【文章內(nèi)容簡介】 (2) 在合成反應(yīng)中，溫度、氯化氫量、硅粉粒度、氯化氫中氧和水份等，都對合成產(chǎn)物中三氯氫硅含量有很大影響。因此，必須嚴(yán)格控制操作條件。 由反應(yīng)式（ 1）可得： 即： （ 1） 同理，由反應(yīng)式（ 2）可得： 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 11 頁 共 25 頁 （ 2） （ 1）、（ 2）兩式相乘并整理得 （ 3） 由于（ 1）（ 2）兩反應(yīng)處于同一平衡體系中，則得： （ 4） 式中： KP KP2是平衡常數(shù)； PH PHCl、 PSiHCl PSiCl4分別是 H HCl、 SiHCl SiCl4的平衡分壓。 由此得出：適當(dāng)加入氫氣，系統(tǒng)中氯化氫濃度相應(yīng)降低， PSiHCl3/PSiCl4比值增大，其摩爾比也相應(yīng)增大，則三氯氫硅含量增加。 又由反應(yīng)式（ 2）可知：此反應(yīng)是一平衡可逆反應(yīng)，在合成系中，適當(dāng)加入四氯化硅產(chǎn)出量，降低硅粉消耗，提高三氯氫硅產(chǎn)出量。 傳統(tǒng)工藝及問題 其合成工藝流程示意圖如下圖 1 所示： 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 12 頁 共 25 頁 存在問題： 在合成氯化氫過程中，由于水份不能除凈，并被帶入沸騰爐，使合成三氯氫硅含量降低，并隨其水量的增加而更加嚴(yán)重，見圖 2： 由于水份的帶入 ，使少量氯化氫以鹽酸形式進(jìn)入沸騰爐，造成設(shè)備腐蝕，降低了設(shè)備壽命。 由于水份進(jìn)入，與系統(tǒng)中的三氯氫硅水解成氧化硅，容易發(fā)生管道堵塞等，從而影響生產(chǎn)。 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 13 頁 共 25 頁 沸騰爐中溫度分布不均，如果溫度大于 350℃，則發(fā)生如下反應(yīng)： Si+4HCl=SiCl4+H2+Q，從而造成三氯氫硅含量降低。 傳統(tǒng)工藝并沒有考慮化學(xué)平衡及如何減少 15~20%副產(chǎn)物四氯化硅產(chǎn)生，從而降低硅粉消耗高等問題。 改進(jìn)型三氯氫硅合成工藝 工藝流程 改進(jìn)型三氯氫硅合 成工藝流程如圖 3 所示： 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 14 頁 共 25 頁 圖 3 附圖改進(jìn)型三氯氫硅合成工藝流程框式圖 本設(shè)計供料方式與傳統(tǒng)方式不同： 傳統(tǒng)方式：硅粉、氯化氫氣體、氫氣； 改進(jìn)方式：硅粉、氯化氫氣體、氫氣、氣態(tài)四氯化硅。 本設(shè)計增加揮發(fā)器和配比控制系統(tǒng)，便于操作控制。 本設(shè)計增加過濾除塵器一臺，可防止水解產(chǎn)品等雜物進(jìn)入合成系統(tǒng)而影響正常運行。 工藝特點 合成系統(tǒng)中加入適量氫氣 有利于三氯氫硅合成及其含量增大； 能帶走生成的部份熱量，起到冷卻效果。 本系統(tǒng)中加入適量四氯化硅 有利于抑 制三氯氫硅轉(zhuǎn)化成四氯化硅，從而降低產(chǎn)品的硅粉單耗； 能帶走系統(tǒng)生成的部份熱量，起到冷卻效果； 有利于沸騰爐熱場分布，從而降低四氯化硅生成量； 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 15 頁 共 25 頁 清洗 HCl 氣體，有利于合成產(chǎn)品質(zhì)量提高； 使 HCl 中的水量減少，起到干燥作用，從而可提高 SiHCl3合成含量，減少主體設(shè)備腐蝕，提高設(shè)備壽命。 