CN111978145A - 一种低沸点全氟代烃的纯化装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低沸点全氟代烃的纯化装置及应用，包括精馏柱、塔釜、冷凝器、抽真空组件、氮气输出组件、原料储罐、尾气处理组件、产品采出组件、塔顶回流组件、侧线回流组件、吸附床组件。与现有技术相比，本发明耦合了间歇精馏技术与吸附技术，能够在运行时快速降低精馏装置内部吸附的水分且防止外界水分的侵入；可以在运行时快速降低装置内的水分，并保证在间歇精馏批次处理操作间，装置内的水分含量不会升高，同时具有的高效分离能力，保证去除低沸点全氟代烃中的永久气体、二氧化碳及其他有机杂质，具有运行效率高、产品纯度高、投资成本低、适合工业生产的优点。

Description

一种低沸点全氟代烃的纯化装置及应用

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造用气的制备领域，尤其是涉及一种用于半导体刻蚀过程中的低沸点全氟代烃气体的纯化装置及应用。

背景技术

电子信息产业是当今世界社会和经济发展的重要推动力量，而集成电路是电子信息产业的核心，我国集成电路相关产业发展迅速，规模越来越大，产业技术创新能力也有显著提高，但是在高纯电子产品方面，仍与发达国家存在较大差距。

低沸点全氟代烃，例如六氟环丁烯、八氟环丁烷、八氟丙烷、八氟环戊烯、六氟丁二烯，均为半导体芯片制造过程中使用的刻蚀气体，并且目前八氟环丁烷用量大、使用最广泛，而六氟丁二烯作为新一代刻蚀气体，在7nm以下的高端制程中也有关键的应用。而含有超量杂质的刻蚀气体，在半导体制程中可能引起在细图案的形成期间产生较宽的线和增加在具有高密度集成电路的产品中的缺陷，因此开发全氟化烃的高纯纯化技术对于我国的电子信息产业的发展至关重要。

专利文献1(CN103664502B)公开了一种八氟丙烷的纯化方法，包括将八氟丙烷原料按序在常温条件下进行吸附、在-37℃～10℃条件下进行二次精馏、在-100℃～30℃进行低温吸附、在0.5MPa～1.5MPa条件下进行加压吸附，最后获得的八氟丙烷产品纯度在99.999％以上，水分含量在1ppm以下。

专利文献2(CN109180424A)公开了一种六氟丁二烯的纯化方法及纯化装置，先采用两塔连续精馏进行六氟丁二烯的初步纯化，再采用吸附塔吸附碳卤化合物杂质，之后用第三精馏塔进行进一步纯化，最后经过过滤器纯化，得到的六氟丁二烯纯度在99.99％以上，水分含量在10ppm以下。

专利文献3(公开号CN110483234A)公开了一种电子级八氟环戊烯的提纯方法，包括低温精馏提纯、低温吸附、加压吸附、膜分离等步骤，最终得到八氟环戊烯产品纯度99.999％以上，水分含量低于5ppm。

专利文献4(公开号CN108906115A)公开了六氟丁二烯在25℃～100℃、空速50h^-1～500h^-1，且异构化催化剂的存在下，合成六氟环丁烯，选择性最高达98％，收率达78.4％，六氟环丁烯纯度为77.3％。

在上述专利文献中，专利文献3采用多种纯化步骤得到99.999％的八氟环戊烯，虽其产品纯度高于本发明装置的纯化能力，但是本发明装置的除水能力更高；专利文献4为国内目前唯一的六氟环丁烯相关专利，其所用的六氟环丁烯制备方法，纯度仅为77.3％，还需进一步纯化才能满足使用要求。专利文献1与专利文献3通过在精馏操作后进行吸附来降低产品的水分，工艺繁琐。

同时，注意到，专利文献1～3无一例外地使用了精馏方法，并明确指出其产品水分含量分别在1ppm、10ppm及5ppm以下。业内公知的是，精馏塔内部的填料表面积大，更大的表面积提高了分离效率，但也易吸附更多的水分，同时设备内表面也会残留或吸附水分，而这些水分的存在将会显著影响产品中的水分含量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低沸点全氟代烃的纯化装置及应用，提供了一种低沸点全氟代烃的纯化装置，耦合了间歇精馏技术与吸附技术，在达到纯化低沸点全氟代烃原料、取得适用于电子行业的高纯全氟代烃产品的目标的基础上，能够在运行时快速降低精馏装置内部吸附的水分且防止外界水分的侵入。

