CN111099957B - 一种电子级四氟化碳的纯化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子级四氟化碳的纯化系统，包括洗涤系统、吸附系统和精馏系统，所述洗涤系统包括水洗塔和碱洗塔；所述洗涤系统具体为预洗涤塔、水洗涤塔、碱洗塔、热解塔、碱洗塔；所述吸附系统包括气液分离器、冷冻除水箱、吸附塔，所述吸附塔包括低压吸附塔、高压吸附塔；所述精馏系统包括储存罐、精馏塔、高压隔膜压缩机。本发明还提供了一种采用上述系统纯化电子级四氟化碳的方法，通过水洗、碱洗、热解、碱洗、气液分离、吸附、储存、精馏、充装得到纯度在99.9995％以上的电子级四氟化碳气体。

Description

一种电子级四氟化碳的纯化系统及方法
技术领域
本发明涉及四氟化碳生产技术领域，具体是涉及一种电子级四氟化碳的纯化系统及方法。
背景技术
四氟化碳(CF4)是目前微电子工业中用量最大的等离子体蚀刻气体，广泛用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨等薄膜材料的蚀刻，在电子器件表面清洗、太阳能电池的生产、激光技术、低温制冷、气体绝缘、泄漏检测剂、控制宇宙火箭姿态、印刷电路生产中的去污剂、润滑剂及制动液等方面也有大量应用。由于它的化学稳定性极强，CF4还可用于金属冶炼和塑料行业等。
四氟化碳的制备方法有很多种，但是用于工业生产的基本上只有单质氟与固体碳粒反应的方法。其反应方程式：
C+F2→CF4+C2F6+C3F8……
该方法生产的四氟化碳杂质含量较高，其中含有较多的副产物杂质氧气、氮气、二氧化碳、水分及氟碳化合物等。其中微氧、氮气、二氧化碳、水分比较难深度处理，四氟化碳气体经过精馏处理后，目前微氧含量为30-100PPmv不等，不能满足当前微电子工业发展的质量要求，而工业级的四氟化碳附加值较低且远远不能满足电子级四氟化碳对微氧的技术指标。除了太阳能电池、金属冶炼和塑料行业要求用工业级四氟化碳外，当今超大规模集成电路所用蚀刻电子气体四氟化碳的特点是超纯、超净、特别是微氧的含量必须≤1PPmv，各国为推动本国微电子工业的发展，越来越重视发展特种电子气体的生产提纯技术。就目前而言，国内工业级四氟化碳中的微氧远远达不到蚀刻电子气体四氟化碳的技术指标，且工业级四氟化碳附加值较低，电子级四氟化碳需求量主要靠进口。
CN 101580452 B“一种四氟化碳制备工艺及其设备”公开了一种四氟化碳的制备工艺并提供了一种生产设备。该技术中需要使用惰性气体对氟气进行稀释，还需要使用低碳链烷烃或其氟代烷烃作为引燃气体，生产设备包括内置托盘的水平反应器和二级立式反应器。该技术中，氟气的利用率为98％，经常规方法除尘得到的四氟化碳气体纯度在95％以上。CN 102863312 B“一种四氟化碳制备工艺及其设备”公开了一种四氟化碳制备工艺及其设备。该技术中在前述技术的基础上做了改进，设计了双立式反应器，在二级反应器的模式下，对氟气的利用率有所提高,但还是存在四氟化碳气体纯度低的缺点。CN 101863734 B“一种四氟化碳的纯化方法”公开了一种利用冷冻抽真空、闪蒸及吸附的方法纯化四氟化碳，可将纯度从80％提升至99.9995％，该方法对工艺要求高，不适合大规模使用。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种电子级四氟化碳的制备及纯化系统包含了氟气源、反应装置，水洗、碱洗、热解、碱洗、气液分离、吸附、储存、精馏、充装装置。
