CN110668456A - 一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，包括原料罐、进料泵、脱轻塔、液体泵一、脱重塔、复热器、吸附系统、过滤器、冷却器、液体泵二、产品蒸发塔、成品罐；脱轻塔顶端接有冷凝器一、下部接有再沸器一，脱重塔顶端接有高位回流罐、下部接有再沸器二；产品蒸发塔顶端接有冷凝器二、下部接有再沸器三；成品高纯三溴化硼出口位于冷凝器二的下部。本发明公开的一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，吸附器、过滤器可以并联设计，保证提纯工艺的连续性，同时作为冷源使用的气体反流循环，最大程度得到利用，避免浪费，且该装置提纯效率高，并且不涉及化学试剂，而且易于操作、成本较低，适于推广应用。

Description

一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置

技术领域

本发明涉及气体提纯技术，具体涉及一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置。

背景技术

三溴化硼是一种无色或稍带黄色发烟粘稠液体，具有强烈刺激性臭味，腐蚀性，有毒。溶于四氯化碳，遇水、乙醇能够分解产生溴化氢，见光、受热分解爆炸。在空气中产生烟雾。能与磷、氮、氧、硫、卤素、氨、碱、卤化磷、磷化氢及许多氨的取代物发生反应。

可用作半导体工业包括集成电路、太阳能电池、半导体分离器件等P型掺杂源，通过热扩散对晶体硅进行P型掺杂。其次三溴化硼还用于有机合成的催化剂、中间体和溴化剂，以及制造超高纯硼、乙硼烷及其他有机硼化物的原料。并且，在有机合成中用作芳环上的甲醚的脱羟基保护，生成酚羟基。

目前制取三溴化硼有三种方法，一种为直接法制取，一种为碳化硼溴化法制取三溴化硼，一种为复分解法制取三溴化硼。得到的三溴化硼成品多为工业级，高纯三溴化硼在国内基本难以得到。因此，开发一种提纯三溴化硼的方法及装置，以获得高纯三溴化硼的，显得具有积极的显示意义，利用该发明得到的高纯三溴化硼，填补了国内三溴化硼提纯领域的空白。

发明内容

本发明目的是提供一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，针对工业级三溴化硼提纯制取高纯三溴化硼，使能量能够得到充分的利用，既节能又环保。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，包括依次连接的原料罐、进料泵、脱轻塔、液体泵一、脱重塔、复热器、吸附系统、过滤器、冷却器、液体泵二、产品蒸发塔、成品罐；所述吸附系统包括吸附柱，并接有热氮气再生与真空泵抽真空；所述过滤器包括过滤柱；所述脱轻塔顶端接有冷凝器一、下部接有再沸器一；所述脱重塔顶端接有高位回流罐、下部接有再沸器二；所述产品蒸发塔顶部接有冷凝器二、下部接有再沸器三；所述成品罐接有氮气吹扫及尾气放空管线、出口连接成品充装系统；所述进料泵为无油润滑液体泵；所述液体泵一、二为无油润滑屏蔽泵。

上述技术方案中，吸附器为现有产品，核心为吸附柱，所述吸附器中，吸附柱优选并联组成的两组，一组工作，一组再生，可以保证提纯操作不间断；吸附柱吸附脱轻塔出来后含有的主要金属杂质，保证后续精馏塔产品高纯三溴化硼的纯度。

上述技术方案中，过滤器为现有产品，核心为过滤柱，所述过滤器中，过滤柱优选两组，并联组成，可以保证提纯操作不间断，也可以同时工作，提高过滤效果；过滤柱的精度为1微米，有效去除原料气体中的颗粒物，保证后续精馏塔产品高纯三溴化硼的纯度。

本发明中，连接是指气管连接，用于各部件之间的气体传输；各部件设有气体出入口，根据本发明的技术方案，本领域技术人员根据场地要求自行连接。

上述技术方案中，复热器热源来自水蒸汽；冷却器冷源来自循环水。

上述技术方案中，所述精馏塔为低压精馏作业，采用上塔进料，中塔出料，塔顶冷凝器闪蒸汽回收至尾气处理系统，塔底液态三溴化硼作为工业级回收使用。

本发明的一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置针对工业级三溴化硼提纯制取高纯三溴化硼，因此，本发明还公开了上述一种高纯三溴化硼的提纯装置在提纯工业级三溴化硼中的应用。

本发明公开的一种高纯三溴化硼的提纯装置提纯三溴化硼的方法，包括如下步骤：

S1:原料罐原料来自原料罐车；

S2:经进料泵进入脱轻塔上部；

S3:产品从脱轻塔底部经液体泵一打入脱重塔中下部，脱轻塔顶部连接冷凝器一，经冷却后液体回流至脱轻塔，塔顶轻组分排放至尾气处理系统；

S4:脱重塔塔顶出重组分杂质进残液储罐，塔顶气体进入高位回流罐，回流至上塔，其中，塔顶分出一支管线作为脱轻塔再沸器二的热源，经脱轻塔下部再沸器加热后气体回流至高位回流罐，脱重塔下部再沸器二的热源水为蒸汽；

