CN114699833A

CN114699833A - 一种电子级三溴化硼纯化系统及方法

Info

Publication number: CN114699833A
Application number: CN202210310799.9A
Authority: CN
Inventors: 黄加斗; 宗立冬
Original assignee: CHONGQING TONGHUI GAS CO LTD
Current assignee: CHONGQING TONGHUI GAS CO LTD
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2022-07-05

Abstract

本发明涉及三溴化硼纯化技术领域，尤其涉及一种电子级三溴化硼纯化系统及方法。一种电子级三溴化硼纯化系统，包括原料罐、隔膜进料泵、第一精馏塔、第一精馏塔顶冷凝器、第一精馏塔釜再沸器、第一隔膜泵输送泵、第二精馏塔、第二精馏塔顶冷凝器、第二精馏塔釜再沸器、吸附塔、冷却器、缓冲罐、第二隔膜泵输送泵、第三精馏塔、第三精馏塔接收罐、第三精馏塔釜再沸器、第三精馏塔顶冷凝器、成品出口管线。本发明通过精馏、吸附、过滤、蒸馏的工艺设置，能够将工业级三溴化硼原料提纯得到电子级三溴化硼液体，其纯度较高，能达到99.99999%，满足电子级应用，且公开了相关的纯化系统，便于规模化生产。

Description

一种电子级三溴化硼纯化系统及方法

技术领域

本发明涉及三溴化硼纯化技术领域，尤其涉及一种电子级三溴化硼纯化系统及方法。

背景技术

三溴化硼（BBr₃，Boron tribromide）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与腐蚀性，有毒。能够溶于四氯化碳中，在空气中不稳定，很容易发生水解反应。主要应用于半导体工业中，作为集成电路、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，以及制造超高纯硼、乙硼烷及其他有机硼化物的原料，其次三溴化硼还用于有机合成的催化剂、中间体和溴化剂。

三溴化硼的制取方法主要有以下三种:元素硼溴化法(直接合成法)、碳化硼溴化法、复分解法。其中元素硼溴化法是采用工业硼粉和单质溴直接反应合成，碳化硼溴化法是将碳化硼在高温下溴化而得，复分解法是将溴化铝与三氟化硼复分解反应而制得三溴化硼。

通过以上三种合成方法制取得到的三溴化硼在纯度上很难达到电子级要求，并且也难以实现规模化生产。为此，我们采用自制试验装置，在工业级原料基础上进行再提纯，通过精馏、吸附、过滤、蒸馏后制取得到7N以上的电子级三溴化硼。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子级三溴化硼纯化系统及方法，用于解决：现有技术制取得到的三溴化硼在纯度上很难达到电子级要求，并且也难以实现规模化生产。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种电子级三溴化硼纯化系统，包括：

原料罐、隔膜进料泵、第一精馏塔、第一精馏塔顶冷凝器、第一精馏塔釜再沸器、第一隔膜泵输送泵、第二精馏塔、第二精馏塔顶冷凝器、第二精馏塔釜再沸器、吸附塔、冷却器、缓冲罐、第二隔膜泵输送泵、第三精馏塔、第三精馏塔接收罐、第三精馏塔釜再沸器、第三精馏塔顶冷凝器、成品出口管线；

