CN217828928U - 一种超高纯甲醇的生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超高纯甲醇的生产装置，包括加热器、精馏装置、第一过滤膜、第二过滤膜和第三过滤膜，所述第一过滤膜的第一进口和所述加热器的第一排出口连接，所述第一过滤膜的第一渗余侧和所述精馏装置的第一入口连接；所述第二过滤膜的第二进口和所述精馏装置的塔顶出口连接，所述第二过滤膜的第二渗余侧和所述精馏装置的第一入口连接；所述第二过滤膜的第二渗透侧和所述第三过滤膜的第三进口连接，所述第三过滤膜的渗余侧和所述第二过滤膜的第二进口连接。本实用新型能够将低纯度甲醇或高纯度甲醇进一步提高至超高纯甲醇，且超高纯甲醇的产品纯度高。

Description

一种超高纯甲醇的生产装置

技术领域

本实用新型涉及超净高纯化学试剂技术领域，特别涉及一种超高纯甲醇的生产装置。

背景技术

超净高纯试剂也称湿法化学品或工艺化学品，是大规模或超大规模集成电路及高档半导体器件制造过程中的关键化学品，主要用于硅单晶片的清洗、光刻、腐蚀等工序中，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。对于兆位级器件，0.10μm的颗粒就可能造成器件失效。亚微米级(4.0～35.0um)器件要求0.1μm的颗粒在10个片以下，同时要求各种金属杂质，如Fe、Cu、Cr、Ni、Al、Na等，控制在目前分析技术的检测下限以下(约为1×1010原子/cm2)。目前国际SEMI标准化组织将超净高纯试剂按应用范围分为4个等级：SEMI-C1标准(适用于>4.2μm IC工艺技术的制作)、SEMI-C7标准(适用于0.8～4.2μm IC工艺技术的制作)、SEMI-C8标准(适用于0.09～0.20μm IC工艺技术的制作)、SEMI-C12标准(适用于0.09～0.20μm IC工艺技术的制作)。

通过现有的超高纯甲醇的生产制备装置，最终提取的高纯度甲醇的依然存在一定量的有机杂质和金属离子，导致最终提取的甲醇纯度相对较低。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种超高纯甲醇的生产装置，该装置能够进一步提高超高纯甲醇的产品纯度。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种超高纯甲醇的生产装置，包括加热器、精馏装置、第一过滤膜、第二过滤膜和第三过滤膜，所述第一过滤膜的第一进口和所述加热器的第一排出口连接，所述第一过滤膜的第一渗余侧和所述精馏装置的第一入口连接；所述第二过滤膜的第二进口和所述精馏装置的塔顶出口连接，所述第二过滤膜的第二渗余侧和所述精馏装置的第一入口连接；所述第二过滤膜的第二渗透侧和所述第三过滤膜的第三进口连接，所述第三过滤膜的第三渗余侧和所述第二过滤膜的第二进口连接。

进一步的，所述精馏装置包括脱轻塔和脱重塔，所述脱轻塔的塔底出口和所述脱重塔的第二入口连接，所述脱轻塔上设置有所述第一入口，所述脱重塔上设置有所述塔顶出口。

进一步的，所述生产装置还包括第一冷凝设备，所述第一冷凝设备的第二进入口和所述第一过滤膜的第一渗透侧连接。

进一步的，所述生产装置还包括设置在所述第二过滤膜和第三过滤膜之间的第二冷凝设备，所述第二冷凝设备的第三进入口和所述第二过滤膜的第二渗透侧连接，所述第二冷凝设备的第三排出口和所述第三过滤膜的第三进口连接。

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型首先使用渗透汽化透水膜去除甲醇中的水含量，相比精馏塔脱水处理，能耗降低50％以上，产品收率高。

2、本实用新型通过脱轻和脱重精馏塔，去除大部分金属离子以及比甲醇轻和比甲醇沸点高的有机杂质。

3、本实用新型通过第二过滤膜通过优先透甲醇的电子级的渗透汽化膜来去除金属离子，相比传统多效精馏塔处理，能耗降低90％以上；第二过滤膜为致密膜，同时可以进行颗粒物的去除，提高超高纯甲醇的产品纯度。

