CN107352511B - 溴化氢提纯工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溴化氢提纯工艺，其技术方案要点是包括依次设置的一级精馏塔、二级精馏塔、吸附器、储料罐以及气瓶充气装置，一级精馏塔和二级精馏塔均设置有对其进行制冷的液氮冷却装置，达到了提纯程度高且适用于工业生产的目的。

Description

溴化氢提纯工艺

技术领域

本发明涉及一种特种气体提纯工艺，特别涉及一种溴化氢提纯工艺。

背景技术

随着环境要求越来越苛刻，传统高纯电子级氟碳类特种气体对环境，如臭氧层的破坏影响日益显现，它们的使用受到了很大程度的限制，因此，开发和实现绿色环保型电子级特种气体大规模生产，对我国未来电子产业的发展具有重要的现实意义。高纯溴化氢（HBr）用于半导体掺磷的n型多晶硅、掺磷的单晶硅或者二维半导体的刻蚀，是氟碳类气体替代产品的首选。以溴化氢作为刻蚀气体的等离子刻蚀技术可以通过控制被刻蚀物质的温度达到对垂直刻蚀或有设定的圆锥角的锥形刻蚀精确控制。因此，高纯电子级HBr主要用于8寸及12寸芯片制造工艺中的多晶硅刻蚀，是芯片先进制程的核心气体之一。此外溴化氢由于具备作为催化剂或反应物的能力而被广泛应用。

溴化氢气体中水分含量高，对金属材料腐蚀性极强，这成为高纯溴化氢气体制备的重要制约因素。现在通常对溴化氢的提纯或干燥常用的方法有冷冻分离法、物理吸附法和化学除湿法，（1）冷冻分离，即用-35℃低温冷却液将含有水分的溴化氢冷却，使其中的水分冷凝得到分离。还有方法更好，就是将溴化氢通过-70℃的冷阱，使部分溴化氢液化，让溴化氢气体通过液态溴化氢，达到脱水的目的。这种方法脱水深度高，但能耗大，不易控制，工业生产意义不大；(2)物理吸附法，吸附剂包括分子筛、硅胶、活性氧化铝等。吸附法最好是在溴化氢中水分含量低的情况下采用。在含有大量水分的条件下，分子筛和硅胶本身能吸附一定量的溴化氢，放热本身就大，一旦水分含量也高，放热更大，分子筛温升可以达到250-300℃，硅胶温升可以达到100℃；（3）化学除湿法，采用对水汽十分敏感或和水极易反应但不与溴化氢反应的物质通过化学反应脱水。这些化学品通常包括四溴化硅、三溴化磷、溴化锂等，可见此方法并不适用于如此大规模的生产。工业条件下溴化氢的生产工艺有待改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种提纯程度高且适用于工业生产的溴化氢提纯工艺。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种溴化氢提纯工艺，包括依次设置的一级精馏塔、二级精馏塔、吸附器、储料罐以及气瓶充气装置，一级精馏塔和二级精馏塔均设置有对其进行制冷的液氮冷却装置。

通过采用上述技术方案，采用液氮进行冷却，通过粗溴化氢杂质沸点的不同对杂质进行分离，尤其是水，通过液氮冷却可以较为充分，也方便控制的对粗溴化氢进行脱水。而吸附法最好是在溴化氢中水分含量低的情况下采用。在含有大量水分的条件下，分子筛和硅胶本身能吸附一定量的溴化氢，放热本身就大，一旦水分含量也高，放热更大，分子筛温升可以达到250-300℃，硅胶温升可以达到100℃；在经过一级精馏塔和二级精馏塔后可以较为充分的完成脱水，再经过吸附器再次除杂，减小对吸附器的负担，较为适用于工业生产。

