CN110980648A - 一种溴化氢的纯化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种溴化氢的纯化装置及方法，属于精细化工技术领域。溴化氢粗品经进料管路由脱重塔进料口进入脱重塔中进行精馏，在脱重塔塔底脱除重组分杂质，脱除重组分杂质的溴化氢由脱重塔出料口出料后经脱轻塔进料口进入脱轻塔精馏，在脱轻塔塔顶脱除轻组分杂质，脱除轻组分杂质的溴化氢由脱轻塔出料口出料后经产品收集器的进料口进入产品收集器中，同时对液相溴化氢进行检测；对由产品收集器进料口收集的溴化氢进行冷却；检测合格后对产品收集器内的溴化氢进行加热，液相溴化氢沿产品收集器内自下而上引出的充装管路路经充装泵后进入充装瓶内。工艺简单，设备投资小，能耗低，环境污染小，经济性好，易于实现工业化生产。

Description

一种溴化氢的纯化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种溴化氢的纯化装置及方法，属于精细化工技术领域。

背景技术

溴化氢凭借其对刻蚀原料的高选择性，以及对刻蚀形貌和角度的精确控制能力，现已成为8英寸和12英寸芯片的多晶硅刻蚀不可或缺的原料气体，是控制芯片制作过程的核心气体之一。然而，溴化氢具有强腐蚀性，尤其是有水分存在的情况下，腐蚀性更强，能够腐蚀绝大部分金属制品。因此，溴化氢的纯化，尤其是水分的去除，是工艺控制的关键所在。

中国专利申请95191144.9利用粗品溴化氢，通过连续化精馏操作，可制备纯度到达99.999％的高纯溴化氢，但是问题是，该纯化过程要求粗品含水率不得超过2ppm，而溴化氢粗品含水率都在10ppm以上，所述方法具有一定的限制性。吸附法对设备要求低，对水分的处理效果好，但是吸附剂目前多采用分子筛和硅胶类物质，本身就容易吸附一定量的溴化氢，且吸水放热较大，水分含量高时放热更大，甚至能达到100℃以上，带来较大的安全隐患。此外，吸附剂脱附、回收比较困难，基本上都是重新替换，且替换前后需要对管路内气体进行重新置换，造成较大的物料和时间浪费，影响实际产能。

其他涉及除水的工艺方法，诸如浓硫酸法、化学反应吸附法或三溴化磷喷淋吸收(中国专利申请201310220850.8)，受吸附平衡或者新介质引入等影响，难以彻底实现工业化连续生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于在于提供一种溴化氢的纯化装置及方法。采用连续精馏的方式，实现溴化氢的纯化，使溴化氢的纯度达到99.999％及以上，简单实用，可连续化操作，适用于大规模工业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种溴化氢的纯化充装装置，包括脱重塔、脱轻塔、产品收集器、充装管、充装泵和充装瓶；

脱重塔和脱轻塔均为精馏塔，均由塔顶、塔柱和塔底，塔顶均设有冷凝回流装置，塔底均设有加热装置和排污口；塔柱均设有温度控制装置；脱重塔塔柱中部有脱重塔进料口，脱重塔进料口处连接有进料管路，脱重塔塔柱上部设有脱重塔出料口；脱轻塔塔柱上部设有脱轻塔进料口，脱轻塔塔柱下部设有脱轻塔出料口；脱轻塔塔顶设有轻组分杂质出料口；

产品收集器顶部设有进料口和出料口，产品收集器内设有两套换热装置，一套换热装置用于对进料口进入的物料进行冷却，一套换热装置用于对产品罐内的物料进行加热；

脱重塔出料口通过管路与脱轻塔进料口连接，脱轻塔出料口通过管路与产品收集器的进料口连接，充装管路沿产品收集器内部自下而上又出料口引出后与充装泵的进口连接，充装泵的出口通过管路与充装瓶连接；脱轻塔出料口与产品收集器的连接管路上设有检测口。

