CN217340094U

CN217340094U - 一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置

Info

Publication number: CN217340094U
Application number: CN202220362107.0U
Authority: CN
Inventors: 邬慧雄; 屈艳莉; 赵秋松; 王佳琪; 热娜·博尔汗
Original assignee: Hualu Engineering and Technology Co Ltd
Current assignee: Hualu Engineering and Technology Co Ltd
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2032-02-22

Abstract

本实用新型公开了一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，包括分壁式反应精馏塔、冷凝吸收塔、氧化反应釜、再沸器和冷凝器，冷凝吸收塔气相进料口通过管道和阀门与氟化氢精馏段顶部气相出口连接，冷凝器和冷凝段顶部的不凝气出口通过管道与精馏塔顶部气相入口连接，氟化氢提留段底部重组分出口通过管道与洗涤塔顶部重组分入口连接，氧化反应釜底部设置氧化剂分布器，其气、液相出口都与分壁式反应精馏塔中部进料口连接。本实用新型将无水氟化氢制备与电子级氢氟酸与电子级氟化氢的生产过程耦合，操作简单，可以有效地降低能耗和投资，同时也有效减少或回收了电子级产品制备过程中的副产物，且更容易实现产业化。

Description

一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置

技术领域

本实用新型适用于无水氟化氢生产设备技术领域，具体涉及一种制备无水氟化氢联产电子级氢氟酸与电子级氟化氢的生产装置。

背景技术

无水氟化氢广泛应用于化工、冶金、食品等方面，如：氟制冷剂、无机氟化盐、石油烷烃催化、金属酸洗、氟化铝、冰晶石及二次氟化物、含氟塑料、涂料、医药、农药中间体、含氟表面活性剂、***及军工特种产品等的生产中。目前，我国氟化工发展的重点将是以调整产品结构为主，大力发展中高档产品，提高产品的自给率，侧重于提高含氟精细化学品的比例，加快发展高附加值的含氟材料。特别是电子级氢氟酸或氟化氢，是半导体制作过程中应用最多的电子化学品之一，可广泛应用于大规模集成电路、薄膜液晶显示器、半导体等微电子工业等方面。但是，电子级氢氟酸的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。

无水氟化氢生产的反应器为回转反应炉，传统的技术过程为粗氟化氢气体经过洗涤、除尘、冷却、净化，尔后进行冷凝、精馏、脱气得到无水氟化氢产品，炉渣干法处理；氟化氢气体回收采用硫酸吸收、尾气采用水洗处理，从而达到环保排放标准。在以上的生产过程中，来源于氟石和硫酸中的Si、P、N、S、As、B、碱金属，以及其他金属元素等形成的离子杂质，将不可避免的进入到无水氟化氢中。其中金属元素可以通过精馏和水洗进行脱除，而砷等低沸点非金属杂质元素，则难以通过简单的直接精馏的方式脱除。常采用的方法有氧化法、硫化物法、电解法，以及高分子螯合剂和混合床阴阳离子体系吸附法等，其中氧化法又分为过氧化氢法、氧化剂高锰酸钾法、氧化剂氟气法和氧化剂PtF₆法等。目前，电子级氢氟酸或氟化氢生产领域，存在的主要问题是，为了给无水氟化氢原料除杂，导致原材料的利用率偏低，能耗高，设备投资大，整个过程的经济性和安全性都不是很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，取消了传统电子级氢氟酸或氟化氢生产装置中的尾气吸收***，既节省了设备投资，又充分回收了不凝气中的氟化氢成分；取消传统电子级氢氟酸或氟化氢生产装置中的废酸处理***，节省了设备投资的同时，有效回收了废酸中的氟化氢成分。

