多晶硅合成工段1

（合成工段）液氯汽化氯化氫合成三氯氫硅合成1、液氯汽化單元1.1物料性質1.1.1物理性質：分子式：Cl2

分子量：70.906氯是元素周期系第ⅦA族元素，原子序數(shù)17，原子半徑0.099nm，Cl-離子半0.181nm。氯在自然界中主要以鉀、鈉、鈣、鎂的無機鹽形式存在于海水中，其中以氯化鈉含量最高。

氯氣溶解于水，在水中溶解度隨溫度升高而降低。在標準狀況下，氯氣比重為3.214，常壓下純氯氣在-34.5℃就可以液化成液氯，常溫下（25℃），6—8大氣壓下被液化成液氯。液氯是黃色透明液體，在0℃時液氯比重為1.47,相當于457L標況下氯氣,常壓下液氯在-103℃被凝固成固態(tài)氯。氯氣對空氣的相對密度為2.45，比空氣重，泄漏的氯氣常常滯留在地面，不容易散發(fā)。液氯/氯氣為劇毒物質，氯氣在空氣中的最大允許濃度為1mg/m3。毒性危害程度等級為Ⅱ級，屬高度危害，能嚴重刺激皮膚、眼睛、粘膜；高濃度時，有窒息作用；可引起喉肌痙攣、粘膜腫脹、惡心、嘔吐、焦慮和急性呼吸道疾病，如咳嗽、咯血、胸痛、呼吸困難、支氣管炎、肺水1.1.2、化學性質:氯的化學性質非?；顫?單質具有強氧化性,在一定條件下,氯能夠與所有的金屬及大部分非金屬反應。

（1）氯氣與氫氣的反應：Cl2+H2

光照

2HCl

氯氣與氫氣的混合物在常溫下緩慢的化合，但在強光照射時反應加快，甚至會發(fā)生爆炸反應，混合物爆炸極限為：5—87.5%（含氫氣體積比）。（2）氯氣與水的反應：Cl2+H2O HClO+HClHClO→HCl+[O]此反應為歧化反應，是可逆反應，加酸能抑制氯氣的水解，加堿則促進水解。生成的次氯酸不穩(wěn)定，分解成HCl和新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧[O]是強氧化劑，對金屬的腐蝕性很強。（3）氯氣與氨的反應：6Cl2+12NH3

9NH4Cl+NCl3+N2 （4）氯氣與有機物反應:3Cl2+C6H6

光照C6H6Cl6(加成反應)。

（5）氯氣與堿反應：氯氣與堿溶液的反應實際上是，首先與水反應，生成的鹽酸和次氯酸再與氫氧根發(fā)生酸堿中和反應生成氯化鹽和次氯酸鹽：CL2+H2O＝HCL+HClOH++OH-＝

H2O1.1.3用途:氯氣的用途極為廣泛，以下僅述其主要用途：(1)、殺菌消毒:如:自來水、游泳池、魚肉等的消毒。(2)、漂白與制漿：如：紙漿與棉花纖維以及化學纖維的漂白，氯化紙漿的制造等。(3)、礦石的精煉：如：鎂的冷凍和精制，鈦、硅、鋯等制成氯化物然后還原成金屬。(4)、制造無機氯化物：如：制鹽酸、漂白粉、氯化硫、三氯化磷、五氯化磷等。(5)、制有機氯化物：如：農藥、有機溶劑、合成橡膠等。1.2工藝原理1.2.1液氯汽化利用液氯在20℃時的飽和蒸汽壓為0.6864Mpa.A，用熱水加熱液氯，使其在24.5℃下汽化，得到工藝要求的氯氣壓力。液氯鋼瓶內壓力需高于汽化器壓力，液氯才能順利流入汽化器，故鋼瓶內壓力應控制在0.69Mpa.G，其對應溫度約26℃。

變溫吸附的基本原理是利用吸附劑對吸附質在不同溫度下有不同的吸附容量，并且在一定的吸附溫度下對被分離的氣體混合物的各組份又有選擇吸附的特性，低溫吸附除去原料氣中雜質組份，加溫脫附這些雜質而使吸附劑獲得再生。

因此，采用多臺吸附床，循環(huán)地變動所組合的各吸附床溫度，就可以達到連續(xù)分離氣體混合物的目的。

TSA法脫除氯氣中水分，即利用所選擇吸附劑在一定的吸附操作溫度下，選擇吸附水而使氣體得以凈化。當吸附床溫度升高時，被吸附的組份就得以解吸，并使吸附劑得以再生，使吸附床按一定的順序變動溫度就組成連續(xù)分離氣體混合物的