较佳的，液氮冷却装置包括分别位于一级精馏塔和二级精馏塔内的热交换管以及分别和热交换管两端连通的进液管和出液管。

通过采用上述技术方案，热交换管对一级精馏塔和二级精馏塔内部进行冷却，结构较为简单，方便安装，较为适用于工业应用。

较佳的，热交换管呈螺旋状。

通过采用上述技术方案，使得热交换管与外界的接触面积较大，使得热传导的效果更好。

较佳的，储料罐也设置有液氮冷却装置，此液氮冷却装置的热交换管为两个且分别位于储料罐内的上部和下部，储料罐的顶部设置有排气管。

通过采用上述技术方案，使得储料罐保证处于一定的低温状态，使得储料罐中的溴化氢处于业态，方便后期的充装；同时，也保证溴化氢的温度，排出其他沸点的杂质。

较佳的，储料罐底部的外壁上包裹有保温罩，保温罩内形成有腔室，腔室分别与进液管和出液管连通。

通过采用上述技术方案，在保温罩中冲入液氮，对储料罐进行一定的隔热，从而使得处于储料罐中的溴化氢不容易和外界发生热交换，保证储料罐内温度，保证溴化氢处于液态，较为适用于工业生产。

较佳的，一级精馏塔和二级精馏塔均分别包括主筒体以及主筒体下端的下封头，主筒体内壁上设置有镍基合金层。

通过采用上述技术方案， 镍基合金层具有较为良好的耐腐蚀性，一定程度上保证了一级精馏塔和二级精馏塔的使用寿命，较为适用于工业生产。

较佳的，下封头由内向外依次设置有镍基合金衬里和石墨衬里。

通过采用上述技术方案，防止下封头被腐蚀，保证经常位于底部且与溴化氢接触的下封头的使用寿命。

较佳的，吸附器侧方并联设置有备用吸附器。

通过采用上述技术方案，在吸附器出现问题后，可以进行切换，保证设备的持续工作。

较佳的，气瓶充气装置包括支架、充气连接管以及充气连接管端部的充气端口，充气端口与气瓶口连接，支架上设置有若干组防倾架，防倾架包括分别与支架固接的两根限位杆，两根限位杆之间形成有供气瓶放入的限位空间，支架的底部固接有底座，底座上滑移连接有供气瓶放置的放置平台，放置平台位于限位空间的正下方，放置平台和底座之间设置有固定组件，放置平台通过固定组件和底座滑移固定连接。

通过采用上述技术方案，在放置气瓶时，放置平台向外滑出，通过固定组件使得放置平台固定，之后将气瓶先放置在放置平台上，之后解除固定组件的固定，然后推动放置平台向内运动，直至气瓶进入限位空间，之后再通过固定组件使得放置平台固定，完成气瓶的放置，这样气瓶先放置在限位空间外，对气瓶调整完成后再推入，气瓶放置较为方便。

较佳的，固定组件包括与放置平台固接的把手杆以及滑移连接在把手杆内的锁定杆，底座上开设有供锁定杆端部插接的锁定孔。

通过采用上述技术方案，在对放置平台进行固定时，只需锁定杆插入锁定孔中，固定较为方便。

综上所述，本发明具有以下有益效果：使得溴化氢提纯程度较高，此生产工艺较为适用于工业生产，在溴化氢充装时，可以较为方便的对气瓶进行调整。

附图说明

图1是溴化氢提出工艺示意图；

图2是一级精馏塔和二级精馏塔的示意图；

图3是吸附器的示意图；

图4是储料罐的示意图；

图5是气瓶充气装置结构示意图；

图6是图5中A部放大图；

图7是图5中B部放大图；

图8是把手杆处剖视图；

图9是图8中C部放大图。

图中，1、反应釜；11、减压器；2、一级精馏塔；3、二级精馏塔；4、吸附器；41、备用吸附器；42、控制阀；5、储料罐；51、排气管；52、保温罩；53、尾气收集塔；6、气瓶充气装置；61、支架；611、充气连接管；612、充气端口；613、限位杆；614、挂链；62、气瓶；63、底座；631、锁定孔；64、放置平台；641、延伸板；642、限位边；643、轮子；65、把手杆；651、加强杆；652、锁定杆；6521、驱动斜面；653、压板；654、驱动柱；655、让位通孔；66、滑移槽；661、限位槽；7、液氮冷却装置；71、热交换管；72、进液管；73、出液管；8、第一取样阀；9、第二取样阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，一种溴化氢提纯工艺，包括依次设置的一级精馏塔2、二级精馏塔3、吸附器4、储料罐5以及气瓶62充气装置6。溴化氢气体可以是通过氢气和溴气在反应釜1中反应后直接产生，产生的溴化氢再通过管道进入一级精馏塔2，在此管道上可以设置有减压器11。

