一种制造电子级氯化氢的生产装置及方法

摘要

本发明公开了一种制造电子级氯化氢的生产装置及方法，装置包括吸附塔、冷却器、原料精馏塔、第一脱重塔、闪蒸罐、反应器、脱轻塔、机动塔、第二脱重塔和膜分离装置，吸附塔塔顶出口通过冷却器与原料精馏塔的塔釜进料口连接；第一脱重塔的塔釜进料口与原料精馏塔的塔底连接；闪蒸罐进口与第一脱重塔的塔顶连接；反应器底部与闪蒸罐塔顶连接；脱轻塔的塔釜进料口与反应器顶部连接；机动塔的塔釜与脱轻塔底部连接；第二脱重塔与机动塔的塔顶或塔釜连接；膜分离装置与第二脱重塔的塔顶连接。本发明利用副产与回收氯化氢或合成氯化氢为原料，充分利用资源，在高效、节能的条件下充分回收工业副产氯化氢，具有较高的经济效益和环境效益。

权利要求

1.一种制造电子级氯化氢的生产装置，其特征在于，包括依次通过管道连接的吸附塔、冷却器、原料精馏塔、第一脱重塔、闪蒸罐、反应器、脱轻塔、机动塔、第二脱重塔和膜分离装置；

所述吸附塔塔顶出口通过所述冷却器与所述原料精馏塔的塔釜进料口相连接；所述第一脱重塔的塔釜进料口与所述原料精馏塔的塔底相连接；所述闪蒸罐进口与所述第一脱重塔的塔顶相连接；所述反应器底部与所述闪蒸罐塔顶相连接；所述脱轻塔的塔釜进料口与所述反应器顶部相连接；所述机动塔的塔釜进料口与所述脱轻塔底部相连接；所述第二脱重塔与所述机动塔的塔顶或塔釜出料口相连接；所述膜分离装置与所述第二脱重塔的塔顶相连接。

2.根据权利要求1所述的一种制造电子级氯化氢的生产装置，其特征在于，所述原料精馏塔、所述第一脱重塔、所述脱轻塔、所述机动塔和所述第二脱重塔均采用高效传质元件，所述高效传质元件为散堆填料或规整填料或高效BH填料。

3.根据权利要求1所述的一种制造电子级氯化氢的生产装置而进行的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、纯度为97%的副产氯化氢或合成氯化氢作为原料进入吸附塔，吸附出口气经冷却后进入原料精馏塔进行初步分离杂质；

S2、原料精馏塔塔釜流股进入第一脱重塔，在塔顶得到1.0N‑4.0N化学纯氯化氢；

S3、第一脱重塔塔顶产物进入闪蒸罐脱除水分；

S4、闪蒸罐蒸出气相进入反应器进行催化反应，除去C2不饱和烃；

S5、反应器内产物进入脱轻塔进一步脱除轻组分杂质N2、O2、Ar；

S6、脱轻塔塔釜料液进入机动塔进一步脱除轻组分杂质或重组分杂质；

S7、机动塔采出液最后进入第二脱重塔进一步脱除重组分杂质；

S8、第二脱重塔塔顶产物进入膜分离装置，在出口输出5.0N‑10.0N电子级氯化氢产品。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述吸附塔内吸附介质为二氧化钛或活性炭或酸性树脂或活性氧化铝或硅胶。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述膜分离装置的膜组件为板框式或管式或螺旋卷式或中空纤维式。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轻组分杂质包括C2不饱和烃、N2、O2、Ar和CH4；所述重组分杂质包括H2O。

说明书

一种制造电子级氯化氢的生产装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子级氯化氢制备技术领域，更具体的说是涉及一种制造电子级氯化氢的生产装置及方法。

背景技术

[0002] 电子级氯化氢是无机酸的一种，常温下为无色气体，极易被水吸收形成强腐蚀性液体。高纯电子级氯化氢是一种具有广泛应用前景的工业基础材料，尤其在半导体集成电路、金属冶炼、太阳能电池、制药等领域有着举足轻重的作用。近年来，随着能源危机和大气污染的进一步恶化，世界各国经济和科技发展逐渐转向以环境保护为前提的低碳经济和清洁能源技术，电子工业领域成为各国下一步发展的重点和继续研究的方向。大规模集成电路、太阳能光伏行业的进一步发展对氯化氢纯度提出了更高的要求，纯度需要达到体积分数99.999%（5N）以上，对其中C2不饱和烃、N2、O2、Ar、CH4、H2O等杂质的含量也需要进行严格的控制。

