国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

高純?nèi)淄榈闹苽涔に?/h1>
2014-12-25 03:21:56袁淑筠廖恒易
低溫與特氣 2014年6期
關(guān)鍵詞:蒸氣精餾塔分子篩

袁淑筠,廖恒易

(佛山市華特氣體有限公司,廣東佛山 528241)

三氟甲烷(CHF3,也稱氟仿,R23)是一種用途廣泛并且化學(xué)性能穩(wěn)定的無色、微味、不導(dǎo)電的氣體,主要用作制冷劑、滅火劑和蝕刻劑。此外,CHF3是氟化物有機合成的基本原料之一,也是超臨界萃取溶劑,還可用作紅外檢測器直接冷卻劑,或作為推進劑與其他非可燃推進劑混合使用,用于物化實驗等。對制冷、滅火領(lǐng)域而言,CHF3產(chǎn)品的純度要求不高,一般定位99.5%。但作為半導(dǎo)體、微電子行業(yè)的蝕刻劑,CHF3的純度則至關(guān)重要。因為在等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕二氧化硅工藝中,CHF3具腐蝕二氧化硅的速度快,腐蝕硅的速度慢的特點[1],滿足了以硅為襯底表面氧化一層二氧化硅薄膜的硅片蝕刻的工藝要求,成為硅片的主要蝕刻劑之一。高純度的CHF3是制作高水平、高質(zhì)量硅片的保證,因此,電子級的CHF3的純度要求≥99.999%。

近年,佛山市華特氣體有限公司承擔了國家《極大規(guī)模集成電路制造裝備成套工藝》項目(簡稱“02”專項)中高純CHF3的研發(fā)。本文結(jié)合本公司自主研發(fā)的CHF3提純工藝,概述了高純CHF3的制備工藝過程。

1 CHF3的制備

1.1 實驗室制備方法[1-3]

1.電解法

在無水氫氟酸中電解醋酸、丙酮或甲胺。該法能耗過高,且不能連續(xù)、一體化地生產(chǎn)高純的CHF3。

2.三氯甲烷與氟化銀反應(yīng)

3.在125℃和加壓下,三氟化銻或氟化氫與三氯甲烷反應(yīng)

本反應(yīng)可根據(jù)CHF3和氯化氫在不同溶劑的溶解度不同的特性[4],利用溶劑吸收法進行CHF3和氯化氫的分離。

1.2 工業(yè)化生產(chǎn)方法

1.二氟一氯甲烷(CHClF2,氟利昂 22,也稱R22)在 AlCl3作用下的催化歧化反應(yīng)[5-6],該工藝是目前生產(chǎn)CHF3的主要方法。其反應(yīng)如下:

即CHClF2在一定溫度和壓力條件下,以一定流量進入一級歧化反應(yīng)器中,其反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)一級冷凝器除去CHF3后,未反應(yīng)的CHClF2進入第二級歧化反應(yīng)器中進一步反應(yīng)。從二級歧化反應(yīng)器中的產(chǎn)物,經(jīng)過二級冷凝器除去三氯甲烷和二氟二氯甲烷(CCl2F2,也稱 R12)后,得到純度99.5%以上的CHF3。

2.利用膜分離技術(shù)回收CHClF2產(chǎn)品的副產(chǎn)物CHF3。

CHClF2是目前制冷劑R11、R12較為理想的替代品,也是生產(chǎn)四氟乙烯和氟樹脂、氟橡膠的重要原材料,在生產(chǎn) CHClF2的過程中會大量的副產(chǎn)CHF3。有文獻報道,采用硅橡膠膜通過二級三段式膜從CHClF2中分離副產(chǎn)物CHF[7]3,可得到純度為97%的CHF3。

2 CHF3的純化

氣體的純化技術(shù)是制備高純度氣體的重要環(huán)節(jié)。上述CHF3制備過程中會或多或少含有不同的副產(chǎn)物生成,雖然可以通過諸如溶劑吸收法,膜分離技術(shù)等,得到純度≥99.5%的 CHF3,但要得到99.999%的高純CHF3還要進一步的純化。通常是采用低溫精餾、低溫吸附進行純化。

本文闡述的CHF3純化過程是采用低溫精餾和低溫吸附相結(jié)合的方法,使CHF3產(chǎn)品純度最終達到≥99.999%。具體工藝流程見圖1。

圖1 高純CHF3提純工藝流程圖Fig.1 High-purity CHF3 purification process flow diagram

2.1 精餾過程

2.1.1 精餾操作參數(shù)的選擇

以CHClF2為原料生產(chǎn)CHF3的制備過程中會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物,現(xiàn)將CHF3原料氣的組成及其沸點匯集在表1。