为达到上述目的，本实用新型是采取如下技术结构予以实现的：

一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，包括：分壁式反应精馏塔、冷凝吸收塔、氧化反应釜、再沸器和冷凝器；所述分壁式反应精馏塔的中部气相入口、液相进料口分别通过管道与氧化反应釜的气、液相出口连接，其塔底重组分出口分别通过管道与洗涤塔顶部重组分入口或再沸器底部液相入口连接，其塔顶不凝气出口通过管道与精馏塔顶部气相入口连接；所述冷凝吸收塔内部分成上、中和下上段，内装填料，其中脱盐水入口以上为上段，脱盐水入口和上部气相入口之间为中段，两个气相入口之间则为下段；下段顶部和底部气相入口通过管道和阀门与氟化氢精馏段顶部气相出口连接，其中段顶部水的进口通过管道与脱盐水管道连接，其顶部气相出口通过管道与冷凝器的管程入口连接，所述冷凝器底部的液相出口分别通过管道与冷凝吸收塔上段顶部液相入口、氟化氢精馏段顶部液相入口和电子级无水氟化氢管道连接，其顶部不凝气出口通过管道与精馏塔顶部气相入口连接。

同时，上述的分壁式反应精馏塔在塔身内部设置隔板，把内部分隔成轻组分精馏段、轻组分提馏段、氟化氢精馏段和氟化氢提馏段共四个部分，内装填料，其中：轻组分精馏段为冷凝段下、塔中部进料口上、竖直隔板左和水平隔壁上及塔壁所围成的空间，轻组分提馏段为塔中部进料口下、竖直隔板左、竖直隔板下端之上及塔壁所围成的空间，氟化氢精馏段为水平隔壁下、竖直隔板右、竖直隔板下端之上及塔壁所围成的空间，氟化氢提馏段为竖直隔板下端之下及塔壁所围成的空间。

同时，上述的分壁式反应精馏塔在塔内顶部设置冷凝段，内装换热管，管程入口与分壁式反应精馏塔的塔身联通，管程出口与塔顶及塔顶不凝气相出口联通。

同时，上述的氧化反应釜和分壁式反应精馏塔的底部分别设置有 1、2#氧化剂分布器，其入口分别通过管道与氧化剂管道相连接，上述冷凝吸收塔内部分成上、中和下上段，内装填料，其中脱盐水入口以上为上段，脱盐水入口和上部气相入口之间为中段，两个气相入口之间则为下段。

本实用新型具有以下有益效果：

1、分壁式反应精馏塔和冷凝器顶部的不凝气(轻组分)汇合送入精馏塔顶部，取消了传统电子级氢氟酸或氟化氢生产装置中的尾气吸收***，既节省了设备投资，又充分回收了不凝气中的氟化氢成分；

2、分壁式反应精馏塔底部的重组分与精馏塔底部的重组分汇合送入洗涤塔顶部，取消传统电子级氢氟酸或氟化氢生产装置中的废酸处理***，节省了设备投资的同时，有效回收了废酸中的氟化氢成分；

3、分壁式反应精馏塔相当于将传统的氧化反应器、电子级精馏塔与电子级蒸馏脱气塔整合成一个塔，几个设备的内部集成，可以公用一个再沸器，降低了设备投资，同时也有效地降低了再生塔的能耗；

4、分壁式反应精馏塔的竖直冷凝段相当于将传统的塔顶冷凝器、回流罐和回流泵进行了内部集成，依靠重力全回流，取消了回流罐和回流泵，既降低了设备投资，也有效地降低了回流泵的电耗；

