TWI481550B - 高純度硫酸溶液之製備方法 - Google Patents

Description

高純度硫酸溶液之製備方法

本發明是有關於一種硫酸溶液之製備方法，且特別是有關於一種高純度硫酸溶液之製備方法。

一般半導體產業、液晶顯示器、太陽能產業等電子業之基材蝕刻廢料中，除了未耗盡之強酸強鹼蝕刻液(如硫酸)外，還有從半導體或液晶顯示器玻璃基材或太陽能電池元件所蝕刻下來的等不純污染物質。目前上述產業所產生之蝕刻廢液亦常作為廢棄物處理，不僅造成環境的嚴重負擔，也不符合經濟效益。

半導體產業製程作業中，係以至少96重量百分比(wt%)的硫酸溶液與30重量百分比的過氧化氫經適當比例混合配置的清潔液，進行晶圓清潔的步驟。由於晶圓清潔的步驟係於80℃至120℃之溫度下進行，會導致清潔液中部分過氧化氫裂解成氧氣與水。

進行晶圓清潔的步驟後之硫酸廢液，除了由過氧化氫所裂解成的水導致清潔液中硫酸濃度下降之外，還有經 過多次清潔步驟後，上述晶圓中所含之部份物質會被蝕刻出來並留在硫酸廢液中，形成不溶性不純物。

目前業界嘗試找出處理硫酸廢液的方法，然而硫酸廢液處理成本過高，所含之雜質甚多，難以回收成符合半導體等電子產業製程需求的高純度硫酸溶液。

因此，目前業界嘗試找出由硫酸廢液製備高純度硫酸溶液的方法，習知之製備方法係利用真空或減壓(低於一大氣壓)進行蒸餾，由於在氣壓較低的蒸餾條件下，硫酸之沸點會降低，蒸餾所需溫度隨之降低，而無法有效完全去除沸點低於硫酸的化合物，以致無法獲得純度較高的硫酸。

再者，加熱至硫酸沸點所產生之硫酸氣體，接續利用冷凝裝置進行硫酸氣體的冷凝作業，由於高溫的硫酸氣體與冷凝裝置之材質接觸，硫酸氣體易蝕刻冷凝裝置之材質，使冷凝裝置之材質崩解而污染硫酸氣體，以致影響產出之硫酸溶液的純度。

有鑑於此，亟需提供一種高純度硫酸溶液之製備方法，以克服硫酸廢液之再利用的問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種高純度硫酸溶液之製備方法，其係依序進行第一預熱步驟、第二預熱步驟、蒸餾步驟、蒸發步驟以獲得含有三氧化硫(SO₃ )、硫酸以及水的第一氣體，並利用硫酸溶液吸收第一氣體，以形成濃度至少96重量百分比的高純度硫酸溶液，且高純度硫 酸溶液之雜質係不大於0.1十億分之一莫耳濃度(ppb)。

其次，本發明之另一態樣是在提供一種用於製備高純度硫酸溶液之系統，其係藉於一大氣壓下進行加熱以獲得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一氣體，並利用硫酸溶液吸收第一氣體，以形成濃度至少96重量百分比的高純度硫酸溶液，且上述之高純度硫酸溶液之雜質係不大於0.1ppb。

根據本發明之上述態樣，提出一種高純度硫酸溶液之製備方法。在一實施例中，首先，提供混合溶液，其中混合溶液包含硫酸、第一溶液、過氧化氫、水、氧氣以及不溶性不純物，且第一溶液之沸點高於硫酸。

接著，將混合溶液利用重力流於一大氣壓下依序進行第一預熱步驟、第二預熱步驟以及蒸餾步驟，以形成第二溶液，其中第一預熱步驟去除過氧化氫、水與氧氣，第二預熱步驟與蒸餾步驟去除水，第一預熱步驟之溫度係低於第二預熱步驟之溫度，且第二預熱步驟之溫度係低於蒸餾步驟之溫度。

