許保紅(亞洲硅業(yè)(青海)有限公司, 青海 西寧 810007)

三氯氫硅生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

許保紅(亞洲硅業(yè)(青海)有限公司, 青海 西寧 810007)

三氯氫硅是有機(jī)硅偶聯(lián)劑中最為基礎(chǔ)的單體，且是制備多晶硅的主要原料，常常用來(lái)合成芳基、烷基、有機(jī)硅烷、有機(jī)官能團(tuán)氯硅烷等。在我們的日常生活與生產(chǎn)中三氯氫硅有著非常重要的作用。然而現(xiàn)階段我國(guó)三氯氫硅的生產(chǎn)工藝仍存在許多不足，急需改進(jìn)。為此，本文將結(jié)合筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)三氯氫硅生產(chǎn)工藝及其相應(yīng)的優(yōu)化策略進(jìn)行分析。

三氯氫硅；生產(chǎn)工藝；優(yōu)化

1 三氯氫硅生產(chǎn)工藝

(1)三氯氫硅精餾工藝流程 目前主流的三氯氫硅精餾工藝流程為：首先，我們應(yīng)利用泵通過(guò)流量計(jì)計(jì)量后將適量的粗品三氯氫硅從儲(chǔ)罐中輸送至精餾塔塔釜中，隨后通過(guò)蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)確保該釜內(nèi)溫度符合精餾生產(chǎn)要求。其次，待三氯氫硅蒸餾氣化并流經(jīng)塔頂冷凝器后，該液體會(huì)被分成兩部分處理，一是通過(guò)產(chǎn)品計(jì)量槽并分析其符合要求后儲(chǔ)存到成品貯罐，而另外一些則繼續(xù)流回釜內(nèi)。最后，三氯氫硅精餾后所得產(chǎn)物四氯化硅經(jīng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)計(jì)量輸送至專門(mén)的儲(chǔ)槽中。

(2)三氯氫硅合成生產(chǎn)工藝 首先，由工人將硅粉加入硅粉干燥器中，并利用蒸汽或?qū)嵊蛯⑵浼訜岬教囟囟冗M(jìn)行干燥除去水分。其次，通過(guò)位差壓將其壓至硅粉計(jì)量罐中。再次，通過(guò)位差及壓差將其輸送到三氯氫硅流化床反應(yīng)器中，讓其在特定溫度和壓力下與過(guò)氫的氯化氫氣體發(fā)生反應(yīng)。最后采用旋風(fēng)分離器、布袋過(guò)濾器、高沸物去除器、2級(jí)冷凝器將所生產(chǎn)的氣體進(jìn)行處理，并得到粗品三氯氫硅。

(3)三氯氫硅尾氣處置 三氯氫硅精餾處理后，其會(huì)產(chǎn)生包含三氯氫硅、氯化氫以及氫氣三種成分的混合尾氣，其中氯化氫和氫氣為生產(chǎn)三氯氫硅的重要原料。而三氯氫硅和氯化氫為有毒氣體，故這就要求企業(yè)必須對(duì)該尾氣進(jìn)行處置回收，以此避免浪費(fèi)、環(huán)境污染以及中毒事故產(chǎn)生。

2 三氯氫硅生產(chǎn)工藝的優(yōu)化策略

(1)三氯氫硅精餾工藝的優(yōu)化 針對(duì)三氯氫硅精餾工藝中塔頂與塔釜溫度、回流比以及進(jìn)出料量三者對(duì)生產(chǎn)所具有的影響，筆者認(rèn)為要想對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，企業(yè)必須要在充分結(jié)合自身工藝、生產(chǎn)要求的實(shí)際情況下，通過(guò)逐一試驗(yàn)的方法將這三者最優(yōu)的生產(chǎn)條件確定下來(lái)。例如在回流比試驗(yàn)確定中，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在三氯氫硅精餾中如果提高回流比雖有助于提升產(chǎn)品純度，但這就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量出現(xiàn)減少的情況，為此筆者通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得知，假設(shè)某一企業(yè)三氯氫硅精餾工藝中，塔全流量原來(lái)為15m3/h，只要在精餾中將蒸汽和冷卻水流量二者適當(dāng)提高使其達(dá)到22m3/h時(shí)，不但可以有效地提高產(chǎn)品產(chǎn)量，同時(shí)也能夠很好地確保產(chǎn)品的純度。再者也可以通過(guò)將板式精餾塔改為填料精餾塔并采用精餾塔之間的耦合技術(shù)，這樣不僅可以提高產(chǎn)品品質(zhì)還可以節(jié)省能量。