本发明的第二目的是提供一种电子级四氟化碳的制备方法。
为了实现上述的第一目的，本发明提供的一种电子级四氟化碳的制备系统，包括氟气源、反应装置和纯化系统，氟气源密封连接反应装置，反应装置密封连接纯化系统。
其中，氟气源包括电解槽、低温除尘器1、冷凝器2和氟气缓冲罐3。
其中，电解槽有自动化系统，加料方式为液位联锁自动加料。
其中，冷凝器底端设有氟化氢放料装置。
其中反应装置包括碳反应器4、除尘装置5。
其中碳反应器包括反应器、水平设于所述反应器底部内腔中且用于隔离原料碳粒与反应后的细碳渣的筛板；所述筛板将所述反应器的上、下部分隔成反应区和用于承接反应后产生碳渣的储渣区；所述反应区与所述储渣区相互贯通；所述反应器的顶部设原料碳粒加料口；所述反应器的顶部且与所述加料口相垂直贯通的产品出气口；所述反应器且位于所述反应区的四周设置有电加热辐射板；所述电加热辐射板上部设置有电加热温度计；
所述反应器的底部左右两端设有氟气进口；所述氟气进口成L形设置且一端伸入所述反应区的中部处；
所述氟气进口伸入到反应器反应区中部处，所述氟气进口的出气端设置有喷头；
所述氟气进口的出气口位于所述筛板的上方；所述筛板上均匀开设有通孔，筛板用于盛托碳块；
所述反应器上套设有用于给所述反应器降温的冷却水管夹套；所述冷却水管夹套的中间位置处设有温度计；
所述冷却水管夹套位于所述反应区中部气相区。
其中纯化系统包括洗涤系统、吸附系统和精馏系统，依次连接。洗涤系统包括水洗塔和碱洗塔，具体为预洗涤塔6、水洗涤塔7、碱洗塔8、碱洗塔10依次连接。吸附系统包括热解塔9、气液分离器11、冷冻除水箱12、吸附塔依次连接，其中吸附塔包括低压吸附塔13、高压吸附塔14。精馏系统包括储存罐15、精馏塔16、高压隔膜压缩机17依次连接。
其中，水洗涤塔中设有喷射式大结构。
为了实现上述的第二目的，本发明提供的一种电子级四氟化碳的制备及纯化方法，具体步骤如下：
S1.氟气的制备：电解槽自动化生产氟气。经过低温除尘器、冷凝器，到达氟气缓冲罐；
电解槽温度控制为80-95℃，酸度控制为40-42％，液位联锁自动加氟化氢，均匀加料，极大的减少了氟化氢的过量加入。气体经过低温除尘器1，除尘器温度控制在0-4℃，去除气体中的粉尘与电解质后，进入冷凝器2，冷凝器温度控制在-70～-60℃，底端设有氟化氢放料装置，可实现自动放料，回收氟化氢再次利用，极大的降低了成本，且可把氟气纯度提升至95％以上。冷凝器出口与缓冲罐3对接。
S2.四氟化碳的制备：缓冲罐氟气进入新型结构碳反应器，与高纯度碳粒与少量焦炭进行化合反应；
其中，氟气缓冲罐3压力为-0.06～0.06Mpa。
其中，氟气转化率高于98％。
其中，碳粒与焦炭比例约为100：1，焦炭作用为反应的助燃剂。碳粒粒径范围约为4-6cm。
S3.除尘：含有少量杂质的四氟化碳通过除尘器5去除固体物质；
其中，除尘器采用沉降式的除尘器，可有效的降低气体所携带的粉尘，且体积加大，可实现有效的自然降温过程。
S4.预水洗：气体经过预水洗塔6，去除微量的未反应氟气。酸度控制在35-40％更换水洗塔内液体；
S5.水洗:预水洗塔6出口气体经过水洗塔7，去除氟化氢等易溶于水的物质；
S6.碱洗：水洗塔7出来的四氟化碳气体进入碱洗塔8进行碱洗，去除微量的氟化氢，二氧化碳等酸性杂质；
其中，碱洗塔中碱液浓度(OH-)为270g/L。
S7.热解：碱洗塔8出来的四氟化碳气体进入热解塔9，热解塔加温320℃，分解气体中微氧及其它副产物；