然後，第二溶液進行蒸發步驟，以於高於硫酸之沸點且低於第一溶液之沸點的溫度下，去除不溶性不純物以及第一溶液，並獲得第一氣體，其中第一氣體包含三氧化硫、硫酸以及水。

隨後，利用硫酸溶液吸收第一氣體，以形成高純度硫酸溶液，其中高純度硫酸溶液之濃度係至少96重量百分比，且上述之高純度硫酸溶液之雜質係不大於0.1ppb。

根據本發明之其他態樣，提供一種用於製備高純度硫酸溶液之系統，包含原料槽、第一硫酸純化裝置、第二硫酸純化裝置以及收集槽。

上述之原料槽係用以容置混合溶液，其中原料槽之頂部設有進料口，原料槽之底部設有出料口，出料口係與第一管線連接。

上述之第一硫酸純化裝置係藉由第一管線與原料槽連接，使混合溶液輸入第一硫酸純化裝置，其中第一硫酸純化裝置包含第一預熱槽、第二預熱槽以及蒸餾塔。第一預熱槽係藉由第一管線與原料槽連接。第二預熱槽係藉由第二管線與第一預熱槽連接，且設於低於第一預熱槽之第一高度。蒸餾塔係藉由第三管線與第二預熱槽連接，且設於低於第二預熱槽之第二高度。

上述之第二硫酸純化裝置係藉由第四管線與蒸餾塔連接，且設於低於蒸餾塔之第三高度，其中第二硫酸純化裝置包含蒸發塔與吸收塔。蒸發塔係藉由第四管線與蒸餾塔連接，以將第一溶液進行蒸發步驟，而形成第一氣體，且第一氣體包含三氧化硫、硫酸以及水。吸收塔係藉由第五管線連接至蒸發塔，其中吸收塔包含吸收劑，且吸收劑為硫酸溶液，用以吸收第一氣體，並形成濃度係至少96重量百分比的高純度硫酸溶液，且上述之高純度硫酸溶液之雜質係不大於0.1ppb。

上述之收集槽係藉由第六管線與吸收塔連接，以收集高純度硫酸溶液。

應用本發明之高純度硫酸溶液之製備方法，其係於一大氣壓下進行加熱以獲得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一氣體，並利用硫酸溶液吸收第一氣體，以形成高純度硫酸溶液。不僅減少廢液排放，大幅降低硫酸廢液處理成本，而且純化所得之高純度硫酸溶液又可再利用於半導體產業與其他工業製程中。

100‧‧‧高純度硫酸溶液之製備方法

110‧‧‧提供一混合溶液

120‧‧‧進行第一預熱步驟

130‧‧‧進行第二預熱步驟

140‧‧‧進行蒸餾步驟

150‧‧‧進行蒸發步驟形成第一氣體

160‧‧‧利用硫酸溶液吸收第一氣體

170‧‧‧形成高純度硫酸溶液

200‧‧‧系統

210‧‧‧原料槽

210a‧‧‧進料口

210b‧‧‧出料口

212‧‧‧出料泵

220‧‧‧第一硫酸純化裝置

222‧‧‧第一預熱槽

222a‧‧‧第一管線

224‧‧‧第二預熱槽

224a‧‧‧第二管線

226‧‧‧蒸餾塔

226a‧‧‧第三管線

228‧‧‧冷凝裝置

228a‧‧‧第七管線

228b‧‧‧第一廢液槽

228c‧‧‧第二冷卻器

230‧‧‧第二硫酸純化裝置

232‧‧‧蒸發塔

232a‧‧‧第四管線

233‧‧‧第二冷卻器

233a‧‧‧第八管線

233b‧‧‧第二廢液槽

234‧‧‧吸收塔

234a‧‧‧第五管線

234b‧‧‧熱交換器

234c‧‧‧濃度控制器

235‧‧‧循環泵

236‧‧‧除氣塔

238‧‧‧第一冷卻器

240‧‧‧收集槽

240a‧‧‧第六管線

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施例的一種高純度硫酸溶液之製備方法的流程圖。

第2圖係繪示依照本發明之一實施例之一種用於製備高純度硫酸溶液之系統的部分示意圖。

承前所述，本發明提供一種高純度硫酸溶液之製備方法，其係於一大氣壓下進行加熱以獲得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一氣體，並利用硫酸溶液吸收第一氣體，以形成濃度至少96重量百分比之高純度硫酸溶液。以下配合第1圖說明本發明一實施例之高純度硫酸溶液之製備方法。