所述原料罐的输出端通过一管道与所述隔膜进料泵的输出端连接，且所述隔膜进料泵的输出端通过一管道与所述第一精馏塔的入料口连接；

所述第一精馏塔的内部设置有第一精馏塔釜再沸器；

所述第一精馏塔的顶部通过一管道与所述第一精馏塔顶冷凝器连接；

所述第一精馏塔的底部通过一管道与所述第一隔膜泵输送泵的输入端连接，所述第一隔膜泵输送泵的输出端通过一管道与第二精馏塔的入料口连接；

所述第二精馏塔的内部设置有第二精馏塔釜再沸器；

所述第二精馏塔的顶部通过一管道与所述第二精馏塔顶冷凝器连接；

所述第二精馏塔的顶部还连接所述吸附塔的输入端；

所述吸附塔的输出端与两个并联设置的过滤器连接；

所述过滤器的输出端与所述冷却器的输入端连接，且所述冷却器的输入端与缓冲罐的输入端连接；

所述缓冲罐的输出端通过一管道与所述第二隔膜泵输送泵的输入端连接，且所述第二隔膜泵输送泵的输出端与所述第三精馏塔连接；

所述第三精馏塔的下部连接有第三精馏塔釜再沸器；

所述第三精馏塔的顶部通过一管道与所述第三精馏塔顶冷凝器连接，且所述第三精馏塔顶冷凝器的底部连接有第三精馏塔接收罐，所述三精馏塔接收罐的底部与所述第三精馏塔的回流口连接；

所述三精馏塔接收罐的底部还连接有成品出口管线。

进一步优选的，所述第一精馏塔顶冷凝器的底部与第一精馏塔顶接收罐连接，所述第一精馏塔顶接收罐的底部与所述第一精馏塔的回流口连接。

进一步优选的，所述第二精馏塔顶冷凝器的底部与第二精馏塔顶接收罐连接，所述第二精馏塔顶接收罐的底部与所述第二精馏塔的回流口连接。

进一步优选的，所述吸附塔包括有串联设置的第一吸附器和第二吸附器，所述第一吸附器为金属离子吸附器，所述第二吸附器为水分和二氧化碳吸附器。

进一步优选的，每个所述过滤器均包括有串联设置的第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器精度为0.1um、第二过滤器精度为0.01um。

一种电子级三溴化硼纯化方法，包括以下步骤：

将工业级三溴化硼储存在原料罐中；

经隔膜进料泵将工业级三溴化硼输送进第一精馏塔；

经过第一精馏塔顶冷凝器脱除轻组分杂质，经过第一精馏塔脱除重组分杂质；

将第一精馏塔底部的液态三溴化硼经第一隔膜泵输送泵打入第二精馏塔；

经过第二精馏塔脱除剩余的重组分杂质，经第二精馏塔顶部出气态三溴化硼；

气态三溴化硼进入吸附塔，并经过吸附塔脱除金属离子、水分、二氧化碳杂质；

气态三溴化硼进入过滤器，过滤掉经过吸附塔携带的颗粒物；

气态三溴化硼经冷却器冷却为液态，并进入缓冲罐；

液态三溴化硼通过第二隔膜泵输送泵打入第三精馏塔，并再次脱除轻组分杂质；

经第三精馏塔顶冷凝器流入到第三精馏塔接收罐，并流入成品出口管线，进程产品出料、装罐储存。

进一步的，所述轻组分杂质包括有H₂、O₂、Ar、N₂。

本发明至少具备以下有益效果：

本发明通过精馏、吸附、过滤、蒸馏的工艺设置，能够将工业级三溴化硼原料提纯得到电子级三溴化硼液体，其纯度较高，能达到99.99999%，满足电子级应用，且公开了相关的纯化系统，便于规模化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明工艺方法示意图。

图中：1、原料罐；2、隔膜进料泵；3、第一精馏塔顶冷凝器；4、第一精馏塔顶接收罐；5、第一精馏塔;6、第一精馏塔釜再沸器；7、第一隔膜泵输送泵；8、第二精馏塔顶冷凝器；9、第二精馏塔顶接收罐；10、第二精馏塔；11、第二精馏塔釜再沸器；12、吸附塔；13、第一吸附器；14、第二吸附器；15、第一过滤器；16、第二过滤器；17、冷却器；18、缓冲罐；19、第二隔膜泵输送泵；20、第三精馏塔顶冷凝器；21、第三精馏塔接收罐；22、第三精馏塔；23、第三精馏塔釜再沸器；24、成品出口管线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1，本发明的电子级三溴化硼纯化系统，包括有：

