CN114348972B - 电子级硫酸生产用智能汽化及能量循环利用方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子级硫酸生产用智能汽化及能量循环利用方法与装置，将脱酸雾后的气提混合气进入换热器一，对蒸发器出口至换热器一的高纯空气进行换热、升温；将换热器一中升温后的高纯空气经换热器二进行温度补偿，达到设定目标值后的高纯空气进入空气缓冲罐；将原料储罐中的三氧化硫打入蒸发器，空气缓冲罐中的高纯空气经风机输送至蒸发器对液体三氧化硫进行升温、蒸发制备得到电子级硫酸产品。本发明采用高纯空气内循环蒸发三氧化硫，外换热***综合利用电子级硫酸***放出热量，不仅节约三氧化硫汽化能耗，而且消除了换热器腐蚀换热介质进入三氧化硫发生安全事故的风险，另通过智能联锁设置实现蒸发***智能化蒸发，提升***制程稳定性。

Description

电子级硫酸生产用智能汽化及能量循环利用方法与装置

技术领域

本发明涉及硫化工技术与电子化学品制造领域，特别涉及一种电子级硫酸生产用智能汽化及能量循环利用的装置与方法。

背景技术

电子级硫酸又称超纯硫酸，属于超净高纯试剂。是工业上用量最大的湿电子化学，主要用于硅晶片的清洗、光刻、腐蚀，印刷电路板的腐蚀和清洗，可有效除去晶片上杂志颗粒、无机残留物和碳沉积物。电子级硫酸用于硅晶片的清洗已有40多年的历史。在半导体工业中属于不可缺少的关键基础化学试剂。其纯度直接影响着集成电路成品率。

电子级硫酸主流生产工艺为三氧化硫吸收法，原料三氧化硫经加热汽化形成三氧化硫气体，三氧化硫气体经纯化后被吸收形成电子级硫酸。国内报道电子级硫酸生产用汽化装置多采用热水、96%硫酸进行加热，因加热器结构特殊无法进行内衬，存在换热管腐蚀穿孔导致换热介质进入蒸发器与三氧化硫剧烈反应，引发安全事故；另一发明后面现有报道缺乏智能化控制及电子级硫酸装置热能综合利用。

本发明重点在于采用高纯空气为换热介质的内换热***、汽提塔出口混合气为加热介质的外换热***，资源化利用三氧化硫吸收放出的热量给内换热***的高纯空气进行换热，不仅达到节能目的，同时保证内循环***与三氧化硫***的使用安全。本发明另一创新点在于利用三个智能控制，实现三氧化硫进料至蒸发、内外换热***的自动运行，大大降低员工工作强度，提升生产自动化。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子级硫酸生产用智能汽化及能量循环利用的装置与方法，以高纯空气内循环蒸发三氧化硫，外换热***综合利用电子级硫酸***放出热量，不仅节约三氧化硫汽化能耗，而且消除了换热器腐蚀换热介质进入三氧化硫发生安全事故的风险，另通过智能联锁设置实现蒸发***智能化蒸发，提升***制程稳定性。

本发明的简要工艺流程见附图1、装置图见附图2，为实现上述目的，

电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，包括如下步骤：

（1）开启外换热***：将脱酸雾后的气提混合气进入换热器一，对蒸发器出口至换热器一的高纯空气进行换热、升温，换热后的混合气提进入尾气***；

（2）开启内循环换热***：将换热器一中升温后的高纯空气经换热器二进行温度补偿，达到设定目标值后的高纯空气进入空气缓冲罐；

（3）开启三氧化硫进料***：打开回流管线上开关阀（以防止三氧化硫进料调节阀调节过程或者异常时出现管路憋压，避免引法安全事故），开启三氧化硫进料泵，将原料储罐中的三氧化硫打入蒸发器，当蒸发器液位到达指定液位时，空气缓冲罐中的高纯空气经风机输送至蒸发器对液体三氧化硫进行升温、蒸发，开启三氧化硫气相压力计与高纯热空气调节阀智能控制，***通过自动控制稳步提升负荷，***自动进入稳定状态，维持稳定生产，制备得到电子级硫酸产品。

步骤（1）中所述的气提混合气为电子级硫酸生产***中气提工序产生的混合气提，该混合气提经40-50℃的高纯氮气曝气、除雾后提升温度至70-90℃。

步骤（2）中换热器一出口温度计设定目标值介于60℃～80℃，换热器一热水温度控制在80℃～95℃。温度计与热水阀自动进行线性调节设置，阀门随温度反馈调节积分控制P设置为20%~60%，阀门随温度反馈调节微分控制T=200s ~360s。

