一種六氟乙烷的純化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六氟乙烷的純化方法，將六氟乙烷原料在-70℃~-35℃，0.1~1MPa條件進行精餾；將經(jīng)過精餾的所述六氟乙烷原料在-100℃~-70℃溫度條件下進行低溫吸附；將經(jīng)過低溫吸附的所述六氟乙烷原料在0.5~1.5MPa的壓力條件下進行加壓吸附，獲得六氟乙烷產(chǎn)品；所述六氟乙烷產(chǎn)品的CO2體積濃度≤0.5ppm，H2O體積濃度≤1ppm。采用本發(fā)明，解決了六氟乙烷中CO2和H2O脫除深度不夠和引入無水HCl造成安全隱患的問題，降低能耗，增強吸附劑的吸附效果，使六氟乙烷產(chǎn)品達到純度在99.9995%以上，滿足半導(dǎo)體與微電子工業(yè)中對于電子特氣的要求。
【專利說明】一種六氟乙烷的純化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體分離技術(shù)，尤其涉及一種六氟乙烷的純化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]六氟乙烷在半導(dǎo)體與微電子工業(yè)中用作等離子刻蝕氣體、器件表面清洗、光纖生產(chǎn)與低溫制冷劑。因其無毒無臭、高穩(wěn)定性被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體制造過程中，例如作為蝕刻劑(Dry Etch)、化學(xué)氣相沉積(CVD,Chemical Vapor Deposition)后的清洗腔體。在等離子工藝中作為二氧化硅和磷硅玻璃的干蝕氣體。近年來，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展，對電子特氣的純度要求越來越高，而六氟乙烷由于具有邊緣側(cè)向侵蝕現(xiàn)象極微、高蝕刻率及高精確性的優(yōu)點，解決了常規(guī)濕法腐蝕不能滿足0.18^0.25um的深亞微米集成電路高精度細線蝕刻的問題，可 以極好地滿足此類線寬較小的制程的要求。在以SiH4為基礎(chǔ)的各種CVD制程中，六氟乙烷作為清洗氣體，與甲烷相比具有排放性低、氣體利用率高、反映室清潔率和設(shè)備產(chǎn)出率高等特點。高純六氟乙烷是超大規(guī)模集成電路所必須的介質(zhì)，對半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CNl 165509公開一種六氟乙烷產(chǎn)品的純化方法，所述純化方法是一種用于從含有至少一種選自氯三氟甲烷、氯二氟甲烷、三氟甲烷、氯五氟乙烷、五氟乙烷和氟化氫的雜質(zhì)的產(chǎn)物物流中得到六氟乙烷的方法，這種方法包括下述步驟:
將產(chǎn)物物流加入到蒸餾塔中，在存在無水HCl情況下蒸餾產(chǎn)物物流，從蒸餾塔的頂部去除HCl—六氟乙烷共沸或類共沸組合物，并且從蒸餾塔的底部去除至少一部分的雜質(zhì)或其與HCl和/或HF的共沸或類共沸組合物，將HCl—六氟乙烷共沸或類共沸組合物分離成單一組分，并且得到六氟乙烷。由于HCl對設(shè)備腐蝕作用很大，采用引入了無水HCl的方法,對設(shè)備耐腐蝕性的要求很高,增加生產(chǎn)成本。另外,產(chǎn)品中殘留的HCl還會進一步腐蝕鋼瓶，給產(chǎn)品的存放及運輸安全造成隱患。
[0004]中國專利CN1165509公開另一種純化六氟乙烷的方法，根據(jù)獲得的有機物的組成比重復(fù)進行蒸餾操作，可以獲得高純度的六氟乙烷，如惰性氣體和CF4作為低沸點餾分從第一蒸餾塔頂部提取，而主要包括六氟乙烷的氣體從底部提取并導(dǎo)入第二蒸餾塔。然后，惰性氣體和三氟甲烷作為低沸點餾分從第二蒸餾塔頂部提取，主要包括六氟乙烷的氣體從底部提取并送入第三蒸餾塔，以從其頂部提取高純度六氟乙烷，雜質(zhì)CClF2CF3則富集于塔底，從而完成提純。采用此種方法要獲得高純六氟乙烷產(chǎn)品，需使用三個精餾塔進行重復(fù)精餾操作，過程繁瑣。
