CN204824176U - 一种5n级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，包括供料储罐，供料储罐与原料中间罐连通，原料中间罐的出料口分别与精馏釜的进料口和第一冷凝器的壳程进料口连接，精馏釜的顶端出料口通过精馏塔与第一冷凝器的管程蒸气进料口连接，第一冷凝器的壳程出料口与原料中间罐的进料口连接，第一冷凝器的管程冷凝液出料口与成品收集单元连接，第一冷凝器的管程轻组分出料口与轻组分处理单元连接，精馏釜的釜底重组分出料口与废液处理单元连接，原料中间罐和精馏釜的夹套与导热油循环加热单元连接，轻组分处理单元内设置有用于排空的真空泵，该连续提纯系统氮气保护。

Description

一种5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统

技术领域

本实用新型涉及电子化学品生产技术领域，具体涉及一种5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统。

背景技术

高纯三氯氧磷是集成电路、太阳能电池生产的掺杂剂，是制造光纤预制棒的原材料之一，其纯度要求高达4N级，也就是纯度为99.9999％以上，特别是大规模集成电路用三氯氧磷，要求单项金属杂质含量不超过10ppb。

中国专利公开号CN101570323于2009年11月04日公开了一种“纯度为99.99999％三氯氧磷的生产方法及其装置”，其中的三氯氧磷提纯采用精馏、两级石英亚沸蒸馏后得到纯度为99.99999％的三氯氧磷。该连续提纯工艺过程复杂，且由于三氯氧磷遇水反应剧烈，基于安全考虑，普通的冷凝装置不适用于三氯氧磷的冷凝。

中国专利公开号CN102126711B于2011年7月20日公开了一种纯度为5N级三氯氧磷的生产方法：通过在99.5%的工业级三氯氧磷中加入复合络合剂A，静置分层后对上层清液进行第一次蒸馏，收集一次蒸馏产生的100℃以前的低沸物和107℃以后的重组分，在上述重组分中加入复合络合剂B，静置分层后对上层清液进行第二次蒸馏，收集二次蒸馏产生的100℃以前的低沸物和107℃以后的重组分，即得到5N级三氯氧磷。复合络合剂A是由磷酸和磷酸二氢铵配制而成，复合络合剂B是由柠檬酸、草酸、磷酸和磷酸二氢铵配制而成。上述工艺所制的产品中单项金属杂质含量不超过8ppb，如Al＜8ppb，As＜6ppb，Ba＜1ppb，Cr＜1ppb，Ca＜5ppb，Fe＜8ppb，Mg＜5ppb，Pb＜3ppb，Mn＜1ppb，Ni＜1ppb，Zn＜1ppb，20余项金属杂质总量不超过80ppb，完全满足太阳能电池掺杂、大规模集成电路等的使用要求。US5993609公开了一种提纯回收包含具有反应性有机物的三氯氧磷的连续提纯工艺，在三氯氧磷内添加0.1～5％质量分数有机物（吡啶类），通过其络合作用消除金属离子，然后进行常压蒸馏，所得三氯氧磷的Fe、Cr、Ni的总含量＜5ppm。上述两种提纯方法中均采用添加络合物的方式络合去除三氯氧磷中的金属离子，需要严格控制所添加的络合剂原料的纯度，成本高，连续提纯工艺路线长过程复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种工艺路线短、产品纯度高的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，包括供料储罐，供料储罐与原料中间罐连通，原料中间罐的出料口分别与精馏釜的进料口和第一冷凝器的壳程进料口连接，精馏釜的顶端出料口通过精馏塔与第一冷凝器的管程蒸气进料口连接，第一冷凝器的壳程出料口与原料中间罐的进料口连接，第一冷凝器的管程冷凝液出料口与成品收集单元连接，第一冷凝器的管程轻组分出料口与轻组分处理单元连接，精馏釜的釜底重组分出料口与废液处理单元连接，原料中间罐和精馏釜的夹套与导热油循环加热单元连接，所述轻组分处理单元内连通设置有真空缓冲罐，所述真空缓冲罐通过真空管与真空泵连通，供料储罐、原料中间罐、精馏釜分别与氮气气源连通。

