一种六氟化硫的提纯方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种六氟化硫的提纯方法及其设备，将粗品六氟化硫引入预冷器（１），将部分或全部六氟化硫液化；液化后的粗品六氟化硫依次通过第一除轻精馏塔（２１）、第一除重精馏塔（３）、第二除轻精馏塔（４），最后经低温换热器（５）换热后灌装。第一除轻精馏塔（２）、第二除轻灌馏塔（４）塔顶的低沸点富集气经尾气捕集器（６）收集处理后，可返回第一除轻精馏塔（２）再利用；第一除轻精馏塔（２）塔釜部分高沸点富集气和第一除重精馏塔（３）塔釜全部高沸点富集气经第二除重精馏塔（７）收集处理后，可返回第一除重精馏塔（３）再利用。通过该方法得到的六氟化硫纯度达９９．９９９％以上，同时大大降低了六氟化硫与能量的损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及六氟化硫的提纯方法及其设备。
技术介绍
超高纯(UHP)六氟化硫(SF6)是指纯度为99. 999%以上的六氟化硫产品。在半导 体及微电子工业中，TFT、LCD等的清洗和刻蚀需使用超高纯六氟化硫以保证清洗和蚀刻过 程的可靠性，普通工业级六氟化硫不能满足该领域使用要求。在纯化六氟化硫方面US4039646公开了一种生产六氟化硫的工艺流程，其中介绍 了两塔精馏提纯的方法，着重介绍了重组分产品的处理工艺，但是未公开精馏控制参数、 最终产品纯度。US5298229、US5720797、US5843208、US6096114、US6389845、US6454837、 JP110284、JP283692、JP15039等公开了采用膜分离、变压吸附、冷冻液化等技术或它们的组 合等相关提纯方法，但这些方法多用于设备中六氟化硫余气回收过程的提纯，未提及它们 在超高纯六氟化硫工业化生产过程中的应用。其中采用聚酰亚胺膜、炭素膜等分离膜虽能 将氧、水等杂质含量降至Ippm以下，但是由于膜分离技术存在较强的选择性，对其它杂质 的去除效果还未提及。变压吸附的方法中，活性炭、沸石、氧化铝、碱石灰等吸附剂可对六氟 化硫中部分杂质进行吸附去除，但存在着吸附剂的再生和对主组分的吸附损耗等问题，因 此更多的是将其用于六氟化硫纯度不高的原料气的初级提纯过程中。冷冻液化的方法中， 还无法将与六氟化硫沸点相差不大的杂质和含量较高的杂质有效去除，如六氟乙烷、八氟 丙烷、空气等，产品纯度无法满足超高纯的产品要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高效的六氟化硫的提纯方法。通过该方法提 纯的六氟化硫纯度可达99. 999%以上，同时大大降低了六氟化硫与能量的损耗。本专利技术要解决的另一技术问题是提供该工艺的设备。本专利技术的技术方案是将粗品六氟化硫引入预冷器，将部分或全部六氟化硫液化； 液化后的粗品六氟化硫依次通过第一除轻精馏塔、第一除重精馏塔、第二除轻精馏塔，将所 含低沸点和高沸点杂质去除，最后经低温换热器换热后灌装，六氟化硫纯度可达99. 999% 以上。本专利技术方法含有如下操作步骤(1)将粗品六氟化硫加压后引入预冷器降温1，部分或全部六氟化硫液化，预冷器 1温度为-30 -10°c，加压后气体压力为1. 7 2. OMPa0(2)预冷后粗品六氟化硫进入到第一除轻精馏塔2中，第一除轻精馏塔2塔压为 1. 4 2. OMPa,塔釜温度5 20°C，塔顶温度-30 -10°C。富含低沸点杂质的产物通过塔 顶采出进入到尾气捕集器6中，塔釜产物连续进入到第一除重精馏塔中。 (3)第一除轻精馏塔2塔釜采出产物进入到第一除重精馏塔3中，第一除重精馏塔 3塔压为1. 2 1. 8MPa，塔釜温度0 15°C，塔顶温度-20 -10°C，富含高沸点杂质的产物通过第一除重精馏塔3塔釜采出，塔顶产物连续进入到第二除轻精馏塔中。(4)第一除重精馏塔3塔顶采出产物进入到第二除轻精馏塔4中，第二除轻精馏塔4塔压为1. 0 1. 6MPa,塔釜温度0 10°C，塔顶温度-15 _5°C，含少量低沸点杂质的 产物可通过塔顶采出进入到尾气捕集器6中，塔釜收集到的产物中六氟化硫纯度可以达到 99. 999% 以上。(5)第二除轻精馏塔4塔釜采出产物进入到低温换热器5中，低温换热器5温度 为-20 -10°C，产物经低温换热器后可进行产品灌装。