其中低沸点全氟代烃为常压沸点介于-15℃～30℃的含不超过5个碳原子的全氟取代烷烃、烯烃或炔烃。其中低沸点全氟代烃原料的纯度介于90％～99.99％之间。所述高纯全氟代烃产品为全氟代烃纯度大于99.99％、水分低于3ppm。本发明装置可以在运行时快速降低装置内的水分，并且确保在间歇精馏批次处理操作间，装置内的水分含量不会升高，同时所述装置具有的高效分离能力，大大提高了去除低沸点全氟代烃中的永久气体、二氧化碳及其他有机杂质的效率，具有运行效率高、产品纯度高、投资成本低、适合工业生产的优点。

本发明基于现有技术进行研发的过程中，发现专利文献均未处理精馏装置内部本身吸附的水分，也未提及如何防止水分从外界侵入精馏装置内部，而上述方面，同样直接影响高纯全氟代烃产品的质量和装置运行效率。

业内公知的是，当纯度要求达到99.99％以上时，水分含量不可超过100ppm，发明人通过实验发现，在此情况下，相对于增加装置脱除水分的能力，降低装置中本身的水分和操作过程中侵入的水分也同样重要，而当水分含量的要求为不可超过10ppm甚至1ppm时，后者变得更加重要。如在精馏过程中不关注降低精馏设备本身吸附的水分，不防止外界水分的侵入，即使纯化工艺能够满足高纯全氟代烃产品的要求，也会导致消耗大量本应合格的产品来置换，或者严重的根本无法得到水分合格的产品。

发明过程中发现上述情况在间歇精馏工艺中尤为严重。间歇精馏工艺不同于连续精馏，当一批次处理完成后，在进行出料和进料的过程中，外界的水分极易侵入装置内部，在此情况下每一批次的间歇精馏都需要消耗额外的合格产品来进行置换。

需要强调的是，如果方法中除水过程在精馏之前，且进入精馏塔前已经达到水分指标，在最坏的情况下，水分合格的全氟代烃进入精馏塔后，由于装置内部水分含量高，精馏后的产品水分将高于水分指标，导致产品水分不合格。

基于上述研发过程和构思，本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中低沸点全氟代烃的纯化装置，包括精馏柱、塔釜、冷凝器、抽真空组件、氮气输出组件、原料储罐、尾气处理组件、塔顶回流组件、侧线回流组件、产品采出组件、吸附床组件，其中具体地：