在二级精馏塔3和吸附器4之间可以设置有第一取样阀8，对精馏后的溴化氢进行取样，然后进行分析，检测溴化氢气体中水含量是否过高，避免给吸附器4造成太大的负担，较为适用于工业生产。

在储料管和气瓶62充气装置6之间可以设置第二取样阀9，也是抽样检测含水量，避免气瓶62会被过度的腐蚀。

结合图2，一级精馏塔2和二级精馏塔3处均设置有液氮冷却装置7，通过液氮冷却装置7可以对一级精馏塔2和二级精馏塔3进行冷却。液氮冷却装置7包括热交换管71，热交换管71为两根，分别位于一级精馏塔2内和二级精馏塔3内，热交换管71的两端分别连接有进液管72和出液管73，进液管72和液氮储存器（图中未示出）连通。作为优选，热交换管71可以呈螺旋状，当然也可以是波浪状等形状，用以增大热交换管71和外界的接触面积。

而由于含水量较高的溴化氢的腐蚀性较强，一级精馏塔2和二级精馏塔3的主筒体内壁上设置有镍基合金层，通过防腐蚀性较强的镍基合金层与溴化氢接触，外部的主筒体用其他金属制成。同时，主筒体下部的下封头最为经常接触溴化氢，为此，下封头由内向外依次设置有镍基合金衬里和石墨衬里，通过双层防腐材料的作用，保证下封头的使用寿命，也保证下封头有一定的强度。

与此同时，结合图4，储料罐5也可以设置液氮冷却装置7，而此时的液氮冷却装置7主要是为了保证储料罐5的温度，使得储料罐5中的溴化氢处于液态。此时的液氮冷却装置7也包括热交换管71，储料罐5中设置有两根热交换管71，两根热交换管71分别位于储料罐5的上部和下部，同时，储料罐5的顶部还设置有排气管51，排气管51上设置有电磁阀，排气管51可以连接尾气收集塔53。

为了进一步保证储料罐5中的溴化氢为液态，在储料罐5底部的外壁上包裹有保温罩52，保温罩52分别和进液管72和出液管73连通，使得保温罩52内的液氮可以进行循环。

为了保证持续的生产，结合图3，在吸附器4侧方并联设置有备用吸附器41，吸附器4和备用吸附器41的进料管道上均设置有控制阀42，通过控制阀42使得吸附器4和备用吸附器41其中一个处于正常的使用状态，另一个可以进行跟换和检修。

如图5所示，气瓶62充气装置6包括支架61、充气连接管611以及充气端口612，一部分的充气连接管611固定在支架61上，而充气端口612连接在充气连接管611的端部，在充气时，充气端口612与气瓶62口连接。支架61上固接有若干组防倾架，每组防倾架包括两根限位杆613，两根限位杆613分别和支架61固接，两根限位杆613之间形成限位空间，气瓶62放置在限位空间内，而限位杆613与支架61固定的另一端可拆卸固定连接有挂链614，挂链614的两端均可以插接在限位杆613，同时限位杆613的端部可以向内凸出形成限位块,通过限位块对挂链614进行限定。

支架61的底部固接有底座63，底座63可以直接是地面，支架61直接固定在地面上，在底座63上开设有滑移槽66，滑移槽66内滑移连接有放置平台64，放置平台64位于限位空间的正下方，放置平台64可以呈长方体形，放置平台64沿着滑移槽66的长度方向滑移，向外滑移时远离支架61；结合图7，放置平台64的上表面和底座63的表面齐平，而放置平台64的下方安装有轮子643；作为优选，滑移槽66的侧壁上开设有限位槽661，限位槽661沿滑移槽66的长度方向设置，而放置平台64的侧壁向外凸出形成限位边642，限位边642呈长条形，限位边642位于限位槽661中，限位边642与限位槽661滑移连接。

放置平台64和底座63之间设置有固定组件，固定组件包括放置平台64向外延伸的延伸板641、固定在延伸板641上的把手杆65以及滑移连接在把手杆65内的锁定杆652，通过向外延伸的延伸板641，使得把手杆65位于限位杆613的外侧，且与限位杆613之间有一定的距离；而锁定杆652的下端会穿过延伸板641与底座63相配合，在底座63上可以设置有锁定孔631，在需要对放置平台64进行固定时，锁定杆652的下端插接在锁定孔631内，锁定孔631可以为两个，在气瓶62处于限位空间内时对应一个锁定孔631（如图5），在气瓶62处于限位空间外时，锁定杆652和另一个锁定孔631配合（图中未示出）。