气体经过第一除轻精馏塔2后，低沸点杂质含量可降至100X 10_6(体积比，下同) 以下；经过第一除重精馏塔3后，高沸点杂质含量可降至5X10_6以下；经过第二除轻精馏 塔后，低沸点杂质含量可降至5X10-6以下。为了提高气体利用率，第一除轻精馏塔2、第二除轻精馏塔3塔顶的产物经尾气捕 集器6收集处理后，可返回第一除轻精馏塔2再利用，为使工艺连续进行，尾气捕集器至少 需要两个，当一个收集气体时，另一个可向第一除轻精馏塔2连续进样；第一除轻精馏塔2 塔釜部分产物和第一除重精馏塔3塔釜全部产物经第二除重精馏塔7收集处理后，可返回 第一除重精馏塔3再利用。第一除轻精馏塔2和第二除轻精馏塔3塔顶的产物进入到尾气捕集器6中，经低 温收集后，顶部富含低沸点杂质的产物可直接排空处理，当排空气体中六氟化硫的含量超 过10%时，停止排空；底部产物经加温加压后进入到第一除轻精馏塔再利用，其中六氟化 硫含量可以达到90%以上。两个尾气捕集器可切换使用，收集气体时，尾气捕集器压力为 0. 5 1. 3MPa，温度为-70 -60°C ；向第一除轻精馏塔进料时，尾气捕集器压力为2. 0 2. 2MPa，温度为 18 25"C。第一除轻精馏塔2塔釜部分产物和第一除重精馏塔3塔釜全部产物进入到第二除 重精馏塔7中，富含高沸点杂质的产物通过塔釜排出处理，塔顶产物进入到第一除重精馏 塔中再利用，其中六氟化硫含量可以达到90%以上。第二除重精馏塔7采用间歇性操作，收 集气体时，塔压为0. 5 1. 5MPa，塔釜温度为0 5°C，塔顶温度为-20 _10°C，向第一除 重精馏塔3进料时，塔压为1. 4 2. OMPa,塔釜温度为5 20°C，塔顶温度为-10 0°C。每个过程的气体成分均可通过气相色谱仪进行在线监控分析。上述粗品六氟化硫中六氟化硫体积含量一般不应低于90%，最好是95%以上，其 中杂质主要是氮气、氧气、一氧化碳、四氟化碳、二氧化碳、六氟乙烷、八氟丙烷、硫酰氟、亚 硫酰氟等永久性气体、氟碳化合物以及氟硫氧化合物，其中氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳 总含量小于5%，四氟化碳、六氟乙烷总含量小于3%，八氟丙烷、硫酰氟、亚硫酰氟等总含 量小于2%，水分含量低于IOX 10_6。为解决本专利技术第二个问题，提供了如下纯化设备本专利技术设备包括预冷器1、第一除轻精馏塔2、第一除重精馏塔3、第二除轻精馏塔 4、低温换热器5，预冷器通过管道与第一除轻精馏塔2连接，第一除轻精馏塔2塔釜通过管 道与第一除重精馏塔3连接，第一除重精馏塔3塔顶通过管道与第二除轻精馏塔7连接，第 二除轻精馏塔塔釜通过管道与低温换热器连接。本专利技术的设备参数一般为第一除轻精馏塔2填料高度与塔内径之比为40 50 1，精馏段与提馏段之比为0.3 0.8 1，填料选用不锈钢规整填料，比表面积600 800m2/m3。为提高精馏效果，在 塔体上端外部可加装冷却夹套，对上升物料进行预冷处理。第一除重精馏塔3填料高度与塔内径之比为20 30 1，精馏段与提馏段之比为 2.0 2. 5 1，填料选用不锈钢规整填料或散堆填料，比表面积600 700m2/m3。第二除轻精馏塔4填料高度与塔内径之比为15 25 1，精馏段与提馏段之比为 0. 5 1. 0 1，填料选用不锈钢规整填料或散堆填料，比表面积600 700m2/m3。第二除重精馏塔7填料高度与塔内径之比为15 25 1，只采用精馏段提纯，填 料选用不锈钢规整填料或散堆填料，比表面积500 600m2/m3。上述精馏塔塔体均采用不锈钢材质，塔顶冷凝器均采用高效换热器，优选螺旋板 式换热器，冷却介质优选工业乙醇或乙二醇水溶液，塔釜采用电加热或内部盘管与外部夹 套相结合的换热方式，加热介质优选热水或蒸汽。附图说明 图1是提纯六氟化硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六氟化硫的提纯方法，将粗品六氟化硫引入预冷器，将部分或全部六氟化硫液化；液化后的粗品六氟化硫依次通过第一除轻精馏塔、第一除重精馏塔、第二除轻精馏塔，将所含低沸点和高沸点杂质去除，最后经低温换热器换热后灌装，六氟化硫纯度达９９．９９９％以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓磊，张景利，牛学坤，赵冰，朱进京，梁真镇，
申请(专利权)人：黎明化工研究院，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]