器，冷凝器，淋洗塔（填料塔），屏蔽泵，自吸泵
3
CDI
氢压机，冷冻机，淋洗塔，吸收塔，解吸塔，吸附柱，机械泵
（三）
（四）物料平衡
（五）自控技术方案
1、自动化水平和主要控制方案
2、仪表类型的确定
3、主要关键仪表选择
（1）控制室仪表
（2）现场仪表（集中部分）
4、动力问题
1.仪表用压缩空气：
气源由空压站送至各用气装置，至装置区的气源压力不低于500KPa。
气源质量应符合《仪表供气设计规定》要求，并且供气连续。
本工程仪表用气容量约分别30Nm³/h。
2.电源：
所有仪表均采用控制室集中供电，由电气专业提供双回路带自动切换的独立电源，DCS控制室采用UPS电源供电。
五、原料、辅助材料及动力供应
（一）主要原料规格
表格1表格1—产品和主要原料的技术要求
序号
物料名称
技术要求
1
三氯氢硅
外观为无色或微黄色透明液体，纯度≥98%。
2
四氯化硅
外观为无色或微黄色透明液体，纯度≥96%。
3
硅粉
含量≥98%，粒度60～160目
4
氯气
含量≥99%，水份≤0.05%，压力0.2～0.3Mpa
5
氢气
含量≥98%，水份≤0.01%，压力0.1～0.2Mpa
表格1—产品和主要原料的技术要求
（二）公用工程规格
1.电力
频率 50HZ±2%
电源 10000V，50HZ，3相，3线
大于200KW的电机 10000V，50HZ，3相，3线
小于200KW的电机 380V，50HZ，3相
照明 380V，50HZ，3相
仪表电源 220V，50HZ，单相
2.蒸汽
压力（界区）0.6MpaG
温度（界区）163℃（饱和）
3.纯水
供给压力0.3MpaG
供给温度最高30℃
残余氧含量最大值12mg/l（以O2计）
硅含量最大值0.1mg/l（以SiO2计）
铁含量最大值0.05mg/l
固态悬浮物最大0.1mg/l
PH值6.5～7.5
碱值最大0.2mg/l（以CaCO3计）
硬度、钙含量最大0.2mg/l（以CaCO3计）
镁含量最大0.1mg/l（以CaCO3计）
硫酸盐含量最大0.1mg/l（以SO4计）
氯化物含量最大1.0mg/l（以Cl计）
电导率最大值10us/cm（在25℃）
正常值2us/cm
操作压力0.15MpaG
操作温度30℃
4.冷却水
供给压力0.5MpaG
冷却水回水压力0.15MpaG
供给温度最高32℃
冷却水回水温度最高37℃
污垢系数0.0004m2H.C/Kcal
5.氮气
供给压力0.5Mpa
供给温度环境温度
纯度最小值99.9V%
含氧量最大值50ppm
露点在0.6MpaG条件下，低于-30℃
油污及灰尘含量无
6.仪表空气
供给压力0.6Mpa
供给温度环境温度
露点在0.6MpaG条件下为-30℃
油污及灰尘含量无
7.工艺空气
供给压力0.6Mpa
供给温度环境温度
油污及灰尘含量无
8.生活用水
供给压力0.2MpaG
供给温度环境温度
9.消防水
供给压力0.4MpaG
最大值0.6MpaG
供给温度环境温度
六、建厂条件和厂址方案
（一）建厂条件
1、厂址地理位置
平顶山市叶县地处河南省西南部,是中南地区燃煤的主要发运地之一。
境内公路、铁路四通八达，交通运输十分便利。
厂址位于平顶山市叶县工业区，交通运输十分便利。
2、厂址自然条件
（1）水文、气象条件
气温：
年平均气温14.9℃
年极端最高气温42.6℃
年极端最低气温-12℃
湿度：
年平均相对湿度67.3%
风：
常年主导风向东北风
最大风速24m/s
平均风速3.2m/s
降雨量：
年平均降水量738.6mm
月最大降水量366.6mm
雪：
最大积雪深度130mm
土壤最大冻结深度20cm
年无霜期226天
蒸发量：
年平均蒸发量2097mm
年最大蒸发量2825mm
年最小蒸发量1490mm
（2）
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