4、本实用新型通过制备电子级的氟碳聚合物螯合膜反应来去除微量金属离子，第三过滤膜渗余侧返回到第二过滤膜中，反应去除效果好，且能提高产品收率；膜孔径比较小，同时可以进行颗粒物的去除，提高超高纯甲醇的产品纯度。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的一种超高纯甲醇的生产装置的结构示意图。

1、加热器；10、第一进入口；11、第一排出口；2、精馏装置；20、脱轻塔；200、第一精馏塔；201、第一全凝塔；202、第一再沸器；203、第一入口；204、塔底出口；21、脱重塔；210、第二精馏塔；211、第二全凝塔；212、第二再沸器；213、第二入口；214、塔顶出口；3、第一过滤膜；30、第一进口；31、第一渗余侧；32、第一渗透侧；4、第二过滤膜；40、第二进口；41、第二渗余侧；42、第二渗透侧；5、第三过滤膜；50、第三进口；51、第三渗余侧；52、第三渗透侧；7、第一冷凝设备；70、第一冷凝器；700、第二进入口；701；第二排出口；71、第一真空泵；8、第二冷凝设备；80、第二冷凝器；800、第三进入口；801、第三排出口；81、第二真空泵。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对实用新型技术方案作进一步非限制性的详细说明。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型一实施例的一种超高纯甲醇的生产装置，包括加热器1、精馏装置2、第一过滤膜3、第二过滤膜4、第三过滤膜5、第一冷凝设备7和第二冷凝设备8。第一 过滤膜3的第一进口30和加热器1的第一排出口11连接，第一过滤膜3的第一渗余侧31和精馏装置2的第一入口203连接，第一过滤膜3的第一渗透侧32和第一冷凝设备7的第二进入口700连接；第一冷凝设备7的第二排出口701用于排出冷凝后的废水。第二过滤膜4的第二进口40和精馏装置2的塔顶出口214连接，第二过滤膜4的第二渗余侧41和精馏装置2的第一入口203连接；第二过滤膜4的第二渗透侧42和第三过滤膜5的第三进口50连接，第二冷凝设备8设置在第二过滤膜4和第三过滤膜5之间，具体地，第二冷凝设备8的第三进入口800和第二过滤膜4的第二渗透侧42连接，第二冷凝器8的第三排出口801和第三过滤膜5的第三进口50连接，第三过滤膜5的第三渗余侧51和第二过滤膜4的第二进口40连接。第三过滤膜5的第三渗透侧52即为最终产品。

精馏装置2包括脱轻塔20和脱重塔21，脱轻塔20的塔底出口204和脱重塔21的第二入口213连接，第一入口203设置在脱轻塔20上，塔顶出口214设置在脱重塔21上。通过设置精馏装置2，精馏装置2去除比甲醇轻和比甲醇沸点高的有机杂质以及大部分金属离子。

脱轻塔20包括第一精馏塔200、第一全凝塔201和第一再沸器202，第一全凝塔201设置在所述第一精馏塔200的塔顶处，第一再沸器202设置在第一精馏塔200的塔底处。

脱重塔21包括第二精馏塔210、第二全凝塔211和第二再沸器212，第二全凝塔211设置在第二精馏塔210的塔顶处，第二再沸器212设置在所述第二精馏塔210的塔底处。第一精馏塔200的第一入口203连接至第一过滤膜3的第一渗余侧31，第一精馏塔200的塔底出口204连接至第二精馏塔210第二入口213，第二精馏塔210的塔顶出口214连接至第二过滤膜4的第二进口40。通过脱重塔21和脱轻塔20，去除比甲醇轻和比甲醇沸点高的有机杂质、大部分金属离子。