[0005]以上兩種現(xiàn)有技術(shù)主要利用精餾的方法純化六氟乙烷，但由于CO2的沸點與六氟乙烷的沸點很接近，難以利用精餾的方法除去CO2，不利于提高六氟乙烷的純度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種六氟乙烷的純化方法，解決了六氟乙烷中CO2和H2O脫除深度不夠和引入無水HCl造成安全隱患的問題，降低能耗，增強吸附劑的吸附效果，使六氟乙烷產(chǎn)品達到純度在99.9995%以上。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種六氟乙烷的純化方法，包括: 將六氟乙烷原料在_70°C "-35°C,0.f IMPa條件進行精餾；
將經(jīng)過精餾的所述六氟乙烷原料在_100°C '70°C的溫度條件下進行低溫吸附；
將經(jīng)過低溫吸附的所述六氟乙烷原料在0.5^1.5MPa的壓力條件下進行加壓吸附，獲得六氟乙烷產(chǎn)品。
[0008]作為上述方案的改進，所述將六氟乙烷原料在_70°C '35°C，0.f IMPa條件進行精餾的步驟包括:
將六氟乙烷原料通入第一精餾塔內(nèi)，在-65°C ^-35°C，0.2^0.7MPa條件下進行一次精懼;
將經(jīng)過一次精餾的所述六氟乙烷原料通入第二精餾塔內(nèi)，在-70°C '50°C，0.1~θ.4MPa的條件下進行二次精餾。
[0009]作為上述方案的改進，所述第一精餾塔內(nèi)液位控制在60%~70%，放空流量為0.1~2.0NmVh。
[0010]作為上述方案的改進，所述第二精餾塔的放空流量為0.1~2.0Nm3/h。
[0011]作為上述方案的改進，所述低溫吸附過程中，將所述六氟乙烷原料通入裝設(shè)有第一吸附劑的低溫吸附器進行低溫吸附；
所述第一吸附劑包括第一吸附劑a和第一吸附劑b ；
所述第一吸附劑a為CO2專用吸附劑；
所述第一吸附劑b為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩和13X分子篩中的一種或其組合。
[0012]作為上述方案的改進，將經(jīng)過低溫吸附的所述六氟乙烷原料在0.5^1.5MPa的壓力條件下進行加壓吸附的步驟，包括:
將經(jīng)過低溫吸附后的所述六氟乙烷原料通入膜壓機增壓，所述增壓后的氣壓為0.5~1.5MPa ；
將經(jīng)過增壓的所述六氟乙烷原料通入氣體純化器中進行加壓吸附。
[0013]作為上述方案的改進，所述氣體純化器裝設(shè)有第二吸附劑；
所述第二吸附劑為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩和13X分子篩中的一種或其組合。
[0014]作為上述方案的改進，所述第二吸附劑為5A分子篩和13X分子篩混合而成的分子篩。
[0015]作為上述方案的改進，所述第二吸附劑為5A分子篩和13X分子篩以1:廣1:2的比例混合而成的分子篩。
[0016]作為上述方案的改進，所述六氟乙烷產(chǎn)品的純度在99.9995% ；
所述六氟乙烷產(chǎn)品包含的雜質(zhì)的體積濃度為N2體積濃度< 2.0ppm, O2體積濃度(0.5ppm, CF4 體積濃度< 0.2ppm, CH4 體積濃度< 0.2ppm, CO2 體積濃度< 0.5ppm, H2O 體積濃度≤lppm。
[0017]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
首先，本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)單一的精餾技術(shù)，采用精餾技術(shù)與吸附技術(shù)相結(jié)合的方法，進一步提高六氟乙烷產(chǎn)品的純度，不僅解決因引入無水HCl帶來對設(shè)備的腐蝕以及給六氟乙烷產(chǎn)品的存放及運輸安全造成隱患的問題，同時也避免由于精餾步驟繁瑣，耗時長而影響生產(chǎn)效率提升等情況。