表1 CHF3原料組分沸點表Table 1 The boiling points of CHF3 raw material components

由表1可見,除三氟一氯甲烷(CClF3,也稱R13)、CO2和CHF3的沸點比較接近外,使用精餾法可以輕松去除原料中的大部分雜質(zhì)。

查閱資料[1,8],取 CHF3及其原料氣中主要雜質(zhì)CO2、CClF3、CBrF3、C2HF5、CHClF2和 CCl2F2在溫度分別為 -110、-80、-50、-20、10 ℃時的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù),繪制其蒸氣壓—溫度變化趨勢圖(圖2)。并根據(jù)表1中CHF3與CClF3沸點接近的情況,繪制CHF3和 CClF3在 -90、-80、-70、-60、-50、-40、-30、-20、-10、0、10 ℃時的飽和蒸氣壓—溫度變化趨勢圖(圖3)。

圖2 CHF3及其主要雜質(zhì)飽和蒸氣壓—溫度變化趨勢圖Fig.2 The saturated vapor pressure and temperature change trend chart of CHF3 and its main impurities

由圖2可見,當精餾塔溫度控制為-80℃以下時,CHF3與其主要雜質(zhì)不易分離。隨著溫度升高,同一溫度下各物質(zhì)的飽和蒸氣壓的差異也增大,有利于CHF3與其他組成的分離。

圖3 CHF3和CClF3飽和蒸氣壓—溫度變化趨勢圖Fig.3 The saturated vapor pressure and temperature change trend chart of CHF3 and CClF3

由圖3可見,控制精餾塔壓力為1300 kPa以上時,可將CClF3液化,實現(xiàn)去除CHF3中的CClF3雜質(zhì)的目的。另,CHF3和CClF3的分離起碼在應(yīng)控制精餾塔溫度為-20℃以上,又因CHF3的臨界溫度為25.7℃(臨界壓力為4.816 MPa),CClF3的臨界溫度為28.9℃(臨界壓力為3.87 MPa),故精餾塔的操作溫度應(yīng)控制≤20℃。

2.1.2 低溫精餾操作

2.1.2.1 初步精餾去除空氣、CO2等輕組分

從表1可見,輕組分中除CO2外的氣體組分可以很容易通過精餾除去,CO2的沸點和CHF3的沸點僅相差5.55℃,相對較難除去。但從圖2可見在相同的溫度下,CO2在較高的壓力下才能液化,故將第一個精餾塔(A塔)的壓力控制在500 kPa左右并在相應(yīng)的溫度下將表1中的輕組分包括空氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳等作為塔頂氣相組分排放,去除大部分輕組分。經(jīng)取精餾塔液相組分檢測,CO2等雜質(zhì)含量合格,可將精餾塔塔釜液態(tài)組分轉(zhuǎn)移到另一個精餾塔(B塔)繼續(xù)純化。

2.1.2.2 第二步高壓精餾去除重組分

本步精餾在 B塔內(nèi)進行,主要將 CHF3和CClF3、CBrF3、C2HF5、CHClF2、CCl2F2等鹵代烴氣體分離。圖 2 中,CBrF3、C2HF5、CHClF2、CCl2F2的蒸氣壓—溫度曲線在-20℃后開始變陡,即隨著溫度增大飽和蒸氣壓也增大得很快。雖然隨著操作溫度變大,CHF3和CClF3的分離變得越容易,但同時更可能將原料中液態(tài)中的 CBrF3、C2HF5、CHClF2、CCl2F2全部或部分氣化,此時取精餾塔氣態(tài)組分充裝,可能會得到 CBrF3、C2HF5、CHClF2、CCl2F2等重組分嚴重超標的產(chǎn)品。因此,通過增加精餾塔壓力至 1300 kPa 以 上,可 將 CClF3、CBrF3、C2HF5、CHClF2、CCl2F2與 CHF3分開。值得注意的是,在CHF3原料氣中CHClF2是最常見的雜質(zhì),也是含量相對較大的雜質(zhì),往往在實際操作中,由于氣流量較大,很容易將CHClF2夾帶至氣相中,且液相中也會含有 CHClF2,因此,容易被人誤認為 CHF3和CHClF2存在共沸,馮耀聲等[9]對 CHF3和 CHClF2的氣液平衡進行了研究,確認該物系為非恒沸系。又因CHClF2的飽和蒸氣壓相對于其它雜質(zhì)偏低,需把精餾壓力控制在較低的范圍才能實現(xiàn)和CHF3的分離。這就需要在第三個塔內(nèi)(C塔)進一步調(diào)整操作條件進行去除。

2.1.2.3 進一步去除重組分

由圖1可見,當精餾塔溫度為-80~-50℃范圍內(nèi),控制精餾塔壓力小于200 kPa,能使CHClF2保持為液態(tài),此時把精餾塔頂部的氣體組分轉(zhuǎn)移到充裝,可實現(xiàn)CHF3和CHClF2的分離。

在氣體純化過程中,所涉及的精餾塔一般是要根據(jù)氣體各組分間的氣液平衡數(shù)據(jù),通過模擬軟件的模擬,進行精餾塔的設(shè)計,做到專氣專用。但實際上許多生產(chǎn)廠家會采用一套精餾裝置進行不同種類氣體的純化,或由于氣體的來源不同,其雜質(zhì)的種類或含量發(fā)生變化,給實際操作帶來不少的問題,純化達不到理想的效果。這就需要我們先確定該塔是否適用該項氣體的純化,并通過檢測等手段確認原料的組成,查閱各組成的飽和蒸氣壓—溫度曲線圖,調(diào)整精餾操作參數(shù),方可達到理想分離效果。