5、通过设置氧化反应釜和分壁式反应精馏塔，实现了两级氧化反应，使得氧化剂与氟化氢液体接触和利用更为充分，增加了***的安全性和保证了产品的质量；

6、通过调整冷凝回收塔的两个气相入口的进气量，能实现调节电子级氢氟酸和电子级氟化氢的相对产量的目的，对市场需求响应更为灵活。

附图说明

图1是本实用新型一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置的结构示图。

图中，1、分壁式反应精馏塔；2、轻组分精馏段；3、轻组分提馏段；4、氟化氢精馏段；5、氟化氢提馏段；6、冷凝段；7、再沸器； 8、冷凝吸收塔；9、冷凝器；10、1#控制阀；11、2#控制阀；12、回转反应炉；13、混酸槽；14、洗涤塔；15、一级冷凝器；16、二级冷凝器；17、粗氢氟酸槽；18、精馏塔；19、精馏塔冷凝器；20、精馏塔再沸器；21、脱气塔；22、脱气塔再沸器；23、脱气塔冷凝器；24、硫酸吸收塔；25、氟硅酸洗涤塔；26、废气沉淀塔；27、氧化反应釜； 28、1#分布器；29、2#分布器；30、电子级氢氟酸管道；31、电子级无水氟化氢管道；32、工艺尾气管道；33、废水管道；34、氟硅酸管道；35、无水氟化氢管道；36、石膏渣管道；37、萤石粉管道；38、发烟硫酸管道；39～42、脱盐水管道；43、氧化剂管道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，主要包括：分壁式反应精馏塔1、冷凝吸收塔8、氧化反应釜27、再沸器7和冷凝器9。所述分壁式反应精馏塔1的塔身内部设置隔板，把内部分隔成轻组分精馏段2、轻组分提馏段3、氟化氢精馏段4和氟化氢提馏段5共四个部分，内装规整填料。此外，上述分壁式反应精馏塔1的顶部设置冷凝段6，内装换热管，其管程入口与分壁式反应精馏塔1的塔身联通，管程出口与塔顶及塔顶气相出口相联通，其底部设置2#氧化器分布器29。

干燥的萤石粉从萤石粉管道37送入到回转反应炉12中。98％硫酸经脱盐水管道39送至硫酸吸收塔24吸收尾气中的HF，尔后进入洗涤塔14洗涤反应气体夹带的粉尘及重组分，然后进入混酸槽13，发烟硫酸经发烟硫酸管道38也送至混酸槽13。在混酸槽13中经过混合，使SO₃与98％硫酸中的水分充分反应，达到进料酸中水含量接近零，尔后进入回转反应炉12，氟化钙和硫酸进行反应，生成的石膏渣经石膏渣管道36送出界区。

反应生成的粗氟化氢气体，首先进入洗涤塔14除去水分、硫酸和少量粉尘。洗涤塔14出来的气体经一级冷凝器15和二级冷凝器 16，将大部分HF冷凝，冷凝液分别流入粗氢氟酸槽17；未凝气为 SO₂、CO₂、SiF₄、惰性气体及少量HF未凝气进入硫酸吸收塔24。粗HF凝液自粗氢氟酸槽17先进入精馏塔18，然后进入脱气塔21，从脱气塔21底部得到的无水氟化氢部分送至氧化反应釜29，部分经无水氟化氢管道35送出界区；精馏塔18底的重组分物料返回到洗涤塔 14顶部入口。从脱气塔冷凝器23和精馏塔冷凝器19顶排出的低沸物和部分未凝HF气一起进入硫酸吸收塔24，在此大部分HF被硫酸吸收。然后，硫酸吸收塔24塔顶的工艺尾气进入二级氟硅酸吸收塔 25底部气相入口，同时，脱盐水管道40给氟硅酸洗涤塔25补充脱盐水，在氟硅酸吸收塔25内，SiF4与脱盐水反应生成氟硅酸。之后，已除去SiF4、HF的工艺尾气进入洗涤塔26底部气相入口，同时，脱盐水管道41给废气沉淀塔26补充脱盐水，进行水洗，经水洗后的废气达标后经工艺尾气管道32高空排放。废水经废水管道33排除界外。

氧化剂经由氧化剂管道43，通过管道分别连接1#分布器28、2# 分布器29，将氧化剂分别送入到氧化反应釜27和分壁式反应精馏塔 1的底部，使得氧化剂与氟化氢液体充分接触和反应，使其中的三价砷离子被氧化为易挥发的五氟化砷和重组分砷酸或砷酸盐。五氟化砷通过脱轻组分的过程能被去除，砷酸和砷酸盐可经过高沸精馏进行去除。来自氧化反应釜27的物料经由管道连接进入分壁式反应精馏塔 1。在上述分壁式反应精馏塔1内部，在轻组分精馏段2中，实现轻组分与氟化氢的分离与精制；在轻组分提馏段3中，实现氟化氢中轻组分的浓缩；在氟化氢精馏段4中，实现氟化氢的分离与精制；在氟化氢提馏段5中，实现液相氟化氢中重组分的浓缩。

