專利名稱：三氯氫硅的生產(chǎn)方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化工領域一種生產(chǎn)氯硅烷的方法及其設備，特別是涉及一種生產(chǎn) 三氯氫硅的方法及其設備。
背景技術：
三氯氫硅是一種用途非常廣泛的有機硅單體，主要用于生產(chǎn)半導體硅、單晶 硅和多晶硅的原料，廣泛用于國防、國民經(jīng)濟乃至人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領域，三 氯氫硅還是生產(chǎn)硅垸偶聯(lián)劑和其他有機硅化合物的重要原料。國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)三氯 氧硅的裝普遍采用小型流化床反應器，直徑500mm以下，其結構大多為筒形，上 部直徑擴大部分是氣固分離段，該段設有出料口，中部的直筒段是反應段，反應 段外包加熱器，上部設有硅粉進料口，底部連接下封頭，下封頭上開有氯化氫進 氣口。 2005.11.09，中國專利局公開了一種名為"三氯氫硅加壓提純方法及其裝 置"的發(fā)明專利(公告號CN1693192)，該發(fā)明為一種三氯氫硅加壓提純方法 及其裝置，將待提純的三氯氫硅、四氯化硅、氯硅垸混合液輸入提純塔的加料口， 混合液經(jīng)提純塔下流至蒸餾釜，蒸餾釜壓力為0.15MPa 1.5MPa、溫度為70°C 200'C:從蒸餾釜出來的蒸汽進入提純塔中進行熱量與成分的交換與分離，提純 塔內(nèi)的操作溫度為40 150'C，沸點低的三氯氫硅組分在汽相中富集，沸點高的 四氯化硅組分在液相中富集，經(jīng)過多次汽化、冷凝，最終在汽相中得到三氯氫硅 汽化組分，然后進入塔頂水冷凝器，經(jīng)循環(huán)水冷卻、冷凝成三氯氫硅液體。本發(fā) 明可使同樣塔徑的提純塔產(chǎn)量提高50%;減少了冷凍所需的設備投資和設備運 行費用，塔頂水冷凝器的換熱效率提高約15%,大大降低了能耗。上述專利存 在如下不足之處未對氯化氫氣體進行處理，水含量高會對系統(tǒng)造成嚴重腐蝕， 用氯化氫氣體推硅粉進入反應器，造成氣體分布板氣量不足會大大降低流化質(zhì) 量；反應系統(tǒng)壓力為常壓，使合成氣冷凝在常壓下進行，造成尾氣中大量氯硅烷 不易被冷凝且消耗大量低溫冷媒；尾氣中含大量氯硅垸和未反應的氯化氫未予回 收而直接進行尾氣洗滌，既增多了污染物需要處理，又造成了物料損失；反應器
擴大段未設置冷卻夾套，反應過程中擴大段易發(fā)生導致溫度失控的飛溫現(xiàn)象。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種生產(chǎn)三氯氫硅的方法，同時提供一 種用于實施該方法的設備。本發(fā)明有效防止氯化氫腐蝕設備，解決了流化質(zhì)量不 高，尾氣中大量氯硅垸不易被冷凝且消耗大量低溫冷媒，合成尾氣未充分回收， 反應器擴大段容易發(fā)生飛溫現(xiàn)象等問題。
為了達到上述目的，本發(fā)明釆取如下技術方案
一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，包括如下步驟
A、 氯化氫處理氯化氫氣體處理采用循環(huán)吸收劑吸收氯化氫氣體中的水分， 再通過氯化氫壓縮機加壓至0. 1 0. 6Mpa(G)，送去大型流化床反應器；
B、 硅粉烘干和推料對于在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用加熱至150
20(TC的氮氣輸送到三氯氫硅大型流化床反應器底部；
C、 合成反應在流化床反應器內(nèi)，硅粉和氯化氫進行氣固相反應，生成三
氯氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱油移出送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽 管網(wǎng)或直接用于部分用熱設備。
D、 除塵、冷凝反應器經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其中殘存的硅
塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，冷凝下來的氯硅烷混合物送至單體精餾裝
置進行分離；
E、 精餾分離將經(jīng)上述處理后冷凝下來的氯硅垸混合物輸入精餾裝置，在
0. 1 0.6Mpa(G)壓力下精餾分離，得到純度》99.0%的三氯氫硅和純度》98.0% 的四氯化硅；
F、 尾氣回收未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)。其中大量的氫氣、
氯化氫、三氯氫硅等經(jīng)干法回收后氫氣返回氯化氫合成，氯化氫返回三氯氫硅合 成，三氯氫硅與合成的三氯氫硅一起送分離提純。
所述步驟C中，控制溫度范圍為250 350。C，壓力范圍為O. 1 0.6Mpa(G)。 在生產(chǎn)三氯氫硅的過程中使用專用設備大型流化床反應器，包括下部的反應 段和上部的擴大段，反應段的下部設有硅粉進料口，反庫器上下兩端分別設有上 封頭和下封頭，下封頭上設有原料氣進口和排渣口，擴大段上設有合成氣出口， 其特征在于所述反應器內(nèi)部設有由設置在擴大段筒體內(nèi)上端的導熱油分配箱， 與導熱油分配箱連接且均勻分布的導熱油指形套管束，以及對指形套管束進行彈 性固定的箍管盤組成的換熱結構；所述擴大段上設有測溫口、反應段上設有測壓口，導熱油分配箱上設有指形管導熱油入口，擴大段上方的上封頭上設有指形管 導熱油出口 ；所述下封頭下端形成椎體結構，下封頭與椎體之間設有氣體分布板; 所述流化床床體外壁設有半管或夾套、半管或夾套導熱油進口及出口。所述導熱 油指形套管束由至少兩根導熱油指形套管構成，從擴大段一直延伸到反應段底 部。所述氣體分布板為短管式氣體分布板。所述箍管盤分別設置在指形套管束上、 中下段。所述下封頭與氣體分布板之間、氣體分布板與椎體之間、椎體與反應段 之間、反應段與擴大段之間以及擴大段與導熱油分配箱之間、導熱油分配箱與上 封頭之間分別設有法蘭。
氯化氫氣體處理采用循環(huán)吸收劑吸收氯化氫氣體中的水分，從吸收塔頂部出 來的氯化氫氣體進入鹽水冷凝器，冷凝下來的液體從鹽水冷凝器的底部返回吸收 塔，從鹽水冷凝器頂部出來的冷凝氣體進入除霧器，然后再通過氯化氫壓縮機加 壓，加壓后的氯化氫氣體送去三氯氫硅合成爐進行合成反應。
在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用加熱至150 20(TC的氮氣輸送到本發(fā) 明的三氯氫硅大型流化床反應器底部，在三氯氫硅流化床反應器內(nèi)，控制溫度在 250 350。C和0. 1 06Mpa(G)壓力下，硅粉和氯化氫進行氣固相反應，生成三氯 氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱油移出送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管 網(wǎng)或直接用于部分用熱設備。反應器經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其中殘 存的硅塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，冷凝下來的氯硅垸混合物送至單體 精餾裝置進行分離，未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)進行回收利用。其 中大量的氫氣、氯化氫、三氯氫硅等經(jīng)干法回收后氫氣返回氯化氫合成，氯化氫 返回三氯氫硅合成，三氯氫硅與合成的三氯氫硅一起送分離提純。
本發(fā)明減少了氯化氫氣體對系統(tǒng)設備的腐蝕，反應器流化質(zhì)量高。尾氣中帶 昂氯硅烷容易被冷凝且大大減少了低溫冷媒的消耗。合成尾氣充分回收，反應器 擴大段不會發(fā)生飛溫現(xiàn)象，反應熱由導熱油移出送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽 管網(wǎng)或直接用于部分用熱設備，整個工藝系統(tǒng)是一個自身物料循環(huán)、能量回收利 用的閉路系統(tǒng)。本發(fā)明的流化床反應器易于實現(xiàn)自動控制、檢修周期長，原料氣 體分布均勻，硫化質(zhì)量高，有利于反應器溫度和壓力的檢測和控制，適時判斷床 內(nèi)料層高度，防止流化狀態(tài)下指形管容易發(fā)生大幅振動和氣體分布板堵塞、延長 檢修周期、降低生產(chǎn)成本等目的。從而同時在單位操作時間生產(chǎn)較多三氯氫硅和避免停車減少生產(chǎn)損失兩方面提高三氯氫硅產(chǎn)量，本發(fā)明具有工藝先進、可靠、 反應溫度調(diào)節(jié)準確，流化床反應器使用壽命長，生產(chǎn)成本低等特點。