S5:高位回流罐出口液态产品进入复热器后成为气态产品，复热后进入吸附系统吸附除产品中的金属杂质；

S6:吸附系统中由两组吸附柱并联组成，每组吸附柱分别由两个吸附柱串联组成。吸附系统并伴有在线再生系统，可实现在线式再生处理，保证工艺的连续性；

S7:出吸附系统的产品进入过滤器，过滤器为现有产品，核心为过滤柱，所述过滤器中，过滤柱优选两组，并联组成，可以保证提纯操作不间断，也可以同时工作，提高过滤效果；

S8:经过滤后气体进入冷却器，然后进液体泵二打入产品蒸发塔塔斧；

S9:产品蒸发塔上部连接冷凝器二，从冷凝器二出来的三溴化硼成品进入成品罐。

本发明可处理的原料气体体积组分为：BBr3≥99.9％、残余溴≤10ppm、硅≤300ppm、金属离子≤200ppm。

上述技术方案中，再沸器加热温度为120℃；循环水冷却温度为30-40℃；复热器加热温度为110-120℃。

上述技术方案中，脱轻塔工作压力为20kpa；脱重塔工作压力为50kpa；产品蒸发塔工作压力为20kpa。

本发明中，吸附系统对原料气体进行吸附处理，吸附原料气体中金属离子杂质；过滤器过滤掉经吸附器中的固体颗粒物至1微米；过滤后气体进入冷却器，经冷却后三溴化硼液体由液体泵二打入产品蒸发塔；精馏塔为低压高温精馏过程，塔顶冷凝器冷源由循环水提供，塔顶闪蒸汽排放至尾气吸收系统，塔底残余液态三溴化硼回收至残液储罐再利用。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明首次公开了一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，利用差压精馏制取高纯度三溴化硼。原料经进料泵后依次进入脱轻塔、脱重塔、吸附系统与产品蒸发塔，最后得到高纯度三溴化硼，可用于多种物质制备；同时本发明的装置可以利用分离物进行冷源循环，使能量能够得到充分的利用，既节能又环保；

2.本发明公开的一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置中，脱轻塔为低压高温精馏作业，采用上塔进料，塔底出料，塔顶冷凝器闪蒸汽回收处理。脱重塔为低压高温精馏作业，采用中下部进料，塔顶出料，塔顶冷凝器闪蒸汽回收处理。产品蒸发塔为低压高温精馏作业，采用塔釜进料，塔顶出料，塔顶冷凝器闪蒸汽回收处理。对精馏塔塔底的工业三溴化硼可以进行有效的回收，对生产成本有效的控制；

3.本发明公开的一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置中，吸附器、过滤器可以并联设计，保证提纯工艺的连续性，同时作为冷源使用的气体反流循环，最大程度得到利用，避免浪费；

4.本发明公开的一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置的提纯效率高，并且不涉及化学试剂，尤其是分离的物质可以得到妥善处理，比如循环利用或收集作为其他操作的冷源；而且易于操作、成本较低，适于推广应用。

附图说明

图1是本发明一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置的结构示意图。

其中：1、原料罐，2、进料泵，3、脱轻塔，3-1、冷凝器一，3-2、再沸器一，4、液体泵一，5、脱重塔，5-1、高位回流罐，5-2、再沸器二，6、复热器，7、吸附系统，7-1、吸附柱，7-2、真空泵，8、过滤器，8-1、过滤住，9、冷却器，10、液体泵二，11、产品蒸发塔，11-1、冷凝器二，11-2、再沸器三，12、成品罐。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，包括依次连接的原料罐1、进料泵2、脱轻塔3、液体泵4、脱重塔5、复热器6、吸附系统7、过滤器8、冷却器9、液体泵10、产品蒸发塔11、成品罐12；进料泵2为无油润滑液体泵；吸附系统7包括并联组成的两组吸附柱7-1，每组两根；过滤器8包括并联组成的两组过滤柱8-1，每组两根，每根过滤柱的精度为1微米；脱轻塔3顶端接有冷凝器3-1、下部接有再沸器3-2，脱重塔5顶端接有高位回流罐5-1、下部接有再沸器5-2；产品蒸发塔11顶端接有冷凝器11-1、下部接有再沸器11-2；成品高纯三溴化硼出口位于冷凝器11-1下部，残液三溴化硼排放口位于脱重塔5底部；复热器6进口与高位回流罐5-1出口连接、复热器6出口与吸附系统7连接；冷却器9进口与过滤器8连接、出口与液体泵10连接；附图中相同部件只标注一处，一些常规连接件，比如阀门不做标注，其中单箭头表示提纯气体运行方向，残液排出没有箭头表示。

