CN101811668A - 精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术，主要由原料气进口管、外装再沸器加热套的再沸器、外装填料塔冷却套的填料塔、冷凝器、低沸点杂质排放管、液态产品(高纯B2H6)取出管、产品接收槽、高沸点杂质排放管、阀门按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。设计合理，使用方便，是理想的高纯乙硼烷制备工艺技术。

Description

精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术

所属技术领域

本发明涉及一种烷类化工产品-高纯乙硼烷制备方法的工艺技术，特别是一种精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术，适合于化工合成乙硼烷。

背景技术

目前，目前，微电子技术是现代信息技术和军事技术的主要基石，是推动科技进步、产业发展、经济腾飞和社会前进的关键因素之一。集成电路是微电子技术的核心，其发展水平和产业规模已成为衡量一个国家经济实力的重要标志。电子特种气体(如乙硼烷)，尤其是高纯电子气体作为电子化工材料这一新门类，是制约集成电路可靠性和成品率的重要因素。随着电子信息技术的飞速发展，集成度越来越高，对基础原材料(如乙硼烷)的纯度要求已经提高到了5N级(99.999％)，甚至7N以上，因此制备高纯电子特种气体技术更显得迫在眉睫。乙硼烷的制备技术尚未完善，制作方法工艺复杂，较难掌握，生产的产品尚不能全面满足相关电子产品的需要，质量差，问题多，只能用于制造低规格的产品，因此，给用户带来了较大的麻烦，这种状况严重地制约了电子技术的发展。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供了一种精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术。该技术不仅工艺合理，制备简单，而且产品质量好，生产的乙硼烷纯度高达5N(99.999％)以上，并解决了环境污染问题。

本发明采用的技术方案是：原料气进口管、外装再沸器加热套的再沸器、外装填料塔冷却套的填料塔、冷凝器、低沸点杂质排放管、液态产品(高纯B₂H₆)取出管、产品接收槽、高沸点杂质排放管、阀门按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。

本发明的有益效果是，设计合理，使用方便，是理想的乙硼烷制备工艺技术。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

附图编号为：1、原料气进口管，2、再沸器，3、填料塔，4、冷凝器，5、低沸点杂质排放管，6、液态产品(高纯B₂H₆)取出管，7、产品接收槽，8、高沸点杂质排放管，9、填料塔冷却套，10、再沸器加热套，11、阀门，12、连接管线。

具体实施方式

参照图1，原料气进口管(1)、外装再沸器加热套(10)的再沸器(2)、外装填料塔冷却套(9)的填料塔(3)、冷凝器(4)、低沸点杂质排放管(5)、液态产品(高纯B₂H₆)取出管(6)、产品接收槽(7)、高沸点杂质排放管(8)、阀门(11)按其系统功能通过连接管线(12)组装一体而构成。

本发明采用有充填剂低温吸附精馏分离提纯制取高纯乙硼烷的工艺方法。

(1)原料来源及组成

本方法适用于所述方法制取的粗B₂H₆。粗B₂H₆中，含有比B₂H₆沸点低的H₂、N₂、O₂、Ar、CH₄等杂质，以及比B₂H₆沸点高的(C₂H₅)2O、CH₃Cl、C₂H₅Cl、B₄H₁₀、B₅H₉、B₄H₁₁等杂质。这些成分通过蒸馏可以除掉。但除上述成分外，经常含有的CO₂和C₂H₆在常压下的沸点与B₂H₆的沸点-92.5℃接近，分别为-78.5℃(升华)和-89.0℃这些杂质用普通的蒸馏法很难分离。另一方面，B₂H₆为可燃性气体，从安全方面考虑，需要在加压下进行蒸馏，其上限必须为临界压力(约4MPa)。因此，通常采用的压力为0.05-0.5MPa，由蒸气压曲线可见，例如在0.15MPa时，CO₂的沸点为-66℃，C₂H₆的沸点为-69℃，与B₂H₆的沸点-71℃非常接近，在这个范围，用蒸馏方法是不能分离的。在这种低温加压条件下，采用可吸附这些杂质成分的吸附剂进行吸附分离。本方法采用的吸附剂只要求在低温加压下能吸附CO₂、C₂H₆杂质，因此任何吸附剂都可使用。例如，硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝。以对B₂H₆质量无影响为好，最好采用平均孔径为0.4nm的4A型沸石分子筛，只要不使用特别的产品，可从市售沸石分子筛中选定。

通过再沸器(2)汽化粗B₂H₆，接着在充填有均匀细孔的吸附剂的填料塔(3)中，吸附除掉不易蒸馏分离的与B₂H₆沸点接近的CO₂及C₂H₆等杂质，同时，回流液与对流液接触后，在安装于塔上部的冷凝器(4)中冷凝、回流，排放出杂质成分后进行精馏，由塔顶部回收被纯化的B₂H₆。