轻组分精馏段2顶部的气相进入冷凝段6，自下而上流动，其顶部获得的气体馏分为轻组分即不凝气，经由管道连接，送至精馏塔 18顶部气相入口，用以回收随轻组分逸出的HF，换热管内比轻组分的沸点要高的绝大部分氟化氢气体则被冷凝为液体，重力沉降，重新回到轻组分精馏段2的顶部；氟化氢精馏段4顶部气相，经由管道和阀门连接，至冷凝吸收塔8下段顶部和底部气相入口，部分氟化氢被由塔中部经由脱盐水管道42加入的脱盐水吸收为电子级氢氟酸，从冷凝吸收塔8底部，经由电子级氢氟酸管道30送出界区，塔顶部的气相则进入冷凝器9，冷凝下来的液体为电子级氟化氢液体，部分回来入冷凝吸收塔8顶部，部分经由电子级氟化氢液体管道31送出界区，剩余部分则回流入氟化氢精馏段4顶部入口，作为其回流液来使用；冷凝器9顶部不凝气出口通过管道与精馏塔18顶部气相入口连接，用以回收随轻组分逸出的HF；氟化氢提馏段5底部的重组分，经由管道连接，送至洗涤塔顶部14顶部入口，用以回收随重组分排出的HF，以提高原材料无水氟化氢的利用率。此外，可以通过调节 1#控制阀10、2#控制阀11的开度，来调控冷凝回收塔8的两个气相入口的进气量，进而实现调节电子级氢氟酸和电子级氟化氢的相对产量的目的，有利于更为灵活响应市场需求的变化。

通过上述分析可以得出，一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置设计巧妙，具有结构简单、设备投资小，且操作简单，安全可靠等特点，可在工程中应用；并为无水氟化氢生产设备技术领域，提供了一个新的优化解决结构。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，其特征在于，包括分壁式反应精馏塔(1)、冷凝吸收塔(8)、氧化反应釜(27)、再沸器(7)和冷凝器(9)，所述分壁式反应精馏塔(1)的中部气相入口、液相进料口分别通过管道与氧化反应釜(27)的气、液相出口连接，其塔底重组分出口分别通过管道与洗涤塔(14)顶部重组分入口或再沸器(7)底部液相入口连接，其塔顶不凝气出口通过管道与精馏塔(18)顶部气相入口连接；所述冷凝吸收塔(8)内部分成上、中和下上段，内装填料，其中脱盐水入口以上为上段，脱盐水入口和上部气相入口之间为中段，两个气相入口之间则为下段；下段顶部和底部气相入口通过管道和阀门与分壁式反应精馏塔(1)中部气相出口连接，中段顶部水的进口通过管道与脱盐水管道(42)连接，顶部气相出口通过管道与冷凝器(9)的管程入口连接，所述冷凝器(9)底部的液相出口分别通过管道与冷凝吸收塔(8)上段顶部液相入口、分壁式反应精馏塔(1)中部液相入口和电子级无水氟化氢管道(31)连接，其顶部不凝气出口通过管道与精馏塔(18)顶部气相入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，其特征在于，所述分壁式反应精馏塔(1)在塔内顶部设置冷凝段(6)，内装换热管，管程入口与分壁式反应精馏塔(1)的塔身联通，管程出口与塔顶及塔顶不凝气相出口联通。

3.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，其特征在于，所述氧化反应釜(27)和分壁式反应精馏塔(1)的底部分别设置有1#氧化剂分布器(28)和2#氧化剂分布器(29)，其入口分别通过管道与氧化剂管道(43)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化氢联产氢氟酸与氟化氢的生产装置，其特征在于，所述分壁式反应精馏塔(1)在塔身内部设置有竖直隔板左和水平隔壁，把内部分隔成轻组分精馏段(2)、轻组分提馏段(3)、氟化氢精馏段(4)和氟化氢提馏段(5)共四个部分，内装填料，其中：轻组分精馏段(2)为冷凝段(6)下、塔中部进料口上、竖直隔板左和水平隔壁上及塔壁所围成的空间，轻组分提馏段(3)为塔中部进料口下、竖直隔板左、竖直隔板下端之上及塔壁所围成的空间，氟化氢精馏段(4)为水平隔壁下、竖直隔板右、竖直隔板下端之上及塔壁所围成的空间，氟化氢提馏段(5)为竖直隔板下端之下及塔壁所围成的空间。