精馏柱外壁上设有真空夹套，实现精馏柱的保温；

塔釜连接于精馏柱底部；

冷凝器连接于精馏柱顶部；

抽真空组件与所述冷凝器连接；

氮气输出组件与所述塔釜连接；

原料储罐与所述塔釜连接，原料储罐中存储待纯化的低沸点全氟代烃；

尾气处理组件与所述冷凝器连接，实现塔顶不凝气体的排出；

塔顶回流组件与所述冷凝器和所述精馏柱连接，实现塔顶回流；

侧线回流组件与所述精馏柱连接，实现侧线回流；

产品采出组件与所述塔顶回流组件和所述侧线回流组件连接，实现合格产品和未合格产品的采出；

吸附床组件分别设于所述尾气处理组件、塔顶回流组件、侧线回流组件和产品采出组件中。

进一步地，所述吸附床组件包括第一吸附床、第二吸附床、第三吸附床和第四吸附床；

所述第一吸附床设于所述塔顶回流组件中；

所述第二吸附床设于所述侧线回流组件中；

所述第三吸附床设于所述产品采出组件中；

所述第四吸附床设于所述尾气处理组件中；

所述第一吸附床、第二吸附床、第三吸附床和第四吸附床中均装填有分子筛。

进一步地，所述抽真空组件还包括：

冷阱，其入口与所述冷凝器连接，冷阱出口与所述第一止回阀的入口连接；

第一止回阀，其出口与第一抽真空设备连接；

第一抽真空设备，其入口与第一止回阀的出口连接；

第二抽真空设备，其入口与真空夹套连接；

进一步地，所述尾气处理组件包括：

调节阀，其入口与所述第四吸附床的出口连接，所述调节阀的出口与外部的尾气处理设备连接，所述第四吸附床的入口与所述冷凝器连接。

进一步地，所述塔顶回流组件包括：

回流罐，其入口与所述冷凝器连接，其出口与所述第一吸附床连接；

第一过滤器，其入口与所述第一吸附床的出口连接，其出口与所述精馏柱的顶部连接，构成塔顶回流回路。

进一步地，所述侧线回流组件包括：

第二过滤器，其入口与所述第二吸附床的出口连接，其出口与所述精馏柱上的侧线回流点连接，所述第二吸附床的入口与所述精馏柱上的侧线采出点连接，由此构成侧线回流回路。

进一步地，所述产品采出组件包括：

第二止回阀，其入口与所述第一吸附床的出口连接，其出口与所述第三吸附床的入口连接；

第三止回阀，其入口与所述第二吸附床的出口连接，其出口与所述第三吸附床的入口连接；

第三过滤器，其入口与所述第三吸附床的出口连接，其出口与合格产品储罐连接，所述第三吸附床的入口还与未合格产品储罐连接，由此构成产品采出通路。

进一步地，所述原料储罐的出口处设有第四过滤器；

进一步地，所述塔釜上设有再沸器，所述再沸器的安装方式为与塔釜直接连接或通过管道与塔釜连接；

进一步地，所述冷凝器的安装方式为直接座于精馏柱上或通过管道与精馏柱连接。

进一步地，所述冷凝器的气相出口连接抽真空组件及尾气处理组件。

进一步地，所述侧线回流点的位置不高于侧线采出点的位置。

进一步地，所述精馏柱外壁上包覆设有真空夹套，所述真空夹套与所述第二抽真空设备连接。

进一步地，所述精馏柱的直径为50mm～1000mm；

进一步地，所述塔顶回流组件、侧线回流组件及产品采出组件上设置有取样点。

进一步地，所述精馏柱内部的气液传质设备为塔板或填料；其中优选的为填料，包括规整填料与散堆填料，其中特别优选的为规整填料。

进一步地，所述填料的材质为聚四氟乙烯、不锈钢、铜及铜合金、镍或蒙乃尔合金。

进一步地，本发明中装置可灵活选择塔顶采出、侧线采出或者塔顶及侧线同时采出。

进一步地，所述精馏柱的材质为不锈钢、镍或蒙乃尔合金。

进一步地，所述精馏柱的高度为3米～15米。

进一步地，所述精馏柱的操作压力为0MPaA～0.2MPaA。

进一步地，所述第一吸附床、第二吸附床及第三吸附床的设计最低除水能力为0.1ppm～100ppm，较好的为0.1ppm～80ppm，更好的为0.1ppm～50ppm，宜为0.1ppm～20ppm，优选0.1ppm～10ppm。

进一步地，所述第四吸附床的设计最低除水能力为0.1ppm～500ppm，较好的为0.5ppm～300ppm，更好的为1ppm～150ppm，宜为1.5ppm～50ppm，优选2ppm～25ppm。