高純度硫酸溶液之製備方法

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的高純度硫酸溶液之製備方法的流程示意圖。

1. 提供混合溶液

首先，如步驟110所示，提供混合溶液，其中此混合溶液包含硫酸、第一溶液、過氧化氫、水、氧氣以及不溶性不純物，且此第一溶液之沸點高於硫酸之沸點。

在一實施例中，上述之混合溶液係選自於半導體製程中所產生之硫酸廢液。在一例示中，上述之混合溶液係選自於進行晶圓清潔的步驟後，含有濃度約60重量百分比之硫酸的清潔廢液。在另一例示中，上述之混合溶液係選自於半導體產業、液晶顯示器、太陽能產業等電子業之基材蝕刻廢料。

在一實施例中，前述之混合溶液可選擇性地加入觸媒材料，以分解過氧化氫，而提升混合溶液中之硫酸濃度，進而可降低後續純化步驟之能源成本及時間成本。此觸媒材料可抵抗混合溶液中之酸液的腐蝕。此觸媒材料之具體例，如：金屬鉑觸媒、金屬鎳觸媒、金屬鋯觸媒、其他適當之觸媒材料或上述材料之任意組合。

當上述之混合溶液加入觸媒材料時，觸媒材料分解過氧化氫所產生之氧氣須藉由除氣裝置排出，以避免產生壓力，而影響硫酸純化。

2. 進行第一硫酸純化步驟

接著，將上述之混合溶液利用重力流於一大氣壓下依序進行第一預熱步驟、第二預熱步驟以及蒸餾步驟，以 去除沸點低於硫酸之物質，並形成第二溶液，其中第一預熱步驟之溫度係低於第二預熱步驟之溫度，且第二預熱步驟之溫度係低於蒸餾步驟之溫度。

2.1 進行第一預熱步驟

如步驟120所示，進行第一預熱步驟，其係將混合溶液於一大氣壓下加熱至少120℃，不僅將過氧化氫裂解成水與氧氣，更去除混合溶液中的過氧化氫、水與氧氣。

在一實施例中，於進行第一硫酸純化步驟前，若混合溶液未加入觸媒材料時，上述之第一預熱步驟可選擇性地包含添加觸媒材料至混合溶液中之步驟，以分解過氧化氫，而提升混合溶液中硫酸之濃度。此觸媒材料可抵抗混合溶液中之酸液的腐蝕，且於高溫環境(即第一預熱步驟之溫度)中仍可有效分解過氧化氫。此觸媒材料之具體例，如：金屬鉑觸媒、金屬鎳觸媒、金屬鋯觸媒、其他適當之觸媒材料或上述材料之任意組合。

在一例示中，當混合溶液加入觸媒材料時，於120℃下，經過1分鐘後，混合溶液中之過氧化氫的殘留濃度為9.7%，而硫酸濃度為67%。

若混合溶液不加入觸媒材料時，於120℃下進行第一預熱步驟，經過15分鐘後，混合溶液中之過氧化氫的殘留濃度約為60%，而硫酸濃度約為67.58%。

2.2 進行第二預熱步驟

然後，如步驟130所示，將上述經第一預熱步驟處理的混合溶液進行第二預熱步驟。其係將混合溶液於一大 氣壓下加熱至160℃至200℃之間，以去除混合溶液中的水，以形成第三溶液，其中第三溶液含有60重量百分比至80重量百分比之間的硫酸。