圖1為三氯氫硅的制備工藝流程圖。
圖2為流化床反應器結構示意圖。
具體實施方式
實施例l
一種三氯氫硅的制造方法，包括如下步驟
A、 氯化氫處理氯化氫氣體經(jīng)脫水處理，再通過氯化氫壓縮機加壓至
0. 25Mpa(G)并預熱后送去流化床反應器；
B、 硅粉烘干和推料對在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用加熱至150°C 的氮氣輸送到本發(fā)明的三氯氫硅大型流化床反應器底部；
C、 合成反應在流化床反應器內(nèi)，控制溫度在30(TC和0.15Mpa(G)壓力下， 硅粉和氯化氫進行氣固相反應，生成三氯氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱 油移出，部分送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管網(wǎng)，部分直接用于部分用熱設備。
D、 除塵、冷凝反應器經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其中殘存的硅
塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，在0.25Mpa(G)壓力下冷凝下來的氯硅烷 混合物送至單體徑流裝置進行分離；
E、 精餾分離將經(jīng)上述處理后冷凝下來的氯硅烷混合物輸入精餾裝置，在
0.15Mpa(G)壓力下精餾分離，得到純度》99. 0%的三氯氫硅和純度》98. 0%的四氯 化硅；
F、 尾氣回收未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)回收利用。
本實施例反應結果經(jīng)檢測三氯氫硅86. 0%、四氯化硅12. 5%、低沸物0. 5%、 高沸物1. 0%、氯化氫單程轉化率87%、三氯氫硅純度99. 5%。反應器檢修周期2-4 個月。 實施例2
一種三氯氫硅的制造方法，包括如下步驟
A、氯化氫處理氯化氫氣體經(jīng)脫水處理，再通過氯化氫壓縮機加壓至 0. 5Mpa(G)并預熱后送去流化床反應器；B、 硅粉烘干和推料對在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用加熱至20(TC 的氮氣輸送到流化床反應器底部；
C、 合成反應在流化床反應器內(nèi)，控制溫度在31(TC和0.4Mpa(G)壓力下， 硅粉和氯化氫進行氣固相反應，生成三氯氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱 油移出，部分送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管網(wǎng)，部分直接用于部分用熱設備。
D、 除塵、冷凝反應器經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其中殘存的硅
塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，在0.35Mpa(G)壓力下冷凝下來的氯硅烷 混合物送至單體徑流裝置進行分離；
E、 精餾分離將經(jīng)上述處理后冷凝下來的氯硅烷混合物輸入精餾裝置，在 0.15Mpa(G)壓力下精餾分離，得到純度》99. 0%的三氯氫硅和純度》98. 0%的四氯 化硅；
F、 尾氣回收未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)回收利用。 本實施例反應結果經(jīng)檢測三氯氫硅90.5%、四氯化硅8.3%、低沸物0.4%、
高沸物0.8%、氯化氫單程轉化率88. 5%、三氯氫硅純度99.6%。反應器檢修周期