步骤（3）中三氧化硫以流量为15L/min~25 L/min打入蒸发器，当蒸发器液位设定为70%～90%时，高纯空气输送至蒸发器中，控制三氧化硫气相压力计标准值设定为1kpa~30kpa，三氧化硫气相压力与高纯热空气调节阀自动进行线性调节设置，其中阀门随压力反馈调节积分控制P设置为30%~80%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为30s ~120s。

本发明还提供一种电子级硫酸生产用智能汽化及能量循环利用的装置，包括三氧化硫储罐、进料泵、回流阀、流量计、三氧化硫进料调节阀、蒸发器、压力计、加热盘管、换热器一、换热器二、高纯空气进料调节阀、热水进料阀、风机。三氧化硫储罐经进料泵与蒸发器连接，蒸发器内设置有加热盘管，加热盘管的管道与换热器一连接，换热器一与换热器二连接，换热器二经风机与加热盘管连接。

所述三氧化硫储罐经进料泵、流量计、调节阀与蒸发器相连，所述三氧化硫进料管线上设置管线经回流开关阀至三氧化硫储罐，所述蒸发器壳体顶部设置有液体三氧化硫进料管、气体三氧化硫管，所述蒸发器内部设有加热盘管、蒸发器顶部气相管设有压力计；所述加热盘管与换热器一、换热器二、风机串联。

三氧化硫储罐至蒸发器的管道上设置有流量计及三氧化硫进料调节阀；同时三氧化硫储罐至蒸发器的管道上设置有回流管道，回流管道上设置有回流阀。

换热器一与换热器二的连接管道上设置有热水调节阀。

换热器二经风机至加热盘管的连接管道上设置有高纯空气进料调节阀，该高纯空气进料调节阀与蒸发器上设置的压力计连接。

上述方案中，所述三氧化硫进料调节阀与进料流量计进行智能关联，流量计设定目标液位后，三氧化硫进料调节阀会根据液位自动进行线性调节，维持蒸发器内三氧化硫进料量。

上述方案中，所述三氧化硫出料管设置压力变送器，压力变送器与高纯空气进料调节阀智能关联，三氧化硫出料管上压力变送器设定目标值，即蒸发量，压力变送器与高纯空气进料调节阀设定自动线性调节，通过高纯空气进料调节阀自动调节高纯空气流量以保持三氧化硫蒸发量稳定。

上述方案中，所述换热器一热介质为汽提塔出口经除雾后的干燥混合气，换热器二换热介质为热水。

上述方案中，所述换热器1一出口设置温度计，温度计与换热器二热水

调节阀智能关联，换热器1一出口温度计设定目标值，即三氧化硫蒸发所需换热介质温度，温度计与换热器二设定智能联锁，当换热器二出口温度低于于设定值时，热水阀二打开进行温度补偿。

本发明采用高纯空气内循环蒸发三氧化硫，外换热***综合利用电子级硫酸***放出热量，不仅节约三氧化硫汽化能耗，而且消除了换热器腐蚀换热介质进入三氧化硫发生安全事故的风险，另通过智能联锁设置实现蒸发***智能化蒸发，提升***制程稳定性。

附图说明

图1为电子级硫酸生产用智能汽化及能量综合利用的工艺流程图。

图2为电子级硫酸生产用智能汽化及能量综合利用的装置图。其中，（1）三硫储罐、（2）进料泵、（3）回流阀、（4）流量计、（5）三氧化硫进料调节阀、（6）蒸发器、（7）压力计、（8）加热盘管、（9）换热器1、（10）换热器2、（11）高纯空气进料调节阀、（12）热水调节阀、（13）风机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

以40℃的高纯氮气进入汽提塔进行曝气，汽提塔顶部出口混合气进入除雾器脱除混合气中的酸雾，除雾器出口混合气温度为81℃，混合气进入换热器1对蒸发器出口的高纯空气进行换热、升温，换热后的混合气提进入尾气***；换热器1出口温度计设定目标值介于65℃，换热器2热水温度控制在92℃，启动高纯空气进料调节阀、风机，开启内循环换热***，开启换热器1出口温度计与热水调节阀智能控制，经换热器1升温后的高纯空气经换热器2进行温度补偿，达到设定目标值后的高纯空气进入空气缓冲罐，热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为35%，阀门随温度反馈调节微分控制T=240s ；打开回流管线上开关阀，开启三氧化硫进料泵，将原料储罐中的三氧化硫打入蒸发器，当蒸发器液位到达75%，开启高纯空气换热***，开启流量计、三氧化硫进料调节阀智能控制，三氧化硫气相压力计标准值设定为10kpa，三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为40%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为40s；空气缓冲罐中的空气经风机将空气输送至蒸发器对液体三氧化硫进行升温、蒸发，开启三氧化硫气相压力计与高纯热空气调节阀智能控制，三氧化硫流量计设定标准值为15L/min，***通过自动控制稳步提升负荷，***自动进入稳定状态，维持稳定生产。以高纯空气内循环蒸发三氧化硫，外换热***综合利用电子级硫酸***放出热量，不仅节约三氧化硫汽化能耗，而且消除了换热器腐蚀换热介质进入三氧化硫发生安全事故的风险，另通过智能联锁设置实现蒸发***智能化蒸发，提升***制程稳定性，电子级硫酸产品中金属离子低于20ppt，易氧化物低于2ppm。