优选的，所述装置还包括气体汇流排，气体汇流排的入口通过管道与充装泵的出口连接，气体汇流排的出口与充装瓶连接。

优选的，所述脱重塔和脱轻塔的理论塔板数分别独立为30～60；所述脱重塔和脱轻塔的高度分别独立为6m～14m，直径分别独立为0.1m～1m。

优选的，所述脱重塔和脱轻塔分别独立为填料精馏塔或板式精馏塔。

优选的，所述脱重塔和脱轻塔为填料精馏塔，所述填料分别独立为θ环、鲍尔环、拉西环或规整填料，所用填料的直径分别独立为2mm～25mm。

优选的，所述充装泵为隔膜泵或平面泵。

优选的，进料管路和脱重塔的材质分别独立为哈氏合金；所述脱轻塔、产品收集器、充装瓶、充装管路及连接管路的材质分别独立为不锈钢、表面镀镍不锈钢或表面喷涂聚四氟乙烯不锈钢。

一种溴化氢的纯化方法，所述方法步骤如下：

溴化氢粗品经进料管路由脱重塔进料口进入脱重塔中进行精馏，在脱重塔塔底脱除重组分杂质，脱除重组分杂质的溴化氢由脱重塔出料口出料后经脱轻塔进料口进入脱轻塔精馏，在脱轻塔塔顶脱除轻组分杂质，脱除轻组分杂质的溴化氢由脱轻塔出料口出料后经产品收集器的进料口进入产品收集器中，同时对液相溴化氢进行检测；对由产品收集器进料口收集的溴化氢进行冷却；检测合格后对产品收集器内的溴化氢进行加热，液相溴化氢沿产品收集器内自下而上引出的充装管路路经充装泵后进入充装瓶内；

其中，脱重塔中塔柱温度为-65～30℃，精馏压力为0～3MPa，回流比为1～100；脱轻塔中塔柱温度为-70～25℃，精馏压力为0～3MPa，回流比为1～300；同时脱重塔塔柱内温度高于脱轻塔塔柱内温度。

脱重塔和脱重塔塔底温度保证溴化氢粗品中的重组分杂质为液相同时溴化氢为气相，塔顶温度保证气相溴化氢遇冷形成液相，在自身重力的作用下重新从塔顶冷凝回流到塔柱内进行精馏；

优选的，脱重塔和脱重塔中塔柱温度为-40～25℃，同时脱重塔塔柱内温度高于脱轻塔塔柱内温度。

优选的，所述溴化氢粗品的进料流速为5～50L/min。

有益效果

(1)本发明所述溴化氢纯化工艺简单，设备投资小，能耗低，环境污染小，经济性好，易于实现工业化生产。

(2)本发明所述纯化工艺能够制备纯度为99.999％及以上的高纯溴化氢。

(3)本发明通过对纯化工艺的优化，降低脱重塔后续设备的耐腐蚀要求，降低成本，并减少冷媒的用量。

附图说明

图1为本发明所述装置结构示意图；

其中，1-脱重塔，2-脱轻塔，3-产品收集器，4-充装管路，5-充装泵，6-充装瓶。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

以下实施例中：

一种溴化氢的纯化充装装置，包括脱重塔1、脱轻塔2、产品收集器3、充装管4、充装泵5和充装瓶6；

脱重塔1和脱轻塔2均为精馏塔，均由塔顶、塔柱和塔底，塔顶均设有冷凝回流装置，塔底均设有加热装置和排污口；塔柱均设有温度控制装置；脱重塔1塔柱中部有脱重塔进料口，脱重塔进料口处连接有进料管路，脱重塔1塔柱上部设有脱重塔出料口；脱轻塔2塔柱上部设有脱轻塔进料口，脱轻塔2塔柱下部设有脱轻塔出料口；脱轻塔2塔顶设有轻组分杂质出料口；

产品收集器3顶部设有进料口和出料口，产品收集器3内设有两套换热装置，一套换热装置用于对进料口进入的物料进行冷却，一套换热装置用于对产品罐内的物料进行加热；

脱重塔出料口通过管路与脱轻塔进料口连接，脱轻塔出料口通过管路与产品收集器3的进料口连接，充装管路4沿产品收集器3内部自下而上又出料口引出后与充装泵5的进口连接，充装泵5的出口通过管路与充装瓶6连接；脱轻塔出料口与产品收集器3的连接管路上设有检测口。