[0003] 但是，传统的分析方法和盐酸解吸方法难以满足，生产的电子级氯化氢的高含水量使得方法过程腐蚀性严重，生产成本高，生产能力小，无法满足迅猛发展的下游集成电路和太阳能光伏行业的市场需求；同时大量工业副产氯化氢处理难度大耗能高，无法得到充分的利用。

[0004] 因此，提供一种高效制造电子级氯化氢的生产装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种制造电子级氯化氢的生产装置及方法，可以脱除副产氯化氢中轻组分C2不饱和烃、N2、O2、Ar、CH4及重组分H2O等杂质，制得5N级（体积分数99.999%）氯化氢产品，同时解决工业副产中氯化氢回收难、提纯难的问题。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种制造电子级氯化氢的生产装置，包括依次通过管道连接的吸附塔、冷却器、原料精馏塔、第一脱重塔、闪蒸罐、反应器、脱轻塔、机动塔、第二脱重塔和膜分离装置。

[0008] 进一步的，所述吸附塔塔顶出口通过所述冷却器与所述原料精馏塔的塔釜进料口相连接；所述第一脱重塔的塔釜进料口与所述原料精馏塔的塔底相连接；所述闪蒸罐进口与所述第一脱重塔的塔顶相连接；所述反应器底部与所述闪蒸罐塔顶相连接；所述脱轻塔的塔釜进料口与所述反应器顶部相连接；所述机动塔的塔釜进料口与所述脱轻塔底部相连接；所述第二脱重塔与所述机动塔的塔顶或塔釜出料口相连接；所述膜分离装置与所述第二脱重塔的塔顶相连接。

[0009] 进一步的，所述原料精馏塔、所述第一脱重塔、所述脱轻塔、所述机动塔和所述第二脱重塔均采用高效传质元件，所述高效传质元件为散堆填料或规整填料或高效BH填料。

[0010] 利用上述一种制造电子级氯化氢的生产装置而进行的方法，包括以下步骤：

[0011] S1、纯度为97%的副产氯化氢或合成氯化氢作为原料进入吸附塔，吸附出口气经冷却后进入原料精馏塔进行初步分离杂质；

[0012] S2、原料精馏塔塔釜流股进入第一脱重塔，在塔顶得到1.0N‑4.0N化学纯氯化氢；

[0013] S3、第一脱重塔塔顶产物进入闪蒸罐脱除水分；

[0014] S4、闪蒸罐蒸出气相进入反应器进行催化反应，除去C2不饱和烃；

[0015] S5、反应器内产物进入脱轻塔进一步脱除轻组分杂质N2、O2、Ar；

[0016] S6、脱轻塔塔釜料液进入机动塔进一步脱除轻组分杂质或重组分杂质；

[0017] S7、机动塔采出液最后进入第二脱重塔进一步脱除重组分杂质；

[0018] S8、第二脱重塔塔顶产物进入膜分离装置，在出口输出5.0N‑10.0N电子级氯化氢产品。

[0019] 进一步的，所述吸附塔内吸附介质为二氧化钛或活性炭或酸性树脂或活性氧化铝或硅胶。

[0020] 进一步的，所述膜分离装置的膜组件为板框式或管式或螺旋卷式或中空纤维式。

[0021] 进一步的，所述轻组分杂质包括C2不饱和烃、N2、O2、Ar和CH4；所述重组分杂质包括H2O。

[0022] 由此可知，本发明提供了一种制造电子级氯化氢的生产装置及方法，与现有技术相较而言，本发明利用副产与回收氯化氢或合成氯化氢为原料，充分利用资源，降低对周围环境的影响，所涉及生产过程只有约2%～5%的塔底排出物制成20％的盐酸出售，因此，该方法为无三废排放的环保方法，在高效、节能的条件下充分回收工业副产氯化氢，平衡国内高纯电子级氯化氢供求关系，具有较高的经济效益和环境效益。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0024] 图1 附图为本发明提供的一种制造电子级氯化氢的生产装置的方法流程示意图。

