CN112010263A - 一种电子级氢氟酸的生产装置及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子级氢氟酸的生产装置及生产方法，将原料工业无水氟化氢先通过蒸发器气化后再输送到纯化塔，经过精馏得到高纯氟化氢气体；再输送到吸收塔，用一定浓度的氢氟酸液相吸收，得到电子级氢氟酸粗品；最后经超纯过滤得到电子级氢氟酸成品。本发明克服了现有技术产量小、纯度低的技术难题，且生产工艺符合环保要求，适用于工业化大规模生产。

Description

一种电子级氢氟酸的生产装置及生产方法

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域，特别涉及一种电子级氢氟酸的生产装置及生产方法。

背景技术

电子级氢氟酸是无机酸的一种，具有弱酸性，常温下为无色透明液体，易挥发，有强烈的刺激性气味。腐蚀性较强，使其成为一种重要的微电子行业的关键性基础化工材料之一，它的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性有着十分重要的影响。据国际半导体产业协会(SEMI)统计，2020年前，全球新建62座晶圆厂，其中26座在中国，占比高达42％，全球半导体的产能呈现逐渐向中国转移的趋势。下游半导体、液晶面板、晶硅太阳能的快速发展将带动电子级氢氟酸的需求增长。保守估计，半导体行业用电子级氢氟酸年需求量达到40000t。

电子级氢氟酸制备的关键在于控制所要求的碱金属、重金属与非金属杂质离子的含量和洁净度。目前国内外制备高纯氢氟酸的常用技术有精馏、亚沸蒸馏、减压蒸馏、气体吸收等技术，这些技术各有特性，各有所长。如气体吸收技术可以用于大规模生产，而亚沸蒸馏技术只能用于制备少量的产品，并且现有技术中的生产方法或引入新的杂质、或产出率低、或生产成本高，难以满足工业需求，且生产过程产出的废弃物对环境造成污染，处理废弃物又提升制备成本。

因此，如何提供一种低成本高效率的环保型高纯电子级过氢氟酸的生产方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电子级氢氟酸的生产装置及生产方法，同时将副产物应用于工业级氢氟酸制备，不引入额外杂质，制备出产量高、品质好、成本低的电子级氢氟酸产品，并对尾气中的氟化氢气体进行回收。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电子级氢氟酸的生产装置，包括纯化系统，所述纯化系统包括原料罐，进口与所述原料罐底端连接的蒸发器，底端与所述蒸发器的出口连接的纯化塔，底端连接所述纯化塔顶端的吸收塔，连接所述吸收塔底端的吸收塔釜储罐，所述吸收塔釜储罐底端依次连接第一输送泵、超纯过滤装置和灌装装置，所述纯化塔底端连接有残液储罐。

进一步的，所述电子级氢氟酸的生产装置还包括再吸收系统，所述再吸收系统包括依次连接的第二输送泵和第一冷却器，所述第二输送泵连接所述吸收塔釜储罐底端，所述第一冷却器连接所述吸收塔顶端。

进一步的，所述电子级氢氟酸的生产装置还包括第一尾气吸收系统，所述第一尾气吸收系统包括依次连接的第一尾气吸收塔、第一尾气吸收塔釜储罐和第三输送泵，所述第一尾气吸收塔与所述原料罐顶端和所述吸收塔顶端连接，所述第三输送泵与所述吸收塔釜储罐连接。

更进一步的，所述第一尾气吸收系统还包括依次连接的第四输送泵和第二冷却器，所述第四输送泵连接所述第一尾气吸收塔釜储罐，所述第二冷却器连接所述第一尾气吸收塔。

其中，第一尾气吸收塔中采用电子级脱盐水去吸收氟化氢尾气，吸收后的液相去吸收塔作为吸收剂。

上述进一步及更进一步技术方案的有益效果是：有效处理过程中的尾气，避免尾气排放对环境的污染以及资源的浪费。

进一步的，所述电子级氢氟酸的生产装置还包括残液处理系统，所述残液处理系统包括依次连接的文丘里喷射器、第三冷却器、氢氟酸循环储罐和第五输送泵，所述文丘里喷射器连接所述残液储罐，所述第五输送泵将处理后的氢氟酸输送至工业级氢氟酸存储装置中。

更进一步的，所述残液处理系统还包括与所述氢氟酸循环储罐连接的第六输送泵，所述第六输送泵连接所述文丘里喷射器。

进一步的，所述残液处理系统还包括第二尾气吸收系统，所述第二尾气吸收系统包括依次连接的第二尾气吸收塔、第二尾气吸收塔釜储罐和第第七输送泵，所述第二尾气吸收塔与所述氢氟酸循环储罐顶端连接，所述第七输送泵与所述氢氟酸循环储罐连接。

