一种电子级六氟化硫的多级制备方法
阅读说明：本技术 一种电子级六氟化硫的多级制备方法 (Multistage preparation method of electronic grade sulfur hexafluoride ) 是由 华祥斌 赖金香 张朝春 刘志强 罗浩 邱桂祥 于 2021-02-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电子级六氟化硫的多级制备方法,包括：将氟气通入卧式SF-6反应单元,并与硫磺蒸汽在195～205℃持续反应形成SF-6粗气；将反应单元SF-6粗气除尘后通入热解单元中,将SF-6粗气中的S-2F-(10)气体热解；将步骤S2处理后的混合气体通入水洗单元进行水洗,得到一级纯化气体；将反应单元一级纯化气体通入碱洗单元进行碱洗,得到二级纯化气体；将反应单元二级纯化气体通入水气分离单元以去除水分得到三级纯化气体；将反应单元三级纯化气体通入低压吸附单元中吸附,得到四级纯化气体；将反应单元四级纯化气体通入高压吸附单元中吸附得到五级纯化气体；将反应单元五级纯化气体通入精馏单元进行精馏,得到电子级六氟化硫。(The invention provides a multistage preparation method of electronic grade sulfur hexafluoride, which comprises the following steps: fluorine gas is introduced into horizontal SF 6 A reaction unit, and reacting with sulfur steam at 195-205 deg.C to form SF 6 Coarse gas; reaction unit SF 6 Introducing the crude gas into a pyrolysis unit after dust removal, and introducing SF into the pyrolysis unit 6 S in crude gas 2 F 10 Pyrolyzing the gas; introducing the mixed gas treated in the step S2 into a washing unit for washing to obtain primary purified gas; introducing the primary purified gas of the reaction unit into an alkali washing unit for alkali washing to obtain secondary purified gas; introducing the second-stage purified gas of the reaction unit into a water-gas separation unit to remove water to obtain third-stage purified gas; introducing the three-stage purified gas of the reaction unit into a low-pressure adsorption unit for adsorption to obtain four-stage purified gas; introducing the four-stage purified gas of the reaction unit into a high-pressure adsorption unit for adsorption to obtain five-stage purified gas; and introducing the fifth-grade purified gas of the reaction unit into a rectification unit for rectification to obtain the electronic-grade sulfur hexafluoride.)
技术领域
本发明涉及一种电子级六氟化硫的多级制备方法。
背景技术