上述提纯装置的工作流程包括如下步骤：

(1)原料罐原料来自原料罐车；

(2)经进料泵进入脱轻塔上部，脱轻塔工作压力为20kpa；

(3)产品从脱轻塔底部经液体泵一打入脱重塔中下部，脱轻塔顶部连接冷凝器一，经冷却后液体回流至脱轻塔，塔顶轻组分排放至尾气处理系统；

(4)脱重塔工作压力为50kpa，脱重塔塔顶出重组分杂质进残液储罐，塔顶气体进入高位回流罐，回流至上塔，其中，塔顶分出一支管线作为脱轻塔再沸器热源，经脱轻塔下部再沸器加热后气体回流至高位回流罐，脱重塔下部再沸器热源为水蒸汽；

(5)高位回流罐出口液态产品进入复热器后成为气态产品，复热后进入吸附系统吸附除产品中的金属杂质；

(6)吸附系统中由两组吸附柱并联组成，每组吸附柱分别由两个吸附柱串联组成。吸附系统并伴有在线再生系统，可实现在线式再生处理，保证工艺的连续性；

(7)出吸附系统的产品进入过滤器，过滤器为现有产品，核心为过滤柱，所述过滤器中，过滤柱优选两组，并联组成，可以保证提纯操作不间断，也可以同时工作，提高过滤效果；

(8)经过滤后气体进入冷却器，然后进液体泵二打入产品蒸发塔塔斧；

(9)产品蒸发塔上部连接冷凝器二，从冷凝器二出来三溴化硼成品进入成品罐。

上述原料气体体积组分为：BBr3≥99.9％、残余溴≤10ppm、硅≤300ppm、金属离子≤200ppm。再沸器加热温度为120℃；循环水冷却温度为30-40℃；复热器加热温度为110-120℃。经过本发明方法处理后，制备的高纯三溴化硼中，三溴化硼达到99.9999％以上(基于金属离子)。

附图中，箭头表示提纯气体运行方向，即由原料气体提纯成高纯三溴化硼的方向。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置包括依次连接的原料罐、进料泵、脱轻塔、液体泵一、脱重塔、复热器、吸附系统、过滤器、冷却器、液体泵二、产品蒸发塔、成品罐等；所述原料罐为卧式罐；所述脱轻塔顶端接有冷凝器一、下部接有再沸器一；所述脱重塔顶端接有高位回流罐，下部接有再沸器二；所述复热器为盘管式换热器；所述吸附系统由两组吸附塔并联组成，每组吸附塔分别由两个吸附柱串联而成，并伴有氮气再生系统；所述过滤器由两组过滤器并联组成；所述冷却器为列管式冷却器；所述产品蒸发塔顶端接有冷凝器二、下部接有再沸器三；所述成品罐为卧式罐。

2.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述原料罐进口连接原料罐车，出口连接进液泵。

3.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述进料泵为无油润滑液体泵，液体泵一、二为无油润滑屏蔽泵。

4.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述脱轻塔顶端冷凝器一的冷源为循环水。

5.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述脱轻塔下部再沸器一的热源为脱重塔顶端出口支路管线连接提供，加热后热源回流至脱重塔顶端高位回流罐。

6.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述脱重塔下部连接的再沸器二的热源为水蒸汽。

7.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述吸附系统中，吸附柱为并联组成的两组吸附柱。

8.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述过滤器中，过滤柱为并联组成的两组过滤柱；所述过滤柱的精度为1微米。

9.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：产品蒸发塔顶部连接冷凝器二，下部连接再沸器三。

10.根据权利要求1所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：产品蒸发塔顶部连接的冷凝器二的出料口与成品罐进口连接。

11.根据权利要求1～10任意一项所述一种高纯三溴化硼的提纯方法及装置，其特征在于：所述一种高纯三溴化硼的提纯步骤为：

S1:原料罐原料来自原料罐车；

S2:经进料泵进入脱轻塔上部；

S3:产品从脱轻塔底部经液体泵一打入脱重塔中下部，脱轻塔顶部连接冷凝器一，经冷却后液体回流至脱轻塔，塔顶轻组分排放至尾气处理系统；

S4:脱重塔塔顶出重组分杂质进残液储罐，塔顶气体进入高位回流罐，回流至上塔，其中，塔顶分出一支管线作为脱轻塔再沸器二的热源，经脱轻塔下部再沸器加热后气体回流至高位回流罐，脱重塔下部再沸器二的热源水为蒸汽；

S5:高位回流罐出口液态产品进入复热器后成为气态产品，复热后进入吸附系统吸附除产品中的金属杂质；

S6:吸附系统中由两组吸附柱并联组成，每组吸附柱分别由两个吸附柱串联组成。吸附系统并伴有在线再生系统，可实现在线式再生处理，保证工艺的连续性；

S7:出吸附系统的产品进入过滤器，过滤器为现有产品，核心为过滤柱，所述过滤器中，过滤柱优选两组，并联组成，可以保证提纯操作不间断，也可以同时工作，提高过滤效果；

S8:经过滤后气体进入冷却器，然后进液体泵二打入产品蒸发塔塔斧；

S9:产品蒸发塔上部连接冷凝器二，从冷凝器二出来的三溴化硼成品进入成品罐。

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