在一實施例中，若前述各步驟中之混合溶液不加入觸媒材料時，上述之第二預熱步驟可選擇性地包含添加觸媒材料至混合溶液中之步驟，以進一步分解混合溶液中殘留之過氧化氫，而可提升混合溶液中之硫酸濃度，進而降低下述蒸餾步驟之能源成本及時間成本。

此觸媒材料可抵抗酸液之腐蝕，且於高溫環境(即第二預熱步驟之溫度)中，此觸媒材料仍可分解過氧化氫。此觸媒材料之具體例如前所述，在此不另贅述。

2.3 進行蒸餾步驟

之後，如步驟140所示，將上述之第三溶液進行蒸餾步驟。其係將第三溶液於一大氣壓下加熱至340℃至350℃之間，以去除第三溶液中的水，以形成第二溶液，其中第二溶液係含有98重量百分比之硫酸的混合溶液。

3. 進行第二硫酸純化步驟

隨後，將上述之第二溶液進行第二硫酸純化步驟，以去除沸點高於硫酸之物質，並以硫酸溶液吸收，以形成濃度至少96重量百分比的高純度硫酸溶液。

3.1 進行蒸發步驟

如步驟150所示，將上述之第二溶液進行蒸發步驟。係將第二溶液中的硫酸揮發成第一氣體，其中第一氣體包含三氧化硫、硫酸以及水，收集第一氣體以待後續處 理，並去除第二溶液中沸點高於硫酸的第一溶液與不溶性不純物。

在一實施例中，上述之第一氣體包含28重量百分比之三氧化硫。在另一實施例中、上述之第一氣體包含52重量百分比之硫酸。在又一實施例中，上述之第一氣體包含20重量百分比之水。

在一實施例中，蒸發步驟係使硫酸分解成三氧化硫(SO₃ )與水。在一例示中，上述之蒸發步驟係於一大氣壓下加熱至340℃至350℃之間。在另一例示中，上述之蒸發步驟係於一大氣壓下加熱至340℃至345℃之間。在又一例示中，上述之蒸發步驟係於一大氣壓下加熱至345℃至350℃之間。

在一實施例中，上述之不溶性不純物係源自半導體製程中，在清洗晶圓步驟，晶圓所含之部份物質，例如重金屬，有機物等物質會被蝕刻出來並留在硫酸廢液中。

3.2 利用硫酸溶液吸收第一氣體。

隨即，如步驟160所示，利用濃度係大於96重量百分比的硫酸溶液吸收第一氣體，以形成高純度硫酸溶液。

在一實施例中，上述之高純度硫酸溶液之濃度係至少96重量百分比。在一例示中，上述之高純度硫酸溶液之濃度係96重量百分比至98重量百分比之間。

在一實施例中，上述之高純度硫酸溶液所含之雜質係不大於0.1十億分之一莫耳濃度(ppb)。端視實際需求而異，可為電子級的品質，例如200ppb或其他數值。端視客 戶需求或不同產品而異，在其他例示中，前述之高純度硫酸溶液所含之雜質之亦可為0.1ppb至100ppb、0.1ppb至1ppb、1ppb至10ppb、10ppb至100ppb。

在一實施例中，上述之雜質可為金屬不純物。在一例示中，上述之金屬不純物可包括但不限於銀、鋁、金、鋇、鈹、鉍、鈣、鎘、鈷、鉻、銅、鐵、鎵、鍺、汞、鉀、鋰、鎂、錳、鉬、鈉、鈮、鎳、鉛、銻、錫、鍶、鉭、鈦、鉈、釩、鋅、鋯及其任意組合。

另外，前述所得高純度硫酸溶液可視情況選擇性進行除氣步驟，以去除未被吸收之第一氣體。接著，在除氣步驟後亦可視情況選擇性更進行冷卻步驟，以冷卻高純度硫酸溶液。

值得一提的是，前述所得高純度硫酸溶液更可選擇性進行後處理，以提供半導體產業、液晶顯示器、太陽能產業等工業製程所需之硫酸或硫酸系混酸產品。關於硫酸或硫酸系混酸產品產品可使用習知製程進行，此為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，在此不另贅述。