进一步地，所述第一吸附床及第二吸附床的设计最低除水能力不高于第三吸附床。

进一步地，所述第三过滤器为精密过滤器，过滤精度为0.003微米～0.5微米。

进一步地，所述冷凝器的冷媒温度比待纯化的低沸点全氟代烃的常压沸点低10℃以上；

所述冷阱的冷媒温度低于冷凝器冷媒的温度，优选的为至少比冷凝器冷媒的温度低15℃。

本发明中上述气体纯化装置在低沸点全氟代烃纯化中的应用，包括以下步骤：

开启第一抽真空设备，装置内抽真空后，通入氮气进行置换，此过程重复1～5遍，完成后关闭第一抽真空设备；

设定冷凝器与冷阱的冷媒温度；

开启第二抽真空设备，真空夹套开始抽真空并保持；

开启尾气处理设备；

低沸点全氟代烃原料从原料储罐经过第四过滤器至塔釜中，加料完毕后再沸器加热塔釜物料开始低温精馏；

将回流罐中的物料经过第一吸附床除水、经过第一过滤器除颗粒后，回流至精馏柱；

永久气体及二氧化碳在塔顶富集，冷凝器无法将其冷凝，永久气体及二氧化碳将以气相形式，通过尾气处理组件的第四吸附床及调节阀，排放至尾气处理设备；

之后沸点低于待纯化全氟代烃的有机杂质在塔顶富集，无法冷凝的部分通过尾气处理组件的第四吸附床及调节阀，排放至尾气处理设备，冷凝的部分通过塔顶回流组件及产品采出组件的回流罐、第一吸附床及第二止回阀，采出至未合格产品储罐；

当待纯化全氟代烃在塔顶的纯度达到99.99％及以上时，通过塔顶回流组件及产品采出组件的回流罐、第一吸附床、第二止回阀、第三吸附床及第三过滤器，采出至合格产品储罐；

精馏过程中实时监测装置内的水分含量，当装置内水分高于100ppm及以上，通过侧线回流组件的第二吸附床吸附除水及第二过滤器除颗粒后，回流至精馏柱；

产品采出完成后，停止加热，装置内充氮气维持微正压，排净塔釜内的残液，准备下一批次运行。

进一步地，可通过侧线回流组件与产品采出组件进行侧线采出，以加快装置的处理速度，包括：

当侧线采出点处的产品未合格或为沸点低于待纯化全氟代烃的有机杂质时，通过侧线回流组件与产品采出组件的第二吸附床及第三止回阀，采出至未合格产品储罐；

当侧线采出点处的产品合格时，通过侧线回流组件与产品采出组件的第二吸附床、第三止回阀、第三吸附床及第三过滤器，采出合格产品至合格产品储罐。

精馏塔顶采出的未合格产品中全氟代烃含量高的部分可在下批次处理时加入塔釜再次纯化，提高回收率。

本发明中通过实验总结得到，对于水分要求较高的产品，装置内部吸附的水分就会大大影响产品的质量，实际生产中将消耗大量的合格产品置换装置内部吸附的水分，而间歇过程批次操作之间，又为水分从外部侵入提供了机会，不重视上述细节，在实际生产中将消耗大量的合格产品、浪费大量的时间。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1.尾气处理组件上设置的第一吸附床及调节阀有效阻止了精馏过程中与精馏批次操作间，空气中水分从尾气管路的侵入；

2.塔顶回流组件与侧线回流组件中分别设置的第一吸附床与第二吸附床，快速有效地降低了装置内的水分含量，加快了处理速度；

3.第一吸附床及第二吸附床的设计最低除水能力低于第三吸附床，确保了在满足降低装置内水分的前提下，减少第一吸附床与第二吸附床的设备大小与吸附剂的用量，减少了投资成本；

4.本发明的装置可用于纯化多种全氟代烃，具有通用性；

5.纯化后的全氟代烃纯度、杂质含量、水分含量及颗粒度指标均满足电子行业，尤其是半导体刻蚀过程的需求；

6.本发明的装置特别适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明中低沸点全氟代烃的纯化装置示意图。

其中1为塔釜，2为再沸器，3为精馏柱，4为冷凝器，5为回流罐，6为真空夹套，7为原料储罐，8～10为泵，11～14为第一吸附床、第二吸附床、第三吸附床第四吸附床，15～18为第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第四过滤器，19～21为第一止回阀、第二止回阀、第三止回阀，22为调节阀，23为冷阱。

具体实施方式

本发明中低沸点全氟代烃的纯化装置，包括精馏柱3、塔釜1、冷凝器4、抽真空组件、氮气输出组件、原料储罐7、尾气处理组件、塔顶回流组件、侧线回流组件、产品采出组件、吸附床组件，参见图1。

塔釜1连接于精馏柱3底部，塔釜1上设有再沸器2，再沸器2的安装方式为与塔釜1直接连接或通过管道与塔釜1连接。

冷凝器4连接于精馏柱3顶部，冷凝器4的安装方式为直接座于精馏柱3上或通过管道与精馏柱3连接。冷凝器4的气相出口连接尾气处理组件及抽真空组件。所述冷凝器4的冷媒温度比待纯化的低沸点全氟代烃的常压沸点低10℃以上。所述冷阱23的冷媒温度低于冷凝器4冷媒的温度，优选的为至少比冷凝器4冷媒的温度低15℃。