第一冷凝设备7包括第一冷凝器70和第一真空泵71，第一冷凝器70和第一真空泵71连接，第一冷凝器70的第二进入口700和第一过滤膜3的第一渗透侧32连接，第一冷凝器70的第二排出口701用于排出冷凝后的废水。第一真空泵71抽取第一冷凝器70中的空气，避免空气中的氮气氧气等其他不凝性气体导致第一冷凝器70的压力升高。

第二冷凝设备8包括第二冷凝器80和第二真空泵81，第二冷凝器80和第二真空泵81连接，第二冷凝器80的第三进入口800和第二过滤膜4的第二渗透侧42连接，第二冷凝器80的第三排出口81和第三过滤膜5的第三进口50连接。第二真空泵81的作用和第一真空泵71的作用类似，这里不在赘述。

本实施例中，第一过滤膜3为有机复合膜或无机复合膜或有机无机复合膜，用于过滤甲醇中的水分。其中，有机复合膜可选用PVA/PVDF/PET材质，无机复合膜可选用分子筛膜/陶瓷复合膜，有机无机复合膜为结合有机膜和无机膜技术为一体的复合膜，例如有机无机复合憎水膜，为现有技术，这里不在赘述。本实用新型首先使用渗透汽化透水膜去除甲醇中的水含量，相比精馏塔脱水处理，能耗降低50％以上，产品收率高。

第二过滤膜4为有机复合膜，第二过滤膜4的支撑层为聚四氟乙烯，分离层为含氟聚合物，对甲醇有优先选择性，渗透过膜的组分状态为气相，对金属离子有很好的截留作用。第二过滤膜4通过优先透甲醇的电子级的渗透汽化膜来去除金属离子，相比传统多效精馏塔处理，能耗降低90％以上；第二过滤膜4为致密膜，同时可以进行颗粒物的去除。

第三过滤膜5为有机复合膜，第三过滤膜5的支撑层为聚四氟乙烯，分离层为氟碳聚合物螯合膜。螯合膜具有未成键的孤对电子的原子，原子和金属离子形成配位键，从而去除金属离子。通过制备电子级的氟碳聚合物螯合膜反应来去除微量金属离子，第三过滤膜5渗余侧返回到第二过滤膜4中，反应去除效果好，且能提高产品收率；膜孔径比较小，同时可以进行颗粒物的去除。

其中，氟碳聚合物螯合膜的制备方法如下：

步骤一：多孔的PTFE膜进行亲水性处理，得到具有亲水性的基膜；

步骤二：螯合树脂依次通过盐酸溶液、氢氧化钠溶液和去离子水清洗后进行干燥处理；

步骤三：对清洗并干燥后的螯合树脂进行研磨和筛分，得到粉体；

步骤四：将所述粉体和聚异丁烯、聚六氟乙烯乳液进行混炼，并真空脱泡形成涂抹液；

步骤五：将所述涂抹液涂覆在具有亲水性的基膜上制成螯合膜；

步骤六：制得的螯合膜依次用盐酸溶液、氢氧化钠溶液和纯水洗涤至中性，然后烘干保存。

本实用新型通过第二过滤膜4和第三过滤膜5两种膜技术来去除金属离子，使其达到SEMI-C12标准中金属离子的要求；两种膜的膜材料溶出物少，达到半导体级别；这两种膜除了去除金属离子外，同时可以进行颗粒物的去除，提高超高纯甲醇的产品纯度。

一种超高纯甲醇的生产方法，包括以下步骤：

S1:对低纯度甲醇进行升温处理；

具体的，低纯度甲醇从加热器1的第一进入口10进入加热，加热至50-100℃。

S2:去除低纯度甲醇中的水含量；

具体的，加热后低纯度甲醇从第一过滤膜3的第一进口30进入，第一过滤膜3的第一渗透侧32的绝对压力为1000-8000Pa，透过第一过滤膜3的第一渗透侧32的水含量通过第一冷凝设备7冷凝后排出。