原料罐1；隔膜进料泵2；第一精馏塔5、第一精馏塔顶冷凝器3、第一精馏塔顶接收罐4、第一精馏塔釜再沸器6；第一隔膜泵输送泵7；第二精馏塔10、第二精馏塔顶冷凝器8、第二精馏塔顶接收罐9、第二精馏塔釜再沸器11；吸附塔12、第一吸附器13、第二吸附器14；第一过滤器15、第二过滤器16；冷却器17、缓冲罐18；第二隔膜泵输送泵19；第三精馏塔22、第三精馏塔接收罐21、第三精馏塔釜再沸器23、第三精馏塔顶冷凝器20；成品出口管线24。

其中，所述原料罐1的输出端通过一管道与所述隔膜进料泵2的输出端连接，且所述隔膜进料泵2的输出端通过一管道与所述第一精馏塔5的入料口连接；

所述第一精馏塔5的内部设置有第一精馏塔釜再沸器6；

所述第一精馏塔5的顶部通过一管道与所述第一精馏塔顶冷凝器3连接，且第一精馏塔顶冷凝器3的底部与所述第一精馏塔顶接收罐4连接，所述第一精馏塔顶接收罐4的底部与所述第一精馏塔5的回流口连接；

所述第一精馏塔5的底部通过一管道与所述第一隔膜泵输送泵7的输入端连接，所述第一隔膜泵输送泵7的输出端通过一管道与第二精馏塔10的入料口连接；

所述第二精馏塔10的内部设置有第二精馏塔釜再沸器11；

所述第二精馏塔10的顶部通过一管道与所述第二精馏塔顶冷凝器8连接，且所述第二精馏塔顶冷凝器8的底部与所述第二精馏塔顶接收罐9连接，所述第二精馏塔顶接收罐9的底部与所述第二精馏塔10的回流口连接；

所述第二精馏塔10的顶部还连接有吸附塔12的输入端，所述吸附塔12包括有串联设置的第一吸附器13和第二吸附器14；

所述吸附塔12的输出端与两个并联设置的过滤器连接，每个所述过滤器均包括有串联设置的第一过滤器15和第二过滤器16；

所述过滤器的输出端与所述冷却器17的输入端连接，且所述冷却器17的输入端与缓冲罐18的输入端连接；

所述缓冲罐18的输出端通过一管道与所述第二隔膜泵输送泵19的输入端连接，且所述第二隔膜泵输送泵19的输出端与所述第三精馏塔22连接；

所述第三精馏塔22的下部连接有第三精馏塔釜再沸器23；

所述第三精馏塔22的顶部通过一管道与所述第三精馏塔顶冷凝器20连接，且所述第三精馏塔顶冷凝器20的底部连接有第三精馏塔接收罐21，所述三精馏塔接收罐21的底部与所述第三精馏塔22的回流口连接；

所述三精馏塔接收罐21的底部还连接有成品出口管线24。

上述中，第一精馏塔釜再沸器6、第二精馏塔釜再沸器11、第三精馏塔釜再沸器23均为盘管再沸器。

参阅图2，本发明的电子级三溴化硼纯化工艺，包括步骤如下;

（1）将来料的工业级三溴化硼储存在原料罐1中，经隔膜进料泵2输送进第一精馏塔5，第一精馏塔5的顶部连接有第一精馏塔顶冷凝器3、内部设置有第一精馏塔釜再沸器6，第一精馏塔顶冷凝器3与第一精馏塔5中间回流设有第一精馏塔顶接收罐4。

第一精馏塔5塔顶经第一精馏塔顶冷凝器3脱除H₂、O₂、Ar、N₂等轻组分杂质，第一精馏塔5的塔底经第一精馏塔釜再沸器6脱除部分重组分杂质；

第一精馏塔5底部的液态三溴化硼经第一隔膜泵输送泵7打入第二精馏塔10；

经过第二精馏塔10脱除剩余的大部分重组分杂质，第二精馏塔10顶部接第二精馏塔顶冷凝器8，内部安装有第二精馏塔釜再沸器11；第二精馏塔顶冷凝器8与所述第二精馏塔10之间回流设有第二精馏塔顶接收罐9；

