一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法及其设备与流程

本发明属于电子气体制备领域，具体涉及一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法及其设备。

背景技术：

1、氯化氢是一种电子气体，主要用于半导体器件制造过程中的单晶硅片气相抛光、外延基座腐蚀以及硬质合金的生产。随着微电子工业向大尺寸、高集成度、高均匀性和高完整性方向的发展，电子级氯化氢在单晶硅气相抛光和外延基座腐蚀中的应用需求越来越高。这不仅要求其纯度达到6n级以上，还要求尽可能降低碳氢化合物总量（thc）、碳氧化物等杂质的含量。

2、专利文献cn110255501a公开了一种电子级高纯氯化氢制备方法，对甲苯与氯气反应的副产品氯化氢气体提纯制备高纯度氯化氢，但该方法处理的副产氯化氢中氢气的含量低，与我国工业上制备氯化氢的主流合成方法获得的氢气含量超过7%的氯化氢原料气实际差异极大，高含量的氢气存在严重影响精馏塔运行的稳定性，且获得的高纯氯化氢仅能达到5n5级。

3、专利文献cn105502295a公开了一种电子级氯化氢的提纯方法，通过先精馏后吸附的方式制备电子级氯化氢，但采用两塔精馏方案的回流比大、能耗较高，同时后吸附脱水，不仅容易腐蚀精馏过程，粉化后的吸附剂容易被气体夹带到成品储罐或成品钢瓶中。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法。

2、本发明的第二个目的是提供一种该制备方法使用的设备。

3、为达到上述第一个目的，本发明采用的技术方案是：一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法，包括如下步骤：

4、（1）通过两级深冷器，将富氢氯化氢原料气中的水分控制在50ppm以下；

5、（2）通过吸附塔吸附，将富氢氯化氢原料气中的水分控制在0.5ppm以下；

6、（3）将脱水后的原料气通入脱氢塔进行精馏，塔顶气相物料为氢气、二氧化碳等不凝汽，直接排入碱洗工段；选择性操作包括来自脱轻组分塔的塔釜物料一并通入脱氢塔进行精馏；

7、（4）来自脱氢塔的塔顶液相物料通入脱轻组分塔进一步精馏，塔顶气相物料为含c1、c2的氯化氢气体直接排入碱洗工段，塔釜物料通过脱氢塔循环回脱轻组分塔；

8、（5）来自脱氢塔的塔釜液相物料通入脱重组分塔进一步精馏，塔釜为含氯气等高沸点杂质的氯化氢液体直接排入碱洗工段，塔顶汽相采出得到高纯电子级氯化氢。产品纯度达到99.9999%。

9、本发明所述的富氢氯化氢原料气是指氢气含量超过7%的氯化氢气体。

10、优选地，两级深冷器中，一级深冷器出口温度为0~10℃，二级深冷器出口温度为-30~-10℃，物料流率为0.5~3.0nm3/h。

11、优选地，吸附剂为氧化铝或分子筛，吸附塔的压力为2.0~3.0mpag，物料流率为0.2~2.2nm3/h。

12、优选地，脱氢塔、脱轻组分塔、脱重组分塔均为加压操作，各塔的操作压力和操作温度为：

13、脱氢塔：塔顶压力为2.2~2.8mpag，塔釜压力为2.3~2.9mpag，塔顶温度为-7~4℃，塔釜温度为-6.5~4.5℃；

14、脱轻组分塔：塔顶压力为2.0~2.7mpag，塔釜压力为2.1~2.8mpag，塔顶温度为-10~2℃，塔釜温度为-9~4℃；

15、脱重组分塔：塔顶压力为2.2~2.5mpag，塔釜压力为2.3~2.8mpag，塔顶温度为-5~0℃，塔釜温度为-4~1℃。

16、优选地，脱氢塔、脱轻组分塔、脱重组分塔中，塔顶冷凝器均采用分凝器，冷却介质为-25~-20℃冷冻水。

17、优选地，脱氢塔冷凝器中，馏出物料汽相分率为0.05~0.10。

18、优选地，脱轻组分塔中，塔釜采出与进料比为0.2~0.5。

19、为实现第二个目的，本发明的技术方案是：一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法使用的设备，包括通过管道依次连接的两级深冷器、冷却液收集罐、吸附塔、脱氢塔、脱轻组分塔，其中冷却液收集罐顶部连接吸附塔，底部连接碱洗工段；脱氢塔塔釜连接脱重组分塔中部，脱轻组分塔底部连接脱氢塔塔釜；各个塔塔顶部分别设置有冷凝器，塔底部分别设置有再沸器。

20、所述两级深冷器是两个深冷器串联连接。

21、优选地，所述吸附塔设置为两个，并联连接，交替使用。

22、优选地，脱氢塔、脱轻组分塔的塔顶尾气管道连接至碱洗工段。

23、优选地，脱重组分塔的重组分出料管道连接至碱洗系统。

24、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明所述的富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法，采用工业氯化氢作为原料，引入两级深冷系统，降低了吸附塔的负荷，增大了单位时间处理量；通过脱氢塔先脱除大量氢气保证了精馏塔操作的稳定性，后在脱轻组分塔脱除c1、c2和残余氢气保证了产品纯度，脱轻组分塔的塔釜物料循环回脱氢塔降低精馏塔的负荷，同时有效降低过程的技术难度，易于稳定制备出高纯电子级氯化氢，有利提高生产规模和收益率。

技术特征：

1.一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱氢塔、脱轻组分塔、脱重组分塔均为加压操作，各塔的操作压力和操作温度为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱氢塔、脱轻组分塔、脱重组分塔中，塔顶冷凝器均采用分凝器，冷却介质为-25~-20℃冷冻水。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱氢塔冷凝器中，馏出物料汽相分率为0.05~0.10。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱轻组分塔中，塔釜采出与进料比为0.2~0.5。

6.一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法使用的设备，包括通过管道依次连接的两级深冷器、冷却液收集罐、吸附塔、脱氢塔、脱轻组分塔，其中冷却液收集罐顶部连接吸附塔，底部连接碱洗工段；脱氢塔塔釜连接脱重组分塔中部，脱轻组分塔底部连接脱氢塔塔釜；各个塔塔顶部分别设置有冷凝器，塔底部分别设置有再沸器。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述两级深冷器是两个深冷器串联连接；所述吸附塔设置为两个，并联连接，交替使用。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，脱氢塔、脱轻组分塔的塔顶尾气管道连接至碱洗工段；脱重组分塔的重组分出料管道连接至碱洗系统。

技术总结本发明公开了一种富氢氯化氢原料气制备高纯电子级氯化氢的方法及其设备，招标包括如下步骤：（1）通过两级深冷器除水；（2）通过吸附塔吸附进一步除水；（3）精馏，塔顶气相物料为氢气、二氧化碳等不凝汽，直接排入碱洗工段；（4）物料通入脱轻组分塔进一步精馏，塔顶气相物料为含C1、C2的氯化氢气体直接排入碱洗工段，塔釜物料通过脱氢塔循环回脱轻组分塔；（5）物料通入脱重组分塔进一步精馏，塔釜为含氯气等高沸点杂质的氯化氢液体直接排入碱洗工段，塔顶汽相采出得到高纯电子级氯化氢。该方法降低了吸附塔的负荷，增大了单位时间处理量；工艺简单，能耗低，回收率高，易于稳定制备出高纯电子级氯化氢，有利于提高生产规模和收益率。技术研发人员：胡南,张金彪,乞炳蔚,白毅鸿,杨佳林,杨三军,焦高成受保护的技术使用者：昊华气体有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6