TSA裝置。整個操作過程在入塔原料氣壓力和溫度下進行。A.吸附劑的再生通過四個步驟完成：（1）．吸附塔溫度升至高溫：首先逆著吸附方向用高溫氮氣將溫度升高到規(guī)定溫度；（2）．逆著吸附方向用高溫氮氣將吸附劑中水分帶出塔外；（3）．用冷氮氣冷卻吸附床；（4）．吸附塔被產品氣加壓到吸附壓力，以準備再次吸附分離原料氣。B.吸附器工作過程每個吸附塔在一次循環(huán)中需經歷：吸附、逆放、置換P1、加熱、冷卻C1、置換P2、產品氣再加壓、冷卻B等步驟。（1）吸附（A）：來自界外的濕氯氣，從吸附塔下端入口，在吸附工作壓力下，通過KV101A、KV101B閥自下而上地流經吸附床時，氣流中水分被吸附劑選擇地吸附，脫除水分后氣體從塔頂排出作為產品氣輸出。當雜質組份的吸附前沿（即指產品中所允許的最大雜質濃度）到達吸附床一定高度時，即停止進料和輸出產品氣。（2）逆放（BD）：將塔內余氣通過閥

KV104A/B逆吸附方向排除，初步再生吸附劑。（3）置換

A（P1）：逆吸附方向通過

KV103A、KV103B向塔內通入氮氣，將系統(tǒng)置換干凈；（4）加熱（R）：將氮氣通過

KV103A、KV103B進入電加熱器加熱到設定溫度后通入吸附器，將吸附床溫度加熱到設定溫度；（5）冷卻（C1）：停止電加熱器工作，繼續(xù)通入氮氣，將床層溫度降至設定溫度；（6）置換B（P2）：用凈化氯氣將床層置換干凈；（7）產品氣再加壓（FR）：即為最終充壓。利用吸附過程的產品氣，通過閥KV3A、KV3B把壓力提高到操作壓力。這一過程同樣也有把床內少量雜質組份再一次推向入口端的作用。本流程所有充壓過程均為逆向進行。（8）冷卻（C2）：繼續(xù)通入低溫凈化氯氣，將吸附床內溫度降至常溫。吸附床為下一循環(huán)的所有準備工作即告完畢，緊接著進行下一循環(huán)過程。1.2.3含氯廢氣處理含氯廢氣處理原理：在廢氣處理塔內NaOH和氯氣發(fā)生以下反應：Cl2+H2O＝HClO+HClHClO+NaOH＝NaClO+H2OHCl+NaOH＝NaCl+H2O氯氣最終與氫氧化鈉反應生成次氯酸鈉和氯化鈉而被吸收。1.2.4NCl3處理液氯中含有少量NCl3（≤20PPm），其蒸汽壓遠小于液氯的蒸汽壓。故從鋼瓶引入汽化器的液氯發(fā)生汽化時，大部分的NCl3會沉積下來，使汽化器底部液氯中的NCl3濃度逐漸累積升高。當其濃度達到或超過5%（w/w）時有發(fā)生劇烈分解而爆炸的危險。因此，當達到40g/l時，應排放到堿液中進行中和處理。在OH-離子的催化作用下，NCl3發(fā)生分解反應，反應產生的氯氣再與堿液反應而得到吸收：NCl3＝N2+Cl2Cl2+H2O＝HClO+HClHClO+NaOH＝NaClO+H2OHCl+NaOH＝NaCl+H2O2、氯化氫合成單元2.1原輔材料性質2.1.1HCl性質分子式：HCl分子量：36.461①、物理性質：（1）HCl是一種無色有刺激性氣味的氣體，易溶于水生成鹽酸。在20℃、101.4KPa下，1體積水可溶解442體積氯化氫，1摩爾HCl溶解于（n+1）摩爾水中產生的熱量為：22.5kJ/mol。（2）HCl的比重為1.16，熔點為-111℃，沸點為-85℃。（3）HCl在潮濕的空氣中易生成白色的煙霧，可用作煙霧劑。②、化學性質：（1）HCl在干燥的情況下不與金屬作用，在含水和溶于水時其腐蝕性很強，可以和大部分金屬反應生成金屬氯化物：2.1.2鹽酸性質分子式：HCl分子量：36.461①、物理性質：鹽酸是HCl水溶液，純鹽酸為無色液體，有HCl所特有的刺激氣味，18℃時HCl飽和溶液含42%HCl，通常的濃鹽酸約含37%HCl，比重為1.19。這種酸在空氣中由于放出HCl而發(fā)煙，因此稱為發(fā)煙鹽酸。②、化學性質：鹽酸容易與許多金屬起反應，放出H2而生成鹽類，與堿類反應生成鹽和水。③、用途：鹽酸是主要的酸類之一，廣泛應用于化學藥品、藥物、味精、食品、染料、皮革、造紙工業(yè)以及鍍錫、鉛焊、金屬去銹和鉆探等方面。2.1.3氫氣：分子式：H2

