CN103359698B - 一种工业生产电子级硝酸的纯化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业生产电子级硝酸的纯化系统，对化工设备进行合理的组合，通过精馏、脱气等工序，提供一种效率高，安全性好，使工业硝酸最简单高效的纯化为1PPb级的高纯度硝酸的系统；通过对化工设备材质的选择使内部气体及液体的交换、扩散、传输等情况清晰可见，提高整个过程的透明度，安全性更高；设备所采用的低硼硅玻璃可降低电子级硝酸中系统无法除去的非金属硼及硅，提高硝酸的纯度，并且该材料热膨胀系数及热引力系数较高，可从0℃急剧升温至200℃以上而不受影响；并且本发明采用的精馏塔填料塔、预冷装置及脱气塔等反应塔直径均设置在16寸以上，完全可满足工业生产的需求，为整个工业生产电子级硝酸纯化技术打开了瓶颈。

Description

一种工业生产电子级硝酸的纯化系统

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种工业生产电子级硝酸的纯化系统。

背景技术

硝酸纯化设计主要是将硝酸从工业级硝酸通过纯化设备后，精制成1PPb级的高纯度硝酸。硝酸是强腐蚀性化学品，整个制程中触及的设备，要求在高温下抗腐蚀并且保持高洁净度的性状，这对材料的选型是很重要的地方。现有技术中，常用的硝酸纯化方法为石英釜发烟硝酸制备法及普通硼硅玻璃纯化70%硝酸：石英釜发烟硝酸制备法一般需要在石英釜内盘电热丝，加热发烟硝酸，然后再经过填料塔进行精馏，最后在吹白装置内加入纯水，用负压将内部二氧化氮气体抽走，直至硝酸透明，但是由于发烟硝酸的腐蚀性比较大，且气体中二氧化氮含量比较高，所以纯化效率比较高，存在安全隐患，而且普通的石英玻璃由于其工艺限制，无法达到10寸以上，使其石英塔塔径尺寸受到限制，无法做到工业生产纯化硝酸；普通硼硅玻璃纯化70%硝酸，再沸器用玻璃列管取而代之，由于普通硼硅玻璃的膨胀系数及热引力系数较差，玻璃列管再沸器无法做到较大的气化量，且蒸汽进量控制不好，容易发生炸管的现象，安全风险较大，另外玻璃内非金属硼、硅含量较大，对化学品纯度有一定影响，无法满足1PPb电子级化学品的需求。目前，工业化生产纯化电子级硝酸存在着技术瓶颈，研发一套安全性高，效率高，能满足电子级硝酸的纯度要求，并能适用于工业生产的纯化硝酸系统是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种纯度高，安全性高，适用于工业大批量生产的电子级硝酸纯化系统。                    

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种工业生产电子级硝酸的纯化系统，包括工业级硝酸储罐，精馏填料塔，从精馏填料塔提供气相回流的再沸器，从精馏填料塔塔顶提供液相回流的预冷装置，用于脱去二氧化氮气体的脱气塔，使硝酸液体冷凝至常温的成品冷却装置，使排出的二氧化氮气体降温的尾气冷凝器及电子级硝酸接收罐，废硝酸槽。

所述工业级硝酸储罐通过气动隔膜泵与再沸器相连通，所述再沸器顶端与精馏填料塔底端相连接，所述精馏填料塔顶端与预冷装置一端相连接，所述预冷装置的另一端与脱气塔顶端相连接，所述脱气塔顶端设置有排气口，所述脱气塔底端与将二氧化氮气体吹出排气口的无油压缩机相连通，所述排气口通过废气管路与尾气冷凝塔相连通，所述脱气塔底端还与成品冷却装置相连接，所述成品冷却装置与电子级硝酸接收罐相连接，所述精馏填料塔和脱气塔内顶部设置有液体喷淋装置，所述尾气冷凝塔与废硝酸槽相连通，所述尾气冷凝塔与废硝酸槽之间设置有用于喷淋碱液的洗涤塔，所述再沸器底端也与所述废硝酸槽相连通。

其中，优选的技术方案为，所述再沸器设置为两层，内层设置为钽制列管，外层材料设置为电子级低硼硅玻璃。再沸器是该制程的重要之处，再沸器的主要功能是将套管内通蒸汽，套管外走硝酸。间接将热量传输给硝酸，使得硝酸达到沸点气化。为了提高系统的安全性能，并且很好的传热，加热硝酸用的再沸器既需要考虑高温下防腐又要考虑有良好的导热效果，而钽材料具有良好的抗腐蚀性能及导热系数，而外层的低硼硅玻璃为透明材质，使内部气体及液体的交换、扩散、传输等情况清晰可见；可降低电子级硝酸中系统无法除去的硼、硅；热膨胀系数及热引力系数较高，可从0℃急剧升温至200多℃而不受影响，这就为加大硝酸气化量提供了基础。也为整个工业生产电子级硝酸纯化技术打开了瓶颈。