新增设的热解塔，可有效的去除产品气体中的一些未知的碳化合物，使其在高温下完全分解，与其中的微氧生成酸性气体。通过高温，令杂质高温分解。产品初气体中含有一些氟碳类的副产物，如C4F10，这些产物都具有高温分解的特性，因此通过高温分解，可有效的去除微氧和去除副产物。
S8.碱洗：热解塔9出来的四氟化碳气体，进入碱洗塔10去除气体中的二氧化碳；
其中，碱洗塔中碱液浓度为220g/L。
S9.气液分离：碱洗塔10出来的四氟化碳气体进入气液分离器11进行气液分离；
S10.除水、吸附处理：气液分离器11出来的四氟化碳进入冷冻除水塔12进行除水处理后，再进入低压吸附塔13，除去气体中微量的水分，再进入高压吸附塔14，去除微量的二氧化碳及其他杂质气体；
其中，冷冻除水塔温度为0-4℃；低压吸附塔中填料为硅胶；高压吸附塔中填料为包括A型和X型吸附剂。
填料选择中，低压吸附塔主要去除水分，高压中的A型主要去除微量的二氧化碳及其他酸性气体；X型主要是去除水分。
S11.精馏：高压吸附塔14出来的四氟化碳气体进入储存罐15进行储存，再进入精馏塔16精馏；
其中，精馏塔采用2级精馏，第一级精馏塔控制温度为-135～-140℃，去除掉轻组分杂质，塔釜积液进入第二级精馏塔控制温度为-90～-100℃，去除重组分杂质。
经检测塔顶气体中四氟化碳含量可达99.9995％以上，相较于其他方式的精馏(如一级精馏，产品纯度99.995)更能有效提供纯度更高的四氟化碳产品。
S12.充装：精馏塔16出来的四氟化碳气体经过高压隔膜压缩机17压缩后，充装入钢瓶中。
充装台上设有过滤器，去除气体中可能存在的固体颗粒杂质。
其中，充装台是指模压机后气体充装时所用平台。
本发明中氟气的纯度，会影响氟气的利用率和最终产品四氟化碳的纯度，氟气纯度越高，其利用率越高，四氟化碳气体的纯度也越高。
本发明的有益效果：
1.本发明提供了一种电子级四氟化碳的制备、纯化系统及方法，对氟气利用率达97％以上，四氟化碳气体纯度达99.9995％。通过在电解槽出口加设氟气低温除尘器，可有效降低堵管率，加设冷凝器，可回收氟化氢，节约大量成本；
2.本发明所制备的氟气纯度高，与碳粒反应率高，反应更充分，去除了二级反应器。
3.本发明通过设置除尘器，可有效降低汽化的氟化氢钾遇冷堵反应器，降低了反应器的检修率；
4.本发明中加设了热解塔，充分分解掉一些不溶于水、碱液的氟碳类副产物，分解后产物与气体中的微氧反应生成二氧化碳等酸性气体，于下一步碱洗中去除；
5.本发明采用了二级精馏，相较于原有传统的一级精馏，产品纯度更高，杂质更少。
附图说明
图1是本发明的流程图
图2是本发明中碳反应器的结构图
其中：
41、反应器；4100、反应区；4101、储渣区；42、筛板；43、原料碳粒加料口；44、产品出气口；45、电加热辐射板；46、电加热温度计；47、氟气进口；48、冷却水管夹套；481、冷却水进口；482、冷却水出口；49、温度计；410、捞渣口；411、氮气进口。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
图2是本本发明型具体实施方式提供的一种制备四氟化碳气体的新型反应器装置的结构示意图，如图2所示。碳反应器，包括反应器41、水平设于反应器41底部内腔中且用于隔离原料碳粒与反应后的细碳渣的筛板42；
筛板42将反应器41的上、下部分隔成反应区4100和用于承接反应后产生碳渣的储渣区4101；反应区4100与储渣区4101相互贯通；
反应器41的顶部设原料碳粒加料口43；反应器41的顶部且与加料口43相垂直贯通的产品出气口44；反应器41且位于反应区4100的四周设置有电加热辐射板45；电加热辐射板45上部设置有电加热温度计46；