抽真空组件与所述冷凝器4连接，其包括第一抽真空设备、第二抽真空设备、依次连接的冷阱23和第一止回阀19，所述冷阱23的入口与所述冷凝器4的出口连接，所述第一止回阀19的出口与所述第一抽真空设备连接，所述第二抽真空设备与真空夹套6连接，具体实施时，抽真空设备可选真空泵或真空压缩机。

氮气输出组件与所述塔釜1连接，具体实施时，氮气输出组件可选为氮气压力储罐。

原料储罐7与所述塔釜1连接，原料储罐7中存储待纯化的低沸点全氟代烃，原料储罐7的出口处设有第四过滤器18。

尾气处理组件与所述冷凝器4连接，实现塔顶不凝气体的排出，其包括依次连接的第四吸附床14及调节阀22。所述第四吸附床14的入口与所述冷凝器4的出口连接，所述调节阀22的出口与所述外部的尾气处理设备连接。

塔顶回流组件与所述冷凝器4和所述精馏柱3连接，实现塔顶回流。塔顶回流组件包括回流罐5及第一过滤器15。所述回流罐5的入口与所述冷凝器4的出口连接，其出口与所述第一吸附床11连接；所述第一过滤器15的入口与所述第一吸附床11的出口连接，其出口与所述精馏柱3的顶部连接，构成塔顶回流回路。

侧线回流组件与所述精馏柱3连接，实现侧线回流。侧线回流组件包括第二过滤器16。第二过滤器16的入口与所述第二吸附床12的出口连接，其出口与所述精馏柱3的侧线回流点连接；所述第二吸附床12的入口与所述精馏柱3上的侧线采出点连接，由此构成侧线回流回路。侧线回流点的位置不高于侧线采出点的位置。

产品采出组件与所述塔顶回流组件和所述侧线回流组件连接，实现合格产品与未合格产品的采出。产品采出组件包括第二止回阀21、第三止回阀20及第三过滤器17。所述第二止回阀21的入口与所述第一吸附床11的出口连接，其出口与所述第三吸附床13的入口连接；所述第三止回阀20入口与所述第二吸附床12的出口连接，其出口与所述第三吸附床13的入口连接；第三过滤器17的入口与所述第三吸附床13的出口连接，其出口与合格产品储罐连接；所述第三吸附床13的入口还与未合格产品储罐连接，由此构成产品采出通路。所述第三过滤器17为精密过滤器，过滤精度为0.003微米～0.5微米。

吸附床组件分别设于所述尾气处理组件、塔顶回流组件、侧线回流组件和产品采出组件中。吸附床组件包括第一吸附床11、第二吸附床12、第三吸附床13和第四吸附床14；第一吸附床11设于所述塔顶回流组件中；第二吸附床12设于所述侧线回流组件中；第三吸附床13设于所述产品采出组件中；第四吸附床14设于所述尾气处理组件中；第一吸附床11、第二吸附床12、第三吸附床13和第四吸附床14中均装填有分子筛。所述第一吸附床11、第二吸附床12及第三吸附床13的设计最低除水能力为0.1ppm～100ppm，较好的为0.1ppm～80ppm，更好的为0.1ppm～50ppm，宜为0.1ppm～20ppm，优选0.1ppm～10ppm。所述第四吸附床14的设计最低除水能力为0.1ppm～500ppm，较好的为0.5ppm～300ppm，更好的为1ppm～150ppm，宜为1.5ppm～50ppm，优选2ppm～25ppm。所述第一吸附床11及第二吸附床12的设计最低除水能力不高于第三吸附床13。

精馏柱3外壁上包覆设有真空夹套6，所述真空夹套6与所述第二抽真空设备连接。具体实施时，精馏柱3的直径为50mm～1000mm。塔顶回流组件、侧线回流组件及产品采出组件上设置有取样点。精馏柱3内部的气液传质设备为塔板或填料；其中优选的为填料，包括规整填料与散堆填料，其中特别优选的为规整填料。填料的材质为聚四氟乙烯、不锈钢、铜及铜合金、镍或蒙乃尔合金。具体实施时，本发明中装置可根据具体的需求灵活选择塔顶采出、侧线采出或者塔顶及侧线同时采出。精馏柱3的材质为不锈钢、镍或蒙乃尔合金。精馏柱3的高度为3米～15米。精馏柱3的操作压力为0MPaA～0.2MPaA。