用於製備高純度硫酸溶液之系統

在一實施例中，上述高純度硫酸溶液之製備方法可於習知的反應系統或於第2圖之反應系統200中進行之。以下藉由第2圖之用於製備高純度硫酸溶液之系統200為例來說明之。

請參照第2圖，其係繪示根據本發明一實施例之用於製備高純度硫酸溶液之系統示意圖。

本發明此處所稱之「混合溶液」主要指進行晶圓清潔的步驟後之硫酸廢液，或半導體產業、液晶顯示器、太陽能產業等電子業之基材蝕刻廢料，包含硫酸、沸點高於硫酸之第一溶液、過氧化氫、水、氧氣以及不溶性不純物。

在一實施例中，第2圖之反應系統200可包括原料槽210、第一硫酸純化裝置220、第二硫酸純化裝置230以及收集槽240。

在一實施例中，上述之原料槽210係用以容置混合溶液，其中原料槽210之頂部設有進料口210a，原料槽之底部設有出料口210b，出料口210b係與第一管線222a連接。

在一實施例中，前述原料槽210中之混合溶液可選擇性地加入觸媒材料。當前述之混合溶液加入觸媒材料時，原料槽210須連通一除氣裝置(圖未繪示)，以洩除觸媒材料分解過氧化氫所產生之氧氣，而可避免裝置中之壓力變化，進而影響硫酸純化之效果。

在一實施例中，上述原料槽210中之混合溶液的觸媒材料可抵抗酸液的腐蝕。此觸媒材料之具體例，如：金屬鉑觸媒、金屬鎳觸媒、金屬鋯觸媒、其他適當之觸媒材料或上述材料之任意組合。

在一例示中，原料槽210另設有管路連通，使混合溶液得以注入原料槽210。在另一例示中，原料槽210可設 有攪拌設備(圖未繪示)。在又一例示中，出料口210b係設置原料槽210之底部，或例如於底部之中央或底部之一側，以利於混合溶液之排出。

在一實施例中，上述之第一硫酸純化裝置220係藉由第一管線222a與原料槽210連接，使混合溶液輸入第一硫酸純化裝置220。在一例示中，原料槽210與第一硫酸純化裝置220之間另設有出料泵212，使混合溶液輸入第一硫酸純化裝置220。在另一例示中，出料泵212可控制混合溶液的流速。

在一實施例中，上述之第一硫酸純化裝置220包含第一預熱槽222、第二預熱槽224以及蒸餾塔226。其中第一硫酸純化裝置220之高度由高至低依序為第一預熱槽222、第二預熱槽224以及蒸餾塔226，以使混合溶液利用重力流通過第一硫酸純化裝置220。並且，第一預熱槽222之溫度係低於第二預熱槽224之溫度，以及第二預熱槽224之溫度係低於蒸餾塔226之溫度。

在一實施例中，上述之第一預熱槽222、第二預熱槽224以及蒸餾塔226之材料可包括但不限於硼矽玻璃、人工合成石英及其任意組合。

在一實施例中，上述之第一預熱槽222係藉由第一管線222a與原料槽210連接。在一例示中，第一預熱槽222之溫度係大於120℃，以去除過氧化氫、水與氧氣。

在一實施例中，若原料槽210中之混合溶液不加入觸媒材料時，第一預熱槽222中之混合溶液可選擇性地加 入觸媒材料，以分解過氧化氫，而可提升混合溶液中硫酸之濃度，進而降低純化製程之能源成本及時間成本。

前述第一預熱槽222中之混合溶液的觸媒材料可抵抗酸液之腐蝕，且於高溫(即第一預熱槽之設定溫度)下，此觸媒材料仍可有效分解混合溶液中之過氧化氫。此觸媒材料之具體例，如：金屬鉑觸媒、金屬鎳觸媒、金屬鋯觸媒、其他適當之觸媒材料或上述材料之任意組合。