[0018]其次，本發(fā)明低溫吸附技術(shù)采用CO2專用吸附劑替代普通分子篩除去氣體中的CO2，對CO2具有高選擇性，在低溫的條件下選擇性吸附六氟乙烷原料中的CO2，基本上不吸附其它雜質(zhì)，解決了六氟乙烷中CO2脫除深度不夠的問題，使CO2體積濃度達到低于0.5ppm效果，并且大大減少了吸附劑的再生次數(shù)。另外，由于本發(fā)明采用低溫精餾的工藝，精餾后的產(chǎn)品處于低溫狀態(tài)，利用氣體處于低溫狀態(tài)進行低溫吸附，可減少低溫吸附器的能耗。
[0019]由于傳統(tǒng)工藝方法制備的六氟乙烷產(chǎn)品很難實現(xiàn)CO2和H2O兩者的體積濃度皆小于lppm，采用加壓吸附的步驟后大大增強了吸附劑的吸附能力，進一步降低CO2和H2O在產(chǎn)品中含量，實現(xiàn)H2O ( Ippm和CO2 ( 0.5ppm,有利于六氟乙烷產(chǎn)品達到純度在99.9995%以上。
[0020]最后，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)低溫精餾的基礎(chǔ)上，結(jié)合低溫吸附技術(shù)和加壓吸附技術(shù)對六氟乙烷氣體進行純化,不僅使六氟乙烷產(chǎn)品中氟碳化合物雜質(zhì)體積濃度< lppm，并且使傳統(tǒng)工藝難以分離的CO2和H2O兩者的體積濃度皆小于lppm，控制總雜質(zhì)含量在5ppm以下，有效地提高氣體的純度并實現(xiàn)六氟乙烷產(chǎn)品的純度在99.9995%以上，滿足半導(dǎo)體與微電子工業(yè)中對于電子特氣的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一種六氟乙烷的純化方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
[0023]結(jié)合圖1，本發(fā)明一種六氟乙烷的純化方法，包括:
S100，將六氟乙烷原料在-70°c~-35°c，0.1~IMPa條件進行精餾。 [0024]優(yōu)選地，所述將六氟乙烷原料在_70°C "-35°C,0.f IMPa條件進行精餾的步驟包括:將六氟乙烷原料通入第一精餾塔內(nèi)，在_65°C ^-35°C,0.2^0.7MPa條件下進行一次精餾；將經(jīng)過一次精餾的所述六氟乙烷原料通入第二精餾塔內(nèi)，在_70°C "-50°C,0.1~θ.4MPa的條件下進行二次精餾。
[0025]優(yōu)選地，所述第一精餾塔內(nèi)液位控制在60%~70%，放空流量為0.1~2.0Nm3/h。
[0026]優(yōu)選地，所述第二精餾塔的放空流量為0.1~2.0Nm3/h。
[0027]需要說明的是，所述精餾的步驟包括一次精餾和二次精餾；
所述一次精餾是指將所述原料六氟乙烷通入第一精餾塔內(nèi)，在-65 °C '35 °C，0.2^0.7MPa條件下進行精餾，保持所述第一精餾塔內(nèi)液位60%~70%，除去85%以上的低沸點雜質(zhì)；
所述二次精餾是指將經(jīng)過一次精餾的所述六氟乙烷原料通入第二精餾塔內(nèi)，在-70°C ^-50°C，0.1~θ.4MPa的條件下繼續(xù)精餾，待塔頂氣體中所述低沸點雜質(zhì)成分達標后，從塔頂提取經(jīng)過精餾的六氟乙烷，二次精餾中分離出的高沸點雜質(zhì)從塔底排出。
[0028]需要說明的是，在第二精餾塔的塔頂設(shè)置有取樣管，通過氣相色譜儀，可在線檢測塔頂氣體中低沸點雜質(zhì)的體積濃度。當(dāng)測量得到低沸點雜質(zhì)的體積濃度達到以下標準，N2體積濃度< 4ppm, O2體積濃度< lppm, CF4體積濃度< lppm, H2體積濃度< lppm, CO體積濃度< lppm，將從塔頂提取六氟乙烷，并通入低溫吸附器進行低溫吸附。
[0029]需要說明的是，本發(fā)明所述的低沸點雜質(zhì)和高沸點雜質(zhì)都是相對于六氟乙烷產(chǎn)品來說。在六氟乙烷原料中除六氟乙烷外還存在其他物質(zhì)如N2、02、CO、H2和CF4、C3F8和CClF2CF3等，但對于六氟乙烷產(chǎn)品，原料中的其他物質(zhì)皆為雜質(zhì)。其中，部分雜質(zhì)的沸點低于六氟乙烷的沸點-78°C，故此稱為低沸點雜質(zhì)，同樣地，另一部分雜質(zhì)的沸點高于六氟乙烷的沸點_78°C，故此稱為高沸點雜質(zhì)。
