三氯氫硅生產中現(xiàn)存問題及發(fā)展前景

王良珣

摘 要：隨著我國經濟的快速發(fā)展，我國各行各業(yè)也迅速發(fā)展，加快發(fā)展可再生能源已成為全球能源轉型的主流方向，全球能源轉型為太陽能提供了廣闊市場空間光伏產業(yè)和有機硅產業(yè)發(fā)展迅猛，而三氯氫硅則是光伏產業(yè)和有機硅產業(yè)中一個重要環(huán)節(jié)。本文通過對三氯氫硅生產中遇到的問題以及發(fā)展前景進行分析，針對這些問題，找到解決問題的辦法，為我國三氯氫硅產業(yè)的發(fā)展提供參考。

關鍵詞：三氯氫硅；生產；存在問題；發(fā)展前景

三氯氫硅不僅是制造硅烷偶聯(lián)劑和其它有機硅產品的重要中間體，還是制造多晶硅的主要原料。我國三氯氫硅行業(yè)的發(fā)展，跟整個光伏產業(yè)的發(fā)展息息相關。同其他行業(yè)一樣，也經歷過初期、發(fā)展、高潮、低迷、穩(wěn)定的各個階段。本來基于解決氯堿生產中氯過剩問題而得到氯堿行業(yè)青睞的三氯氫硅，2011年以前基本是暴利時代，三氯氫硅生產企業(yè)如雨后春筍般迅猛發(fā)展，之后由于種種原因，光伏產業(yè)進入了低迷階段，三氯氫硅生產利潤迅速降低，多晶企業(yè)也趁機將成本向上游轉移，三氯氫硅生產企業(yè)被迫停產或者增加投入技術革新提高產品質量。經過近年來市場的選擇，而后利潤趨于平穩(wěn)合理，一些規(guī)模大、管理好、敢于技術投入的企業(yè)在三氯氫硅行業(yè)立穩(wěn)了腳跟。

1 三氯氫硅概述

三氯氫硅是一種有機物，根據(jù)相似相溶的原理，三氯氫硅可以溶解于苯、甲醚、乙醚等有機溶劑中去。純凈的三氯氫硅是一種易揮發(fā)、易潮解的無色液體，遇到空氣就能夠發(fā)生反應，并且散發(fā)出一種惡臭味，并且伴有白煙產生。三氯氫硅在遇到水時，能夠發(fā)生強烈的化學反應，這種強烈的反應能夠產生氯化氫，氯化氫是一種酸性物質。三氯氫硅在遇到明火或者強氧化劑時，能夠發(fā)生爆炸，具有易燃易爆的特點。

三氯氫硅遇到空氣的反應方程式：

SiHCl3+O2→SiO2+HCl+Cl2

2 三氯氫硅生產工藝

三氯氫硅的合成工藝主要分為三大步驟（如圖1所示）。

2.1 氯化氫的合成

在氯化氫合成爐中，氫氣和氯氣經過化學反應生成氯化氫，在合成爐中反應后是混有氫氣、氯氣和氯化氫的混合物，生成的氯化氫經過水冷、深冷、多級除霧之后成為干燥的氯化氫。（經過這樣的處理不能除去氯化氫中的氫氣和氯氣，只是能得到干燥的氯化氫氣體，在生產中就可以利用了）

2.2 三氯氫硅的合成

經過凈化處理、加壓的氯化氫在三氯氫硅合成爐中和干燥硅粉發(fā)生化學反應，生成三氯氫硅、四氯化硅等，生成物中混有硅粉通過旋風分離出去，再經過袋式過濾、空氣冷卻、多級冷凝形成含有雜質的粗品三氯氫硅。

2.3 三氯氫硅的精制

含有雜質的三氯氫硅要進行精細化處理才能成為有機硅的原料，粗品三氯氫硅經過一級精餾、二級精餾形成兩種產物，一是我們需要的產品三氯氫硅，二是副產物四氯氫硅（見圖1）。

3 三氯氫硅生產中現(xiàn)存的問題

3.1 副產物四氯化硅的出路問題

副產物四氯化硅反應方程式為：

Si+2HCl→SiH2Cl2（T<280℃）（此為二氯二氫硅）

Si+4HCl→SiCl4+2H2↑（T>350℃）

根據(jù)上面的化學反應方程式，我們假設一個三氯氫硅的生產廠家有一個20000t/a的生產裝置，開工時間以8000h/a，合成液三氯氫硅生成率為85%，四氯化硅生成率為15%左右（其他產物微量暫計入四氯化硅），來進行計算，當工廠生產20000噸三氯氫硅則會產生3530噸左右的的副產物四氯化硅，對于生產廠家來說這個數(shù)量很巨大，以前大部分廠家的的處理方式通過水解的方法或者將四氯化硅一貼錢給有資質廠家的方式來處理這些四氯化硅。這種處理方法一方面需要的人力、物力、財力比較大，另外一方面產生的酸類會對水造成污染，還要進行二次處理。這種處理方法不利于三氯氫硅的生產。

3.2 生產中堵塞問題的處理

三氯氫硅生產中，未反應的細硅粉和不再參加反應物質從合成爐頂端出口經旋風分離器、袋式除塵器，并不能完全除去，會進入空氣冷卻器、循環(huán)水冷卻等設備，和冷凝下來的金屬氯化物堵塞設備。增加了清理設備的工作量，影響裝置的產能。多數(shù)廠家已經采用濕法除塵裝置，使合成的氣體從塔底通入，用粗合成液在塔內循環(huán)，洗去合成氣體中帶來的粉塵并使金屬氯化物結晶除去，洗凈過的氣體再經系統(tǒng)冷凝，從而得到固相雜質極少的合成液體。塔底部含固相雜質多的液體進入蒸發(fā)釜，濃縮以后水解處理。極大地減少了冷卻設備的清理工作量、和環(huán)保壓力，降低了生產成本。

4 結語

我國的三氯氫硅的生產技術還需要進一步探索，本文通過對三氯氫硅生產中現(xiàn)存的問題，即副產物四氯化硅二次處理的問題、反應后氣體的處理問題、精品三氯氫硅含有硼磷等雜質問題的分析論述，為三氯氫硅的生產提供參考，促進企業(yè)提高三氯氫硅的生產質量和產量。

參考文獻：

[1]高志明.三氯氫硅生產現(xiàn)存問題及發(fā)展前景[J].化工設計通訊，2016，42（02）：117-118.

[2]孟祥考，孟狄，邢煥青.三氯氫硅生產中安全工作探討[J].氯堿工業(yè)，2013，49（07）：32-35.