六氟化硫是一种无色、无臭、无毒、不燃的稳定气体，其分子结构呈八面体排布，键合距离小、键合能高，因此其稳定性很高，在温度不超过180℃时，它与电气结构材料的相容性和氮气相似。经常用于新一代超高压绝缘介质材料以及电子设备和雷达波导的气体绝缘体。电子级六氟化硫(纯度在99.999％以上)是电子气体的一种。高纯SF6是一种理想的电子蚀刻剂，被大量应用于微电子技术领域。目前我国电子行业使用的高纯SF6主要还是进口。目前，国内厂家的工业级六氟化硫纯度大于99.9％，以市售的工业级六氟化硫为主。综上所述，国内特别需要一种电子级六氟化硫多级制备方法，以解决上述现有存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种电子级六氟化硫的多级制备方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种电子级六氟化硫的多级制备方法，包括以下步骤：
S1，将氟气通入卧式SF6反应单元，并将硫磺连续进入反应室并加热形成硫磺蒸汽与所述氟气在195～205℃持续反应形成SF6粗气；
S2，将所述SF6粗气除尘后通入热解单元中，将SF6粗气中的S2F10气体分解为SF6和SF4；
S3，将步骤S2处理后的混合气体通入水洗单元进行水洗，除去混合气体中的氟气、低硫氟化物，得到一级纯化气体；
S4，将所述一级纯化气体通入碱洗单元进行碱洗，除去HF、CO2、SO2气体，得到二级纯化气体；
S5，将所述二级纯化气体通入水气分离单元以去除水分得到三级纯化气体；
S6，将所述三级纯化气体通入低压吸附单元中吸附，去除微量水分和酸性物质，得到四级纯化气体；
S7，将所述四级纯化气体通入高压吸附单元中吸附低硫氟氧化物以及微量HF、H2O，得到五级纯化气体；
S8，将所述五级纯化气体通入精馏单元进行精馏除杂，得到电子级六氟化硫。
本发明的有益效果是：本发明提供的制备方法，由电解槽制得的氟气，经氟气管道进入反应器，与硫磺蒸汽在一定条件下反应，生成SF6及中间氟硫化合物的混合气体。SF6粗气经除尘器、热解塔后进入水洗塔，在水洗塔内其它的低氟化物和氟氧化物均能被水解，水洗后的气体送至碱洗塔用KOH溶液淋洗。水解产生的酸性气体HF先用水吸收；再用KOH溶液进行洗涤中和，氟化氢去除率达99％以上。经淋洗后的SF6气体去除水分后，多级低压吸附塔、多级高压吸附塔去除SF6气体中的微量水分和其它酸性物质后，送入精馏塔中,精馏提纯至产品达标浓度后进行充装，该连续化的工艺方法可用于工业化生产电子级六氟化硫，以解决现有国内电子级六氟化硫依靠进口不能工业化生产的瓶颈。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中卧式SF6反应单元以及热解单元的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中水洗单元的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中碱洗单元的结构示意图。
图5是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中水气分离单元的结构示意图。
图6是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中低压吸附单元的结构示意图。
图7是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中高压吸附单元的结构示意图。
图8是本发明实施例提供的电子级六氟化硫的多级制备方法中精馏单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1所示，本发明实施例提供一种电子级六氟化硫的多级制备方法，包括以下步骤：
S1，将氟气通入卧式SF6反应单元，并将硫磺连续进入反应室并加热形成硫磺蒸汽与所述氟气在195～205℃持续反应形成SF6粗气；
S2，将所述SF6粗气除尘后通入热解单元中，将SF6粗气中的S2F10气体分解为SF6和SF4；
S3，将步骤S2处理后的混合气体通入水洗单元进行水洗，除去混合气体中的氟气、低硫氟化物，得到一级纯化气体；
S4，将所述一级纯化气体通入碱洗单元进行碱洗，除去HF、CO2、SO2气体，得到二级纯化气体；
S5，将所述二级纯化气体通入水气分离单元以去除水分得到三级纯化气体；
S6，将所述三级纯化气体通入低压吸附单元中吸附，去除微量水分和酸性物质，得到四级纯化气体；
S7，将所述四级纯化气体通入高压吸附单元中吸附低硫氟氧化物以及微量HF、H2O，得到五级纯化气体；
S8，将所述五级纯化气体通入精馏单元进行精馏除杂，得到电子级六氟化硫。
请参见图2，在步骤S1中，所述卧式SF6反应单元包括串联的第一卧式SF6反应器1以及第二卧式SF6反应器2，且步骤S1中，所述将氟气通入卧式SF6反应单元，并将硫磺连续进入反应室并加热形成硫磺蒸汽与所述氟气在195～205℃持续反应形成SF6粗气的步骤包括：