反应器41的底部左右两端设有氟气进口47；氟气进口47成L形设置且一端伸入反应区4100的中部处；
氟气进口47伸入到反应器反应区中部处，氟气进口47的出气端设置有喷头；
氟气进口47的出气口位于筛板42的上方；筛板42上均匀开设有通孔，筛板42用于盛托碳块；
反应器41上套设有用于给反应器41降温的冷却水管夹套48；冷却水管夹套48的中间位置处设有温度计49；
冷却水管夹套48位于反应区4100中部气相区。
优选地，储渣区4101的腔壁为夹层结构，储渣区4101的腔壁夹层与冷却水管夹套48相贯通，冷却水管夹套48的腔壁上开设有冷却水进口81，冷却水管夹套48上开设有冷却水出口482，冷却水进口481外接冷却水循环管。
优选地，冷却水进口481设于反应区4100腔壁的下端，冷却水出口482开设于反应区4100腔壁的上端。
优选地，储渣区4101的腔壁上设置处有捞渣口410。
优选地，反应区4100的墙壁上且位于冷却水管夹套48的上端设有氮气进口411。
本发明提供的一种电子级四氟化碳的制备系统，包括氟气源、反应装置和纯化系统，氟气源密封连接反应装置，反应装置密封连接纯化系统。
所述氟气源包括电解槽、低温除尘器1、冷凝器2和氟气缓冲罐3。
其中，电解槽有自动化系统，加料方式为液位联锁自动加料。
其中，冷凝器底端设有氟化氢放料装置。
所述反应装置包括碳反应器4、除尘装置5，其中碳反应器还包括二级反应器。
所述纯化系统包括洗涤系统、吸附系统和精馏系统。洗涤系统包括水洗塔和碱洗塔，具体为预洗涤塔6、水洗涤塔7、碱洗塔8、碱洗塔10。吸附系统包括热解塔9、气液分离器11、冷冻除水箱12、吸附塔，其中吸附塔包括低压吸附塔13、高压吸附塔14。精馏系统包括储存罐15、精馏塔16、高压隔膜压缩机17。
实施例1
S1.氟气的制备：电解槽自动化生产氟气。经过低温除尘器、冷凝器，到达氟气缓冲罐；
其中，电解槽温度控制为80-95℃，酸度控制为40-42％，液位联锁自动加氟化氢，均匀加料，极大的减少了氟化氢的过量加入。气体经过低温除尘器1，除尘器温度控制在4℃，去除气体中的粉尘与电解质后，进入冷凝器2，冷凝器温度控制在-60℃，底端设有氟化氢放料装置，可实现自动放料，回收氟化氢再次利用，极大的降低了成本，且可把氟气纯度提升至95％以上。冷凝器出口与缓冲罐3对接。
S2.四氟化碳的制备：缓冲罐氟气进入新型结构碳反应器，与高纯度碳粒与少量焦炭进行化合反应；
其中，氟气缓冲罐3压力为-0.06～0.06Mpa。
S3.除尘：含有少量杂质的四氟化碳通过除尘器5去除固体物质；
其中，除尘器采用沉降式的除尘器，可有效的降低气体所携带的粉尘，且体积加大，可实现有效的自然降温过程。
S4.预水洗：气体经过预水洗塔6，去除微量的未反应氟气。酸度控制在35-40％更换水洗塔内液体；
S5.水洗:预水洗塔6出口气体经过水洗塔7，去除氟化氢等易溶于水的物质；
S6.碱洗：水洗塔7出来的四氟化碳气体进入碱洗塔8进行碱洗，去除微量的氟化氢，二氧化碳等酸性杂质；
其中，碱洗塔中碱液浓度(OH-)为270g/L。
S7.热解：碱洗塔8出来的四氟化碳气体进入热解塔9，热解塔加温320℃，分解气体中微氧及其它副产物；
新增设的热解塔，可有效的去除产品气体中的一些未知的碳化合物，使其在高温下完全分解，与其中的微氧生成酸性气体二氧化碳。
S8.碱洗：热解塔9出来的四氟化碳气体，进入碱洗塔10去除气体中的二氧化碳；
其中，碱洗塔中碱液浓度为220g/L。