更进一步的，所述第二尾气吸收系统还包括依次连接的第八输送泵和第四冷却器，所述第八输送泵连接所述第二尾气吸收塔釜储罐，所述第四冷却器连接所述第二尾气吸收塔。

其中，第二尾气吸收塔中采用电子级脱盐水去吸收氟化氢尾气，吸收后的液相输送到氢氟酸循环储罐中作为氟化氢的稀释吸收液。

本发明还提供了一种电子级氢氟酸的生产方法，包括以下步骤：

(1)精馏：将工业级无水氢氟酸输送至原料罐中，在原料罐中经压缩氮气加压至1-10atm后输送至蒸发器中气化，气化后的氟化氢进入纯化塔底部，经纯化塔处理后塔顶得到高纯氟化氢气体进入吸收塔，塔底排出工业级氢氟酸进入残液储罐，残液储罐内容物经残液处理系统处理后得到工业级氢氟酸；

(2)吸收：进入吸收塔的高纯氟化氢气体由塔底进入，吸收塔顶端通入30wt％-95wt％的液相氢氟酸，接触传质后吸收塔顶排出尾气进入第一尾气吸收系统进行处理，塔底出料进入吸收塔釜储罐；

(3)超纯过滤或再吸收：测定进入吸收塔釜储罐的氢氟酸浓度，达到50wt％后通过第一输送泵泵入超纯过滤装置，经超纯过滤装置处理后得到电子级氢氟酸，然后输送至灌装装置灌装后存储；浓度未达到50wt％的氢氟酸通过再吸收系统回到吸收塔进行处理。

进一步的，步骤(1)中所述的残液处理系统处理包括以下步骤：

(1.1)文丘里喷射器吸收：将残液储罐中的氟化氢输送到文丘里喷射器中，文丘里喷射器中采用30wt％-90wt％的氢氟酸液体将残液储罐中的氟化氢稀释吸收；

(1.2)经文丘里喷射器吸收后的出来的液体通过第三冷却器冷却后输送到氢氟酸循环储罐；

(1.3)储存或再循环：测定进入氢氟酸循环储罐的氢氟酸浓度，当氢氟酸循环储罐内的氢氟酸浓度达到55％wt时，氢氟酸循环储罐中的物料作为成品工业级氢氟酸经第五输送泵输送至工业级氢氟酸存储装置中去储存；浓度未达到55％wt时则经第六输送泵泵送至文丘里喷射器继续吸收，由氢氟酸循环储罐顶端排出的尾气进入第二尾气吸收系统进行处理。

经由上述技术方案，与现有技术相比，本发明提供了一种电子级氢氟酸的生产装置和生产方法，选用Ⅱ类优等级工业无水氢氟酸为原料，减少了提纯工序；生产电子级氢氟酸时，还有极少量未被脱盐水溶解吸收的氟化氢，可以通过高纯脱盐水的二次吸收来回收，提高了氟化氢的利用率，所以在氢氟酸生产过程中没有废气产生；并且生产电子级氢氟酸时，为物理混合过程，没有化学反应，项目中生产用水全部进入产品，无生产废水的产生，经过本发明的技术方案生产的电子级氢氟酸，可达到年产25000吨EL级氢氟酸和年产5000吨UPS级氢氟酸的生产规模，同时可得到副产工业级氢氟酸7750吨/年，具有较高的经济效益和环保意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明一种电子级氢氟酸生产装置的结构图；

图2附图为本发明一种电子级氢氟酸生产装置的残液处理系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，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。

实施例1

如附图1所示，本发明提供的一种电子级氢氟酸的生产装置，包括纯化系统、再吸收系统和第一尾气吸收系统；

纯化系统包括原料罐11，进口与原料罐11底端连接的蒸发器12，底端与蒸发器12的出口连接的纯化塔13，底端连接纯化塔13顶端的吸收塔14，连接吸收塔14底端的吸收塔釜储罐15，吸收塔釜储罐15底端依次连接第一输送泵16、超纯过滤装置17和灌装装置18，纯化塔13底端连接有残液储罐19。

上述装置的运行过程是：

(1)精馏：将工业级无水氢氟酸输送至原料罐11中，在原料罐11中经压缩氮气加压至1-10atm后输送至蒸发器12中气化，气化后的氟化氢进入纯化塔13底部，经纯化塔13处理后塔顶得到高纯氟化氢气体进入吸收塔14，塔底排出工业级氢氟酸进入残液储罐19，残液储罐19内容物经残液处理系统处理后得到工业级氢氟酸；