所述装置还包括气体汇流排，气体汇流排的入口通过管道与充装泵5的出口连接，气体汇流排的出口与充装瓶6连接。

纯化前，首先由真空泵对纯化装置的各部件进行抽真空预处理，再用高纯氮气吹扫、置换系统内残留的空气和水分，完成除水装置使用前的预处理；设置塔内的温度为10℃；将装有溴化氢粗品的钢瓶与进料管路连接。

一种溴化氢的纯化方法，所述方法步骤如下：

溴化氢粗品经进料管路由脱重塔进料口进入脱重塔1中进行精馏，在脱重塔塔底脱除重组分杂质，脱除重组分杂质的溴化氢由脱重塔出料口出料后经脱轻塔进料口进入脱轻塔2精馏，在脱轻塔塔顶脱除轻组分杂质，脱除轻组分杂质的溴化氢由脱轻塔出料口出料后经产品收集器3的进料口进入产品收集器3中，同时对液相溴化氢进行检测；对由产品收集器3进料口收集的溴化氢进行冷却；检测合格后对产品收集器3内的溴化氢进行加热，液相溴化氢沿产品收集器3内自下而上引出的充装管路4路经充装泵5后进入充装瓶6内。

溴化氢粗品气(98.5％，体积比)的组成如表1所示。

表1

名称	检测值(体积值，ppm)	组分沸点(℃,1atm)
			氢	6800	-256
氮	3500	-196
			氧+氩	800	-183，-185
一氧化碳	400	-192
			二氧化碳	3500	-78
甲烷+乙炔	100	-162，-83
			水	70	100
溴化氢	98.5％(纯度)	-67

实施例1

本实施例中，脱重塔1和脱轻塔2均为填料塔，脱重塔1高8m，直径0.5mm，理论塔板数为40，内置直径5mmθ环填料。其中脱轻塔2高8m，直径0.5mm，理论塔板数为30，内置直径5mmθ环填料。进料管路、脱重塔1选用哈氏合金，脱轻塔2、产品收集器3及充装瓶6采用不锈钢材质。充装泵5采用隔膜泵。

溴化氢粗品流速为30L/min。

脱重塔1参数设置为：塔柱温度-15℃，压力0.9MPa，回流比为20。此状态下，溴化氢汽化上升，水等重组分冷凝以液态或固态形式汇集于脱重塔塔底，实现重组分脱除。

脱轻塔2参数设置为：塔柱温度-25℃，压力0.9MPa，回流比为50。此状态下，溴化氢冷凝，以液态形式汇集于脱轻塔底，并以液体状态转移至产品罐。而其他轻组分仍为气态状态，在脱轻塔塔顶脱除。

待杂质检测合格后，溴化氢以液态形式储存在产品罐内，并经隔膜泵加压至充装系统，进行钢瓶充装。经检测，纯化后溴化氢主要成份及含量见表2。

实施例2

本实施例中，脱重塔1高14mm，直径1m，理论塔板数为60，内置直径25mm鲍尔环填料。脱轻塔2高14m，直径1m，理论塔板数为60，内置直径25mm拉西环填料.进料管路、脱重塔1选用哈氏合金，脱轻塔2、产品收集器3及充装瓶6采用不锈钢材质。充装泵5采用隔膜泵。

溴化氢粗品流速为30L/min。

脱重塔1参数设置为：塔柱温度-64℃，压力0MPa，回流比为80。

脱轻塔2参数设置为：塔柱温度-70℃，压力0MPa，回流比为200。

经检测，纯化后溴化氢主要成份及含量见表2。

实施例3

本实施例中，脱重塔1高6mm，直径0.1m，理论塔板数为40，内置直径3mm鲍尔环填料。脱轻塔2高6m，直径0.1m，理论塔板数为30，内置直径3mm拉西环填料.进料管路、脱重塔1选用哈氏合金，脱轻塔2、产品收集器3及充装瓶6采用不锈钢材质。充装泵5采用隔膜泵。

溴化氢粗品流速为30L/min。

脱重塔1参数设置为：塔柱温度30℃，压力2.3MPa，回流比为80。

脱轻塔2参数设置为：塔柱温度20℃，压力2.3MPa，回流比为280。

经检测，纯化后溴化氢主要成份及含量见表2。

表2

综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：包括脱重塔(1)、脱轻塔(2)、产品收集器(3)、充装管(4)、充装泵(5)和充装瓶(6)；

