电子级氢氟酸的生产工艺及生产用装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电子级氢氟酸的生产工艺及生产用装置，属于电子级化学品生产工艺及设备技术领域。该生产用装置采用在输送管道上设置定量加料组件，并结合双降膜蒸发装置串联使用后，通过冷凝塔上的进气管与第二降膜蒸发装置串联使用的结构方式，采用在液体输送过程中按摩尔配比定量加料、在第一降膜蒸发装置内进行降膜蒸发氧化反应、在第二降膜蒸发装置内进行负压低温蒸发、在冷凝塔内进行冷凝回流的生产工艺，能够使氢氟酸中的砷与氧化剂的反应时长缩短并避免对储罐的腐蚀，同时能够采用负压低温蒸发的方式进行氢氟酸的蒸发纯化，降低了除雾器的数量、长度和损耗，同时增加了蒸发操作的安全性。

【技术实现步骤摘要】
电子级氢氟酸的生产工艺及生产用装置
本专利技术涉及一种氢氟酸的生产工艺及生产用装置，具体涉及一种电子级氢氟酸的生产工艺及生产用装置，属于电子级化学品生产工艺及设备

技术介绍
电子级氢氟酸又称为超纯氢氟酸，是大规模集成电路制造过程中的关键性基础化工材料之一，在清洗、光刻、蚀刻和去胶等许多工序中都有使用，其纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。工业级无水氢氟酸的纯度高达99.95%或更高，但其中含有硅、磷、氮、氯、硫、砷、硼及金属元素等形成的阴、阳离子杂质。在集成电路制备等电子行业中应用的电子级氢氟酸对上述杂质含量的要求很高，要求其含量在10-9级别（ppb），尤其是对其中所含有的砷杂质的含量要求更为苛刻，通常要求其含量低于10ppb。砷作为一种非金属元素存在不同的价态，且各种价态均以不同的成分存在，不同成分的沸点又各有不同。现有技术中脱除工业级无水氢氟酸中的砷杂质时，通常是采用氧化剂（一般为高锰酸钾）将砷氧化形成能够挥发的含砷气体物质排出后，再通过精馏纯化来制备电子级氢氟酸。上述现有技术在进行砷氧化除杂时，通常是直接在工业级无水氢氟酸储罐内添加制程所用的氧化剂溶液（一般为高锰酸钾溶液），利用安装在储罐上的循环装置实现罐体内工业级无水氢氟酸和氧化剂溶液的大循环混合，并在该大循环混合的同时在常温常压下进行4-5个小时的氧化反应，氧化反应后形成的呈可挥发状态的含砷废气能够直接从储罐的顶部排出，同时过量的氧化剂溶液及其他杂质随经过处理的工业级无水氢氟酸被留在储罐内。上述现有技术进行氧化除杂的装置和处理方式的缺点在于：氧化剂溶液加入储罐内后需要经过储罐内液体的大循环反应进行充分混合，其混合及反应时间较长，一般需要约4-5h，耗时且耗能；此外，由于氧化剂溶液一般均以水作为溶剂，尤其是常用的高锰酸钾溶液，当该氧化剂水溶液加入储罐内后，无水氢氟酸受水分影响会形成含水氢氟酸，该含水氢氟酸极易对钢制储罐的内壁造成腐蚀，通常使用4-5年后就需要对该储罐进行报废更换，而储罐更换操作不便，同时经济成本也较大。上述现有技术中完成氧化除杂反应后，通常是将反应结束的液体通入常规的蒸发釜进行蒸发，蒸发出来的氟化氢气体经冷凝器冷凝后，再进行二次蒸发并经冷凝后形成成品，其中蒸发和冷凝可以采用多级蒸发冷凝的方式进行。上述现有技术进行蒸发冷凝的装置和处理方式的缺点在于：进行蒸发时所采用的蒸发温度一般为过热蒸发，即蒸发温度通常高于氢氟酸中氟化氢的吐沸温度，现有技术中通常采用50-60℃的蒸发温度，甚至该蒸发温度采用水蒸汽的温度。这样高温蒸发出来的氟化氢蒸汽中液滴的含量较高，因此冷凝器顶部需要多个除雾器联用或使用较长的除雾器才能将所有液滴去除干净，从而导致设备的占地面积较大；同时较高的蒸发温度导致蒸发的操作温度较高，能耗高，同时导致生产过程的安全性较低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电子级氢氟酸的生产工艺及生产用装置，该生产工艺和生产用装置能够实现低温去除砷杂质和低温蒸发，避免了添加氧化剂溶液后形成的含水氢氟酸对储罐的腐蚀，同时能够在得到高纯氢氟酸并保证产量和效率的同时，保证操作的安全性。