S9.气液分离：碱洗塔10出来的四氟化碳气体进入气液分离器11进行气液分离；
S10.除水、吸附处理：气液分离器11出来的四氟化碳进入冷冻除水塔12进行除水处理后，再进入低压吸附塔13，除去气体中微量的水分，再进入高压吸附塔14，去除微量的二氧化碳及其他杂质气体；
其中，冷冻除水塔温度为0-4℃；低压吸附塔中填料为硅胶；高压吸附塔中填料为包括A型和X型吸附剂。
S11.精馏：高压吸附塔14出来的四氟化碳气体进入储存罐15进行储存，再进入精馏塔16精馏；
其中，精馏塔采用2级精馏，第一级精馏塔控制温度为-135～-140℃，去除掉轻组分杂质，塔釜积液进入第二级精馏塔控制温度为-90～-100℃，去除重组分杂质。
S12.充装：精馏塔16出来的四氟化碳气体经过高压隔膜压缩机17压缩后，充装入钢瓶中。
实施例2
S1.氟气的制备：电解槽自动化生产氟气。经过低温除尘器、冷凝器，到达氟气缓冲罐；
其中，电解槽温度控制为95-100℃，酸度控制为42％，液位联锁自动加氟化氢，均匀加料，极大的减少了氟化氢的过量加入。气体经过低温除尘器1，除尘器温度控制在3℃，去除气体中的粉尘与电解质后，进入冷凝器2，冷凝器温度控制在-80℃，底端设有氟化氢放料装置，可实现自动放料，回收氟化氢再次利用，极大的降低了成本，且可把氟气纯度提升至95％以上。冷凝器出口与缓冲罐3对接。
S2.四氟化碳的制备：缓冲罐氟气进入新型结构碳反应器，与高纯度碳粒与少量焦炭进行化合反应；
其中，氟气缓冲罐3压力为-0.06～0.06Mpa。
S3.除尘：含有少量杂质的四氟化碳通过除尘器5去除固体物质；
其中，除尘器采用沉降式的除尘器，可有效的降低气体所携带的粉尘，且体积加大，可实现有效的自然降温过程。
S4.预水洗：气体经过预水洗塔6，去除微量的未反应氟气。酸度控制在30-35％更换水洗塔内液体；
S5.水洗:预水洗塔6出口气体经过水洗塔7，去除氟化氢等易溶于水的物质；
S6.碱洗：水洗塔7出来的四氟化碳气体进入碱洗塔8进行碱洗，去除微量的氟化氢，二氧化碳等酸性杂质；
其中，碱洗塔中碱液浓度(OH-)为270g/L。
S7.热解：碱洗塔8出来的四氟化碳气体进入热解塔9，热解塔加温320℃，分解气体中微氧及其它副产物；
新增设的热解塔，可有效的去除产品气体中的一些未知的碳化合物，使其在高温下完全分解，与其中的微氧生成酸性气体二氧化碳。
S8.碱洗：热解塔9出来的四氟化碳气体，进入碱洗塔10去除气体中的二氧化碳；
其中，碱洗塔中碱液浓度为220g/L。
S9.气液分离：碱洗塔10出来的四氟化碳气体进入气液分离器11进行气液分离；
S10.除水、吸附处理：气液分离器11出来的四氟化碳进入冷冻除水塔12进行除水处理后，再进入低压吸附塔13，除去气体中微量的水分，再进入高压吸附塔14，去除微量的二氧化碳及其他杂质气体；
其中，冷冻除水塔温度为0-4℃；低压吸附塔中填料为硅胶；高压吸附塔中填料为包括A型和X型吸附剂。
S11.精馏：高压吸附塔14出来的四氟化碳气体进入储存罐15进行储存，再进入精馏塔16精馏；
其中，精馏塔采用2级精馏，第一级精馏塔控制温度为-135～-140℃，去除掉轻组分杂质，塔釜积液进入第二级精馏塔控制温度为-90～-100℃，去除重组分杂质。
S12.充装：精馏塔16出来的四氟化碳气体经过高压隔膜压缩机17压缩后，充装入钢瓶中。
对比例1
S1.氟气的制备：电解槽自动化生产氟气。经过低温除尘器、冷凝器，到达氟气缓冲罐；
其中，电解槽温度控制为95-100℃，酸度控制为42％，液位联锁自动加氟化氢，均匀加料，极大的减少了氟化氢的过量加入。气体经过除尘器1，出口与缓冲罐3对接。
