Раздел 8. Производство треххлористого бора

Раздел 8 Производство треххлористого бора

Треххлористый бор широко используется в различных отраслях народного хозяйства, в частности:

- в синтезе гидридов бора;

- при получении нитридов бора и других борных соединений;

- в качестве сырья для получения особо чистого элементарного бора с чистотой 99,5 % мин.;

- при получении борных волокон с высоким пределом прочности;

- в качестве катализатора в катионной полимеризации;

- для удаления нитридов, карбидов, оксидов из алюминия, магния, цинка и меди;

- для получения низших хлоридов бора (тетрахлорид дибора, тетрабортетрахлорид, оксихлорид бора);

- в качестве сырья в электронике и микроэлектронике для плазменно-химического травления слоев на основе алюминия в производстве кремниевых интегральных схем.

8.1 Описание технологических процессов, используемых в производстве треххлористого бора

Промышленный способ получения треххлористого бора - хлорирование карбида бора при высокой температуре. Принципиальная схема производства данного продукта приведена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 - Принципиальная схема получения треххлористого бора

Треххлористый бор (далее по тексту ТХБ), химическая формула - BCl ₃, легко сжижаемый газ. Получают ТХБ хлорированием карбида бора в реакторе с "кипящим слоем" по реакции:

.

Производство треххлористого бора состоит из следующих стадий: синтез ТХБ, очистка газообразного ТХБ, конденсация ТХБ, ректификация ТХБ, очистка отходящих газов.

Газообразный хлор поступает в производство по трубопроводу или получается методом испарения жидкого хлора. Карбид бора поступает пневмотранспортом в бункер и далее дозируется в реактор синтеза ТХБ. Нагрев карбида бора в реакторе осуществляется за счет электроэнергии, подводимой к корпусу и электроду. Реакционные газы после реактора очищаются от твердых примесей и поступают на стадию конденсации. Сконденсированный ТХБ поступает на стадию ректификации. Не сконденсированные газы поступают на стадию очистки отходящих газов, где промываются водой перед выбросом в атмосферу. Кубовый остаток после стадии ректификации отправляется на перегонку с образованием газообразного ТХБ и концентрата четыреххлористого кремния. Концентрат четыреххлористого кремния гидролизуется с образованием кислых стоков. Данные стоки смешиваются с абсорбционной жидкостью со стадии промывки отходящих газов и направляются на нейтрализацию. В качестве нейтрализующего агента используется раствор щелочи или отработанный электролит производства электролизного водорода. Нейтрализованные стоки направляются в централизованную систему водоотведения с дальнейшей передачей на районные очистные сооружения.

Углерод и непрореагировавший карбид бора (далее - УО), отфильтрованные из газов после реактора, подаются в испаритель для отгонки газообразного ТХБ, а затем смешиваются с водой с целью уменьшения пыления (гранулируются) и как отход направляются на захоронение.

Газообразный ТХГ, полученный со стадий переработки кубового остатка и десорбции УО, смешивается с основным газовым потоком перед стадией конденсации.

Описание технологического процесса приведено в таблице 8.1, перечень основного оборудования - в таблицах 8.2-8.3.

Описание технологического процесса по стадиям приведено в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Описание технологического процесса получения треххлористого бора