(2)三氯氫硅合成生產(chǎn)工藝的優(yōu)化 ①優(yōu)化硅粉系統(tǒng)。在以往的管線布局以及生產(chǎn)設(shè)備中，硅粉進(jìn)入加料口的彎道較多、坡度較小，從而降低了硅粉的流動(dòng)速度。因此應(yīng)當(dāng)優(yōu)化硅粉輸送管道，盡可能降低管道阻力，并輔以氮?dú)馔苿?dòng)，以增加輸送硅粉的速度與效率。

②合理控制流化床溫度。流化床內(nèi)部溫度過(guò)高或過(guò)低均是由于流化床內(nèi)部溫度分布不均勻和調(diào)節(jié)閥與溫水冷卻管不協(xié)調(diào)造成的，而造成前者現(xiàn)象的原因則是流化床內(nèi)部出現(xiàn)了騰涌、大起泡、溝流等異?，F(xiàn)象，造成這種異?，F(xiàn)象的直接原因?yàn)?，工藝控制不?dāng)和流化床內(nèi)件設(shè)計(jì)不科學(xué)引起的。后者是因?yàn)榱骰矁?nèi)部換熱器選型與流化床不匹配及其冷媒控制調(diào)節(jié)閥選型不當(dāng)。因此，應(yīng)當(dāng)重新設(shè)計(jì)氯化氫進(jìn)爐風(fēng)帽以及調(diào)整冷卻管管徑與調(diào)節(jié)閥，以達(dá)到有效控制流化床溫度的目的。

③科學(xué)控制氯化氫的水含量。第一，應(yīng)干燥處理氯化氫的合成原料，特別是其中的氫氣原料，保證氫氣干燥器出口氫氣的露點(diǎn)控制在零下40℃左右。第二，采用氯氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)氯氣進(jìn)行干燥脫水處理。以此確保氣體狀態(tài)下的鹽酸不會(huì)對(duì)三氯氫硅生產(chǎn)管道造成腐蝕和堵塞。第三，采用零下20℃的冷凍鹽水對(duì)未進(jìn)入三氯氫硅流化床之前的氯化氫氣體進(jìn)行冷卻除水處理。

(3)三氯氫硅尾氣處置優(yōu)化 通過(guò)對(duì)三氯氫硅尾氣三種成分含量分析可知，氯化氫與氫氣占了很大的比例，二者含量高達(dá)95%，因而筆者認(rèn)為其尾氣處置的優(yōu)化重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在于氯化氫與氫氣。對(duì)此筆者認(rèn)為，在三氯氫硅尾氣處置優(yōu)化中企業(yè)可以采取CDI工藝。首先對(duì)尾氣進(jìn)行低溫洗滌、分離處理，隨后在對(duì)其進(jìn)行加壓冷凝，如此一來(lái)既可以回收大量的三氯氫硅。其次，在利用低溫氯硅烷對(duì)氯化氫進(jìn)行洗滌分離處理，處理后的氯化氫回收繼續(xù)供三氯氫硅合成使用。最后利用變壓吸附(PSA)或變溫吸附(TSA)裝置將尾氣中氫氣轉(zhuǎn)化成高純度氫氣。

(4)工藝參數(shù)優(yōu)化 對(duì)于三氯氫硅合成生產(chǎn)的整個(gè)工藝可以利用ASPEN PLUS、PRO II、CHEMCAD等時(shí)下比較流行的流程模擬軟件進(jìn)行相關(guān)模擬計(jì)算，以此可以確定精餾操作最優(yōu)回流比，確定尾氣回收最優(yōu)循環(huán)量等重要操作參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施以上對(duì)三氯氫硅合成工藝的優(yōu)化策略，可以使三氯氫硅的生產(chǎn)工藝更加環(huán)保、節(jié)能，操作更加穩(wěn)定，系統(tǒng)更加安全。不僅為企業(yè)減少運(yùn)行費(fèi)用，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而且是響應(yīng)國(guó)家環(huán)保節(jié)能號(hào)召，使企業(yè)處于不敗之地的得力舉措。

[1]盛長(zhǎng)海.三氯氫硅生產(chǎn)過(guò)程中的工藝整改措施[J].中國(guó)化工貿(mào)易, 2014,(29).

[2]朱曉紅.三氯氫硅生產(chǎn)中主要潛在危險(xiǎn)及防范措施[J].河南化工,2007, 24(10).

[3]馬紅娜,孫愿,武征.三氯氫硅建設(shè)項(xiàng)目清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì), 2013,33(8).