S2.四氟化碳的制备：缓冲罐氟气进入新型结构碳反应器，与高纯度碳粒与少量焦炭进行化合反应；
其中，氟气缓冲罐3压力为-0.06～0.06Mpa。
S3.除尘：含有少量杂质的四氟化碳通过除尘器5去除固体物质；
其中，除尘器采用沉降式的除尘器，可有效的降低气体所携带的粉尘，且体积加大，可实现有效的自然降温过程。
S4.预水洗：气体经过预水洗塔6，去除微量的未反应氟气。酸度控制在30-35％更换水洗塔内液体；
S5.水洗:预水洗塔6出口气体经过水洗塔7，去除氟化氢等易溶于水的物质；
S6.碱洗：水洗塔7出来的四氟化碳气体进入碱洗塔8进行碱洗，去除微量的氟化氢，二氧化碳等酸性杂质；
其中，碱洗塔中碱液浓度(OH-)为270g/L。
S7.气液分离：碱洗塔10出来的四氟化碳气体进入气液分离器11进行气液分离；
S10.除水、吸附处理：气液分离器11出来的四氟化碳进入冷冻除水塔12进行除水处理后，再进入低压吸附塔13，除去气体中微量的水分，再进入高压吸附塔14，去除微量的二氧化碳及其他杂质气体；
其中，冷冻除水塔温度为0-4℃；低压吸附塔中填料为硅胶；高压吸附塔中填料为包括A型和X型吸附剂。
S11.精馏：高压吸附塔14出来的四氟化碳气体进入储存罐15进行储存，再进入精馏塔16精馏；
其中，精馏塔采用2级精馏，第一级精馏塔控制温度为-135～-140℃，去除掉轻组分杂质，塔釜积液进入第二级精馏塔控制温度为-90～-100℃，去除重组分杂质。
S12.充装：精馏塔16出来的四氟化碳气体经过高压隔膜压缩机17压缩后，充装入钢瓶中。
对比例2
S1.氟气的制备：电解槽自动化生产氟气。经过低温除尘器、冷凝器，到达氟气缓冲罐；
其中，电解槽温度控制为105-110℃，酸度控制为45％，液位联锁自动加氟化氢，均匀加料，极大的减少了氟化氢的过量加入。气体经过低温除尘器1，除尘器温度控制在3℃，去除气体中的粉尘与电解质后，进入冷凝器2，冷凝器温度控制在-80℃，底端设有氟化氢放料装置，可实现自动放料，回收氟化氢再次利用，极大的降低了成本，且可把氟气纯度提升至95％以上。冷凝器出口与缓冲罐3对接。
S2.四氟化碳的制备：缓冲罐氟气进入新型结构碳反应器，与高纯度碳粒与少量焦炭进行化合反应；
其中，氟气缓冲罐3压力为-0.06～0.06Mpa。
S3.除尘：含有少量杂质的四氟化碳通过除尘器5去除固体物质；
其中，除尘器采用沉降式的除尘器，可有效的降低气体所携带的粉尘，且体积加大，可实现有效的自然降温过程。
S4.预水洗：气体经过预水洗塔6，去除微量的未反应氟气。酸度控制在30-35％更换水洗塔内液体；
S5.水洗:预水洗塔6出口气体经过水洗塔7，去除氟化氢等易溶于水的物质；
S6.碱洗：水洗塔7出来的四氟化碳气体进入碱洗塔8进行碱洗，去除微量的氟化氢，二氧化碳等酸性杂质；
其中，碱洗塔中碱液浓度(OH-)为270g/L。
S7.热解：碱洗塔8出来的四氟化碳气体进入热解塔9，热解塔加温320℃，分解气体中微氧及其它副产物；
新增设的热解塔，可有效的去除产品气体中的一些未知的碳化合物，使其在高温下完全分解，与其中的微氧生成酸性气体二氧化碳。
S8.碱洗：热解塔9出来的四氟化碳气体，进入碱洗塔10去除气体中的二氧化碳；
其中，碱洗塔中碱液浓度为220g/L。
S9.气液分离：碱洗塔10出来的四氟化碳气体进入气液分离器11进行气液分离；
S10.除水、吸附处理：气液分离器11出来的四氟化碳进入冷冻除水塔12进行除水处理后，再进入低压吸附塔13，除去气体中微量的水分，再进入高压吸附塔14，去除微量的二氧化碳及其他杂质气体；