本专利技术的技术方案是：本专利技术公开了一种电子级氢氟酸的生产工艺，该生产工艺主要包括下述步骤：步骤S1，将储存于工业级无水氢氟酸储罐内的工业级无水氢氟酸定量输送至位于第一降膜蒸发装置前端的混合管道内，同时将储存于氧化剂溶液储罐内的氧化剂溶液同步定量输送至所述混合管道内，所述工业级无水氢氟酸和所述氧化剂溶液在该混合管道内混合后进入第一降膜蒸发装置内；步骤S2，第一降膜蒸发装置内的工业级无水氢氟酸和氧化剂溶液在常温常压下进行降膜蒸发反应，其中工业级无水氢氟酸中的砷杂质和氧化剂溶液中的氧化剂进行反应形成挥发性气体，该挥发性气体从第一降膜蒸发装置的顶部排出以除去砷杂质；经反应后的剩余物质从第一降膜蒸发装置的换热管内流出后，从第一降膜蒸发装置的底部排出，并经管道进入第二降膜蒸发装置；步骤S3，第二降膜蒸发装置内的液体物质在接近并低于氢氟酸沸点的温度下进行负压蒸发，其中经该负压蒸发后蒸发出的氢氟酸蒸汽从该第二降膜蒸发装置的顶部经除雾器后排出进入冷凝塔的进气管内；经负压蒸发后且含有过量氧化剂溶液的高沸点液体从该第二降膜蒸发装置的底部排出，进行氧化剂溶液的回收及循环利用；步骤S4，进入冷凝塔内的氢氟酸蒸汽在该冷凝塔内进行冷凝后形成电子级氢氟酸，该电子级氢氟酸中的部分利用冷凝塔上的回流组件回流至进气管内，并对通入进气管内的氢氟酸蒸汽进行冲洗，从而使进气管及与进气管连通的第二降膜蒸发装置内的换热管内形成负压；该电子级氢氟酸中的剩余部分从排液口排出形成电子级氢氟酸产品；冷凝过程中形成的尾气从冷凝塔的顶部排出后进行后续处理。其进一步的技术方案是：所述步骤S1中，所述氧化剂溶液中氧化剂的摩尔量相对工业级无水氢氟酸中的砷的摩尔量过量1-1.5%。其进一步的技术方案是：所述步骤S2中，所述第一降膜蒸发装置中进入进水口内的水介质温度为20-25℃，且该第一降膜蒸发装置中流出出水口的水介质温度为18-23℃。其进一步的技术方案是：所述步骤S3中，所述第二降膜蒸发装置中进入进水口内的水介质温度为30-35℃，且该第二降膜蒸发装置中流出出水口的水介质温度为23-28℃。其进一步的技术方案是：所述步骤S3中，所述第二降膜蒸发装置的换热管内的负压为0.08-0.09MPa。本专利技术还公开了一种基于上述生产工艺的电子级氢氟酸生产用装置，该装置包括原料储罐、定量加料组件、第一降膜蒸发装置、第二降膜蒸发装置和冷凝塔，其中所述原料储罐的出料端通过管道及位于管道上的所述定量加料组件与第一降膜蒸发装置的进料端连通，所述第一降膜蒸发装置的液体出料端通过管道与第二降膜蒸发装置的进料端连通，且所述第一降膜蒸发装置的气体出料端通过管道与含砷废气收集装置连通；所述第二降膜蒸发装置的气体出料端通过管道与所述冷凝塔上的进气管连通，且所述第二降膜蒸发装置的液体出料端通过管道与氧化剂溶液收集装置连通；所述冷凝塔的底部定位装设有一回流组件，且该回流组件的末端与所述进气管连通。其进一步的技术方案是：所述原料储罐包括工业级无水氢氟酸储罐和氧化剂溶液储罐，所述定量加料组件包括与所述第一降膜蒸发装置的进料端固定连通的一混合管道，所述工业级无水氢氟酸储罐通过管道与所述混合管道连通，且该管道上设有用于计量工业级无水氢氟酸流量的第一流量计；所述氧化剂溶液储罐通过管道与所述混合管道连通，且该管道上设有用于计量氧化剂溶液流量的第二流量计。其进一步的技术方案是：所述第二降膜蒸发装置的气体出料端的顶部定位连接设有一除雾器，该除雾器的顶端通过管道与所述冷凝塔的进气管连通。其进一步的技术方案是：所述回流组件包括一循环泵，该循环泵的进料端通过管道与所述冷凝塔的底部连通，该循环泵的出料端通过管道与所述进气管的进口端连通。