粗B₂H₆通过原料气进口管(1)送到精馏塔再沸器(2)蒸发，作为上升蒸气。在填料塔(3)中进行精馏，在塔顶形成含高沸点杂质含量较低的B₂H₆蒸气。在冷凝器(4)中冷凝回流，低沸点成分通过安装在冷凝器(4)上部的流量调节阀由低沸点杂质排放管(5)放出除掉。纯化的液态B2H6通过流量调节阀抽出，贮存到产品接收槽(7)。在塔釜形成含高沸点杂质含量较高的釜液，通过阀门(11)控制排出。

再沸器(2)中装入含有：粗B₂H₆中的杂质物性所列物性的杂质的液态粗B₂H₆，汽化后，输送到填料塔(3)及冷凝器(4)进行精馏。依靠此时的温差，气体的大部分进行液化，在填料塔(3)中，回流的液态B₂H₆与粗B2H6气体进行气液接触，高沸点成分流到再沸器(2)中浓缩。

低沸点成分由冷凝器(4)的上部，通过流量调节阀边调节流量，边同时以气态排到系统外。此时排出的气体量可任意选定，一般根据产品分析结果进行增减。低沸点成分仍然含有B₂H₆，所以，如果需要，可作为原料粗B₂H₆液化回收，进行再使用。在蒸馏装置系统内反复进行汽化和液化，实现了精馏，将低沸点和高沸点成分分离，在塔顶不断浓缩为高纯B₂H₆。与沸点接近的CO₂的及C₂H₆等在填料塔中进行气液接触，通过充填的吸附剂高效率的吸附除掉，系统内的B₂H₆得到了纯化。

(2)主要参数

由于塔顶部的冷凝器(4)冷凝液化由填料塔来的气体，所以其温度必须比再沸器(2)的温度低。而且，再沸器(2)的温度是与其压力相对应的液体B₂H₆的蒸发温度，该温度高于上部填料塔(3)及冷凝器(4)的温度，低于B₂H₆的临界温度。一般在调节再沸器(2)外装再沸器加热套(10)温度的同时，固定蒸发量，采用蒸馏装置纯化粗制乙硼烷。由于精馏釜系统内的压力高于大气压力，因此，B₂H₆应在低于临界压力的状态下进行纯化。最佳压力应在0.01-1.5MPa(表压)。压力低于0.01MPa(表压)时，不安全；高于1.5MPa(表压)时，则不经济。与上述压力相对应，最佳的蒸馏温度范围为-90--20℃。例如，如果再沸器2的温度为-70℃，压力为0.16MPa(表压)，该压力与B₂H₆-70℃时的蒸气压大致一致。

将吸附剂充填到填料塔(3)中，用液氮制冷剂，通过外装填料塔冷却套(9)将冷凝器(4)，填料塔(3)冷却到-40℃以下，最好冷却到-50--90℃。

在该范围内，边调节温度边进行冷却，上述排出的低沸点成分是纯化方法的关键。

(3)设备

填料塔(3)充填的吸附剂，除沸石分子筛，只要能吸附蒸馏操作难分离的杂质，且不分解B₂H₆的吸附剂都可使用。应根据粗B₂H₆中含有的杂质种类和含量、产品质量规格、装置操作条件等对沸石分子筛进行选择，不仅仅是一种，适当混合的也可以。为了减小填料塔的压力损失，最好是球型、旋转椭圆体或多边柱型等填料。

可是，在该方法中，充填沸石时，填料塔(3)中要保持在-40℃以下，在气液连续循环接触的状态下，B₂H₆中难分离的CO₂及C₂H₆被高效率地吸附，可降低到1×10^-6以下。而且，由于系统内的温度差，B₂H₆得到纯化后，在冷凝器(4)中作为冷凝回流液流入下部，其中一部分通过阀在调节流量的同时，作为纯B₂H₆通过管路捕集到产品接收槽(7)，高沸点成分在再沸器(2)中作为釜底残留物浓缩，蒸馏完毕后，由再沸器(2)底部通过釜底残留物高沸点杂质排放管(8)排到系统外。

(4)特点

采用该方法，B₂H₆中的杂质均可达到1×10^-6以下的微量，同时，尾气中的B₂H₆气微少，所以，液化纯化可以得到90％-98％的高回收率，若进行回收再蒸馏，可取得更高的回收率。

Claims (1)

1.一种精馏与吸附组合提纯方式制备高纯乙硼烷方法的工艺技术，其特征在于：原料气进口管、外装再沸器加热套的再沸器、外装填料塔冷却套的填料塔、冷凝器、低沸点杂质排放管、液态产品(高纯B₂H₆)取出管、产品接收槽、高沸点杂质排放管、阀门按其系统功能通过连接管线组装一体而构成。

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