为了进一步的适应工业生产的需求，优选的技术方案为，所述精馏填料塔、预冷装置、成品冷却装置及所述脱气塔的外壳与脱气填料均采用电子级低硼硅玻璃材料。

为了扩大交换面积，优选的技术方案为，所述预冷装置、成品冷却装置采用列管式冷凝器。 

为了保证硝酸的纯度，优选的技术方案为，所述电子级硝酸接收罐设置为两层结构，所述内层采用全氟烷氧基树脂（PFA）材料，外层设置为不锈钢。即满足纯度的需求，又可以满足压力的需求，为化学品做氮封系统提供了条件。

为了使硝酸更稳定，优选的技术方案为，所述气动隔膜泵与所述再沸器之间设置有废酸冷却器。

为了提高耐腐蚀性，提高寿命，优选的技术方案为，所述废酸冷却器通过软管与单向阀相连接，所述单向阀与所述废硝酸槽通过废液管路相连通，所述的软管最好采用全氟烷氧基树脂(PFA)。

为了确保流出的介质温度恒定，优选的技术方案为，所述预冷装置设置为两个，所述两个预冷装置并联连接，所述预冷装置设置温度为50℃-60℃，温度太低二氧化氮气体溶于液体中不易赶走，温度太高硝酸为气体，不能实现分离。

为了确保长期高效的制冷效果，优选的技术方案为，所述预冷装置，成品冷却装置，尾气冷凝器分别与冷冻机相连接。

为了进一步扩大生产的产量，提高效率，优选的技术方案为，所述精馏塔填料塔及脱气塔的直径大于16寸。

本发明的优点和有益效果在于：本发明通过对化工设备的合理组合，通过精馏、脱气等工序，提供一种效率高，安全性好，使工业硝酸最简单高效的纯化为1PPb级的高纯度硝酸的系统；通过对化工设备材质的选择使内部气体及液体的交换、扩散、传输等情况清晰可见，提高整个过程的透明度，安全性更高；设备所采用的低硼硅玻璃可降低电子级硝酸中系统无法出去的非金属硼及硅，提高硝酸的纯度，对下游半导体的制程影响较大，并且该材料热膨胀系数及热引力系数较高，可从0℃急剧升温至200℃以上而不受影响；由于工业生产需求，本发明采用的精馏塔填料塔、预冷装置及脱气塔等反应塔直径均设置在16寸以上，完全可满足工业生产的需求 ，也为整个工业生产电子级硝酸纯化技术打开了瓶颈。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图中：1、工业级硝酸储罐；2、气动隔膜泵；3、再沸器；4、精馏填料塔；5、预冷装置；6、脱气塔；7、成品冷却装置；8、电子级硝酸接收罐；9、无油压缩机；10、尾气冷凝塔；11、冷冻机；12、洗涤塔；13、灌装系统；14、废硝酸槽；15、回收系统；16、蒸汽管路；17、蒸汽冷凝水装置；18、废酸冷却器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种工业生产电子级硝酸的纯化系统，所述系统包括工业级硝酸储罐1，所述工业级硝酸储罐1通过气动隔膜泵2与再沸器3相连通，所述再沸器3顶端与精馏填料塔4底端相连接，所述精馏填料塔4顶端与预冷装置5一端相连接，所述预冷装置5的另一端与脱气塔6顶端相连接，所述脱气塔6顶端设置有排气口，所述脱气塔6底端与将二氧化氮气体吹出排气口的无油压缩机9相连通，所述排气口通过废气管路与尾气冷凝塔10相连通，所述脱气塔6底端还与成品冷却装置7相连接，所述成品冷却装置7与电子级硝酸接收罐8相连接，所述精馏填料塔4和脱气塔6内顶部设置有液体喷淋装置，所述尾气冷凝塔10与废硝酸槽14相连通，所述尾气冷凝塔10与废硝酸槽14之间设置有用于喷淋碱液的洗涤塔12，所述再沸器3底端也与所述废硝酸槽14相连通。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述再沸器3设置为两层，内层设置为钽制列管，外层材料设置为电子级低硼硅玻璃。

实施例3

在实施例1的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述精馏填料塔4、预冷装置5、成品冷却装置7及所述脱气塔6的外壳与脱气填料均采用电子级低硼硅玻璃材料。