具体实施方式

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 如图1所示，本发明实施例公开了一种制造电子级氯化氢的生产装置，包括吸附塔1、冷却器2、原料精馏塔3、第一脱重塔4、闪蒸罐5、反应器6、脱轻塔7、机动塔8、第二脱重塔9和膜分离装置10，吸附塔1塔顶出口通过冷却器2与原料精馏塔3的塔釜进料口相连接；第一脱重塔4的塔釜进料口与原料精馏塔3的塔底相连接；闪蒸罐5进口与第一脱重塔4的塔顶相连接；反应器6底部与闪蒸罐5塔顶相连接；脱轻塔7的塔釜进料口与反应器6顶部相连接；机动塔8的塔釜进料口与脱轻塔7底部相连接；第二脱重塔9与机动塔8的塔顶或塔釜出料口相连接；膜分离装置10与第二脱重塔9的塔顶相连接。

[0027] 在本实施例中，为了提高传质效率，增强了设备的耐腐蚀性，在较低的设备投资下得到高纯的电子级氯化氢产品，原料精馏塔3、第一脱重塔4、脱轻塔7、机动塔8和第二脱重塔9均采用高效传质元件、均布液体分布器，在本实施例中，高效传质元件为高效BH填料。

[0028] 在本实施例中，为了保证大回流比，防止了回流泵对产品有可能造成的污染，进一步提高了电子级氯化氢最终产品的纯度，降低能耗，原料精馏塔3、第一脱重塔4、脱轻塔7、机动塔8和第二脱重塔9均采用特殊塔头结构的精馏塔，即冷凝器安装在塔顶内部，省去液体氯化氢回流泵。

[0029] 值得提出的是，上述各个部件之间的连接均是通过管道连接。为了保证内壁不留疤痕，设备压降显著下降，操作弹性大，提高了设备的操作安全性，本发明所涉及的管道、设备和仪表均采用不锈钢材质，阀门及连接件采用抗腐蚀316L不锈钢，控制阀及截止阀均采用隔膜式结构，管道及设备均经过抛光、除油、清洗、钝化等处理，封头焊缝内侧为三角对缝焊接。

[0030] 值得提出的是，为了防止机油对系统的污染，提高最终产品氯化氢的纯度，本发明中液体输送采用液位差或压差而不用泵，气体压缩液化采用膜式压缩机，膜片为不锈钢片。

[0031] 值得提出的是，为了保证整个系统在清洗置换过程中不留死角，保证产品质量的均一性和稳定性，本发明中设备定位及管道布置经过精心设计，在系统中设若干放空和排液口，并在生产过程中无物流盲肠。

[0032] 本发明实施例还公开了利用上述一种制造电子级氯化氢的生产装置而进行的方法，包括以下步骤：

[0033] S1、纯度为97%的副产氯化氢或合成氯化氢作为原料进入吸附塔1，吸附出口气经冷却后进入原料精馏塔3进行初步分离杂质；

[0034] 在此步骤中，为了避免原料罐装运输造成的污染，副产品氯化氢或合成氯化氢作为原料从储罐经无缝钢管直接引入吸附塔1；

[0035] 在此步骤中，吸附塔1内吸附介质为二氧化钛或活性炭或酸性树脂或活性氧化铝或硅胶。

[0036] S2、原料精馏塔3塔釜流股进入第一脱重塔4，在塔顶得到1.0N‑4.0N化学纯氯化氢；

[0037] S3、第一脱重塔4塔顶产物进入闪蒸罐5脱除水分；

[0038] S4、闪蒸罐5蒸出气相进入反应器6，反应器6内装填催化剂，进行催化反应，除去C2不饱和烃，该步骤提高了催化反应除去C2不饱和烃的效率，提高最终电子级氯化氢的产品纯度。