(2)吸收：进入吸收塔14的高纯氟化氢气体由塔底进入，吸收塔14顶端通入30wt％-95wt％的液相氢氟酸，接触传质后吸收塔14顶排出尾气进入第一尾气吸收系统进行处理，塔底出料进入吸收塔釜储罐15；

(3)超纯过滤或再吸收：测定进入吸收塔釜储罐15的氢氟酸浓度，达到50wt％后通过第一输送泵16泵入超纯过滤装置17，经超纯过滤装置17处理后得到电子级氢氟酸，然后输送至灌装装置18灌装后存储；浓度未达到50wt％的氢氟酸通过再吸收系统回到吸收塔进行处理。

如附图2所示，其中，步骤(1)中所述的经残液处理系统包括依次连接的文丘里喷射器51、第三冷却器52、氢氟酸循环储罐53和第五输送泵54，文丘里喷射器51连接残液储罐19，第五输送泵54将处理后的氢氟酸输送至工业级氢氟酸存储装置中。

残液处理系统的运行过程为：

(1.1)文丘里喷射器吸收：将残液储罐19中的氟化氢输送到文丘里喷射器51中，文丘里喷射器51中采用30wt％-90wt％的氢氟酸液体将残液储罐19中的氟化氢稀释吸收；

(1.2)经文丘里喷射器51吸收后的出来的液体通过第三冷却器52冷却后输送到氢氟酸循环储罐53；

(1.3)储存或再循环：测定进入氢氟酸循环储罐53的氢氟酸浓度，当氢氟酸循环储罐53内的氢氟酸浓度达到55％wt时，氢氟酸循环储罐53中的物料作为成品工业级氢氟酸经第五输送泵54输送至工业级氢氟酸存储装置中去储存；浓度未达到55％wt时则泵送至文丘里喷射器继续吸收，由氢氟酸循环储罐53顶端排出的尾气进入第二尾气吸收系统进行处理。

如附图1所示，所述的第一尾气吸收系统包括依次连接的第一尾气吸收塔31、第一尾气吸收塔釜储罐32和第三输送泵33，第一尾气吸收塔31与原料罐11顶端和吸收塔14顶端连接，第三输送泵33与吸收塔釜储罐15连接；第一尾气吸收系统还包括依次连接的第四输送泵41和第二冷却器42，第四输送泵41连接第一尾气吸收塔釜储罐32，第二冷却器42连接第一尾气吸收塔31，第一尾气吸收塔31中采用电子级脱盐水去吸收氟化氢尾气，吸收后的液相去吸收塔14作为吸收剂。

第一尾气吸收系统的运行过程为：

由原料罐11顶端和吸收塔14顶端连接出来的尾气进入第一尾气吸收塔31，经第一尾气吸收塔31中电子级脱盐水吸收处理后进入第一尾气吸收塔釜储罐32，部分由第三输送泵33泵送至吸收塔釜储罐15中作为吸收塔14回用吸收剂；部分由第四输送泵41泵送经第二冷却器42处理后再次进入第一尾气吸收塔31处理。

如附图1所示，再吸收系统包括依次连接的第二输送泵21和第一冷却器22，第二输送泵21连接吸收塔釜储罐15底端，第一冷却器22连接吸收塔14顶端。浓度未达到50wt％的氢氟酸通过第二输送泵21经第一冷却器22回到吸收塔14顶端作为吸收液再次进行处理。

如附图2所示，残液处理系统还包括与氢氟酸循环储罐53连接的第六输送泵61，第六输送泵61连接所述文丘里喷射器51，浓度未达到55％wt的工业级氢氟酸由第六输送泵61泵送至文丘里喷射器51继续吸收。

如附图2所示，步骤(1.3)中所述的第二尾气吸收系统包括依次连接的第二尾气吸收塔71、第二尾气吸收塔釜储罐72和第七输送泵73，第二尾气吸收塔71与氢氟酸循环储罐53顶端连接，第七输送泵73与氢氟酸循环储罐53连接，第二尾气吸收系统还包括依次连接的第八输送泵81和第四冷却器82，第八输送泵81连接第二尾气吸收塔釜储罐72，第四冷却器82连接第二尾气吸收塔71。

第二尾气吸收系统的运行过程是：

由氢氟酸循环储罐53顶端出来的尾气进入第二尾气吸收塔71，经过第二尾气吸收塔71中电子级脱盐水吸收处理后进入第二尾气吸收塔釜储罐72，部分由第七输送泵33泵送至氢氟酸循环储罐53中作为氟化氢的稀释吸收液；部分由第八输送泵81泵送经第四冷却器82处理后再次进入第二尾气吸收塔71处理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，包括纯化系统，所述纯化系统包括原料罐，进口与所述原料罐底端连接的蒸发器，底端与所述蒸发器的出口连接的纯化塔，底端连接所述纯化塔顶端的吸收塔，连接所述吸收塔底端的吸收塔釜储罐，所述吸收塔釜储罐底端依次连接第一输送泵、超纯过滤装置和灌装装置，所述纯化塔底端连接有残液储罐。