为了精确控制原料中间罐中原料的温度，即控制第一冷凝器中作为冷凝介质的壳程三氯氧磷的进料温度，优选的技术方案为，导热油循环加热单元包括导热油缓冲罐，导热油缓冲罐与冷冻机组之间通过管道形成导热油冷却回路，导热油缓冲罐的出料口通过第一支路和第二支路与原料中间罐的夹套连通，第二支路上连接设置有导热油加热装置，导热油加热装置的导热油出口与精馏釜的夹套连通，原料中间罐的夹套和精馏釜的夹套的导热油出口与导热油缓冲罐相连通。

优选的技术方案为，精馏塔顶端出料口与第一冷凝器的壳程进料口之间的管路上连接设置有聚四氟乙烯筛板除雾器，可以起到气液分离和重金属粒子，使得产品的金属杂质含量更小。

为了实现对轻组分进行进一步处理，避免直接排空导致大气污染，优选的技术方案为，轻组分处理单元包括与第一冷凝器的管程轻组分出料口相连通的轻组分接收罐，所述轻组分接收罐的顶端蒸气出口设置有第二冷凝器，第二冷凝器的顶端出料口与真空缓冲罐连接。

优选的技术方案为，废液处理单元包括分别与精馏釜的釜底重组分出料口相连接的第一废液缓冲罐和第二废液缓冲罐，第一废液缓冲罐和第二废液缓冲罐的出料口与废料储罐连接。第一废液缓冲罐和第二废液缓冲罐之间为并联关系，在其中一个废液缓冲罐出现故障而关闭时，另一废液缓冲罐能正常工作，保证刷系统的正常运转。

优选的技术方案为，原料中间罐的出料口与精馏釜的进料口之间的连接管路上设置有原料回流支路，所述原料回流支路与原料中间罐相连通。连续生产需要保证精馏釜中的三氯氧磷温度进料前后温差较小，不影响精馏釜中的蒸气出料，因此需要对进料量进行控制，进料阀开启瞬间的进料量较大，根据精馏釜内物料的温度控制进料阀关闭时，进料管路中的压力较高，高管路压力会影响生产系统的寿命，设置原料回流之路可以使进料阀关闭时进料管路中的原料回流至原料中间罐中。

优选的技术方案为，原料中间罐的出料口与第一冷凝器的壳程进料口之间的连接管路上设置有安全回流支路，所述安全回流支路与原料中间罐相连通。整个系统开机工作时原料温度较低，不适用于作为三氯氧磷蒸气的冷却介质，需要对原料中间罐中的原料回流一段时间至冷凝温度。安全回流支路上的阀门打开，同时第一冷凝器的壳程进料口的阀门关闭即可实现原料中间罐中的原料回流；冷凝状态下安全回流支路上的阀门关闭，同时第一冷凝器的壳程进料口的阀门打开。

本实用新型的优点和有益效果在于：

本实用新型5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统采用三氯氧磷原料作为精馏处理中冷凝器的冷却介质，可完全避免采用其他冷却介质而产生的安全隐患，提纯设备更安全可靠；

通过设置原料中间罐，夹套导热油加热使其内的原料保持恒温，有助于提高5N级三氯氧磷提纯系统的得率；提纯系统中的供料储罐、原料中间罐、精馏釜分别与氮气气源连通，可完全避免三氯氧磷与水蒸气接触，降低生产事故概率，保证三氯氧磷纯度；

本实用新型5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统不需要另外加入络合剂等物质，因此可避免向原料中引入新的杂质，工艺路线短过程简单易操作，成本较低，更适于规模生产；

经ICP-MS检测，所得产品纯度达5N级，其中杂质砷含量小于10ppb。

附图说明

图1是本实用新型5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统的结构示意图；

图2是本实用新型中导热油循环加热单元的结构示意图。

图中：1、供料储罐；2、原料中间罐；3、精馏釜；4、第一冷凝器；5、精馏塔；6、真空缓冲罐；7、真空泵；8、导热油缓冲罐；9、冷冻机组；10、导热油加热装置；11、聚四氟乙烯筛板除雾器；12、轻组分接收罐；13、第二冷凝器；14、第一废液缓冲罐；15、第二废液缓冲罐；16、废料储罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1和图2所示，实施例的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，包括供料储罐1，供料储罐1与原料中间罐2连通，原料中间罐2的出料口分别与精馏釜3的进料口和第一冷凝器4的壳程进料口连接，精馏釜3的顶端出料口通过精馏塔5与第一冷凝器4的管程蒸气进料口连接，第一冷凝器4的壳程出料口与原料中间罐2的进料口连接，第一冷凝器4的管程冷凝液出料口与成品收集单元连接，第一冷凝器4的管程轻组分出料口与轻组分处理单元连接，精馏釜3的釜底重组分出料口与废液处理单元连接，原料中间罐2和精馏釜3的夹套与导热油循环加热单元连接，轻组分处理单元内连通设置有真空缓冲罐6，真空缓冲罐6通过真空管与真空泵7连通，供料储罐1、原料中间罐2、精馏釜3分别与氮气气源连通。图1中箭头表示三氯氧磷提纯系统中的物料流向，图2中箭头表示导热油循环加热单元中导热油的流向。