2.2 低溫吸附分離

精餾操作可去除絕大部分的雜質(zhì),但當雜質(zhì)的含量降到很低,例如≤10×10-6時,再靠精餾將雜質(zhì)減低至盡量接近0的話,難度變大,既費時又耗能。特別是原料氣中水含量偏高時,單靠精餾很難得到高純度的CHF3產(chǎn)品。本文在精餾的基礎(chǔ)上,還采用了低溫吸附技術(shù)。利用分子篩對雜質(zhì)分子大小、極性、不飽和度的大小等特性進行選擇性吸附,去除低含量的雜質(zhì)(包括水)。經(jīng)分子篩或高效吸附劑的多級凈化,完成高純CHF3的制備。

本吸附工藝中重點關(guān)注的雜質(zhì)有CO2和水。其中,去除CO2可選擇專用的CO2高效吸附劑,或13X分子篩,各種改性分子篩等。除水效果較好的有3A分子篩,也建議選擇4A分子篩,因其除了能吸附水,還能吸附NH3、H2S、二氧化硫、二氧化碳、C2H5OH、C2H6、C2H4等直徑不大于4?的分子。

另外,吸附工藝中的吸附容器的徑高比(r/h)應(yīng)小,有利于提高吸附效率。這是由于吸附過程的阻力問題,導(dǎo)致同樣體積的裝有同樣重量的吸附劑的兩容器,半徑小者吸附劑利用率高。

3 結(jié)論

本文通過低溫精餾和低溫吸附結(jié)合對CHF3進行純化,即A塔控制500 kPa左右去除輕組分,待精餾塔釜液態(tài)組分檢測CO2≤15×10-6時,將其轉(zhuǎn)移到B塔;控制B塔壓力為1300 kPa以上除部分重組分,待塔頂氣態(tài)組分檢測 CClF3≤0.5×10-6時,將其經(jīng)吸附器純化轉(zhuǎn)移到C塔;控制C塔壓力為200 kPa以下去除剩余重組分,待塔頂氣態(tài)組分檢測OHC≤0.5×10-6時將其轉(zhuǎn)移到緩沖罐;控制緩沖罐壓力為膜壓機設(shè)計進氣壓力,經(jīng)吸附器純化后充裝至鋼瓶。經(jīng)檢測CHF3成品純度達到99.999%。

[1]中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會.中國工業(yè)氣體大全[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,2008:2671-2673.

[2]李華昌,符斌.實用化學(xué)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:76-166,247-262,273-276,280.

[3]黃建彬.工業(yè)氣體手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:247-265.

[4]劉嬋,李春喜,孟洪,等.三氟甲烷和氯化氫氣體在不同溶劑中的溶解度[J].高?;瘜W(xué)工程學(xué)報,2008(1):1-5.

[5]杜貢生,梁國侖.特種氣體貯運、應(yīng)用、安全與特性[J].低溫與特氣,1994(1):63-64.

[6]李仲瑾,李曉鋇,牛育華,等.精細化工原料及中間體手冊:電子化學(xué)品[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:40-462.

[7]王躍.膜法分離二氟一氯甲烷/三氟甲烷混合氣的研究[D].大連理工大學(xué),2008.

[8]卡爾 L約斯,Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊(原書第七版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:75,126,180,195,261,816.

[9]馮耀聲,李昌圣,壽張根.三氟甲烷與二氟氯甲烷的汽液平衡[J].化學(xué)工程,1984(3):41-47.

猜你喜歡
蒸氣精餾塔分子篩
一起精餾塔自燃事故的原因分析及防范措施的改進
沸石分子篩發(fā)展簡述
云南化工(2021年10期)2021-12-21 07:33:24
乙醇蒸氣放空管設(shè)置室內(nèi)引發(fā)爆炸
勞動保護(2019年3期)2019-05-16 02:38:00
氨水吸收式制冷系統(tǒng)中精餾塔性能模擬與分析
內(nèi)部熱集成精餾塔分離混合碳五的模擬研究
內(nèi)部熱集成精餾塔分離混合碳五的模擬研究
混合蒸氣在板式換熱器中凝結(jié)換熱研究
壓水堆蒸氣發(fā)生器橫向支撐墻體托架焊接工藝及實踐
一種用于處理冷氫化料的低能耗精餾工藝
化工管理(2014年12期)2014-03-16 02:03:12
ZSM-5分子篩膜制備方法的研究進展

宿松县| 正宁县| 靖江市| 仙居县| 交口县| 离岛区| 桂阳县| 漳浦县| 伊宁县| 淮南市| 安西县| 苏尼特右旗| 清涧县| 依兰县| 安阳县| 富源县| 保德县| 塔河县| 辉南县| 阜新市| 和林格尔县| 和平县| 电白县| 随州市| 梁平县| 四川省| 睢宁县| 乐山市| 寿光市| 措勤县| 屯昌县| 华安县| 介休市| 新密市| 台北市| 讷河市| 桃江县| 达日县| 晋城| 外汇| 武定县|