中国科技期刊数据库工业Ａ 三氯氢硅的生产技术与研究进展 刘建海李万存郭蔡民 新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐８３００１ ｌ 摘要：三氯氢硅是有机硅产业中重要的原料，而随着有机硅产业的快速发展，对三氯氢硅的需求量也不断上升 我国国内的三 氯氢硅生产企业数量较少，而且在生产质量和产量方面无法满足市场的需求。因此国内很多有机硅生产企业都需要从国外进口 三氟氢硅，这在无形中增加了有机硅的生产成本，也形成了大量的能源消耗。因此，对于我国国内三氯氢硅生产技术进行深入 的研究，有着十分重要的意义。本文就主要针对三氯氢硅生产技术的相关问题进行简单的探讨。 关键词：三氯氢硅；有机硅；生产技术 中图分类号：Ｔ０１２７．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—５７９９（２０１５）０７—０１７７—０１ 三氯氢硅（ＳｉＨｃ）是一种有机硅单体，其在有机硅生产以 度也不同，为了保证三氯氢硅制备的有效性，必须要彻底清 及烷基、芳基的合成工艺中有着广泛的应用，具有易挥发、 除气体中的水分，将其含量控制在０．１％以下。 易潮解的特性。目前，三氯氢硅的合成方法主要有沸腾氯化 ２．２三氯氢硅的合成 法和四氯化硅的氢化技术两种，但是由于四氯化硅的氢化技 经过干燥处理后的氯化氢气体需要与金属硅粉透光石放 术需要在高温高压的环境下进行，而且对设备会产生严重的 入流化床反应器中，加入催化剂，将反应器的温度调整到 腐蚀所用，所以相较于四氯化硅的氢化技术而言，沸腾氯化 ２８０—３２５℃之间，压力调整Ｎｏ．１５－３ＭＰａ，这是满足三氯氢硅 法的应用更加广泛。 合成的温度和压力条件。同时，由于该反应的过程中会释放 １三氯氢硅的生产原理 大量的热量，属于放热反应，所以在反应开始时需要通过外 三氯氢硅的合成主要是通过高纯度的氯化气体与金属单体 部加热的方法来提高反应器的温度，使其达到反应所需的温 硅在一定温度和压力条件下发生化学反应而形成的，反应方 度。而随着反应的进行会不断释放热量，这时需要停止外部 程式为： 加热，而且随着热量越来越多，需要通过循环冷却水的作用 Ｓｉ＋３ＨＣＩ￣ＳｉＨＣ１３＋Ｈ２ （１） 降低温度，确保反应器内的温度处在合理的范围内。需要注 Ｓｉ＋４ＨＣ１￣ＳｉＣ１４＋２Ｈ２ （２） 意的是，氯化氢气体的流速对于反应的稳定性会产生较大的 Ｓｉ＋２ＨＣｌ—ＳｉＨ２Ｃｌ ２ （３） 影响，如果气体流速过快，则流化床的温度升高越高，而且 其中， （１）式为主反应方程， （２）、（３）式为副反应 很难对其进行有效的控制，不利于气体和固体之间的有效接 方程。从动力学的角度来说， （１）式为零级反应，其反应的 触；如果气体流速过慢，就会导致反应器的处理速度减慢， 过程是一个放热的过程，而且随着温度的升高反应速度不断 影响三氯氢硅的制备质量，因此需要对气体的流速进行合理 加快。但是单纯通过这种反应方法不利于三氯氢硅的生成。 的控制。 因此，需要对（１）反应式的条件进行优化，包括温度环境和 ２．３气体和固体的分离 压力环境，通过反应式（２）、（３）的作用可以达到优化， 当流化床反应结束后，流出的混合气体需要经过缓冲罐的 提高三氯氢硅的产量。 作用进入到分离器中，通过两个不同的分离处理反应，使气 最早用于制备三氯氢硅的催化剂是铁，但是通过试验发 体进入到箱式过滤器之后滤出细粉，得到硅粉，其余的颗粒 现：金属铝对于三氯氢硅的制备也有着一定的催化作用，而 经过处理后可以返回到流化床反应器中进行循环使用。 且其可以有效的降低反应的温度和速度，提高三氯氢硅的生 ２．４冷凝液化处理 成率。在其他研究活动中发现，金属铬也可以起到一定的催 经过上一步的分离处理后获得的三氯氢硅的合成气体需要 化作用。从目前三氯氢硅生产领域来看，最常用的催化剂是 进过循环冷却之后，将其转化为液态形式，这时可以进行下 铜，之所以选择铜作为催化剂，主要是由于其可以形成一定 一步处理。 的吸附反应。在多重催化反应中，一般分为五个阶段：第一 ２．５精馏提纯 阶段是气体反应物的扩散阶段，逐渐扩散到催化剂的表面； 经过液化处理的冷凝液中除了三氯氢硅的成分以外，还有 第二阶段是吸附阶段，反应分子物吸附在催化剂的表面；第 少量的四氯化硅和其他杂质，所以需要通过精馏的方法对其 三阶段是表面反应阶段；第四阶段是表面反应的生成物从催 进行提纯和分离处理，最终获得三氯氢硅和其他副产品。 化剂表面脱离：第五阶段是生成物扩散到气相反应过程中。 ３结束语 在这个过程中使用单质铜作为反应催化剂，氯化氢被吸附在 综上所述，随着有机硅行业的不断发展，对三氯氢硅的 触体表面，分解成氯离子和氢离子，再与硅原子结合，形成 需求量也不断上升，这使得很多企业都积极改进现有的生产 三氯氢硅。 技术，提高三氯氢硅的产量和质量，以期满足市场发展的需 ２三氯氢硅的生产技术 求。期望通过本文对三氯氢硅生产技术的相关研究，为三氯 目前，三氯氢硅的生产技术主要有硅氯氢化法和四氯化硅 氢硅生产技术的发展提供可参考的建议，促进三氯氢硅行业 氧化法，我国在硅氢氯化法的应用方面较为成熟。其主要是 健康、持续的发展。 运用流化床作为合成基础，将高纯度的氯化氢与金属单体硅 参考文献 在满足温度和压力条件下，加入催化剂进行反应，获得三氯 ［１］张开仕．三氯氢硅的生产技术与研究进展［Ｊ］．无机盐工 氢硅。其中关键的工序技术涉及到以下几个方面： 业，２０１１－０８－１ ０． ２．１氯化氢制备 ［２］孙学政；刘奋宙．三氯氢硅生产技术及市场［Ｊ］．中国氯碱， 氯化氢制备需要在合成炉内完成，氢气和氯气结合燃烧， ２００８－０８－２５． 形成的氯化氢气体进入空气中自然冷却，再进入石墨冷却器 ［３］刘继三，姚又省，柯曾鹏．四氯化硅氢化制备三氯氢硅的研 进行深度冷却，冷却完成后再进入到液相分离器中，通过分 究进展［Ｊ】．广州化工，２０１０－０１－１ ５． 离获得合格的氯化氢气体，将这些气体送入到缓冲罐中。氯 ［４］李帅．三氯氢硅清洁生产审核研究［Ｄ］．郑州大学， 化氢气体中的水分含量对于三氯氢硅的制备效率有重要的影 ２０１２－０５－０１． 响，因为气体中的水分含量对于氯化氢气体中的盐酸分子的 ［５】汪玉林，曹咏军．湿法除尘技术在三氯氢硅生产中的应用 吸收程度有不同影响，因此其对于反应设备所产生的腐蚀程 ［Ｊ】．化学工业与工程，２０１２－０９—１５． １７７