具体管路连接时，泵9的入口连接精馏柱3的侧线采出点，其出口连接第二吸附床12的入口；泵10的入口连接回流罐5的出口，其出口连接第一吸附床11的入口。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

低沸点全氟代烃原料为95％八氟环丁烷，精馏柱3的直径为50mm，高度为8米，装填三角螺旋散堆填料，吸附床11～吸附床14的设计最低除水能力分别为50ppm、100ppm、1ppm、200ppm，过滤器15～过滤器18的过滤精度分别为50微米、50微米、75微米、0.003微米，侧线采出点及侧线回流点均位于精馏柱3上高度4米处；开启第一抽真空设备，装置内抽真空后，通入80℃氮气至常压，此过程重复三遍，完成后关闭第一抽真空设备，设定冷凝器4冷媒-20℃，冷阱23冷媒-40℃，开启第二抽真空设备，真空夹套开始抽真空并保持，开启尾气处理设备，从原料储罐向塔釜1加料10升，设定再沸器2热媒30℃，开启泵8开始塔釜加热；通过调节阀22将精馏柱3的操作压力控制在0.105MPaA，当回流罐5中有物料后，开启泵10，经过第一吸附床11和第一过滤器15，将物料全回流至精馏柱3的顶部；同时，开启泵9，以3L/h从侧线抽出物料，经过第二吸附床12吸附除水和第二过滤器16过滤后再全返回至精馏柱3；全回流时永久气体、二氧化碳等不凝气体从塔顶尾气管路排出，24小时后，装置内部水分含量降低至50ppm以下，关闭泵9，从塔顶的回流罐5经过泵10、第一吸附床11及第二止回阀21先采出轻组分至未合格产品储罐，当塔顶八氟环丁烷的纯度到达99.99％后，从塔顶的回流罐5经过泵10、第一吸附床11、第二止回阀21、第三吸附床13及第三过滤器17采出八氟环丁烷产品至合格产品储罐，当八氟环丁烷的纯度低于99.99％后，关闭泵8及泵10，停止装置；所得八氟环丁烷的纯度为99.992％，回收率为78.2％，水分含量1.5ppm，精馏耗时219.6小时。

实施例2

低沸点全氟代烃原料为90％八氟环戊烯，精馏柱3的直径为200mm，高度为15米，装填丝网规整填料，吸附床11～吸附床14的设计最低除水能力分别为50ppm、50ppm、2ppm、500ppm，过滤器15～过滤器18的过滤精度分别为50微米、50微米、75微米、0.1微米，侧线采出点位于精馏柱3上高度12米处，侧线回流点位于精馏柱3上高度10米处；开启第一抽真空设备，装置内抽真空后，通入120℃氮气至常压，此过程重复五遍，完成后关闭第一抽真空设备，设定冷凝器4冷媒0℃，冷阱23冷媒-20℃，开启第二抽真空设备，真空夹套开始抽真空并保持，开启尾气处理设备，从原料储罐向塔釜1加料450升，设定再沸器2热媒60℃，开启泵8开始塔釜加热；通过调节阀22将精馏柱3的操作压力控制在0.11MPaA，当回流罐5中有物料后，开启泵10，经过第一吸附床11和第一过滤器15，将物料全回流至精馏柱3的顶部；同时，开启泵9，以50L/h从侧线抽出物料，经过第二吸附床12除水和第二过滤器16过滤后再全返回至精馏柱3；全回流时永久气体、二氧化碳等不凝气体从塔顶尾气管路排出，72小时后，装置内部水分含量降低至50ppm以下，关闭泵9，从塔顶的回流罐5经过泵10、第一吸附床11及第二止回阀21先采出轻组分至未合格产品储罐，当塔顶八氟环戊烯的纯度到达99.99％后，从塔顶的回流罐5经过泵10、第一吸附床11、第二止回阀21、第三吸附床13及第三过滤器17采出八氟环戊烯产品至合格产品储罐，当八氟环戊烯的纯度低于99.99％后，关闭泵8及泵10，停止装置；所得八氟环戊烯的纯度为99.99％，水分含量1.5ppm，精馏耗时326.9小时。