导热油循环加热单元包括导热油缓冲罐8，导热油缓冲罐8与冷冻机组9之间通过管道形成导热油冷却回路，导热油缓冲罐8的出料口通过第一支路和第二支路与原料中间罐2的夹套连通，第二支路上连接设置有导热油加热装置10，导热油加热装置10的导热油出口与精馏釜3的夹套连通，原料中间罐2的夹套和精馏釜3的夹套的导热油出口与导热油缓冲罐8相连通。

精馏塔3顶端出料口与第一冷凝器4的壳程进料口之间的管路上连接设置有聚四氟乙烯筛板除雾器11。

轻组分处理单元包括与第一冷凝器4的管程轻组分出料口相连通的轻组分接收罐12，轻组分接收罐12的顶端蒸气出口设置有第二冷凝器13，第二冷凝器13的顶端出料口与真空缓冲罐6连接。

废液处理单元包括分别与精馏釜3的釜底重组分出料口相连接的第一废液缓冲罐14和第二废液缓冲罐15，第一废液缓冲罐14和第二废液缓冲罐15的出料口与废料储罐16连接。

原料中间罐2的出料口与精馏釜3的进料口之间的连接管路上设置有原料回流支路，原料回流支路与原料中间罐2相连通。

原料中间罐2的出料口与第一冷凝器4的壳程进料口之间的连接管路上设置有安全回流支路，安全回流支路与原料中间罐2相连通。

具体的，在提纯系统中需要设置有至少两个供料储罐，以满足连续提纯的连续供料；成品收集单元中通常也包括至少两个并联方式连接的成品罐，成品罐的出料通过导管导出至成品分装设备或成品收集罐，成品罐出料管路上设置有成品回路，成品回路与原料中间罐相连通；第二冷凝器采用压缩空气冷凝的方式，避免冷凝器故障轻组分中含有的三氯氧磷与大量水接触的可能；原料中间罐的出料口分别与精馏釜的进料口和第一冷凝器的壳程进料口连接的管路上同样设置有两套出料循环泵及相对应的阀门，其中一套出料循环泵及相对应的阀门作为故障时的应急备用。

实施例1中5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯工艺过程为：打开氮气气阀使连续提纯系统排空，原料三氯氧磷泵入原料中间罐中，原料中间罐出料至精馏釜中，经精馏釜夹套中的导热油加热，精馏釜中的三氯氧磷经精馏塔和除雾器进入第一冷凝器的管程，原料中间罐中的原料达到冷凝温度后导入第一冷凝器的壳程作为冷凝介质，管程所得冷凝液导入成品收集单元，管程所得轻组分蒸气导入轻组分处理单元，精馏釜中残留的釜底重组分导入废液处理单元。

进入第一冷凝器中作为冷凝介质的三氯氧磷原料温度为55℃；原料中间罐的操作压力为0.1bar。

产品经ICP-MS检测，各项金属杂质含量：Al=11.67ppb，Ag=0.45ppb，As=23.86ppb，Au=0.33ppb，Ba=2.82ppb，Bi=0.23ppb，Ca=15.24ppb，Co=0.35ppb，Cu=3.27ppb，Fe=8.72ppb，Ga=0.32ppb，Hg=3.58ppb，K=4.01ppb，Li=0.77ppb，Mg=3.11ppb，Mn=1.08ppb，Na=7.26ppb，Ni==2.47ppb，Nb=2.95ppb，Pb=1.26ppb，Sn=1.28ppb，Sr=0.43ppb，Ti=0.8ppb，Zn=3.92ppb。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，进入第一冷凝器中作为冷凝介质的三氯氧磷原料温度为60℃；原料中间罐的操作压力为0.15bar。