实施例4

在实施例3的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述预冷装置5、成品冷却装置7采用列管式冷凝器。 

实施例5

在实施例4的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述电子级硝酸接收罐8设置为两层结构，所述内层采用PFA材料，外层设置为不锈钢。即满足纯度的需求，又可以满足压力的需求，为化学品做氮封系统提供了条件。

实施例6

在实施例5的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述气动隔膜泵2与所述再沸器3之间设置有废酸冷却器18。

实施例7

在实施例6的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述废酸冷却器18通过软管与单向阀相连接，所述单向阀与所述废硝酸槽14通过废液管路相连通，所述的软管最好采用全氟烷氧基树脂(PFA)。

实施例8

在实施例7的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述预冷装置5设置为两个，所述两个预冷装置5并联连接，所述预冷装置5设置温度为50℃-60℃，温度太低二氧化氮气体溶于液体中不易赶走，温度太高硝酸为气体，不能实现分离。

实施例9

在实施例8的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述预冷装置5，成品冷却装置7，尾气冷凝器10分别与冷冻机11相连接。

实施例10

在实施例9的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，所述精馏塔填料塔4及脱气塔6的直径大于16寸。

首先用磁力泵将工业级硝酸储罐1内的硝酸循环，调配至浓度为70%的原料硝酸，为了保证防腐并且洁净度保持在1PPb以下，一般会选用德国进口全聚四氟乙烯（PTFE）制成的磁力泵。原料由气动隔膜泵2抽入再沸塔3，再沸塔的底端分别与蒸汽管路16和蒸汽冷凝水装置17相连接；然后气化的原料流入精馏填料塔4中，再沸器3从塔底提供气相回流，预冷装置5从塔顶提供液相回流。从预冷装置5流出的冷凝至一定温度的硝酸进入脱气塔6，通过喷淋装置，将液体喷淋在脱气填料表面，靠重力下流与填料表面接触，进而扩大接触面，使二氧化氮气体积聚在填料空隙中，由无油压缩机9制得的压缩空气从底部通入，把空隙中的二氧化氮气体往上赶至排气口，至废气管路，用喷淋碱液的洗涤塔12处将其理；从脱气塔6底端流出的硝酸溶液在通过成品冷凝装置7，冷却至室温，最后流入电子级硝酸接收罐8，通过磁力泵调节至所需浓度后，进入装罐系统13，纯化过程中精炼排除的废液，废气经过处理流入废硝酸槽14，后经过回收系统15进行回收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述系统包括工业级硝酸储罐，所述工业级硝酸储罐通过气动隔膜泵与再沸器相连通，所述再沸器顶端与精馏填料塔底端相连接，所述精馏填料塔顶端与预冷装置一端相连接，所述预冷装置的另一端与脱气塔顶端相连接，所述脱气塔顶端设置有排气口，所述脱气塔底端与将二氧化氮气体吹出排气口的无油压缩机相连通，所述排气口通过废气管路与尾气冷凝塔相连通，所述脱气塔底端还与成品冷却装置相连接，所述成品冷却装置与电子级硝酸接收罐相连接，所述精馏填料塔和脱气塔内顶部设置有液体喷淋装置，所述尾气冷凝塔与废硝酸槽相连通，所述尾气冷凝塔与废硝酸槽之间设置有用于喷淋碱液的洗涤塔，所述再沸器底端也与所述废硝酸槽相连通；所述再沸器设置为两层，内层设置为钽制列管，外层材料设置为电子级低硼硅玻璃。

2.根据权利要求1所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述精馏填料塔、预冷装置、成品冷却装置及所述脱气塔的外壳与脱气填料均采用电子级低硼硅玻璃材料。

3.根据权利要求2所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述预冷装置、成品冷却装置采用列管式冷凝器。 

4.根据权利要求3所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述电子级硝酸接收罐设置为两层结构，所述内层采用PFA材料，外层设置为不锈钢。

5.根据权利要求4所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述气动隔膜泵与所述再沸器之间设置有废酸冷却器。

6.根据权利要求5所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于， 所述废酸冷却器通过软管与单向阀相连接，所述单向阀与所述废硝酸槽通过废液管路相连通。

7.根据权利要求6所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述预冷装置设置为两个，所述两个预冷装置并联连接，所述预冷装置设置温度为50℃-60℃。

8.根据权利要求7所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述预冷装置，成品冷却装置，尾气冷凝器分别与冷冻机相连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的工业生产电子级硝酸的纯化系统，其特征在于，所述精馏塔填料塔及脱气塔的直径大于16寸。