对比例1

泵9不启动，其他同实施例1，全回流78小时后，装置内部水分含量降低至50ppm以下，所得八氟环丁烷的纯度为99.992％，回收率为81.5％，水分含量1.6ppm，精馏耗时273.1小时。

与实施例1对比后可见，启动泵9通过吸附床12进行吸附除水操作后，精馏时间从273.1小时降至219.6小时，时间大大降低，表明装置内的水分被更加快速地除去。

对比例2

在实施例1的基础上，当塔顶八氟环丁烷的纯度到达99.99％后，从塔顶的回流罐5经过泵10、第一吸附床11、第二止回阀21、第三吸附床13及第三过滤器17采出八氟环丁烷产品至合格产品储罐，同时启动泵9，从侧线经过第二吸附床12、第三止回阀20、第三吸附床13及第三过滤器17采出八氟环丁烷产品至合格产品储罐，当侧线采出点处八氟环丁烷的纯度低于99.99％后关闭泵9，当塔顶八氟环丁烷的纯度低于99.99％后，关闭泵8及泵10，停止装置；所得八氟环丁烷的纯度为99.991％，回收率为78.3％，水分含量1.6ppm，精馏耗时208.1小时。

与实施例1对比后可见，在塔顶采出合格产品后，启动泵9从侧线同时采出八氟环丁烷产品，将显著降低精馏处理时间，提高装置处理效率。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，包括：

精馏柱(3)，其外壁上设有真空夹套(6)；

塔釜(1)，连接于精馏柱(3)底部；

冷凝器(4)，连接于精馏柱(3)顶部；

抽真空组件，包括第一抽真空设备与第二抽真空设备，所述第一抽真空设备与所述冷凝器(4)连接，所述第二抽真空设备与所述真空夹套(6)连接；

氮气输出组件，与所述塔釜(1)连接；

原料储罐(7)，与所述塔釜(1)连接，原料储罐(7)中存储待纯化的低沸点全氟代烃；

尾气处理组件，与所述冷凝器(4)连接，实现塔顶不凝气体的排出；

塔顶回流组件，与所述冷凝器(4)和所述精馏柱(3)连接，实现塔顶回流；

侧线回流组件，与所述精馏柱(3)连接，实现侧线回流；

产品采出组件，与所述塔顶回流组件和所述侧线回流组件连接，实现合格产品和未合格产品的采出；

吸附床组件，分别设于所述尾气处理组件、塔顶回流组件、侧线回流组件和产品采出组件中。

2.根据权利要求1所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述吸附床组件包括第一吸附床(11)、第二吸附床(12)、第三吸附床(13)和第四吸附床(14)；

所述第一吸附床(11)设于所述塔顶回流组件中；

所述第二吸附床(12)设于所述侧线回流组件中；

所述第三吸附床(13)设于所述产品采出组件中；

所述第四吸附床(14)设于所述尾气处理组件中；

所述第一吸附床(11)、第二吸附床(12)、第三吸附床(13)和第四吸附床(14)中均装填有分子筛。

3.根据权利要求2所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述尾气处理组件中包括调节阀(22)，调节阀(22)入口与所述第四吸附床(14)的出口连接，所述调节阀(22)的出口与外部的尾气处理设备连接，所述第四吸附床(14)的入口与所述冷凝器(4)连接。

4.根据权利要求2所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述塔顶回流组件包括：

回流罐(5)，其入口与所述冷凝器(4)连接，其出口与所述第一吸附床(11)连接；

第一过滤器(15)，其入口与所述第一吸附床(11)的出口连接，其出口与所述精馏柱(3)的顶部连接，构成塔顶回流回路。

5.根据权利要求2所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述侧线回流组件包括：

第二过滤器(16)，其入口与所述第二吸附床(12)的出口连接，其出口与所述精馏柱(3)上的侧线回流点连接，所述第二吸附床(12)的入口与所述精馏柱(3)上的侧线采出点连接，由此构成侧线回流回路。

