一种电子级盐酸生产方法技术

本发明专利技术公开了一种电子级盐酸生产方法，包括以下步骤：以工业级盐酸为原料，通过再沸器加热形成的盐酸蒸汽进入精馏塔内，精馏塔的塔釜采用高硼硅玻璃材质，塔体通体采用PVDF材质，在精馏塔内形成盐酸恒沸物之前，反复精馏得到气相轻组分，气相轻组分从精馏塔的塔体顶部溢出、经通体PVDF材质的管道进入通体采用PVDF材质的吸收塔中，同时用超纯水吸收气相轻组分形成高纯盐酸溶液,高纯盐酸溶液从吸收塔塔底流出，依次经过吸收罐、循环泵回流到吸收塔内，反复吸收直至吸收罐内的高纯盐酸溶液浓度达37％以上，得到高纯的电子级盐酸成品。本发明专利技术生产方法不会对盐酸成品产生二次污染，纯度高，系统稳定性高，盐酸成品浓度控制简单。

A Production Method of Electronic Hydrochloric Acid

The invention discloses an electronic hydrochloric acid production method, which comprises the following steps: taking industrial hydrochloric acid as raw material, the hydrochloric acid steam heated by reboiler enters the distillation tower, the tower kettle of the distillation tower is made of high borosilicate glass, the tower body is made of PVDF, and the gas phase light component is obtained by repeated distillation before the hydrochloric acid azeotrope is formed in the distillation tower, and the gas phase light component is refined. The distillation column overflows from the top of the tower body and enters the absorption tower with PVDF material through the pipeline of the through body. At the same time, the vapor phase light component is absorbed by ultrapure water to form a high purity hydrochloric acid solution. The high purity hydrochloric acid solution flows out from the bottom of the absorption tower, and then flows back to the absorption tower through the absorption tank and the circulating pump. It is absorbed repeatedly until the concentration of the high purity hydrochloric acid solution in the absorption tank reaches over 37%. To high purity electronic grade hydrochloric acid products. The production method of the invention does not cause secondary pollution to the finished product of hydrochloric acid, has high purity, high system stability and simple concentration control of the finished product of hydrochloric acid.