其中，冷冻除水塔温度为0-4℃；低压吸附塔中填料为硅胶；高压吸附塔中填料为包括A型和X型吸附剂。
S11.精馏：高压吸附塔14出来的四氟化碳气体进入储存罐15进行储存，再进入精馏塔16精馏；
其中，精馏塔采用2级精馏，第一级精馏塔控制温度为-135～-140℃，去除掉轻组分杂质，塔釜积液进入第二级精馏塔控制温度为-90～-100℃，去除重组分杂质。
S12.充装：精馏塔16出来的四氟化碳气体经过高压隔膜压缩机17压缩后，充装入钢瓶中。
实施例和对比例所制得的四氟化碳气体测试结果如表1所示。
Figure BDA0002338974830000121
Figure BDA0002338974830000131
由表1可知，本发明提供的制备、纯化系统和方法所制备的四氟化碳气体纯度较高，达99.9995％以上，可满足绝大多数领域电子级四氟化碳气体的使用。实施例1、实施例2与对比例2数据表明，电解槽的温度和酸度的不同会影响氟气的纯度，进而影响氟气的利用率和产品四氟化碳的纯度。这可能是因为，氟气纯度低，影响其反应效率，氟气中的杂质在高温下反应，降低了氟气的利用率，四氟化碳粗制气体中杂质较多，在相同参数的纯化条件下，最终产品杂质较多，纯度低。实施例1与对比例1相比，可见在纯化过程中增加热解程序，可去除其中较多氟碳类杂质，极大提高产品纯度。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，采用电子级四氟化碳的纯化系统，所述纯化系统包括洗涤系统、吸附系统和精馏系统，依次连接，所述洗涤系统包括水洗和碱洗；所述洗涤系统具体为预洗涤塔(6)、水洗涤塔(7)、碱洗塔(8)、热解塔(9)、碱洗塔(10)依次连接；所述吸附系统包括气液分离器(11)、冷冻除水箱(12)、吸附塔依次连接；所述吸附塔包括低压吸附塔(13)、高压吸附塔(14)；所述低压吸附塔中填料为硅胶；所述高压吸附塔中填料包括A型和X型吸附剂；所述精馏系统包括储存罐(15)、精馏塔(16)、高压隔膜压缩机(17)依次连接；
所述纯化方法具体步骤为：
S1.预水洗：制备的四氟化碳气体经过预水洗塔(6)，去除微量的未反应氟气,酸度控制在35-40％更换水洗塔内液体；
所述四氟化碳气体通过碳反应器制备，所述碳反应器包括反应器(41)、水平设于反应器(41)底部内腔中且用于隔离原料碳粒与反应后的细碳渣的筛板(42)；
所述筛板(42)将所述反应器(41)的上、下部分隔成反应区(4100)和用于承接反应后产生碳渣的所述储渣区(4101)；所述反应区(4100)与所述储渣区(4101)相互贯通；
所述反应器(41)的顶部设原料碳粒加料口(43)；所述反应器(41)的顶部且与所述加料口(43)相垂直贯通的产品出气口(44)；所述反应器(41)且位于所述反应区(4100)的四周设置有电加热辐射板(45)；所述电加热辐射板(45)上部设置有电加热温度计(46)；
所述反应器(41)的底部左右两端设有氟气进口(47)；所述氟气进口(47)成L形设置且一端伸入反应区(4100)的中部处；
所述氟气进口(47)伸入到反应器反应区中部处，所述氟气进口(47)的出气端设置有喷头；
所述氟气进口(47)的出气口位于所述筛板(42)的上方；所述筛板(42)上均匀开设有通孔，所述筛板(42)用于盛托碳块；
所述反应器(41)上套设有用于给所述反应器(41)降温的冷却水管夹套(48)；所述冷却水管夹套(48)的中间位置处设有温度计(49)；