2.根据权利要求1所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述电子级氢氟酸的生产装置还包括再吸收系统，所述再吸收系统包括依次连接的第二输送泵和第一冷却器，所述第二输送泵连接所述吸收塔釜储罐底端，所述第一冷却器连接所述吸收塔顶端。

3.根据权利要求1所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述电子级氢氟酸的生产装置还包括第一尾气吸收系统，所述第一尾气吸收系统包括依次连接的第一尾气吸收塔、第一尾气吸收塔釜储罐和第三输送泵，所述第一尾气吸收塔与所述原料罐顶端和所述吸收塔顶端连接，所述第三输送泵与所述吸收塔釜储罐连接。

4.根据权利要求3所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述第一尾气吸收系统还包括依次连接的第四输送泵和第二冷却器，所述第四输送泵连接所述第一尾气吸收塔釜储罐，所述第二冷却器连接所述第一尾气吸收塔。

5.根据权利要求1所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述电子级氢氟酸的生产装置还包括残液处理系统，所述残液处理系统包括依次连接的文丘里喷射器、第三冷却器、氢氟酸循环储罐和第五输送泵，所述文丘里喷射器连接所述残液储罐，所述第五输送泵将处理后的氢氟酸输送至工业级氢氟酸存储装置中。

6.根据权利要求5所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述残液处理系统还包括与所述氢氟酸循环储罐连接的第六输送泵，所述第六输送泵连接所述文丘里喷射器。

7.根据权利要求5所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述残液处理系统还包括第二尾气吸收系统，所述第二尾气吸收系统包括依次连接的第二尾气吸收塔、第二尾气吸收塔釜储罐和第第七输送泵，所述第二尾气吸收塔与所述氢氟酸循环储罐顶端连接，所述第七输送泵与所述氢氟酸循环储罐连接。

8.根据权利要求7所述的一种电子级氢氟酸的生产装置，其特征在于，所述第二尾气吸收系统还包括依次连接的第八输送泵和第四冷却器，所述第八输送泵连接所述第二尾气吸收塔釜储罐，所述第四冷却器连接所述第二尾气吸收塔。

9.一种电子级氢氟酸的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)精馏：将工业级无水氢氟酸输送至原料罐中，在原料罐中经压缩氮气加压至1-10atm后输送至蒸发器中气化，气化后的氟化氢进入纯化塔底部，经纯化塔处理后塔顶得到高纯氟化氢气体进入吸收塔，塔底排出工业级氢氟酸进入残液储罐，残液储罐内容物经残液处理系统处理后得到工业级氢氟酸；

(2)吸收：进入吸收塔的高纯氟化氢气体由塔底进入，吸收塔顶端通入30wt％-95wt％的液相氢氟酸，接触传质后吸收塔顶排出尾气进入第一尾气吸收系统进行处理，塔底出料进入吸收塔釜储罐；

(3)超纯过滤或再吸收：测定进入吸收塔釜储罐的氢氟酸浓度，达到50wt％后通过第一输送泵泵入超纯过滤装置，经超纯过滤装置处理后得到电子级氢氟酸，然后输送至灌装装置灌装后存储；浓度未达到50wt％的氢氟酸通过再吸收系统回到吸收塔进行处理。

10.根据权利要求9所述的一种电子级氢氟酸的生产方法，其特征在于，步骤(1)中所述的残液处理系统处理包括以下步骤：

(1.1)文丘里喷射器吸收：将残液储罐中的氟化氢输送到文丘里喷射器中，文丘里喷射器中采用30wt％-90wt％的氢氟酸液体将残液储罐中的氟化氢稀释吸收；

(1.2)经文丘里喷射器吸收后的出来的液体通过第三冷却器冷却后输送到氢氟酸循环储罐；

(1.3)储存或再循环：测定进入氢氟酸循环储罐的氢氟酸浓度，当氢氟酸循环储罐内的氢氟酸浓度达到55％wt时，氢氟酸循环储罐中的物料作为成品工业级氢氟酸经第五输送泵输送至工业级氢氟酸存储装置中去储存；浓度未达到55％wt时则经第六输送泵泵送至文丘里喷射器继续吸收，由氢氟酸循环储罐顶端排出的尾气进入第二尾气吸收系统进行处理。

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