問題討論 SiCl H2的量及與 HCl 的配比設(shè)定 H2/HCl 的摩爾比一般為 1:4 左右； SiCl4/HCl 的摩爾比，以理論上講，較高為好，實際可取 1:10 左右； 以上配比的精確值，隨其它條件的變化而不同。而且，要綜合從能耗 、產(chǎn)量等方面計算運行的經(jīng)濟性。最經(jīng)濟的配比為最佳值。 要有防止揮發(fā)器出口管堵塞的措施 如前所述，揮發(fā)器里要發(fā)生四氯化硅水解反應(yīng)，生成易堵塞管道設(shè)備的二氧化硅。 設(shè)計沸騰爐時，應(yīng)氫爐內(nèi)熱場分布均勻和便于溫度控制作為主要因素考慮，特別是大直徑沸騰爐。 并且由于合成系統(tǒng)中補入 SiCl4，對硅粉的浮力產(chǎn)生影響，設(shè)計沸騰爐時也應(yīng)考慮。 （二）主要設(shè)備方案 設(shè)計中共有各類設(shè)備 83 臺。其中泵類設(shè)備 15 臺，塔類 3 臺，反應(yīng)器 1 臺，儲罐類 28臺，換熱器類 22 臺，壓縮機 6 臺，烘粉爐 1 臺，分離過濾器類 8 臺。 序號 工序 設(shè) 備 詳 情 備注 1 合成工段 三氯氫硅合成爐 ，氯化氫 合成爐 ，旋風(fēng)分離器，濕法除塵去（噴淋塔），緩沖罐，屏蔽泵 合成爐為該裝置的核心 2 精餾工段 篩板塔，再沸器，冷凝器，淋洗塔（填料塔），屏蔽泵，自吸泵 3 CDI 氫壓機，冷凍機，淋洗塔，吸收塔，解吸塔，吸附柱，機械泵 （三） （四） 物料平衡 （五） 自控技術(shù)方案 自動化水平和主要控制方案 儀表類型的確定 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 16 頁 共 25 頁 主要關(guān)鍵儀表選擇 （ 1） 控制室儀表 （ 2） 現(xiàn)場儀表（集中部分） 4 、 動力問題 1. 儀表用壓縮空氣：氣源由空壓站送至各用氣裝置，至裝置區(qū)的氣源壓力不低于500KPa。氣源質(zhì)量應(yīng)符合《儀表供氣設(shè)計規(guī)定》要求，并且供氣連續(xù)。本工程儀表用氣容量約分別 30Nm179。/h。 2. 電源：所有儀表均采用控制室集中供電，由電氣專業(yè)提供雙回路帶自動切換的獨立電源， DCS 控制室采用 UPS 電源供電。 五、原料、輔助材料及動力供應(yīng) （一）主要原料規(guī)格 表格 1 表格 1— 產(chǎn)品和主要原料的技術(shù)要求 序號 物 料 名 稱 技 術(shù) 要 求 1 三氯氫硅 外觀為無色或微黃色透明液體，純度≥ 98%。 2 四氯化硅 外觀為無色或微黃色透明液體，純度≥ 96%。 3 硅 粉 含量≥ 98%，粒度 60～ 160 目 4 氯 氣 含量≥ 99%，水份≤ %，壓力 ～ 5 氫 氣 含量≥ 98%，水份≤ %，壓力 ～ 表格 1— 產(chǎn)品和主要原料的技術(shù)要求 （二） 公用工程規(guī)格 頻率 50HZ177。 2% 電源 10000V， 50HZ， 3 相， 3 線 大于 200KW 的電機 10000V， 50HZ， 3 相， 3 線 小于 200KW 的電機 380V， 50HZ， 3 相 照明 380V， 50HZ， 3 相 儀表電源 220V， 50HZ，單相 壓力（界區(qū)） 溫度（界區(qū)） 163℃（飽和） 供給壓力 供給溫度 最高 30℃ 殘余氧含量 最大值 12mg/l（以 O2計） 項目建議書 —— 30000 噸 /年 三氯氫硅項目 第 17 頁 共 25 頁 硅含量 最大值 （以 SiO2計） 鐵含量 最大值 固態(tài)懸浮物 最大 PH 值 ～ 堿值 最大 （以 CaCO3計） 硬度、鈣含量 最大 （以 CaCO3計） 鎂含量 最大 （以 CaCO3計） 硫酸鹽含量 最大 （以 SO4計） 氯化物含量 最大 （以 Cl 計） 電導(dǎo)率 最大值 10us/cm（在 25℃） 正常值 2us/cm 操作壓力 操作溫度 30℃ 供給壓力 冷卻水回水