【技术实现步骤摘要】
一种电子级盐酸生产方法
本专利技术涉及一种盐酸生产方法，具体涉及一种电子级盐酸生产方法。
技术介绍
盐酸是氯化氢(HCl)气体的水溶液。浓盐酸具有极强挥发性，在空气中发烟，有强腐蚀性。盐酸作为重要的强酸之一，它能与很多金属反应，使金属溶解，常用于大规模集成电路制造行业，比如用于外延生长前硅和砷化镓高温气相刻蚀、清洗钠离子，还可以用于金属表面化学处理等，是电子行业重要试剂之一。电子级盐酸多以含有杂质的工业级31％盐酸为原料，经过纯化、精制成高纯度盐酸。盐酸的提纯工艺一般有等温扩散法、亚沸法、蒸馏法和精馏法。其中等温扩散法和亚沸法产量小，虽然所得盐酸纯度高，但适合实验少量制取高纯盐酸，没有工业使用价值。蒸馏法产量大，但是所得盐酸纯度不高，浓度也不太高。精馏法是目前纯化盐酸的主流技术，其产量大，纯度高，可以间歇进料，也可以连续进料，虽然设备相对复杂，但是可以大规模生产。现有的盐酸精馏法多是采用精馏-冷凝的办法制备高浓度高纯度的盐酸溶液，其最终精馏是主要制程。专利号为CN102060271B的中国专利公开的一种电子级盐酸生产方法就是采用这样一种生产方法，其以工业级31％盐酸原料，通过再沸器用饱和蒸汽在精馏塔内将盐酸加热至沸腾气化，经精馏塔连续精馏纯化，再经过冷凝器冷却后形成最终的成品盐酸溶液，多余的气化盐酸送至尾气洗涤塔处理后排放。精馏塔的精馏产物先一部分是轻组分HCl气体蒸出，实际是HCl浓度远超过39％的HCl和水蒸气的混合物；当浓度下降到20.2％左右时液相成为共沸点为108摄氏度的恒沸物，HCl以与水蒸气以共沸方式的蒸出，气化的产物浓度恒定为20.2％，沸点和精馏出的气、相组分就不再发生变化；然后通过不停的补料，使第二批的HCl气体、水蒸气的混合物与第一批的超高浓度HCl-水蒸气混合物相融合，两批精馏产物经过冷凝冷却合后,变成浓度为37-39％的高浓度盐酸，其中第一批HCl气体给最终盐酸成品中约贡献17％浓度，第二批HCl-水的混合气中HCl给最终盐酸成品中约贡献20％浓度。该生产方法所用的整套设备为满足精馏工艺要求，特别是精馏装置主体采用耐酸的3.3高硼硅玻璃，但是在生产过程中高温沸腾的盐酸以及气化的HCl气体对3.3高硼硅玻璃的侵蚀性强，除了侵蚀玻璃精馏塔，还会波及玻璃管道，腐蚀的微量玻璃成分，如硼、硅、钠、铝等，会带入成品中，所以得到的电子级盐酸产品的品质却不是很高，虽金属离子含量依然较高，但距离高端的半导体行业用高浓高纯的电子级盐酸的品质要求还是相差很远。除了高硼硅玻璃，现有的盐酸纯化系统中部分装置也有采用具有良好耐酸性的聚四氟乙烯PTFE材质作为内衬以降低盐酸成品中的杂质含量，比如CN103213947B的中国专利公开的制备超净高纯盐酸的方法中，采用PTFE为混合罐内衬。PTFE相对比工程塑料，其拉伸强度、抗蠕变性本身就差很多，仅抗冲击强度高；且熔点高，约为327摄氏度，具有非常高的熔体粘度，这妨碍了惯用的熔融挤塑成型或模塑技术的采用，仅能通过粒状树脂压塑或柱塞挤塑、糊状挤塑成薄壁，其中粒状PTFE的模塑和挤塑方法实际是先压缩再高温烧结,因此PTFE成型后的制品机械性能差。因此，由于PTFE自身原因和加工性能原因，PTFE仅能加工成设备的内衬，而难以制成独立的材质通体单一的设备。相比于主体为高硼硅玻璃材质的盐酸生产或纯化系统，虽然PTFE相比于高硼硅玻璃具有极好的耐酸性能，但是盐酸中的氯离子对PTFE具有极强的渗透能力,且高温条件还会加速氯离子的穿透。因此PTFE内衬所依赖的无锈钢、玻璃外壳以及内衬PTFE外层的背胶都不免渗透至盐酸中，影响盐酸的纯度，特别是需要高温条件的设备更是如此，因此PTFE也多仅作为电子级盐酸纯化系统中不涉及高温工艺条件的设备内衬，比如用于承接冷却后盐酸溶液的混合罐内衬结构。目前工业化生产高纯高浓度的电子级盐酸存在着难以工业化、纯度低、杂质离子多、容易引入二次污染等技术瓶颈。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一套适用于工业使用的高浓高纯的电子级盐酸生产方法。为实现本专利技术的目的，本专利技术提供的方案是一种电子级盐酸生产方法，包括以下步骤：a)、选用浓度至少31％的工业级盐酸为原料；b)、上述盐酸原料进入再沸器，再沸器为高硼硅玻璃材质，内置纯钽材质内胆加热器，通过再沸器加热盐酸原料，使部分液相气化形成盐酸蒸汽；c)、再沸器气化形成的盐酸蒸汽进入精馏塔内，精馏塔的塔釜采用高硼硅玻璃材质，塔体通体采用PVDF材质，在精馏塔内形成盐酸恒沸物之前，反复精馏得到液相重组分以及富HCl的气相轻组分，气相轻组分从精馏塔的塔体顶部溢出，液相重组分从精馏塔的塔釜底部排出；d)、从精馏塔的塔体顶部溢出的气相轻组分经通体PVDF材质的管道进入吸收塔中，吸收塔通体采用PVDF材质，超纯水进水管道的超纯水经吸收罐、循环泵从吸收塔的喷淋组进入吸收塔，超纯水吸收富HCl的气相轻组分，形成高纯盐酸溶液，从吸收塔底部流出，所述吸收罐、所述循环泵、以及与其连接的内流盐酸的管道整体或内衬为高纯氟塑料材质；高纯氟塑料是指纯度为99.999％以上的氟塑料；e)、从吸收塔流出来的高纯盐酸溶液依次经过吸收罐、循环泵回流到吸收塔内，反复吸收富HCl的气相轻组分，直至吸收罐内的高纯盐酸溶液浓度达37％以上，得到高纯的电子级盐酸成品。该生产方法摒弃了精馏塔精馏出高低浓度不同HCl-水蒸气混合气冷凝得到高浓高纯盐酸溶液的方法，而是采用精馏塔与吸收塔串联，即通过精馏塔在液相浓度降到20.2％形成共沸点为108摄氏度的恒沸物之前，精馏出高浓度的HCl、水蒸气的混合气体，高浓度的HCl、水蒸气的混合气体在吸收塔中被超纯水以及后续产生的低浓度高纯盐酸溶液吸收，通过控制吸收浓度达到37％后即可得到高纯的电子级盐酸成品。精馏塔和吸收塔的工作温度低；在该系统的工作温度范围内，通体采用PVDF材质的精馏塔、吸收塔以及吸收塔连接的管道都可以保持良好机械性能，从而保障了电子级高纯盐酸纯化系统长期稳定顺利地运转。更重要的是，由于工艺的改变以及设备的配合，使用的PVDF具有与PTFE同样优异的耐酸性能，但PVDF的机械性能特别是强度更为突出，可以承受很高的内压，抗蠕变型好，且熔点低，具有优良性能和加工特性，关键是可以加工成通体材质单一的化工设备，因此无需不锈钢等材质作为外壳来提供强度和耐压支撑。通体采用PVDF制造精馏塔塔体和吸收塔，不再需要不锈钢等外壳，因此在精馏和吸收这两个过程中盐酸不会被二次污染，PVDF材质的精馏塔可以使精馏塔能分离高金属离子含量盐酸中的金属杂质，且确保精馏塔在精馏的同时没有金属离子析出进入盐酸成品，精馏出的氯化氢气体纯到更高。精馏后序步骤采用PVDF作为吸收塔、精馏塔和吸收塔之间的连接管道的通体材质，使得盐酸的纯度得以保持，从而提高了电子级盐酸的品质。为促进精馏塔稳定运行，保证盐酸浓度，优选的技术方案是，所述步骤b)中盐酸原料先进入预热器预热后再进入再沸器内。预热器采用高硼硅玻璃材质。通过预热可以减小温差，有利于精馏塔稳定运行。为提高盐酸成品品质，优选的技术方案是，所述步骤e)中吸收塔出来的高纯盐酸溶液经过冷凝器冷却后再进入所述吸收罐。通过冷却，进一步降低吸收后盐酸溶液的温度，使冷凝器、吸收罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子级盐酸生产方法，其特征在于，包括以下步骤：a)、选用浓度至少31％的工业级盐酸为原料；b)、上述盐酸原料进入再沸器，再沸器为高硼硅玻璃材质，内置纯钽材质内胆加热器，通过再沸器加热盐酸原料，使部分液相气化形成盐酸蒸汽；c)、再沸器气化形成的盐酸蒸汽进入精馏塔内，精馏塔的塔釜采用高硼硅玻璃材质，塔体通体采用PVDF材质，在精馏塔内形成盐酸恒沸物之前，反复精馏得到液相重组分以及富HCl的气相轻组分，气相轻组分从精馏塔的塔体顶部溢出，液相重组分从精馏塔的塔釜底部排出；d)、从精馏塔的塔体顶部溢出的气相轻组分经通体PVDF材质的管道进入吸收塔中，吸收塔通体采用PVDF材质，超纯水进水管道的超纯水经吸收罐、循环泵从吸收塔的喷淋组进入吸收塔，超纯水吸收富HCl的气相轻组分，形成高纯盐酸溶液，从吸收塔底部流出，所述吸收罐、所述循环泵、以及与其连接的内流盐酸的管道整体或内衬为高纯氟塑料材质；e)、从吸收塔流出来的高纯盐酸溶液依次经过吸收罐、循环泵回流到吸收塔内，反复吸收富HCl的气相轻组分，直至吸收罐内的高纯盐酸溶液浓度达37％以上，得到高纯的电子级盐酸成品。