6.根据权利要求2所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述产品采出组件包括：

第二止回阀(21)，第二止回阀(21)入口与所述第一吸附床(11)的出口连接，第二止回阀(21)出口与所述第三吸附床(13)的入口连接；

第三止回阀(20)，第三止回阀(20)入口与所述第二吸附床(12)的出口连接，第三止回阀(20)出口与所述第三吸附床(13)的入口连接；

第三过滤器(17)，第三过滤器(17)入口与所述第三吸附床(13)的出口连接，其出口与合格产品储罐连接，所述第三吸附床(13)的入口还与未合格产品储罐连接，由此构成产品采出通路。

7.根据权利要求6所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述原料储罐(7)的出口处设有第四过滤器(18)；

所述塔釜(1)上设有再沸器(2)；

所述第三过滤器(17)为精密过滤器，过滤精度为0.003微米～0.5微米；

所述冷凝器(4)的冷媒温度比待纯化的低沸点全氟代烃的常压沸点低10℃以上；

所述抽真空组件还包括冷阱(23)和第一止回阀(19)，所述冷阱(23)的冷媒温度低于冷凝器(4)冷媒的温度，所述冷阱(23)的入口与所述冷凝器(4)连接，所述冷阱(23)出口与所述第一止回阀(19)的入口连接，所述第一止回阀(19)的出口与第一抽真空设备连接。

8.根据权利要求1所述的一种低沸点全氟代烃的纯化装置，其特征在于，所述精馏柱(3)的直径为50mm～1000mm；

所述精馏柱(3)内部的气液传质设备为塔板或填料；

所述精馏柱(3)的材质为不锈钢、镍或蒙乃尔合金；

所述精馏柱(3)的高度为3米～15米；

所述精馏柱(3)的操作压力为0MPaA～0.2MPaA。

9.权利要求1～8中任一所述装置在低沸点全氟代烃纯化中的应用，包括以下步骤：

开启第一抽真空设备，装置内抽真空后，通入氮气进行置换，此过程重复1～5遍，完成后关闭第一抽真空设备；

设定冷凝器与冷阱的冷媒温度；

开启第二抽真空设备，真空夹套开始抽真空并保持；

开启尾气处理设备；

低沸点全氟代烃原料从原料储罐经过第四过滤器至塔釜中，加料完毕后再沸器加热塔釜物料开始低温精馏；

将回流罐中的物料经过第一吸附床除水、经过第一过滤器除颗粒后，回流至精馏柱；

永久气体及二氧化碳在塔顶富集，冷凝器无法将其冷凝，永久气体及二氧化碳将以气相形式，通过尾气处理组件的第四吸附床及调节阀，排放至尾气处理设备；

之后沸点低于待纯化全氟代烃的有机杂质在塔顶富集，无法冷凝的部分通过尾气处理组件的第四吸附床及调节阀，排放至尾气处理设备，冷凝的部分通过塔顶回流组件及产品采出组件的回流罐、第一吸附床及第二止回阀，采出至未合格产品储罐；

当待纯化全氟代烃在塔顶的纯度达到99.99％及以上时，通过塔顶回流组件及产品采出组件的回流罐、第一吸附床、第二止回阀、第三吸附床及第三过滤器，采出至合格产品储罐；

精馏过程中实时监测装置内的水分含量，当装置内水分高于100ppm及以上，通过侧线回流组件的第二吸附床吸附除水及第二过滤器除颗粒后，回流至精馏柱；

产品采出完成后，停止加热，装置内充氮气维持微正压，排净塔釜内的残液，准备下一批次运行。

10.根据权利要求9所述的装置在低沸点全氟代烃纯化中应用，其特征在于，通过侧线回流组件与产品采出组件进行侧线采出，以加快装置的处理速度，包括：

当侧线采出点处的产品未合格或为沸点低于待纯化全氟代烃的有机杂质时，通过侧线回流组件与产品采出组件的第二吸附床及第三止回阀，采出至未合格产品储罐；

当侧线采出点处的产品合格时，通过侧线回流组件与产品采出组件的第二吸附床、第三止回阀、第三吸附床及第三过滤器，采出合格产品至合格产品储罐。

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