在一例示中，當第一預熱槽222中之混合溶液加入觸媒材料時，於120℃下，經過1分鐘後，混合溶液中之過氧化氫的殘留濃度為9.7%，而硫酸濃度為67%。

若前述第一預熱槽222中之混合溶液未加入觸媒材料時，於120℃下，經過15分鐘後，混合溶液中之過氧化氫的殘留濃度約為60%，而硫酸濃度約為67.58%。

在一實施例中，上述之第二預熱槽224係藉由第二管線224a與第一預熱槽222連接，且設於低於第一預熱槽222之第一高度。在一例示中，第二預熱槽224之溫度係160℃至200℃之間，以去除水，以形成第三溶液，其中第三溶液含有60重量百分比至80重量百分比之間的硫酸。

在一實施例中，若前述原料槽210或第一預熱槽222中之混合溶液不加入觸媒材料時，第二預熱槽224中之混合溶液可選擇性地加入觸媒材料，以進一步分解混合溶液中殘留之過氧化氫，而可提升硫酸之濃度。

前述第二預熱槽224之混合溶液所添加的觸媒材料可抵抗酸液之腐蝕，且於高溫(即第二預熱槽224之設定 溫度)下，觸媒材料仍可分解混合溶液中殘留之過氧化氫。此觸媒材料之具體例如前所述，在此不另贅述。

在一實施例中，上述之蒸餾塔226係藉由第三管線226a與第二預熱槽224連接，且設於低於第二預熱槽224之第二高度。在一例示中，蒸餾塔226之溫度係340℃至350℃之間，以去除混合溶液中的水，以形成第二溶液，其中第二溶液係含有98重量百分比硫酸的混合溶液。

在一實施例中，上述之第一硫酸純化裝置220更包含冷凝裝置228，冷凝裝置228藉由第七管線228a與第一預熱槽222、第二預熱槽224以及蒸餾塔226連接，以收集第一預熱槽222、第二預熱槽224與蒸餾塔226所去除之廢氣，例如過氧化氫、水、氧氣以及沸點低於酸之物質等。在一例示中，上述之冷凝裝置228可設有第二冷卻器228c與第一廢液槽228b，以利用第二冷卻器228c將廢氣冷卻或形成廢液，且儲存於第一廢液槽228b。

在一實施例中，上述之第二硫酸純化裝置230係藉由第四管線232a與蒸餾塔226連接，且設於低於蒸餾塔226之第三高度，其中第二硫酸純化裝置230包含蒸發塔232與吸收塔234。

在一實施例中，上述之蒸發塔232係加熱使硫酸氣化，部份分解成三氧化硫與水，以去除混合溶液之不溶性不純物以及沸點高於硫酸之第一溶液。在一例示中，上述之蒸發塔232係於一大氣壓下加熱至340℃至350℃之間。在另一例示中，上述之蒸發塔232係於一大氣壓下加熱至 340℃至345℃之間。在另一例示中，上述之蒸發塔232係於一大氣壓下加熱至345℃至350℃之間。

在一實施例中，上述之蒸發塔232係藉由第四管線232a與蒸餾塔226連接，以將第一溶液進行蒸發步驟，以形成第一氣體，且第一氣體包含的三氧化硫、硫酸以及水。

在一實施例中，上述之蒸發塔232可設有第二冷卻器233，其中第二冷卻器233係藉由第八管線233a與蒸發塔232連接，以收集蒸發塔232所殘餘之液體，包含不溶性不純物與第一溶液。在一例示中，上述之第二冷卻器233可設有第二廢液槽233b，以儲存上述之不溶性不純物與第一溶液。

在一實施例中，上述之吸收塔234藉由第五管線234a連接至蒸發塔232，其中吸收塔234包含吸收劑，且吸收劑為濃度係大於96重量百分比的硫酸溶液，用以吸收第一氣體，並形成濃度係至少96重量百分比的高純度硫酸溶液。在一例示中，高純度硫酸溶液之濃度係96重量百分比至98重量百分比之間。