其进一步的技术方案是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子级氢氟酸的生产工艺，其特征在于，主要包括下述步骤：/n步骤S1，将储存于工业级无水氢氟酸储罐内的工业级无水氢氟酸定量输送至位于第一降膜蒸发装置前端的混合管道内，同时将储存于氧化剂溶液储罐内的氧化剂溶液同步定量输送至所述混合管道内，所述工业级无水氢氟酸和所述氧化剂溶液在该混合管道内混合后进入第一降膜蒸发装置内；/n步骤S2，第一降膜蒸发装置内的工业级无水氢氟酸和氧化剂溶液在常温常压下进行降膜蒸发反应，其中工业级无水氢氟酸中的砷杂质和氧化剂溶液中的氧化剂进行反应形成挥发性气体，该挥发性气体从第一降膜蒸发装置的顶部排出以除去砷杂质；经反应后的剩余物质从第一降膜蒸发装置的换热管内流出后，从第一降膜蒸发装置的底部排出，并经管道进入第二降膜蒸发装置；/n步骤S3，第二降膜蒸发装置内的液体物质在接近并低于氢氟酸沸点的温度下进行负压蒸发，其中经该负压蒸发后蒸发出的氢氟酸蒸汽从该第二降膜蒸发装置的顶部经除雾器后排出进入冷凝塔的进气管内；经负压蒸发后且含有过量氧化剂溶液的高沸点液体从该第二降膜蒸发装置的底部排出，进行氧化剂溶液的回收及循环利用；/n步骤S4，进入冷凝塔内的氢氟酸蒸汽在该冷凝塔内进行冷凝后形成电子级氢氟酸，该电子级氢氟酸中的部分利用冷凝塔上的回流组件回流至进气管内，并对通入进气管内的氢氟酸蒸汽进行冲洗，从而使进气管及与进气管连通的第二降膜蒸发装置内的换热管内形成负压；该电子级氢氟酸中的剩余部分从排液口排出形成电子级氢氟酸产品；冷凝过程中形成的尾气从冷凝塔的顶部排出后进行后续处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电子级氢氟酸的生产工艺，其特征在于，主要包括下述步骤：
步骤S1，将储存于工业级无水氢氟酸储罐内的工业级无水氢氟酸定量输送至位于第一降膜蒸发装置前端的混合管道内，同时将储存于氧化剂溶液储罐内的氧化剂溶液同步定量输送至所述混合管道内，所述工业级无水氢氟酸和所述氧化剂溶液在该混合管道内混合后进入第一降膜蒸发装置内；
步骤S2，第一降膜蒸发装置内的工业级无水氢氟酸和氧化剂溶液在常温常压下进行降膜蒸发反应，其中工业级无水氢氟酸中的砷杂质和氧化剂溶液中的氧化剂进行反应形成挥发性气体，该挥发性气体从第一降膜蒸发装置的顶部排出以除去砷杂质；经反应后的剩余物质从第一降膜蒸发装置的换热管内流出后，从第一降膜蒸发装置的底部排出，并经管道进入第二降膜蒸发装置；
步骤S3，第二降膜蒸发装置内的液体物质在接近并低于氢氟酸沸点的温度下进行负压蒸发，其中经该负压蒸发后蒸发出的氢氟酸蒸汽从该第二降膜蒸发装置的顶部经除雾器后排出进入冷凝塔的进气管内；经负压蒸发后且含有过量氧化剂溶液的高沸点液体从该第二降膜蒸发装置的底部排出，进行氧化剂溶液的回收及循环利用；
步骤S4，进入冷凝塔内的氢氟酸蒸汽在该冷凝塔内进行冷凝后形成电子级氢氟酸，该电子级氢氟酸中的部分利用冷凝塔上的回流组件回流至进气管内，并对通入进气管内的氢氟酸蒸汽进行冲洗，从而使进气管及与进气管连通的第二降膜蒸发装置内的换热管内形成负压；该电子级氢氟酸中的剩余部分从排液口排出形成电子级氢氟酸产品；冷凝过程中形成的尾气从冷凝塔的顶部排出后进行后续处理。


2.根据权利要求1所述的电子级氢氟酸的生产工艺，其特征在于：所述步骤S1中，所述氧化剂溶液中氧化剂的摩尔量相对工业级无水氢氟酸中的砷的摩尔量过量1-1.5%。


3.根据权利要求1所述的电子级氢氟酸的生产工艺，其特征在于：所述步骤S2中，所述第一降膜蒸发装置中进入进水口内的水介质温度为20-25℃，且该第一降膜蒸发装置中流出出水口的水介质温度为18-23℃。


4.根据权利要求1所述的电子级氢氟酸的生产工艺，其特征在于：所述步骤S3中，所述第二降膜蒸发装置中进入进水口内的水介质温度为30-35℃，且该第二降膜蒸发装置中流出出水口的水介质温度为23-28℃。


5.根据权利要求1所述的电子级氢氟酸的生...

【专利技术属性】
技术研发人员：林益兴，王琴，
申请(专利权)人：联仕昆山化学材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32