三氯氢硅实验室制备（三氯氢硅合成工艺分析）

三氯氢硅又称硅氯仿，分子式为SiHCl3，甲硅烷的三氯代物。为一种易流动的无色液体，密度1.34克/厘米；能溶于苯、氯仿和二硫化碳。

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，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。

三氯氢硅为一种易流动的无色液体，易挥发，易潮解，在空气中发生反应产生白烟并放出强烈的恶臭味，遇水分解，易溶于苯、醚、氯仿和二硫化碳等有机溶剂。熔点为-126.5℃，沸点为31.8℃，闪点为-13.9℃。属一级遇湿易燃易爆物品，自燃温度为185℃，在空气密度为1时，蒸汽相对密度为4.7，在空气中爆炸极限为1.2～90.5%（体积分数）。遇水反应产生氯化氢气体；它与氧化剂发生强烈反应，遇明火、高热时发生燃烧或爆炸。其火灾危险性属甲B类。

参考中国报告网发布《2017-2022年中国三氯氢硅市场竞争调研及十三五发展态势预测报告》

三氯氢硅生产主要有3个工序：三氯氢硅合成、三氯氢硅精馏、尾气处理。

1、三氯氢硅合成生产工艺

硅粉用人工加入硅粉干燥器，用蒸汽加热至一定的温度，然后利用氮气和位差压入硅粉计量罐，最后由硅粉给料机送入三氯氢硅沸腾炉，与通入的氯化氢气体在一定的温度下反应；生成的气体经重力沉降器、布袋过滤器、高沸物去除器、2级冷凝器后得到粗品三氯氢硅；粗品三氯氢硅经计量槽放入氯化料储槽。

此工艺在实际生产过程中出现了以下7种情况：硅粉加入管道容易堵塞，经常需人工敲打，增加工人劳动强度，而且容易造成炉内压力不稳定，影响三氯氢硅合成收率；硅粉给料机密封不好，造成沸腾炉炉顶气外漏，存在极大的安全隐患；氯化氢气体含水量高，缩短设备使用寿命，检修频繁，装置达不到设计能力；经2级冷凝器冷凝下来的粗品量少，系统尾气量大，尾气吸收池内的水解物过多；冷却水量不容易控制，特别是刚开车时容易造成停炉；水冷器容易堵塞，生产装置的连续生产无保障；系统压力不稳定，导致氯化氢进炉量不稳定，容易造成停炉。

2、三氯氢硅精馏工艺流程

粗品储罐内的三氯氢硅用泵经转子流量计计量进入精馏塔塔釜；用蒸汽调节阀控制釜内温度；三氯氢硅气体自塔顶流出，经过塔顶冷凝器冷凝后，一部分进入产品计量槽，分析合格后进入成品贮罐，另一部分回流至塔顶；四氯化硅积存于精馏塔塔底，通过计量调节阀送入四氯化硅储槽。

技改前的三氯氢硅生产工艺流程图

（1）第1级冷却器；

（2）第2级冷却器；

（3）氯化氢捕集器；

（4）氯化氢缓冲罐；

（5）硅粉干燥器；

（6）硅粉料仓；

（7）硅粉计量罐；

（8）硅粉给料机；

（9）沸腾炉；

（10）重力沉降器；

（11）布袋过滤器；

（12）高沸物去除器；

（13）水冷器；

（14）深冷器；

（15）氯化料计量罐；

（16）温水冷却器；

（17）温水储槽；

（18）尾气吸收塔

资料来源：公开资料整理

三氯氢硅精馏工艺流程图

（1）氯化料储槽；

（2）氯化料进料泵；

（3）1塔再沸器；

（4）1精馏塔；

（5）1塔塔顶冷凝器；

（6）1塔塔顶冷凝器缓冲罐；

（7）低沸物计量罐；

（8）2塔再沸器；

（9）2精馏塔；

（10）2塔塔顶冷凝器；

（11）2塔塔顶冷凝器缓冲罐；

（12）高沸物计量罐；

（13）产品计量罐

资料来源：公开资料整理

此工艺的操作要点是塔顶和塔釜的温度、进出料量和回流比。塔顶和塔釜的温度一旦控制不好,产品纯度必将受影响,导致不合格产品的产生；稳定的进出料量是精馏操作稳定的充分必要条件；回流比关系着产品质量和能耗的大小。

3、尾气处理

尾气的主要成分为三氯氢硅、氯化氢和氢气。原工艺对尾气的处理方法主要是经水洗塔水解，生成不溶于水的二氧化硅和盐酸。这种处理方法不但浪费三氯氢硅，提高了三氯氢硅的生产成本，管道容易堵塞，而且对水解物的清理增大了工人的劳动强度，对酸性水的处理增加了污水处理费用。

今后的改造方向

（1）沸腾炉用温水冷却改为用导热油冷却，进一步稳定沸腾炉的反应温度，延长设备使用寿命，同时利用导热油的热量加热硅粉和预热进炉的氯化氢，副产的低压蒸汽供三氯氢硅精馏使用，从而进一步降低汽耗，提高三氯氢硅合成收率。

（2）改进硅粉干燥系统，提高硅粉干燥温度，由现在的100e提高到200e左右，进一步减少硅粉中的水含量，进一步提高三氯氢硅的收率。

（3）尾气系统增加增压冷凝和变压吸附设施，进一步回收尾气中的三氯氢硅，同时对尾气中的氯化氢和氢气进行二次利用，既解决/三废问题，又大大降低三氯氢硅的生产成本。

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