所述冷却水管夹套(48)位于所述反应区(4100)中部气相区；
所述储渣区(4101)的腔壁为夹层结构，所述储渣区(4101)的腔壁夹层与所述冷却水管夹套(48)相贯通，冷却水管夹套(48)的腔壁上开设有冷却水进口(481)，所述冷却水管夹套(48)上开设有冷却水出口(482)，所述冷却水进口(481)外接冷却水循环管；
所述冷却水进口(481)设于反应区(4100)腔壁的下端，所述冷却水出口(482)开设于所述反应区(4100)腔壁的上端；
所述储渣区(4101)的腔壁上设置处有捞渣口(410)；
所述反应区(4100)的墙壁上且位于所述冷却水管夹套(48)的上端设有氮气进口(411)；
四氟化碳的制备：缓冲罐氟气进入新型结构碳反应器，与高纯度碳粒与少量焦炭进行化合反应；
四氟化碳气体在预水洗步骤前除尘：含有少量杂质的四氟化碳通过除尘器( 5) 去除固体物质；
其中，除尘器采用沉降式的除尘器，可有效的降低气体所携带的粉尘，且体积加大，可实现有效的自然降温过程；
S2.水洗:预水洗塔(6)出口气体经过水洗塔(7)，去除氟化氢等易溶于水的物质；
S3.碱洗：水洗塔(7)出来的四氟化碳气体进入碱洗塔(8)进行碱洗，去除微量的氟化氢，二氧化碳等酸性杂质；
S4.热解：碱洗塔(8)出来的四氟化碳气体进入热解塔(9)，分解气体中微氧及其它副产物；
S5.碱洗：热解塔(9)出来的四氟化碳气体，进入碱洗塔(10) 去除气体中的二氧化碳；
S6.气液分离：碱洗塔(10)出来的四氟化碳气体进入气液分离器(11)进行气液分离；
S7.除水、吸附处理：气液分离器(11)出来的四氟化碳进入冷冻除水塔(12)进行除水处理后，再进入低压吸附塔(13)，除去气体中微量的水分，再进入高压吸附塔(14)，去除微量的二氧化碳及其他杂质气体；
S8.精馏：高压吸附塔(14)出来的四氟化碳气体进入储存罐(15)进行储存，再进入精馏塔(16)精馏；
S9.充装：精馏塔(16)出来的四氟化碳气体经过高压隔膜压缩机(17)压缩后，充装入钢瓶中。
2.根据权利要求1所述的电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，步骤S1中所述预水洗塔中酸度为35-40％。
3.根据权利要求1所述的电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，步骤S3中所述碱洗塔中碱液浓度为270g/L。
4.根据权利要求1所述的电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，步骤S4中所述热解塔中温度为热解塔加温310-330℃。
5.根据权利要求1所述的电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，步骤S5中所述碱洗塔中碱液浓度为220g/L。
6.根据权利要求1所述的电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，步骤S7中所述冷冻除水塔温度为0-4℃；所述低压吸附塔中填料为硅胶；所述高压吸附塔中填料包括A型和X型吸附剂。
7.根据权利要求1所述的电子级四氟化碳的纯化方法，其特征在于，步骤S8中所述精馏塔采用2级精馏，所述第一级精馏塔控制温度为-135～-140℃，去除掉轻组分杂质；塔釜积液进入第二级精馏塔控制温度为-90～-100℃，去除重组分杂质。
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