在一實施例中，上述之吸收塔之材料可包括但不限於鐵氟龍(Teflon)。

在一實施例中，上述之吸收塔234另設有循環泵235、熱交換器234b與濃度控制器234c。在一例示中，上述之循環泵235，係用以驅使吸收塔234內的硫酸溶液流動，以吸收第一氣體。在又一例示中，熱交換器234b係用以調控吸收塔234之溫度，以避免吸收塔234溫度過高。 在另一例示中，濃度控制器234c係用以調控吸收塔234內部之硫酸溶液的液面高度，並且端視客戶需求或不同產品而異，輸入純水以調整高純度硫酸溶液之濃度。

在一實施例中，上述之收集槽240係藉由第六管線240a與吸收塔234連接，以收集高純度硫酸溶液。

在一實施例中，上述之收集槽240與吸收塔234之間更連接除氣塔236，以去除未被吸收之第一氣體。在一例示中，上述之除氣塔236與吸收塔234之間更連接第一冷卻器238，以冷卻高純度硫酸溶液。

綜言之，本發明之高純度硫酸溶液之製備方法與其純化所得之高純度硫酸溶液具有電子級的品質，可進行後處理，以提供半導體產業、液晶顯示器、太陽能產業等工業製程所需之硫酸或硫酸混酸產品。

惟在此需補充的是，本發明雖以特定化合物、特定製程、特定反應條件、特定應用方式或特定設備等作為例示，說明本發明之高純度硫酸溶液之製備方法與用於製備高純度硫酸溶液之系統，惟本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者可知，本發明並不限於此，在不脫離本發明之精神和範圍內，本發明之高純度硫酸溶液之製備方法亦可使用其他的化合物、其他製程、其他反應條件、其他應用方式、其他等級相當的設備等進行。

綜言之，由上述本發明實施方式可知，應用本發明之高純度硫酸溶液之製備方法，其優點在於係藉於一大氣壓下進行加熱，以獲得含有三氧化硫、硫酸以及水的第一 氣體，並利用硫酸溶液吸收第一氣體，以形成高純度硫酸溶液。不僅減少廢液排放，大幅降低硫酸廢液處理成本，而且純化所得之高純度硫酸溶液又可再利用於半導體產業與其他工業製程中。

其次，於進行蒸餾步驟前，本發明之混合溶液可選擇性地加入觸媒材料，以分解過氧化氫，而可提升混合溶液中之硫酸濃度，進而降低後續純化步驟之能源成本及時間成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧高純度硫酸溶液之製備方法

110‧‧‧提供一混合溶液

120‧‧‧進行第一預熱步驟

130‧‧‧進行第二預熱步驟

140‧‧‧進行蒸餾步驟

150‧‧‧進行蒸發步驟形成第一氣體

160‧‧‧利用硫酸溶液吸收第一氣體

170‧‧‧形成高純度硫酸溶液

Claims (23)