2-4個月。
實施例3
一種三氯氫硅的制造方法，包括如下步驟
A、 氯化氫處理氯化氫氣體經(jīng)脫水處理，再通過氯化氫壓縮機加壓至 0. 5Mpa(G)并預熱后送去流化床反應器；
B、 硅粉烘干和推料對在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用加熱至180'C 的氮氣輸送到流化床反應器底部；
C、 合成反應在流化床反應器內(nèi)，控制溫度在310'C和0.4Mpa(G)壓力下， 硅粉和氯化氫進行氣固相反應，生成三氯氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱 油移出，部分送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管網(wǎng)，部分直接用于部分用熱設備。
D、 除塵、冷凝反應器經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其中殘存的硅 塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，在0.35Mpa(G)壓力下冷凝下來的氯硅烷 混合物送至單體徑流裝置進行分離；
E、 精餾分離將經(jīng)上述處理后冷凝下來的氯硅垸混合物輸入精餾裝置，在
0.15Mpa(G)壓力下精餾分離，得到純度》99. 0%的三氯氫硅和純度》98. 0%的四氯化硅；
F、尾氣回收未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)回收利用。 其中，在步驟A、 B及C中，所述流化床反應器包括下部的反應段1和上部 的擴大段2，反應段1的下部設有硅粉進料口 13，反應器上下兩端分別設有上封 頭4和下封頭6，下封頭6上設有原料氣進口 5和排渣口 12，擴大段2上設有合 成氣出口 9，所述反應器內(nèi)部設有由設置在擴大段2筒體內(nèi)上端的導熱油分配箱 18，與導熱油分配箱18連接且均勻分布的導熱油指形套管束19,以及對導熱油 指形套管束19進行彈性固定的箍管盤20組成的換熱結構；所述擴大段2上設有 測溫口 10、反應段1上設有測壓口 11，導熱油分配箱18上設有指形套管導熱油 進口16,擴大段2上方的上封頭4上設有指形套管導熱油出口 17;所述下封頭 6下端連接一段椎體3，下封頭6與椎體3之間設有氣體分布板8;所述流化床 床體外壁設有半管或夾套7、半管或夾套導熱油進口 14及半管或夾套導熱油出 口 15;所述箍管盤20分別設置在導熱油指形套管束19的上、中下段；所述下 封頭6與氣體分布板8之間、氣體分布板8與椎體3之間、椎體3與反應段1 之間、反應段1與擴大段2之間以及擴大段2與導熱油分配箱18之間、導熱油 分配箱18與上封頭4之間分別設有法蘭。在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用 加熱至150 20(TC的氮氣通過硅粉進料口 13輸送到流化床反應器底部的反應段 l中，原料氣通過原料氣進口5進入流化床反應器中，在三氯氫硅流化床反應器 內(nèi)，控制溫度在250 350'C和0. 1 06Mpa(G)壓力下，在反應段1內(nèi)硅粉和氯化 氫進行氣固相反應，生成三氯氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱油移出送余 熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管網(wǎng)或直接用于部分用熱設備。反應后混合氣從擴大 段2的合成氣出口 9排出流化床反應器，經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其 中殘存的硅塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，冷凝下來的氯硅垸混合物送至 單體精餾裝置進行分離，未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)回收利用。
權利要求