S11，将所述氟气以及所述硫磺通入所述第一卧式SF6反应器1，并控制反应温度为200～205℃持续反应；
S22，将所述第一卧式SF6反应器1的反应产物通入所述第二卧式SF6反应器2，并控制反应温度为190～200℃持续反应。
可以理解，由于硫磺与氟气反应较为剧烈，通过将部分反应分散于第二卧式SF6反应器2中，从而可以降低第一卧式SF6反应器1的风险，另外，由于第二卧式SF6反应器2的物料浓度降低，因此可以适当降低反应温度，节约能源。
请参见图2，在步骤S2中，所述热解单元包括串联设置的第一热解塔4、第二热解塔5，以及在线分析仪6，且在步骤S2中，所述将所述SF6粗气除尘后通入热解塔中的步骤包括：
S21，控制所述第一热解塔4的温度为300～310℃对所述S2F10气体进行热解，并通过所述在线分析仪6分析S2F10气体含量，当所述S2F10气体浓度高于第一阈值时，升高所述第二热解塔5的温度，否则，保持所述第二热解塔5的温度与所述第一热解塔4的温度相同。
可以理解，当所述S2F10气体浓度高于第一阈值时，可以理解为S2F10气体分解不彻底，故，需要提高所述第二热解塔5的温度。优选的，所述提高所述第二热解塔5的温度的步骤为：将所述第二热解塔5的温度提高到310～315℃。
请参见图3，在步骤S3中，所述水洗单元包括串联的一级水洗塔7、二级水洗塔8、三级水洗塔9以及四级水洗塔10。在所述水洗塔内其它的低氟化物和氟氧化物均能被水解而去除。一级水洗塔7和二级水洗塔8的主要作用是水解作用，三级水洗塔9以及四级水洗塔10主要是吸收水解产物HF。
请参见图4，在步骤S4中，所述碱洗单元包括串联的一级碱洗塔11、二级碱洗塔12、三级碱洗塔13以及四级碱洗塔14。水解产生的剩余气体HF先用水吸收，再用KOH溶液进行洗涤中和，氟化氢去除率达99％以上。
请参见图5，在步骤S5中，所述水气分离单元包括顺序连接的气泵15、水气分离器16、旋风分离器17以及冷干机18；所述水气分离器16的排水管高于所述水气分离器16的底部设置以形成水封；所述旋风分离器17以及所述冷干机18设置于所述水气分离器16顶部，且所述旋风分离器17的排水管171以及所述冷干机18的排水管181均延伸到所述水气分离器16的水封内，以实现所述水气分离器16、所述旋风分离器17以及所述冷干机18的自动化排水。可以理解，通过三级水气处理，气体中水气的去除率可以达到98％以上。另外，所述水气分离器16中水封的高度优选为0.4～0.5米。水封高度过高影响水气的去除率，水封过低容易使产物气体通过水封口排出压力过小，造成污染及浪费。
请参见图6，在步骤S6中，所述低压吸附单元包括顺序串联的四级硅胶吸附塔19以及顺序串联于所述四级硅胶吸附塔19后的四级铝胶吸附塔20。其主要作用是去除水气。
请参见图7，在步骤S7中，所述高压吸附单元包括顺序串联的隔膜压缩机21、除油器22、缓冲罐23、第一铝胶吸附塔20、5A分子筛吸附塔24、13X分子筛吸附塔25以及CUCL分子筛吸附塔26、F-03分子筛吸附塔27。在六氟化硫的相对湿度较大时，5A、13X、CUCL、F-03等分子筛吸附剂吸附水分能力与硅胶吸附剂和铝胶吸附剂相比差异不大，而六氟化硫相对湿度较小时，5A、13X、CUCL、F-03等分子筛吸附剂吸附水分能力比硅胶吸附剂和铝胶吸附剂大很多；而在低氟化物吸附能力方面分子筛吸附剂得吸附能力远远大于硅胶铝胶吸附剂，但当一种分子筛吸附剂吸附了大量水分之后，其吸附低硫氟化物得能力会大幅降低。本实施例中，六氟化硫粗气的湿度较高，先经四级硅胶吸附塔19中的硅胶吸附剂除去大部分水分，接着经铝胶吸附塔20中的铝胶吸附剂进一步干燥处理后，再经隔膜压缩机21鼓风进入高压吸附单元。在高压的条件下，经一级铝胶吸附剂进一步除去水分，5A分子筛除去微量的水，保证后续13X、CUCL及F-03分子筛吸附剂对低氟化物有较强的吸附能力；13X分子筛吸附剂除去CO2，CUCL分子筛吸附剂除去CO，吸附CO2和吸附CO互不干扰，顺序可以互换；再经F-03分子筛吸附剂对氟硫化合物，如SF2、SF4、S2F2、S2F10等和氟氧硫化合物，如SOF2、SOF4、SO2F2等进行吸附，最后进入精馏塔进行精馏。
请参见图8，在步骤S8中，所述精馏单元包括一级精馏塔28、二级精馏塔29以及三级精馏塔30，其中，所述所述精馏除杂的步骤包括：
控制所述一级精馏塔28、所述二级精馏塔29以及所述三级精馏塔30的塔顶温度为-3℃～-5℃，并控制塔底温度为0℃～2℃；从而获得电子级产品。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。