实施例2

以44℃的高纯氮气进入汽提塔进行曝气，汽提塔顶部出口混合气进入除雾器脱除混合气中的酸雾，除雾器出口混合气温度为83℃，混合气进入换热器1对蒸发器出口的高纯空气进行换热、升温，换热后的混合气提进入尾气***；换热器1出口温度计设定目标值介于70℃，换热器2热水温度控制在88℃，启动高纯空气进料调节阀、风机，开启内循环换热***，开启换热器1出口温度计与热水调节阀智能控制，经换热器1升温后的高纯空气经换热器2进行温度补偿，达到设定目标值后的高纯空气进入空气缓冲罐热水调节阀，热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为40%，阀门随温度反馈调节微分控制T=260s；打开回流管线上开关阀，开启三氧化硫进料泵，将原料储罐中的三氧化硫打入蒸发器，当蒸发器液位到达80%，开启高纯空气换热***，开启流量计、三氧化硫进料调节阀智能控制，三氧化硫气相压力计标准值设定为15kpa，三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为50%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为60s；空气缓冲罐中的空气经风机将空气输送至蒸发器对液体三氧化硫进行升温、蒸发，开启三氧化硫气相压力计与高纯热空气调节阀智能控制，三氧化硫流量计设定标准值为21L/min，***通过自动控制稳步提升负荷，***自动进入稳定状态，维持稳定生产。以高纯空气内循环蒸发三氧化硫，外换热***综合利用电子级硫酸***放出热量，不仅节约三氧化硫汽化能耗，而且消除了换热器腐蚀换热介质进入三氧化硫发生安全事故的风险，另通过智能联锁设置实现蒸发***智能化蒸发，提升***制程稳定性，电子级硫酸产品中金属离子低于20ppt，易氧化物低于2ppm。

实施例3

以50℃的高纯氮气进入汽提塔进行曝气，汽提塔顶部出口混合气进入除雾器脱除混合气中的酸雾，除雾器出口混合气温度为88℃，混合气进入换热器1对蒸发器出口的高纯空气进行换热、升温，换热后的混合气提进入尾气***；换热器1出口温度计设定目标值介于80℃，换热器2热水温度控制在83℃，启动高纯空气进料调节阀、风机，开启内循环换热***，开启换热器1出口温度计与热水调节阀智能控制，经换热器1升温后的高纯空气经换热器2进行温度补偿，达到设定目标值后的高纯空气进入空气缓冲罐，热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为45%，阀门随温度反馈调节微分控制T=280s；打开回流管线上开关阀，开启三氧化硫进料泵，将原料储罐中的三氧化硫打入蒸发器，当蒸发器液位到达85%，开启高纯空气换热***，开启流量计、三氧化硫进料调节阀智能控制，三氧化硫气相压力计标准值设定为20kpa，三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为60%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为100s；空气缓冲罐中的空气经风机将空气输送至蒸发器对液体三氧化硫进行升温、蒸发，开启三氧化硫气相压力计与高纯热空气调节阀智能控制，三氧化硫流量计设定标准值为24 L/min，***通过自动控制稳步提升负荷，***自动进入稳定状态，维持稳定生产。以高纯空气内循环蒸发三氧化硫，外换热***综合利用电子级硫酸***放出热量，不仅节约三氧化硫汽化能耗，而且消除了换热器腐蚀换热介质进入三氧化硫发生安全事故的风险，另通过智能联锁设置实现蒸发***智能化蒸发，提升***制程稳定性，电子级硫酸产品中金属离子低于20ppt，易氧化物低于2ppm。

实施例4

方法、步骤同实施例1，仅热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为10%，阀门随温度反馈调节微分控制T=150s；三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为20%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为20s；则最后采出的电子级硫酸产品中金属离子低于30ppt，易氧化物低于2.5ppm，生产制程中换热器1出口温度变化范围为61℃~69℃，三氧化硫气相压力值波动范围为6kpa~14kpa。

实施例5

方法、步骤同实施例1，仅热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为20%，阀门随温度反馈调节微分控制T=200s；三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为30%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为60s；则最后采出的电子级硫酸产品中金属离子低于20ppt，易氧化物低于2ppm，生产制程中换热器1出口温度变化范围为62.5℃~67.5℃，三氧化硫气相压力值波动范围为7.5kpa~12.8kpa。