第二精馏塔10顶部出气态三溴化硼；

（2）气态三溴化硼进入吸附塔12，脱除金属离子、水分、二氧化碳等杂质，吸附塔12为串联双塔结构，并伴有再生氮气系统。

其中，第一吸附器13用于吸附去除金属离子，第二吸附器14用于吸附去除水分、二氧化碳等杂质。

出吸附塔12后经过滤器过滤掉气态三溴化硼和经过吸附塔12携带的颗粒物；

过滤器为两组，一备一用；

其中，第一过滤器15精度为0.1um、第二过滤器16精度为0.01um。

后经冷却器17冷却为液态进入缓冲罐18；

然后通过第二隔膜泵输送泵19打入第三精馏塔22，第三精馏塔22下部连接第三精馏塔釜再沸器23，顶部接第三精馏塔顶冷凝器20，通过连续热交换过程，脱除轻组分杂质。

第三精馏塔顶冷凝器20与第三精馏塔22中间回流设有第三精馏塔接收罐21，第三精馏塔接收罐21下部为两条支路，一路作为回流管线回第三精馏塔22上部，一路连接为成品出口管线24，产品出料为液态成品，进行成品罐储存。

（3）第一精馏塔5、第二精馏塔10、冷却器17以及第三精馏塔22的冷源来自于循环冷却水；第一精馏塔5、第二精馏塔10以及第三精馏塔22的热源为热水。

（4）第一精馏塔5、第二精馏塔10设在线分析点位，实时检测产品质量；在吸附塔12后设分析取样点，分析金属离子指标；第三精馏塔22顶部与产品出口设在线分析点位，实时监测产品质量。

为了进一步验证上述方法和装置产出的质量，我们进行了如下实验：

主要仪器与试剂

主要检测仪器包括检测金属离子用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MC，安捷伦科技有限公公司），微量H₂O分析仪用光腔衰荡光谱检测仪（内蒙古光能科技有限公司），气相杂质分析用气相色谱检测仪（北京高麦克仪器科技有限公司）。BBr₃原料来自江西瑞合特种材料有限公司。

最终检测出本产品达到7N标准，其指标如下：

由此，可以看出，本发明以工业级三溴化硼作为原料，经精馏、吸附、过滤、蒸馏4个步骤制取得到电子级三溴化硼液体，纯度达到99.99999%以上。

结合理论与试验数据，适合进行工业化推广应用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种电子级三溴化硼纯化系统，其特征在于，包括：

原料罐（1）、隔膜进料泵（2）、第一精馏塔（5）、第一精馏塔顶冷凝器（3）、第一精馏塔釜再沸器（6）、第一隔膜泵输送泵（7）、第二精馏塔（10）、第二精馏塔顶冷凝器（8）、第二精馏塔釜再沸器（11）、吸附塔（12）、冷却器（17）、缓冲罐（18）、第二隔膜泵输送泵（19）、第三精馏塔（22）、第三精馏塔接收罐（21）、第三精馏塔釜再沸器（23）、第三精馏塔顶冷凝器（20）、成品出口管线（24）；