S3:去除低纯度甲醇中有机杂质和大部分金属离子；

步骤S3具体包括：

S30:去除低纯度甲醇中较轻的有机杂质；

具体的，第一过滤膜3的第一渗余侧31的低纯度甲醇进入脱轻塔20后，将甲醇中的含有较轻的醇、醛、酮、酯等有机杂质进行去除；其中，脱轻塔20操作温度为40-70℃，操作压力为0-50kPa，回流比为0.5-30。

S31:去除低纯度甲醇中大部分金属离子以及比甲醇沸点高的有机杂质。

脱轻塔20的塔底组分再进入脱重塔21，将甲醇中的比甲醇沸点高的醇、醛、酮、酯等有机杂质和大部分金属离子去除。其中，脱重塔21操作温度为60-90℃，操作压力为0-50kPa，回流比为0.5-30。

S4:进一步去除低纯度甲醇中的金属离子和颗粒物；

具体的，从第二精馏塔210的塔顶出口214排出的低纯度甲醇进入第二过滤膜4，进一步去除部分金属离子和颗粒物；并且，位于第二过滤膜4的第二渗余侧41的原料再次从脱轻塔20的第一入口203进入，再次执行步骤S3。其中，S4的操作温度40-70℃，第二渗透侧42的绝对压力为1000-8000Pa。

S5:对低纯度甲醇进行冷却处理。

具体的，从第二过滤膜4的渗透侧42出来的甲醇进入第二冷凝设备8进行冷却。

S6:再次去除低纯度甲醇中的金属离子和颗粒物。

具体地，经过第二冷凝设备8冷却后的甲醇进入第三过滤膜5处理，进一步去除金属离子和颗粒物；并且，位于第三过滤膜5的第三渗余侧51的原料再次从第二过滤膜4的第二进口40进入，再次执行步骤S4，第三过滤膜5的第三渗透侧52即为最终的超高纯甲醇。

为了更好的理解本实用新型，下面通过两个具体实施例来进一步阐述一种超高纯甲醇的生产方法的具体步骤：

实施例一：

步骤一：将低纯度甲醇加热至100℃。

步骤二：加热至100℃的甲醇进入分子筛膜/陶瓷复合膜(第一过滤膜3)，其渗透侧的绝对压力为3000Pa，将甲醇中的水去除。

步骤三：第一过滤膜3的第一渗余侧31进入第一精馏塔200，第一精馏塔200塔顶操作温度为45℃，塔釜操作温度为70℃，塔顶操作压力为50kPa，回流比为15，分离出塔顶为较轻的醇、醛、酮、酯等有机杂质。

第一精馏塔200的塔底组分进入第二精馏塔210，第二精馏塔210塔顶操作温度为60℃，塔釜操作温度为80℃，塔顶操作压力为0kPa，回流比为20。分离出塔釜中比甲醇沸点高的醇、醛、酮、酯等组分和大部分金属离子。

步骤四：第二精馏塔210的塔顶组分进入聚磺化氯乙烯基醚聚合物/PTFE膜(第二过滤膜4)，进一步去除部分金属离子和颗粒物。其中，步骤四的操作温度50℃，第二渗透侧42的绝对压力为3000Pa。

步骤五：第二过滤膜4的第二渗透侧42的组分进入第二冷凝设备8进行冷却处理；第二过滤膜4的第二渗余侧41的组分再次进入第一精馏塔200，再次执行步骤三。

步骤六：经过第二冷凝设备8冷却后的组分进入聚磺化氯乙烯基醚-亚胺二乙酸基螯合膜/PTFE(第三过滤膜5)，进一步去除金属离子和颗粒物。第三过滤膜5的第三渗余侧51再次进入第二过滤膜4，再次执行步骤四；第三过滤膜5的第三渗透侧52即为超高纯甲醇，超高纯甲醇分析结果见表1。

实施例二：

步骤一：将低纯度甲醇加热至80℃。

步骤二：加热至90℃的甲醇进入PVA/PVDF/PET有机复合膜(第一过滤膜3)，其渗透侧的绝对压力为3000Pa，将甲醇中的水去除。

步骤三：第一过滤膜3的第一渗余侧31进入第一精馏塔200，第一精馏塔200塔顶操作温度为40℃，塔釜操作温度为70℃，塔顶操作压力为50kPa，回流比为15。分离出塔顶为较轻的醇、醛、酮、酯等有机杂质。

