一種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法
2023-07-22 08:14:31
一種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法
【專利摘要】本發明涉及一種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，以來自氟碳烷烴生產裝置的鹽酸為原料，在指定的亞沸蒸餾裝置中進行膜式蒸餾操作，控制預熱溫度、加熱溫度、冷凝溫度以及循環流量等工藝參數，製備濃度大於35.0%，金屬離子含量小於1ppb的高純鹽酸，其金屬離子的指標滿足國際半導體設備與材料組織（SEMI）提出的Semi-C8標準。本發明可以解決超淨高純鹽酸中金屬離子去除這一問題，同時有效提高蒸餾速率。
【專利說明】一種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法。
【背景技術】
[0002] 超淨高純試劑（Process Chemicals)是微電子工業、特別是超大規模集成電路制 作過程中的關鍵性基礎化工材料之一，主要用於晶片的清洗和腐蝕，其純度和潔淨度對集 成電路的成品率、電性能及可靠性都有著十分重要的影響。超淨高純鹽酸是超淨試劑中需 求較大的一種，是一種附加值較高的產品。
[0003] 超淨高純試劑的提純技術有以下幾種：蒸餾與精餾、等溫蒸餾、亞沸蒸餾、減壓蒸 餾、升華、化學處理技術、氣體吸收技術、顆粒控制技術等。超淨高純鹽酸的控制指標涉及多 項內容，包括濃度、色度、有機雜質、遊尚氯含量、酸根尚子含量、金屬尚子含量、顆粒度等。 截至目前，沒有任何一種提純技術的效果能夠同時滿足眾多的指標要求，往往是多種提純 技術的綜合利用，方能達到目的。就金屬離子的去除而言，一般採取亞沸蒸餾的方法。
[0004] 傳統的亞沸蒸餾裝置一般由高純石英材料或氟聚合材料製成，其結構為在兩端封 閉的大石英管內斜插一冷凝管，下面繞有一 U型石英管，管內有電爐絲作為加熱器，加熱器 不直接加熱液體，依靠輻射加熱液體表面。蒸餾器下部有三個小孔，分別作為供料、溢流和 收集蒸餾液用。這種亞沸蒸餾的方法其蒸發麵較小，蒸發速率較慢，能源利用率較低。有文 獻報導，以傳統型亞沸蒸餾器精製硝酸，在150W的加熱功率下，8小時才能製備約200毫升 精製硝酸；在400W的加熱功率下，8小時能製備約1200毫升高純水，這主要是受加熱方式 和蒸發方式的限制。
[0005] 其它的相關技術如：CN102874757A公開了一種高純鹽酸的製備方法，使用工業鹽 酸為原料，通過蒸發、超濾、吸收、亞沸蒸餾等工藝處理，製備滿足HG/T2778-2009行業標 準的高純鹽酸；河南化工【2010, 27 (7)，61-62】的方法通過對工業鹽酸製備裝置進行工藝 改進，製備的工業鹽酸濃度大於36.0%，Fe小於3mg/L ;上海氯鹼化工【2006,（1)，13-17】 對傳統亞沸蒸餾的工藝進行研究優化，製備的鹽酸濃度可達36-38 %，金屬離子含量小於 0. lppb，達到了國際半導體設備與材料組織（SEMI)提出的Semi-C12標準，但蒸餾速率較 慢，只能達到150-200毫升/小時。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種高純鹽酸的亞沸蒸 餾方法。
[0007] 為解決以上技術問題，本發明採用如下技術方案：
[0008] -種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，所述亞沸蒸餾方法為將來自氟碳烷烴生產裝置 的鹽酸經過預熱器預熱後進入蒸餾器，在所述蒸餾器中進行降膜式蒸發，蒸發後的蒸汽在 所述蒸餾器內經冷凝後收集得到高純鹽酸，未被蒸發的液體通過循環泵泵入到所述預熱器 中，其中，所述蒸餾器包括具有加熱夾套的釜體、設置在所述釜體頂部的封頭、設置在所述 釜體內的用於冷凝所述蒸汽的冷凝器、設置在所述釜體內並位於所述冷凝器下方的集液 器及靠近所述釜體內側壁設置的布膜器，所述布膜器上靠近所述釜體內側壁的一側開設 有多個出料孔，所述預熱器的物料進入到所述布膜器內，再經過所述出料孔噴射到所述釜 體內側壁成膜流下；所述高純鹽酸的濃度大於35. 0%，所述高純鹽酸中金屬離子含量小於 lppb，所述預熱器的預熱溫度為55?65°C ;所述蒸餾器的加熱溫度為65?75°C。