[0030]下表為原料六氟乙烷中各成分在標準大氣壓下的沸點表:
【權(quán)利要求】
1.一種六氟乙烷的純化方法，其特征在于，包括: 將六氟乙烷原料在-70°C "-35°C,0.f IMPa條件進行精餾； 將經(jīng)過精餾的所述六氟乙烷原料在-100°C '70°C的溫度條件下進行低溫吸附； 將經(jīng)過低溫吸附的所述六氟乙烷原料在0.5^1.5MPa的壓力條件下進行加壓吸附，獲得六氟乙烷產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述將六氟乙烷原料在-70°C~-35°C，0.1~1MPa條件進行精餾的步驟包括: 將六氟乙烷原料通入第一精餾塔內(nèi)，在-65 °C -35 °C，0.2-0.7MPa條件下進行一次精餾; 將經(jīng)過一次精餾的所述六氟乙烷原料通入第二精餾塔內(nèi)，在-70°C '50°C，0.1-0.4MPa的條件下進行二次精餾。
3.如權(quán)利要求2所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述第一精餾塔內(nèi)液位控制在60%~70%，放空流量為0.1-2.0Nm3/h。
4.如權(quán)利要求2所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述第二精餾塔的放空流量為 0.1-2.0NmVh。
5.如權(quán)利要求1所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述低溫吸附過程中，將所述六氟乙烷原料通入裝設(shè)有第一吸附劑的低溫吸附器進行低溫吸附； 所述第一吸附劑包括第一吸附劑a和第一吸附劑b ； 所述第一吸附劑a為CO2專用吸附劑； 所述第一吸附劑b為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩和13X分子篩中的一種或其組合。
6.如權(quán)利要求1所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，將經(jīng)過低溫吸附的所述六氟乙烷原料在0.5-1.5MPa的壓力條件下進行加壓吸附的步驟，包括: 將經(jīng)過低溫吸附后的所述六氟乙烷原料通入膜壓機增壓，所述增壓后的氣壓為0.5~1.5MPa ； 將經(jīng)過增壓的所述六氟乙烷原料通入氣體純化器中進行加壓吸附。
7.如權(quán)利要求6所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述氣體純化器裝設(shè)有第二吸附劑； 所述第二吸附劑為3A分子篩、4A分子篩、5A分子篩和13X分子篩中的一種或其組合。
8.如權(quán)利要求7所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述第二吸附劑為5A分子篩和13X分子篩混合而成的分子篩。
9.如權(quán)利要求8所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述第二吸附劑為5A分子篩和13X分子篩以1:廣1:2的比例混合而成的分子篩。
10.如權(quán)利要求1、任一項所述六氟乙烷的純化方法，其特征在于，所述六氟乙烷產(chǎn)品的純度在99.9995% ； 所述六氟乙烷產(chǎn)品包含的雜質(zhì)的體積濃度為N2體積濃度< 2.0ppm, O2體積濃度≤0.5ppm, CF4 體積濃度< 0.2ppm, CH4 體積濃度< 0.2ppm, CO2 體積濃度< 0.5ppm, H2O 體積濃度≤lppm。
【文檔編號】C07C17/38GK103664501SQ201210328491
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月7日
【發(fā)明者】馬建修, 杜漢盛, 陳艷珊, 石平湘 申請人:佛山市華特氣體有限公司, 廣東華南特種氣體研究所有限公司