实施例5

方法、步骤同实施例1，仅热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为50%，阀门随温度反馈调节微分控制T=260s；三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为60%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为90s；则最后采出的电子级硫酸产品中金属离子低于20ppt，易氧化物低于2ppm，生产制程中换热器1出口温度变化范围为63.8℃~66.3℃，三氧化硫气相压力值波动范围为8.7kpa~11.2kpa。

实施例7

方法、步骤同实施例1，仅热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为60%，阀门随温度反馈调节微分控制T=360s；三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为80%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为120s；则最后采出的电子级硫酸产品中金属离子低于20ppt，易氧化物低于2ppm，生产制程中换热器1出口温度变化范围为62.3℃~67.9℃，三氧化硫气相压力值波动范围为7.4kpa~12.8kpa。

实施例8

方法、步骤同实施例1，仅热水调节阀随换热器1出口温度反馈调节积分控制P设置为80%，阀门随温度反馈调节微分控制T=400s；三氧化硫进料调节阀随压力反馈调节积分控制P设置为90%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为140s；则最后采出的电子级硫酸产品中金属离子低于35ppt，易氧化物低于3.1ppm，生产制程中换热器1出口温度变化范围为59.7℃~70.5℃，三氧化硫气相压力值波动范围为4.6kpa~16.6kpa。

实施例9

一种电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用装置，氧化硫储罐1经进料泵2与蒸发器6连接，蒸发器6内设置有加热盘管8，加热盘管8的管道与换热器一9连接，换热器一9与换热器二10连接，换热器二10经风机（13）与加热盘管8连接。

三氧化硫储罐1至蒸发器6的管道上设置有流量计4及三氧化硫进料调节阀5；同时三氧化硫储罐1至蒸发器6的管道上设置有回流管道，回流管道上设置有回流阀3。

换热器一9与换热器二10的连接管道上设置有热水调节阀12。

换热器二10经风机13至加热盘管8的连接管道上设置有高纯空气进料调节阀11，该高纯空气进料调节阀11与蒸发器6上设置的压力计7连接。

Claims (7)

1.电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）开启外换热***：将脱酸雾后的气提混合气进入换热器一，对蒸发器出口至换热器一的高纯空气进行换热、升温，换热后的混合气提进入尾气***；

（2）开启内循环换热***：将换热器一中升温后的高纯空气经换热器二进行温度补偿，换热器一出口温度计设定目标值介于60℃～80℃，换热器二热水温度控制在80℃～95℃，开启换热器一出口温度计与热水调节阀智能控制，达到设定目标值后的高纯空气进入空气缓冲罐，温度计与热水阀自动进行线性调节设置，阀门随温度反馈调节积分控制P设置为20%~60%，阀门随温度反馈调节微分控制T=200s ~360s；

（3）开启三氧化硫进料***：将原料储罐中的三氧化硫打入蒸发器，当蒸发器液位到达指定液位时，空气缓冲罐中的高纯空气经风机输送至蒸发器对液体三氧化硫进行升温、蒸发制备得到电子级硫酸产品，三氧化硫气相压力与高纯热空气调节阀自动进行线性调节设置，其中阀门随压力反馈调节积分控制P设置为30%~80%，阀门随压力反馈调节反馈微分控制T设置为30s ~120s。

2.根据权利要求1所述的电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，步骤（1）中所述的气提混合气为电子级硫酸生产***中气提工序产生的混合气提，该混合气提经40-50℃的高纯氮气曝气、除雾后提升温度至70-90℃。

3.根据权利要求1所述的电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，步骤（3）中三氧化硫以流量为15L/min~25L/min打入蒸发器，当蒸发器液位设定为70%～90%时，高纯空气输送至蒸发器中，控制三氧化硫气相压力计标准值设定为1kpa~30kpa。

4.根据权利要求1所述的电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，该方法所用的装置如下，氧化硫储罐（1）经进料泵（2）与蒸发器（6）连接，蒸发器（6）内设置有加热盘管（8），加热盘管（8）的管道与换热器一（9）连接，换热器一（9）与换热器二（10）连接，换热器二（10）经风机（13）与加热盘管（8）连接。

5.根据权利要求4所述的电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，三氧化硫储罐（1）至蒸发器（6）的管道上设置有流量计（4）及三氧化硫进料调节阀（5）；同时三氧化硫储罐（1）至蒸发器（6）的管道上设置有回流管道，回流管道上设置有回流阀（3）。

6.根据权利要求4所述的电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，换热器一（9）与换热器二（10）的连接管道上设置有热水调节阀（12）。

7.根据权利要求4所述的电子级硫酸生产用汽化及能量循环利用方法，其特征在于，换热器二（10）经风机（13）至加热盘管（8）的连接管道上设置有高纯空气进料调节阀（11），该高纯空气进料调节阀（11）与蒸发器（6）上设置的压力计（7）连接。

Images