产品经ICP-MS检测，各项金属杂质含量：Al=10.52ppb，Ag=0.48ppb，As=2.87ppb，Au=0.28ppb，Ba=1.74ppb，Bi=0.25ppb，Ca=13.61ppb，Co=0.25ppb，Cu=3.34ppb，Fe=7.53ppb，Ga=0.62ppb，Hg=2.82ppb，K=5.2ppb，Li=1.37ppb，Mg=2.47ppb，Mn=1.4ppb，Na=5.95ppb，Ni==3.68ppb，Nb=1.6ppb，Pb=1.21ppb，Sn=1.1ppb，Sr=0.5ppb，Ti=1.37ppb，Zn=2.17ppb。

实施例3

实施例2与实施例1的区别在于，进入第一冷凝器中作为冷凝介质的三氯氧磷原料温度为70℃；原料中间罐的操作压力为0.2bar。

产品经ICP-MS检测，各项金属杂质含量：Al=9.53ppb，Ag=0.59ppb，As=3.51ppb，Au=0.6ppb，Ba=1.8ppb，Bi=1.35ppb，Ca=3.85ppb，Co=0.23ppb，Cu=0.52ppb，Fe=7.41ppb，Ga=0.24ppb，Hg=2.29ppb，K=1.37ppb，Li=3.35ppb，Mg=4.58ppb，Mn=0.57ppb，Na=2.14ppb，Ni==0.38ppb，Nb=0.74ppb，Pb=2.74ppb，Sn=0.19ppb，Sr=0.1ppb，Ti=0.15ppb，Zn=0.32ppb。

考虑到物料管路的热量损耗，原料中间罐的温度需要稍高于上述三氯氧磷进料温度，原料中间罐一般控制在70℃，产品得率在85%，其中，实施例1的三氯氧磷纯化产品得率最高。

实施例中，原料中间罐和精馏釜的材质为搪瓷，供料储罐、第一冷凝器、第二冷凝器、废液缓冲罐的材质均为电子级低硼硅玻璃。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，包括供料储罐，供料储罐与原料中间罐连通，原料中间罐的出料口分别与精馏釜的进料口和第一冷凝器的壳程进料口连接，精馏釜的顶端出料口通过精馏塔与第一冷凝器的管程蒸气进料口连接，第一冷凝器的壳程出料口与原料中间罐的进料口连接，第一冷凝器的管程冷凝液出料口与成品收集单元连接，第一冷凝器的管程轻组分出料口与轻组分处理单元连接，精馏釜的釜底重组分出料口与废液处理单元连接，原料中间罐和精馏釜的夹套与导热油循环加热单元连接，所述轻组分处理单元内连通设置有真空缓冲罐，所述真空缓冲罐通过真空管与真空泵连通，供料储罐、原料中间罐、精馏釜分别与氮气气源连通。

2.根据权利要求1所述的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，导热油循环加热单元包括导热油缓冲罐，导热油缓冲罐与冷冻机组之间通过管道形成导热油冷却回路，导热油缓冲罐的出料口通过第一支路和第二支路与原料中间罐的夹套连通，第二支路上连接设置有导热油加热装置，导热油加热装置的导热油出口与精馏釜的夹套连通，原料中间罐的夹套和精馏釜的夹套的导热油出口与导热油缓冲罐相连通。

3.根据权利要求1所述的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，精馏塔顶端出料口与第一冷凝器的壳程进料口之间的管路上连接设置有聚四氟乙烯筛板除雾器。

4.根据权利要求1所述的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，轻组分处理单元包括与第一冷凝器的管程轻组分出料口相连通的轻组分接收罐，所述轻组分接收罐的顶端蒸气出口设置有第二冷凝器，第二冷凝器的顶端出料口与真空缓冲罐连接。

5.根据权利要求1所述的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，废液处理单元包括分别与精馏釜的釜底重组分出料口相连接的第一废液缓冲罐和第二废液缓冲罐，第一废液缓冲罐和第二废液缓冲罐的出料口与废料储罐连接。

6.根据权利要求1所述的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，原料中间罐的出料口与精馏釜的进料口之间的连接管路上设置有原料回流支路，所述原料回流支路与原料中间罐相连通。

7.根据权利要求1所述的5N级超高纯三氯氧磷的连续提纯系统，其特征在于，原料中间罐的出料口与第一冷凝器的壳程进料口之间的连接管路上设置有安全回流支路，所述安全回流支路与原料中间罐相连通。