作为优选，结合图8，延伸板641和把手杆65之间设置有加强杆651，加强杆651倾斜设置，加强杆651为两根且关于把手杆65对称设置。

固定组件还包括驱动锁定杆652上升的驱动件，结合图6和图9，其包括压板653和驱动柱654，压板653和驱动柱654整体的截面可以大致呈V字形，压板653的一端与把手杆65的外侧铰接，驱动柱654固接在压板653的另一端且穿过把手杆65上的让位通孔655延伸至把手杆65内，而同时，锁定杆652上开设有驱动斜面6521，驱动柱654插入把手杆65的一端抵在驱动斜面6521上。

在进行提纯时，溴化氢先经过一级精馏塔2和二级精馏塔3进行提纯，然后纯度相对较高的溴化氢进入吸附器4进行再次的提纯，之后进入储存罐储存，保证溴化氢处于液态的同时也可进行一定的提纯，最后溴化氢从储料罐5到达气瓶62充气装置6处进行充装。

气瓶62充气装置6在对气瓶62充气前，需要将气瓶62放好，在放置气瓶62时，握住压板653，使得驱动柱654驱动锁定杆652向上滑移，锁定杆652的下端接触与锁定孔631的插接，然后握住把手杆65向外拉动，从而放置平台64向外滑移，直至放置平台64滑移到滑移槽66的另一端，之后松开压板653，锁定杆652由于自身重力的原因，向下滑动，锁定杆652下端插接到锁定孔631中，完成固定，然后在限位空间之外将气瓶62放置到放置平台64上，进行调整，调整完成后，通过压板653解除放置平台64的固定，通过把手杆65使得放置平台64向内运动，从而使得气瓶62到达限位空间内，完成气瓶62的放置。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种溴化氢提纯工艺，其特征在于：包括依次设置的一级精馏塔(2)、二级精馏塔(3)、吸附器(4)、储料罐(5)以及气瓶(62)充气装置(6)，一级精馏塔(2)和二级精馏塔(3)均设置有对其进行制冷的液氮冷却装置(7)。

2.根据权利要求1所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：液氮冷却装置(7)包括分别位于一级精馏塔(2)和二级精馏塔(3)内的热交换管(71)以及分别和热交换管(71)两端连通的进液管(72)和出液管(73)。

3.根据权利要求2所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：热交换管(71)呈螺旋状。

4.根据权利要求2所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：储料罐(5)也设置有液氮冷却装置(7)，此液氮冷却装置(7)的热交换管(71)为两个且分别位于储料罐(5)内的上部和下部，储料罐(5)的顶部设置有排气管(51)。

5.根据权利要求2所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：储料罐(5)底部的外壁上包裹有保温罩(52)，保温罩(52)内形成有腔室，腔室分别与进液管(72)和出液管(73)连通。

6.根据权利要求1所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：一级精馏塔(2)和二级精馏塔(3)均分别包括主筒体以及主筒体下端的下封头，主筒体内壁上设置有镍基合金层。

7.根据权利要求6所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：下封头由内向外依次设置有镍基合金衬里和石墨衬里。

8.根据权利要求1所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：吸附器(4)侧方并联设置有备用吸附器(41)。

9.根据权利要求1所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：气瓶(62)充气装置(6)包括支架(61)、充气连接管(611)以及充气连接管(611)端部的充气端口(612)，充气端口(612)与气瓶(62)口连接，支架(61)上设置有若干组防倾架，防倾架包括分别与支架(61)固接的两根限位杆(613)，两根限位杆(613)之间形成有供气瓶(62)放入的限位空间，支架(61)的底部固接有底座(63)，底座(63)上滑移连接有供气瓶(62)放置的放置平台(64)，放置平台(64)位于限位空间的正下方，放置平台(64)和底座(63)之间设置有固定组件，放置平台(64)通过固定组件和底座(63)滑移固定连接。

10.根据权利要求9所述的溴化氢提纯工艺，其特征在于：固定组件包括与放置平台(64)固接的把手杆(65)以及滑移连接在把手杆(65)内的锁定杆(652)，底座(63)上开设有供锁定杆(652)端部插接的锁定孔(631)。