[0009] 所述布膜器為沿所述釜體圓周方向環繞的環形管，所述環形管的靠近所述釜體內 側壁的一側與所述釜體內側壁的間隙為1?l〇mm。
[0010] 多個所述出料孔在所述環形管上沿所述環形管的長度方向均勻分布。
[0011] 所述布膜器位於所述加熱夾套的上方並靠近所述加熱夾套設置。
[0012] 所述冷凝器與所述封頭相連，並且所述冷凝器的冷卻介質進口管和出口管均穿過 所述封頭而伸出所述釜體外；所述集液器與所述釜體的底部相連，所述集液器的出料管穿 過所述釜體的底部而伸出所述釜體外。
[0013] 所述集液器的集液口位於所述冷凝器的正下方，所述集液器的集液口的橫截面面 積大於所述冷凝器的橫截面面積。
[0014] 所述冷凝器的冷卻溫度為0?15°C。
[0015] 所述循環泵的流量為0. 06XS?0. 3XS、單位為m3/h，其中，S為所述蒸餾器的蒸 發麵積、單位為m2。所述蒸餾器的蒸發麵積為所述釜體的內側壁的面積。
[0016] 為了保證產品的濃度及防止在釜體內側壁上結垢，要求所述來自氟碳烷烴生產裝 置的鹽酸的濃度大於33.0%，所述來自氟碳烷烴生產裝置的鹽酸中的金屬離子含量小於 200mg/L。
[0017] 由於上述技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0018] 本發明的方法中物料在蒸餾器內以動態成膜的形式蒸發，能夠顯著增加其蒸發麵 積，加速其蒸汽揮發，加速蒸發速率，同時在蒸餾器內收集蒸發後的料液。採用本發明方法 製備的高純鹽酸的濃度大於35. 0 %，其金屬離子含量小於lppb，金屬離子的指標滿足國際 半導體設備與材料組織（SEMI)提出的Semi-C8標準。
[0019] 說明書附圖
[0020] 圖1為本發明的亞沸蒸餾方法的工藝流程圖；
[0021] 圖2為本發明的亞沸蒸餾方法中的蒸餾器的局部剖面圖；
[0022] 圖中：1、預熱器；2、循環泵；3、進料管；4、冷凝器；5、封頭；6、布膜器；7、釜體；8、 加熱夾套；9、集液器；10、出料孔。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的說明，但本發明並不限於以下實施 例。
[0024] 如圖1?2所示，本發明的亞沸蒸餾方法的工藝流程圖，物料經過預熱器1預熱後 進入蒸餾器，在蒸餾器中進行降膜式蒸發，蒸發後的蒸汽在蒸餾器內經冷凝後收集得到高 純鹽酸，未被蒸發的液體通過循環泵2泵入到預熱器1中循環。
[0025] 該蒸餾器包括具有加熱夾套8的釜體7、設置在釜體7頂部的封頭5、設置在釜體 7內的用於冷凝蒸汽的冷凝器4及設置在釜體7內並位於冷凝器4下方的集液器9,該蒸餾 器還包括靠近荃體7內側壁設置的布膜器6,布膜器6上靠近荃體7內側壁的一側開設有多 個出料孔10,預熱器1的物料進入到布膜器6內，再經過出料孔10噴射到釜體7內側壁成 膜流下。封頭5與釜體7之間通過法蘭或磨口連接。
[0026] 布膜器6為沿釜體7圓周方向環繞的環形管，環形管的靠近釜體7內側壁的一側 與釜體7內側壁的間隙為1-10_。多個出料孔10在環形管上沿環形管的長度方向均勻分 布。出料孔10的大小和分布滿足均勻布膜要求。布膜器6的設置位於加熱夾套8的上方 並靠近加熱夾套8設置。
[0027] 冷凝器4與封頭5相連，並且冷凝器4的冷卻介質進口管和出口管均穿過封頭而 伸出釜體7外，具體地，冷凝器4可以雙螺旋盤管式冷凝器；集液器9與釜體7的底部相連， 並且集液器9的出料管穿過釜體7的底部而伸出釜體7外，具體地，集液器9可以為三角漏 鬥形式。