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Хлор Карбид бора	Прием и хранение сырья	Хлор Карбид бора		Бункера, транспортное оборудование
Хлор, Карбид бора	Синтез треххлористого бора (ТХБ)	Газообразный ТХБ-сырец		Реактор с кипящим слоем
Газообразный ТХБ-сырец	Очистка газообразного ТХБ-сырца	Газообразный ТХБ-сырец Углерод и непрореагировавший карбид бора (далее - УО))		Фильтр и бункер
Газообразный ТХБ-сырец	Конденсация газообразного ТХБ со всех стадий технологического процесса	жидкий ТХБ-сырец, газообразная смесь несконденсировавшегося ТХБ и азота		Конденсатор
Газообразная смесь несконденсировавшегоя ТХБ и азота, вода	Абсорбционная очистка на газоочистная установке	Кислые стоки	Газы в атмосферу		Санитарная колонна
Жидкий ТХБ-сырец	Ректификация жидкого ТХБ-сырца	Треххлористый бор марок "А", "99, 95", кубовый остаток		Колонна ректификации
Кубовый остаток	Переработка кубового остатка	ТХБ марки "А", четыреххлористый кремний		Отгонный куб
Четыреххлористый кремний, вода	Гидролиз выделенного при переработке кубового остатка ЧХК	Кислые стоки (содержащие продукты разложения ЧХК).		Гидролизер
Кислые стоки (содержащие продукты разложения ЧХК), Нейтрализующий агент	Нейтрализация кислых стоков		Нейтрализованные стоки в централизованную систему водоотведения		Нейтрализатор
УО	Десорбция УО	Газообразный ТХБ-сырец, УО, очищенный от ТХБ		Испаритель
УО-очищенный от ТХБ, вода	Грануляция		Отход хлорирования боросодержащего сырья при производстве ТХБ		Гранулятор

Таблица 8.2 - Перечень основного технологического оборудования производства треххлористого бора

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Реактор	Производство треххлористого бора	Корпус футерован графитовыми царгами. Диаметр - 550 мм. Высота - 2800 мм
Фильтр		Диаметр - 900 мм. Высота - 3150 мм
Конденсатор		Теплообменник типа "труба в трубе". Площадь поверхности - 5,5 м 2
Колонна ректификации		Насадочная колонна. Диаметр - 400 мм. Высота - 8000 мм
Десорбер		Диаметр - 500 мм. Высота - 2600 мм
Гранулятор		Диаметр - 1200 мм. Высота - 1300 мм
Испаритель		Вертикальный аппарат с рубашкой. Диаметр - 1100 мм. Высота - 1800 мм
Колонна ректификации		Насадочная колонна. Диаметр - 273 мм. Высота - 12000 мм
Колонна ректификации		Насадочная колонна. Диаметр - 273 мм. Высота - 1515 мм

Таблица 8.3 - Перечень природоохранного оборудования производства треххлористого бора

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Санитарная колонна	Производство треххлористого бора	Насадочная колонна. Диаметр - 600 мм. Высота - 8000 мм

8.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве треххлористого бора

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 8.4.

Таблица 8.4 - Показатели потребления сырья, материалов и энергетических ресурсов при производстве треххлористого бора

Наименование	Единицы измерения	Расход
		минимальный	максимальный
Хлор	кг/т	-	914
Карбид бора	кг/т	-	133

Характеристика выбросов, образующихся при производстве треххлористого бора, приведена в таблице 8.5, сточных вод - в таблице 8.6.

Таблица 8.5 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве треххлористого бора

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 т продукции, кг/т
			Диапазон		Среднее значение
			минимальное значение	максимальное значение
Выбросы организованные	Борная кислота (ортоборная кислота)	Улавливание газообразной смеси несконденсировавшегося ТХБ и азота методом сорбции водой	-	4,87	-
	Фосген		-	0,37	-
	Хлор		-	0,72	-
	Хлористый водород		-	5,5	-
	Дихлорфторметан		-	3,46	-
	Метилен хлористый		-	4,42	-

Таблица 8.6 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве треххлористого бора

Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, повторного использования	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на тонну 1 т продукции, кг/т
		Диапазон		Среднее значение
		минимальное значение	максимальное значение
Сульфат-анион	Нейтрализация кислых стоков раствором щелочи или отработанным электролитом производства электролизного водорода	-	1,06	-
Сульфит-анион		-	0,51	-
Хлорид-анион		-	16,96	-

Характеристика отходов, образующихся при производстве треххлористого бора, приведена в таблице 8.7.

Таблица 8.7 - Отходы, образующиеся при производстве треххлористого бора

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 т продукции, кг/т
				Диапазон		Среднее значение
				Минимальное значение	Максимальное значение
Твердые отходы хлорирования боросодержащего сырья	4	Производство треххлористого бора	-	-	56,4	-