1. 一種三氯氫硅的生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下步驟A、氯化氫處理氯化氫氣體處理采用循環(huán)吸收劑吸收氯化氫氣體中的水分，再通過氯化氫壓縮機加壓至0.1～0.6Mpa(G)，然后送去三氯氫硅大型流化床反應器；B、硅粉烘干和推料對于在烘粉爐經(jīng)熱氮氣烘干后的硅粉，用加熱至150～200℃的氮氣輸送到三氯氫硅大型流化床反應器底部；C、合成反應在流化床反應器內(nèi)，硅粉和氯化氫進行氣固相反應，生成三氯氫硅和四氯化硅混合物，反應熱由導熱油移出送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管網(wǎng)或直接用于部分用熱設備。D、除塵、冷凝反應器經(jīng)旋風分離器和硅塵過濾器除塵，將其中殘存的硅塵回收，再送入合成氣加壓冷凝系統(tǒng)，冷凝下來的氯硅烷混合物送至單體徑流裝置進行分離；E、精餾分離將經(jīng)上述處理后冷凝下來的氯硅烷混合物輸入精餾裝置，在0.1～0.6Mpa(G)壓力下精餾分離，得到純度≥99.0％的三氯氫硅和純度≥98.0％的四氯化硅；F、尾氣回收未被冷凝的合成尾氣送合成尾氣回收系統(tǒng)回收利用。
2、 根據(jù)權利要求1所述三氯氫硅的生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟C中 溫度為250 350'C和壓力0. 1 0. 6Mpa(G)。
3、 一種實施如權利要求1所述三氯氫硅生產(chǎn)方法的設備三氯氫硅大型流化 床反應器，包括下部的反應段(1)和上部的擴大段(2),反應段(1)的下部設 有硅粉進料口 (13)，反應器上下兩端分別設有上封頭(4)和下封頭(6)，下封 頭(6)上設有原料氣進口 (5)和排渣口 (12)，擴大段(2)上設有合成氣出口(9)，其特征在于所述反應器內(nèi)部設有由設置在擴大段(2)筒體內(nèi)上端的導 熱油分配箱(18)，與導熱油分配箱(18)連接且均勻分布的導熱油指形套管束(19)，以及對導熱油指形套管束(19)進行彈性固定的箍管盤(20)組成的換 熱結構；所述擴大段(2)上設有測溫口 (10)、反應段(1)上設有測壓口 (11)， 導熱油分配箱(18)上設有指形套管導熱油進口 (16)，擴大段(2)上方的上封 頭(4)上設有指形套管導熱油出口 (17);所述下封頭(6)下端連接一段椎體(3)，下封頭(6)與椎體(3)之間設有氣體分布板(8);所述流化床床體外壁 設有半管或夾套(7)、半管或夾套導熱油進口(14)及半管或夾套導熱油出口(15); 所述箍管盤(20)分別設置在導熱油指形套管束(19)的上、中下段；所述下封 頭(6)與氣體分布板(8)之間、氣體分布板(8)與椎體(3)之間、椎體(3) 與反應段(1)之間、反應段(1)與擴大段(2)之間以及擴大段(2)與導熱油 分配箱(18)之間、導熱油分配箱(18)與上封頭(4)之間分別設有法蘭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氯硅烷的方法，特別是涉及一種生產(chǎn)三氯氫硅的方法及其設備，屬化工領域。包括氯化氫處理、硅粉烘干和推料、合成反應、除塵冷凝、精餾分離、尾氣回收六個步驟，涉及專用設備大型流化床反應器。本發(fā)明減少了氯化氫氣體對系統(tǒng)設備的腐蝕，反應器流化質(zhì)量高。尾氣中帶昂氯硅烷容易被冷凝且大大減少了低溫冷媒的消耗。合成尾氣充分回收，反應器擴大段不會發(fā)生飛溫現(xiàn)象，反應熱由導熱油移出送余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽后并入蒸汽管網(wǎng)或直接用于部分用熱設備，整個工藝系統(tǒng)是一個自身物料循環(huán)、能量回收利用的閉路系統(tǒng)。本發(fā)明工藝先進、可靠、反應溫度調(diào)節(jié)準確，流化床反應器使用壽命長、生產(chǎn)成本低適于推廣應用。
文檔編號C01B33/107GK101279735SQ20081004447
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權日2008年5月30日
發(fā)明者侯于先, 劉忠文, 張曉楓, 楊曉勇, 羅秋生, 杰 蔡, 峰 許 申請人:中藍晨光化工研究院有限公司