所述原料罐（1）的输出端通过一管道与所述隔膜进料泵（2）的输出端连接，且所述隔膜进料泵（2）的输出端通过一管道与所述第一精馏塔（5）的入料口连接；

所述第一精馏塔（5）的内部设置有第一精馏塔釜再沸器（6）；

所述第一精馏塔（5）的顶部通过一管道与所述第一精馏塔顶冷凝器（3）连接；

所述第一精馏塔（5）的底部通过一管道与所述第一隔膜泵输送泵（7）的输入端连接，所述第一隔膜泵输送泵（7）的输出端通过一管道与第二精馏塔（10）的入料口连接；

所述第二精馏塔（10）的内部设置有第二精馏塔釜再沸器（11）；

所述第二精馏塔（10）的顶部通过一管道与所述第二精馏塔顶冷凝器（8）连接；

所述第二精馏塔（10）的顶部还连接所述吸附塔（12）的输入端；

所述吸附塔（12）的输出端与两个并联设置的过滤器连接；

所述过滤器的输出端与所述冷却器（17）的输入端连接，且所述冷却器（17）的输入端与缓冲罐（18）的输入端连接；

所述缓冲罐（18）的输出端通过一管道与所述第二隔膜泵输送泵（19）的输入端连接，且所述第二隔膜泵输送泵（19）的输出端与所述第三精馏塔（22）连接；

所述第三精馏塔（22）的下部连接有第三精馏塔釜再沸器（23）；

所述第三精馏塔（22）的顶部通过一管道与所述第三精馏塔顶冷凝器（20）连接，且所述第三精馏塔顶冷凝器（20）的底部连接有第三精馏塔接收罐（21），所述三精馏塔接收罐（21）的底部与所述第三精馏塔（22）的回流口连接；

所述三精馏塔接收罐（21）的底部还连接有成品出口管线（24）。

2.根据权利要求1所述的一种电子级三溴化硼纯化系统，其特征在于，所述第一精馏塔顶冷凝器（3）的底部与第一精馏塔顶接收罐（4）连接，所述第一精馏塔顶接收罐（4）的底部与所述第一精馏塔（5）的回流口连接。

3.根据权利要求1所述的一种电子级三溴化硼纯化系统，其特征在于，所述第二精馏塔顶冷凝器（8）的底部与第二精馏塔顶接收罐（9）连接，所述第二精馏塔顶接收罐（9）的底部与所述第二精馏塔（10）的回流口连接。

4.根据权利要求1所述的一种电子级三溴化硼纯化系统，其特征在于，所述吸附塔（12）包括有串联设置的第一吸附器（13）和第二吸附器（14），所述第一吸附器（13）为金属离子吸附器，所述第二吸附器（14）为水分和二氧化碳吸附器。

5.根据权利要求1所述的一种电子级三溴化硼纯化系统，其特征在于，每个所述过滤器均包括有串联设置的第一过滤器（15）和第二过滤器（16），所述第一过滤器（15）精度为0.1um、第二过滤器（16）精度为0.01um。

6.一种电子级三溴化硼纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：

将工业级三溴化硼储存在原料罐（1）中；

经隔膜进料泵（2）将工业级三溴化硼输送进第一精馏塔（5）；

经过第一精馏塔顶冷凝器（3）脱除轻组分杂质，经过第一精馏塔（5）脱除重组分杂质；

将第一精馏塔（5）底部的液态三溴化硼经第一隔膜泵输送泵（7）打入第二精馏塔（10）；

经过第二精馏塔（10）脱除剩余的重组分杂质，经第二精馏塔（10）顶部出气态三溴化硼；

气态三溴化硼进入吸附塔（12），并经过吸附塔（12）脱除金属离子、水分、二氧化碳杂质；

气态三溴化硼进入过滤器，过滤掉经过吸附塔（12）携带的颗粒物；

气态三溴化硼经冷却器（17）冷却为液态，并进入缓冲罐（18）；

液态三溴化硼通过第二隔膜泵输送泵（19）打入第三精馏塔（22），并再次脱除轻组分杂质；

经第三精馏塔顶冷凝器（20）流入到第三精馏塔接收罐（21），并流入成品出口管线（24），进程产品出料、装罐储存。

7.根据权利要求6所述的一种电子级三溴化硼纯化方法，其特征在于，所述轻组分杂质包括有H₂、O₂、Ar、N₂。