本發(fā)明涉及一種四氟化鍺的純化裝置及純化方法，屬于化工。

背景技術(shù)：

1、四氟化鍺，分子式為gef4，分子量為148.63，熔點(diǎn)為-15℃，密度為5.12g/cm3，其在常壓下冷卻立即固化，在-36.5℃升華。四氟化鍺為無色氣體，對(duì)熱穩(wěn)定，在空氣中強(qiáng)烈的發(fā)煙，具有像大蒜的刺激臭。其可溶于水，水解生成geo2和h2gef4。

2、四氟化鍺在半導(dǎo)體、光纖通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，可用于摻雜、離子注入等，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的四氟化鍺產(chǎn)品具有很高的純度，粗品四氟化鍺中通常會(huì)含有低沸點(diǎn)的氮?dú)狻⒀鯕?、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、四氟化碳和高沸點(diǎn)的氟化氫、六氟化硫等，這些雜質(zhì)嚴(yán)重影響了四氟化鍺的產(chǎn)品性能，極大的影響了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

3、中國(guó)專利cn115231609a一種高純四氟化鍺的合成純化方法及系統(tǒng)，屬于高純氣體制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，以過量的四氯化鍺和氟氣為原料進(jìn)行置換反應(yīng)，得到四氟化鍺粗品，該反應(yīng)不會(huì)帶來大量的反應(yīng)熱，并且反應(yīng)容易控制，另外，過量的四氯化鍺能保證氟氣完全反應(yīng)，同時(shí)，本發(fā)明合成純化系統(tǒng)中還設(shè)有除氟除氯器，并且除氟除氯器中裝填有高純鍺顆粒，所述高純鍺顆粒在高溫條件下與生成的氯氣和夾帶的氟氣反應(yīng)，生成四氯化鍺和四氟化鍺，在去除四氟化鍺粗品中的氯氣和氟氣的同時(shí)，生成的四氯化鍺回流至所述四氟化鍺合成爐中作為原料進(jìn)一步回收利用，整個(gè)方法中不會(huì)產(chǎn)生尾氣，并且生成的副產(chǎn)物能作為原料進(jìn)一步使用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

4、中國(guó)專利cn112546659a公開一種四氟化鍺的提純裝置及方法，包括供氣裝置、精餾塔、冷凝裝置、中轉(zhuǎn)裝置和存儲(chǔ)裝置，精餾塔包括殼體和數(shù)層塔框，塔框頂部和底部開口，框內(nèi)平行設(shè)置有數(shù)塊具有一定傾斜角度的塔板，每層塔框通過管道外接一條冷凝裝置管道，中轉(zhuǎn)裝置為一個(gè)真空泵或抽氣泵，并通過管道連接存儲(chǔ)裝置，精餾塔通過三條支路管道連接中轉(zhuǎn)裝置，管道上分別設(shè)置冷凝管和閥門，冷凝管通過管道外接有冷凝裝置，該裝置保證了精餾塔內(nèi)的真空狀態(tài)，大幅的提高了四氟化鍺的純度并提高為高純度，該裝置使得精餾流程簡(jiǎn)易，實(shí)用，準(zhǔn)確，具有針對(duì)性，使得四氟化鍺純度更高，提純效果更好。

5、上述純化裝置及方法較為復(fù)雜，操作難度高，不易工業(yè)化生產(chǎn)使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種四氟化鍺的純化裝置及純化方法，通過吸附與精餾的方式對(duì)粗品四氟化鍺進(jìn)行提純，方法簡(jiǎn)單安全，產(chǎn)品純度高。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種四氟化鍺的純化裝置，包括粗品罐，所述粗品罐連接第一吸附塔，所述第一吸附塔連接第二吸附塔，所述第二吸附塔連接第一精餾塔，所述第一精餾塔連接第二精餾塔，所述第一精餾塔連接第一冷凝器，所述第二精餾塔連接第二冷凝器，所述第一精餾塔上安裝有第一加熱器，所述第二精餾塔上安裝有第二加熱器。