[0039] S5、反应器6内产物进入脱轻塔7进一步脱除轻组分杂质N2、O2、Ar；

[0040] S6、脱轻塔7塔釜料液进入机动塔8进一步脱除轻组分杂质或重组分杂质；

[0041] 在此步骤中，为了可以根据实际生产工况进行调整，提高整体流程的操作弹性，根据脱轻塔7出料组成调整机动塔8的工作方式。

[0042] S7、机动塔8采出液最后进入第二脱重塔9进一步脱除重组分杂质；

[0043] S8、第二脱重塔9塔顶产物进入膜分离装置10，在出口得到5.0N‑10.0N电子级氯化氢产品。

[0044] 在此步骤中，膜分离装置10的膜组件为板框式或管式或螺旋卷式或中空纤维式。

[0045] 根据本发明一种以副产氯化氢或合成氯化氢制造电子级氯化氢的生产装置及方法，按照设计计算及对装置出口产品分析，其中杂质仅有C2Hx、H2O和N2，且含量均在0.1ppm以下，基本不含金属离子，但由于处理后的钢瓶壁上附着有微量N2和H2O，以及钢瓶重复使用造成的杂质积累，使瓶装产品中含有碳氢化合物的总量约0.4ppm，H2O约0.8ppm，N2约0.3ppm，同时由于钢瓶瓶阀出口处受空气影响，有痕量腐蚀，致使实际使用气体中约有
0.1ppmFe。实施后所得最终电子级氯化氢产品组成详见表1：

[0046]流股   5
氯化氢纯度（体积分数）/10 ≥ 99.999
‑2                                     
‑6
氧+氩（O2+Ar）含量（体积分数）/10 ＜ 0.5
‑6
氮（N2）含量（体积分数）/10 ＜ 2
‑6
二氧化碳（CO2）含量（体积分数）/10 ＜ 1
‑6
一氧化碳（CO）含量（体积分数）/10 ＜ 0.5
‑6
烃（CH4+C2H2）含量（体积分数）/10 ＜ 0.5
‑6
水分（H20）含量（体积分数）/10 ＜ 0.5
铁（Fe）含量（mg/L） ≤ 0.1
其他金属元素（锰、钴、锌、铜、铬、镍）含量（mg/L） ≤ 0.1

[0047] 表1

[0048] 通过ASPEN模拟计算和流体力学设计计算，得到脱轻塔塔内气体流速、液流密度等参数，进一步计算得到塔径，使得精馏塔在合理设计后，满足流体力学条件时，可以完全正常稳定操作，塔的分离效率高，脱轻塔的结构参数和流体力学计算结果见表2：

[0049] 一.结构参数 上段 下段填料型式 BHS II BHS II
填料高度  m 28 40
塔内径    m 2.4 1.6
塔内件，套 1 1
二.气液负荷    
3
汽相负荷  m/hr 1748 1012
3
汽相密度  kg/m 2.4 2.4
3
液相负荷  m/hr 3.4 3.16
3
液相密度  kg/m 1182 1182
三.水力学数据    
空塔气速    m/s 0.43 0.56
空塔动能因子 2.68 3.48
3 2
液流强度，m/mh 6.68 6.25
压降  KPa ＜6 ＜6

[0050] 表2

[0051] 通过上述计算表明，设计的2400mm直径、68米填料的高效填料脱轻塔，用于精馏脱除混合气中的轻组分N2、O2、Ar、CH4等，数据均在正常范围内，塔的压降低，表明塔很好操作，而且还有很大的操作弹性。

[0052] 通过ASPEN模拟计算和流体力学设计计算，得到脱重塔内气体流速、液流密度等参数，进一步计算得到塔径，使得精馏塔在合理设计后，满足流体力学条件时，可以完全正常稳定操作，塔的分离效率高。脱重塔的结构参数和流体力学计算结果见表3：

[0053] 一.结构参数  填料型式 BHS II
填料高度  m 80
塔内径    m 4.8
塔内件，套 1
二.气液负荷  
汽相负荷m3/hr 10832
汽相密度 kg/m3 2.4
液相负荷m3/hr 20.96
液相密度 kg/m3 1182
三.水力学数据  
空塔气速    m/s 0.67
空塔动能因子 4.12
液流强度，m3/m2h 10.4
压降  KPa ＜6

[0054] 表3

[0055] 通过上述计算表明，设计的4800mm直径、80米填料的高效填料脱重塔，用于精馏脱除混合气中的重组分H2O等，数据均在正常范围内，塔的压降低，表明塔很好操作，而且还有很大的操作弹性。

[0056] 根据表1‑表3的检测及模拟结果可知，采用本发明能够副产与回收氯化氢或合成氯化氢提纯到99.999％ 99.99999999%（5N‑10N级）的水平。~

[0057] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0058] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。