[0028] 具體地，集液器9位於冷凝器4的正下方，而且集液器9的集液口的橫截面面積大 於冷凝器4的橫截面面積。
[0029] 下面通過具體實施例對本發明的亞沸蒸餾方法作進一步說明。
[0030] 實施例1?7
[0031] 原料鹽酸採用來自氟碳烷烴生產裝置的鹽酸，採用的蒸餾器的釜體7內徑D = 500mm，加熱夾套8的高度H = 800mm，釜體7內側壁的表面積為S = 1. 256m2,釜體7內側 壁的表面積即為蒸發麵積。控制相關工藝參數，在有餾分採出後，前2小時的收集液單獨收 集，之後的作為正式產品。相關的實施數據見下表1:
[0032] 表 1
[0033]
【權利要求】
1. 一種高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述亞沸蒸餾方法為將來自氟碳烷烴 生產裝置的鹽酸經過預熱器預熱後進入蒸餾器，在所述蒸餾器中進行降膜式蒸發，蒸發後 的蒸汽在所述蒸餾器內經冷凝後收集得到高純鹽酸，未被蒸發的液體通過循環泵泵入到所 述預熱器中，其中，所述蒸餾器包括具有加熱夾套的釜體、設置在所述釜體頂部的封頭、設 置在所述釜體內的用於冷凝所述蒸汽的冷凝器、設置在所述釜體內並位於所述冷凝器下方 的集液器及靠近所述釜體內側壁設置的布膜器，所述布膜器上靠近所述釜體內側壁的一側 開設有多個出料孔，所述預熱器的物料進入到所述布膜器內，再經過所述出料孔噴射到所 述釜體內側壁成膜流下；所述高純鹽酸的濃度大於35.0%，所述高純鹽酸中金屬離子含量 小於lppb，所述預熱器的預熱溫度為55飛5°C ;所述蒸餾器的加熱溫度為65~75°C。
2. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述布膜器為沿所 述釜體圓周方向環繞的環形管，所述環形管的靠近所述釜體內側壁的一側與所述釜體內側 壁的間隙為l~l〇mm。
3. 根據權利要求2所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：多個所述出料孔在 所述環形管上沿所述環形管的長度方向均勻分布。
4. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述布膜器位於所 述加熱夾套的上方並靠近所述加熱夾套設置。
5. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述冷凝器與所述 封頭相連，並且所述冷凝器的冷卻介質進口管和出口管均穿過所述封頭而伸出所述釜體 夕卜；所述集液器與所述釜體的底部相連，所述集液器的出料管穿過所述釜體的底部而伸出 所述釜體外。
6. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述集液器的集液 口位於所述冷凝器的正下方，所述集液器的集液口的橫截面面積大於所述冷凝器的橫截面 面積。
7. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述冷凝器的冷卻 溫度為〇?15°C。
8. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述循環泵的流量 為0. 06XS~0. 3XS、單位為m3/h，其中，S為所述蒸餾器的蒸發麵積、單位為m2。
9. 根據權利要求1所述的高純鹽酸的亞沸蒸餾方法，其特徵在於：所述來自氟碳烷烴 生產裝置的鹽酸的濃度大於33. 0%，所述來自氟碳烷烴生產裝置的鹽酸中的金屬離子含量 小於 200mg/L。
【文檔編號】C01B7/07GK104192803SQ201410457895
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】張超, 潘亞妮, 王禕鋮, 鄭堯波, 黃金碩, 紀敏, 李月剛, 王童 申請人:太倉中化環保化工有限公司