分子量：2.016。①、物理性質：H2是一種無色無味的氣體，密度很小，在標準狀況下為0.08985kg/m3，空氣比它重14.38倍。沸點為-252.78℃，熔點為-259℃，H2在水中的2.2工藝流程合成HCl的主要原料是氯氣和氫氣，氯氣來自液氯庫，氫氣來自SiHCl3合成尾氣回收和電解制氫車間。2.2.1工作原理采用氯氣在氫氣中燃燒的方法來制備HCl。氯氣和氫氣的反應是連鎖反應：Cl2＋能量——2ClCl＋H2——HCl＋H+H+＋Cl2——HCl＋Cl-該反應的發(fā)生需要一定的前提條件，即提供一定的能量，在光照或加熱情況下，二者能迅速反映，并釋放出大量的熱。氯化氫的合成，是氯氣在氫氣流中不爆炸燃燒的條件下進行，點火時，需先點燃氫氣，然后再通入氯氣，達到氫氣與氯氣的穩(wěn)定燃燒。合成爐的燒嘴是套管結構，氯氣從內管輸送，近反應計算量過量約4%的氫氣從外管輸送，這樣就可保證氯氣在氫氣氣氛中全部燃燒，既可控制游離氯的含量不超標，又可避免產生具有爆炸性的混合氣。一般而言，合成HCl中氫含量為2%以上時，HCL中含有的游離氯量對工藝及設備的影響即可忽略。2.2.2工藝流程說明HCl合成由兩個相同的合成單元及一套共用的廢氣處理裝置組成。每個合成單元都由阻火器，HCl合成爐，空氣冷卻器，循環(huán)水冷卻器及HCl緩沖罐組成。原料接收裝置包括氫氣緩沖罐，氯氣緩沖罐及氯氣泄放緩沖罐，CDI回收的HCl儲罐，分別用于合成HCl所用原料氫氣、氯氣及回收HCl的儲存。廢氣吸收裝置包括氯化氫泄放緩沖罐、空氣冷卻器、吸收塔、鹽酸儲罐，鹽酸循環(huán)泵、廢酸液收集槽、堿液吸收塔、堿液循環(huán)罐、堿液循環(huán)泵。2.2.3HCL合成工藝操作簡介HCL合成爐中氫氣和氯氣的反應速度極快。氫氣與空氣、氯氣混合達到一定濃度點燃或光照都會造成爆炸。因此，在操作過程中，我們必須嚴格按工藝操作規(guī)程和安全操作規(guī)程要求進行，在點火開始至開停車過程中都不能有任何違章作業(yè)。2.3可能出現(xiàn)的故障和處理措施2.3.1火焰熄滅火焰非正常熄滅后，需立即按順序切斷氯氣、氫氣進氣閥，打開HCl緩沖罐前放空閥，通入保安氮氣，并關閉氫氣和氯氣管線上的手動閥。在用氮氣進行氣體置換完成之前，禁止打開合成爐手孔?；鹧嫦绲闹饕蚩赡苁呛铣蔂t壓力過高（接近氫氣緩沖罐，氯氣緩沖罐的儲存壓力），也可能是系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞或前端原料緩沖罐壓力設定不合理。對于前者，應修改原料緩沖罐的設定值；對于后者，系統(tǒng)氣體置換完成后排除故障。

氫氣和氯氣流量配比失衡也是造成火焰熄滅的重要因素，在提量和降量過程中應注意增幅不能太大。如果原料供應不足，原料緩沖罐壓力下降到控制下限，系統(tǒng)自動聯(lián)鎖關閉氫氣和氯氣進氣閥，也會造成火焰非正常熄滅。為避免此種情況的發(fā)生，液氯庫或供氫站應提前通知，使合成爐按正常停車程序進行。2.3.2防爆膜破裂當合成爐的壓力超高時，防爆膜破裂。引起合成爐超壓的主要原因是合成爐內形成了爆炸性混合氣，并被引燃。這是極其危險的，在開車前和火焰熄滅后必須按要求進行氣體置換，避免形成爆炸性混合氣。生產過程中始終保持氫氣過量，也是為了防止形成爆炸性混合氣?；鹧娈惓Ｏ?，提供保安氮氣是必不可少的條件。防爆膜破裂后，合成爐壓