【技术特征摘要】
1.一种电子级盐酸生产方法，其特征在于，包括以下步骤：a)、选用浓度至少31％的工业级盐酸为原料；b)、上述盐酸原料进入再沸器，再沸器为高硼硅玻璃材质，内置纯钽材质内胆加热器，通过再沸器加热盐酸原料，使部分液相气化形成盐酸蒸汽；c)、再沸器气化形成的盐酸蒸汽进入精馏塔内，精馏塔的塔釜采用高硼硅玻璃材质，塔体通体采用PVDF材质，在精馏塔内形成盐酸恒沸物之前，反复精馏得到液相重组分以及富HCl的气相轻组分，气相轻组分从精馏塔的塔体顶部溢出，液相重组分从精馏塔的塔釜底部排出；d)、从精馏塔的塔体顶部溢出的气相轻组分经通体PVDF材质的管道进入吸收塔中，吸收塔通体采用PVDF材质，超纯水进水管道的超纯水经吸收罐、循环泵从吸收塔的喷淋组进入吸收塔，超纯水吸收富HCl的气相轻组分，形成高纯盐酸溶液，从吸收塔底部流出，所述吸收罐、所述循环泵、以及与其连接的内流盐酸的管道整体或内衬为高纯氟塑料材质；e)、从吸收塔流出来的高纯盐酸溶液依次经过吸收罐、循环泵回流到吸收塔内，反复吸收富HCl的气相轻组分，直至吸收罐内的高纯盐酸溶液浓度达37％以上，得到高纯的电子级盐酸成品。2.如权利要求1所述的电子级盐酸生产方法，其特征在于，所述步骤b)中盐酸原料先进入预热器预热后再进入再沸器内；所述步骤e)中吸收塔出来的高纯盐酸溶液经过冷凝器冷却后再进入所述吸收罐。3.如权利要求2所述的电子级盐酸生产方法，其特征在于，所述冷凝器内供盐酸流动的管路为高纯PFA材...

【专利技术属性】
技术研发人员：坎勇，朱永刚，顾玲燕，丁磊，周锡军，浦陈龙，
申请(专利权)人：江阴江化微电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32