脱重塔(1)和脱轻塔(2)均为精馏塔，均由塔顶、塔柱和塔底，塔顶均设有冷凝回流装置，塔底均设有加热装置和排污口；塔柱均设有温度控制装置；脱重塔(1)塔柱中部有脱重塔进料口，脱重塔进料口处连接有进料管路，脱重塔(1)塔柱上部设有脱重塔出料口；脱轻塔(2)塔柱上部设有脱轻塔进料口，脱轻塔(2)塔柱下部设有脱轻塔出料口；脱轻塔(2)塔顶设有轻组分杂质出料口；

产品收集器(3)顶部设有进料口和出料口，产品收集器(3)内设有两套换热装置，一套换热装置用于对进料口进入的物料进行冷却，一套换热装置用于对产品罐内的物料进行加热；

脱重塔出料口通过管路与脱轻塔进料口连接，脱轻塔出料口通过管路与产品收集器(3)的进料口连接，充装管路(4)沿产品收集器(3)内部自下而上又出料口引出后与充装泵(5)的进口连接，充装泵(5)的出口通过管路与充装瓶(6)连接；脱轻塔出料口与产品收集器(3)的连接管路上设有检测口。

2.如权利要求1所述的一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：所述装置还包括气体汇流排，气体汇流排的入口通过管道与充装泵(5)的出口连接，气体汇流排的出口与充装瓶(6)连接。

3.如权利要求1所述的一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：所述脱重塔(1)和脱轻塔(2)的理论塔板数分别独立为30～60；所述脱重塔(1)和脱轻塔(2)的高度分别独立为6～14m，直径分别独立为0.1～1m。

4.如权利要求1所述的一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：所述脱重塔(1)和脱轻塔(2)分别独立为填料精馏塔或板式精馏塔。

5.如权利要求1所述的一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：所述脱重塔(1)和脱轻塔(2)为填料精馏塔，所述填料分别独立为θ环、鲍尔环、拉西环或规整填料，所用填料的直径分别独立为2～25mm。

6.如权利要求1所述的一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：所述充装泵(5)为隔膜泵或平面泵。

7.如权利要求1所述的一种溴化氢的纯化充装装置，其特征在于：进料管路和脱重塔(1)的材质分别独立为哈氏合金；所述脱轻塔(2)、产品收集器(3)、充装瓶(6)、充装管路(4)及连接管路的材质分别独立为不锈钢、表面镀镍不锈钢或表面喷涂聚四氟乙烯不锈钢。

8.一种使用如权利要求1所述装置对溴化氢的纯化方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

溴化氢粗品经进料管路由脱重塔进料口进入脱重塔(1)中进行精馏，在脱重塔塔底脱除重组分杂质，脱除重组分杂质的溴化氢由脱重塔出料口出料后经脱轻塔进料口进入脱轻塔(2)精馏，在脱轻塔塔顶脱除轻组分杂质，脱除轻组分杂质的溴化氢由脱轻塔出料口出料后经产品收集器(3)的进料口进入产品收集器(3)中，同时对液相溴化氢进行检测；对由产品收集器(3)进料口收集的溴化氢进行冷却；检测合格后对产品收集器(3)内的溴化氢进行加热，液相溴化氢沿产品收集器(3)内自下而上引出的充装管路(4)路经充装泵(5)后进入充装瓶(6)内；

其中，脱重塔(1)中塔柱温度为-65～30℃，精馏压力为0～3MPa，回流比为1～100；脱轻塔(2)中塔柱温度为-70～25℃，精馏压力为0～3MPa，回流比为1～300；同时脱重塔(1)塔柱内温度高于脱轻塔(2)塔柱内温度。

9.如权利要求8所述的一种溴化氢的纯化方法，其特征在于：所述脱重塔(1)和脱重塔(2)中塔柱温度为-40～25℃，同时脱重塔(1)塔柱内温度高于脱轻塔(2)塔柱内温度。

10.如权利要求8所述的一种溴化氢的纯化方法，其特征在于：所述溴化氢粗品的进料流速为5～50L/min。

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