1. 一種高純度硫酸溶液之製備方法，至少包含：提供一混合溶液，其中該混合溶液包含硫酸、一第一溶液、過氧化氫、水、氧氣、一不溶性不純物以及一觸媒材料，且該第一溶液之沸點高於該硫酸之沸點；將該混合溶液利用一重力流於一大氣壓下依序進行一第一預熱步驟、一第二預熱步驟以及一蒸餾步驟，以形成一第二溶液，其中該第一預熱步驟去除該過氧化氫、該水與該氧氣，該第二預熱步驟與該蒸餾步驟去除該水，該第一預熱步驟之溫度係低於該第二預熱步驟之溫度，且該第二預熱步驟之溫度係低於該蒸餾步驟之溫度；將該第二溶液進行一蒸發步驟，以於高於該硫酸之沸點且低於該第一溶液之沸點的溫度下，去除該不溶性不純物以及該第一溶液，並獲得一第一氣體，其中該第一氣體包含三氧化硫(SO₃ )、硫酸以及水；以及利用硫酸溶液吸收該第一氣體，以形成一高純度硫酸溶液，其中該高純度硫酸溶液之濃度係至少96重量百分比，且該高純度硫酸溶液之雜質係不大於0.1十億分之一莫耳濃度(ppb)。
2. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其中該第一預熱步驟之溫度係大於120℃。
3. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其 中該第二預熱步驟之溫度係160℃至200℃之間。
4. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其中該蒸餾步驟之溫度係340℃至350℃之間。
5. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其中該蒸發步驟之溫度係340℃至350℃之間。
6. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其中該第一預熱步驟包含添加一觸媒材料至該混合溶液中。
7. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其中該硫酸溶液之濃度係大於96重量百分比。
8. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，其中該高純度硫酸溶液之濃度係96重量百分比至98重量百分比之間。
9. 如請求項1所述之高純度硫酸溶液之製備方法，在該硫酸溶液吸收該第一氣體後，更至少包含一除氣步驟，以去除未被吸收之該第一氣體。
10. 如請求項9所述之高純度硫酸溶液之製備方法，在該除氣步驟後更至少包含一冷卻步驟，以冷卻該高純度 硫酸溶液。
11. 一種用於製備高純度硫酸溶液之系統，包含：一原料槽，以容置一混合溶液，其中該原料槽之一頂部設有一進料口，該原料槽之一底部設有一出料口，該出料口係與一第一管線連接；一第一硫酸純化裝置，該第一硫酸純化裝置係藉由該第一管線與該原料槽連接，使該混合溶液輸入該第一硫酸純化裝置，其中該第一硫酸純化裝置包含：一第一預熱槽，係藉由該第一管線與該原料槽連接；一第二預熱槽，係藉由一第二管線與該第一預熱槽連接，且設於低於該第一預熱槽之一第一高度；以及一蒸餾塔，係藉由一第三管線與該第二預熱槽連接，且設於低於該第二預熱槽之一第二高度；一第二硫酸純化裝置，係藉由一第四管線與該蒸餾塔連接，且設於低於該蒸餾塔之一第三高度，其中該第二硫酸純化裝置，包含：一蒸發塔，係藉由該第四管線與該蒸餾塔連接，以將該第一溶液進行一蒸發步驟，而形成一第一氣體，該第一氣體包含三氧化硫(SO₃ )、硫酸以及水；一吸收塔，係藉由一第五管線連接至該蒸發塔，其中該吸收塔包含一吸收劑，且該吸收劑為硫酸溶液，以吸收該第一氣體，並形成一高純度硫酸溶液，且該高純度硫酸溶液之濃度係至少96重量百分比；以及 一收集槽，藉由一第六管線與該吸收塔連接，以收集該高純度硫酸溶液。
12. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該原料槽之該混合溶液包含一觸媒材料。
13. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該第一預熱槽之該混合溶液包含一觸媒材料。
14. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該第一預熱槽之溫度係低於該第二預熱槽之溫度，且該第二預熱槽之溫度係低於該蒸餾塔之溫度。
15. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該混合溶液包含硫酸、一第一溶液、過氧化氫、水、氧氣以及一不溶性不純物，且該第一溶液之沸點高於硫酸。
16. 如請求項15所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該第一預熱槽之溫度係大於120℃，以去除該過氧化氫、該水與該氧氣。
17. 如請求項15所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該第二預熱槽之溫度係160℃至200℃之間，以去 除該水。
18. 如請求項15所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該蒸餾塔之溫度係340℃至350℃之間，以去除該水。
19. 如請求項15所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該蒸發塔之溫度係340℃至350℃之間，以去除該不溶性不純物以及該第一溶液。
20. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該硫酸溶液之濃度係大於96重量百分比。
21. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該高純度硫酸溶液之濃度係96重量百分比至98重量百分比之間。
22. 如請求項11所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該吸收塔與該收集槽之間更連接一除氣塔，以去除未被吸收之該第一氣體。
23. 如請求項22所述之用於製備高純度硫酸溶液之系統，其中該除氣塔與該收集槽之間更連接一第一冷卻器。