第一精馏塔200的塔底组分进入第二精馏塔210，第二精馏塔210塔顶操作温度为60℃，塔釜操作温度为80℃，塔顶操作压力为0kPa，回流比为15。分离出塔釜中比甲醇沸点高的醇、醛、酮、酯等组分和大部分金属离子。

步骤四：第二精馏塔210的塔顶组分进入聚六氟丙烯/PTFE膜(第二过滤膜4)，进一步去除部分金属离子和颗粒物。其中，步骤四的操作温度50℃，第二渗透侧42的绝对压力为3000Pa。

步骤五：第二过滤膜4的第二渗透侧42的组分进入第二冷凝设备8进行冷却处理；第二过滤膜4的第二渗余侧41的组分再次进入第一精馏塔200，再次执行步骤三。

步骤六：经过第二冷凝设备8冷却后的组分进入聚六氟丙烯-亚胺二乙酸基螯合膜/PTFE(第三过滤膜5)，进一步去除金属离子和颗粒物。第三过滤膜5的第三渗余侧51再次进入第二过滤膜4，再次执行步骤四；第三过滤膜5的第三渗透侧52即为超高纯甲醇，超高纯甲醇分析结果见表1。

表1分析结果

以上表格是为了说明甲醇原料中含有的组分，其组分含量与来源很大的关系，但不限制该实用新型的适用性，经过该实用新型提供的生产装置生产的甲醇产品均可达到SEMI C12(G4)以上的标准要求。

本实用新型通过第二过滤膜4和第三过滤膜5两种膜技术来去除金属离子，使其达到SEMI-C12标准中金属离子的要求；两种膜的膜材料溶出物少，达到半导体级别；这两种膜除了去除金属离子外，同时可以进行颗粒物的去除，提高超高纯甲醇的产品纯度。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种超高纯甲醇的生产装置，其特征在于，包括加热器(1)、精馏装置(2)、第一过滤膜(3)、第二过滤膜(4)和第三过滤膜(5)，所述第一过滤膜(3)的第一进口(30)和所述加热器(1)的第一排出口(11)连接，所述第一过滤膜(3)的第一渗余侧(31)和所述精馏装置(2)的第一入口(203)连接；所述第二过滤膜(4)的第二进口(40)和所述精馏装置(2)的塔顶出口(214)连接，所述第二过滤膜(4)的第二渗余侧(41)和所述精馏装置(2)的第一入口(203)连接；所述第二过滤膜(4)的第二渗透侧(42)和所述第三过滤膜(5)的第三进口(50)连接，所述第三过滤膜(5)的第三渗余侧(51)和所述第二过滤膜(4)的第二进口(40)连接。

2.根据权利要求1所述的超高纯甲醇的生产装置，其特征在于，所述精馏装置(2)包括脱轻塔(20)和脱重塔(21)，所述脱轻塔(20)的塔底出口(204)和所述脱重塔(21)的第二入口(213)连接，所述脱轻塔(20)上设置有所述第一入口(203)，所述脱重塔(21)上设置有所述塔顶出口(214)。

3.根据权利要求1所述的超高纯甲醇的生产装置，其特征在于，所述生产装置还包括第一冷凝设备(7)，所述第一冷凝设备(7)的第二进入口(700)和所述第一过滤膜(3)的第一渗透侧(32)连接。

4.根据权利要求1所述的超高纯甲醇的生产装置，其特征在于，所述生产装置还包括设置在所述第二过滤膜(4)和第三过滤膜(5)之间的第二冷凝设备(8)，所述第二冷凝设备(8)的第三进入口(800)和所述第二过滤膜(4)的第二渗透侧(42)连接，所述第二冷凝设备(8)的第三排出口(801)和所述第三过滤膜(5)的第三进口(50)连接。

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