4、優(yōu)選的，所述第一吸附塔、第二吸附塔、第一冷凝器和第二冷凝器連接干泵。

5、優(yōu)選的，粗品罐與第一吸附塔之間的管路上安裝第一控制閥，在第一吸附塔和第二吸附塔之間的管路上安裝第二控制閥，在第二吸附塔和第一精餾塔之間的管路上安裝第三控制閥，在第一精餾塔和第二精餾塔之間的管路上安裝第四控制閥；在第一吸附塔和干泵之間的管路上安裝第五控制閥；在第二吸附塔和干泵之間的管路上安裝第六控制閥；在第一精餾塔和干泵之間的管路上安裝第七控制閥；在第二精餾塔和干泵之間的管路上安裝第八控制閥；在第一冷凝器的管路上安裝第九控制閥；在第二冷凝器的管路上安裝第十控制閥。

6、優(yōu)選的，第一吸附塔內(nèi)設(shè)置多孔球狀的氟化鈉或氟化鉀填料，第二吸附塔內(nèi)設(shè)置4a級(jí)分子篩，第一精餾塔和第二精餾塔內(nèi)分別設(shè)置θ環(huán)、鮑爾環(huán)或拉西環(huán)填料。

7、優(yōu)選的，第一吸附塔的填料直徑為5～20mm，空隙度為0.2-0.8。

8、優(yōu)選的，第二吸附塔的填料直徑為5～20mm，空隙度為0.2-0.8。

9、優(yōu)選的，第一精餾塔為填料塔，填料直徑為1～20mm。

10、優(yōu)選的，第二精餾塔為填料塔，填料直徑為1～20mm。

11、一種四氟化鍺的純化方法，采取以下步驟：

12、s1，對(duì)粗品罐進(jìn)行加熱，將粗品罐內(nèi)四氟化鍺粗品氣體通入第一吸附塔內(nèi)部，至第一吸附塔壓力為0.1-2.0mpa，保持溫度在20～100℃，第一吸附塔內(nèi)的氟化鈉或氟化鉀吸附氟化氫；

13、s2，將第一吸附塔內(nèi)的四氟化鍺粗品氣體通入第二吸附塔內(nèi)部，至第二吸附塔壓力為0.4-1.5mpa，保持溫度在20～100℃，第二吸附塔內(nèi)的氟化鈉或氟化鉀吸附氟化氫；

14、s3，第二吸附塔內(nèi)的四氟化鍺粗品氣體進(jìn)入第一精餾塔中，壓力在0.3-1.5mpa；對(duì)第一加熱器加熱，將第一精餾塔的釜溫控制在0～50℃，第一精餾塔的頂溫控裝置在10～40℃，使四氟化鍺氣體蒸發(fā)通過精餾柱上升，在上升該過程中冷凝回流，進(jìn)一步除去氮?dú)?、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣和四氟化碳?/p>

15、s4，控制第一精餾塔內(nèi)的四氟化鍺氣體進(jìn)入第二精餾塔中，壓力在0.3-1.5mpa；對(duì)第二加熱器加熱，將第二精餾塔的釜溫控制在0～50℃，第二精餾塔的頂溫控裝置在10～40℃，使四氟化鍺氣體蒸發(fā)通過精餾柱上升，在上升該過程中冷凝回流，進(jìn)一步除去六氟化硫和氟化氫；

16、s5，采用氣相色譜分析和紅外光譜分析檢測(cè)，當(dāng)?shù)诙s塔頂氣體中各雜質(zhì)成分達(dá)到指標(biāo)要求后，高純四氟化鍺氣體進(jìn)入充裝系統(tǒng)。

17、優(yōu)選的，所述步驟s2中四氟化鍺的氣體流速為0.5～5l/min，氣體停留時(shí)間為1～30min；

18、優(yōu)選的，精餾方式為連續(xù)精餾；各雜質(zhì)成分的指標(biāo)為各雜質(zhì)成分的總含量在0.01％以下。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、1、本發(fā)明采用吸附和精餾的純化方式，得到高純度的四氟化鍺，其純化效果優(yōu)異，得到的產(chǎn)品純度可達(dá)99.99％，有效解決了半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域四氟化鍺產(chǎn)品純度不足的問題。

21、2、本發(fā)明所述的方法操作步驟簡(jiǎn)單，通過參數(shù)控制優(yōu)化了純化過程，提高了生產(chǎn)效率。

22、3、本發(fā)明方法可操作性強(qiáng)，得到的四氟化鍺產(chǎn)品純度高，可用于規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，包括粗品罐(1)，所述粗品罐(1)連接第一吸附塔(2)，所述第一吸附塔(2)連接第二吸附塔(3)，所述第二吸附塔(3)連接第一精餾塔(4)，所述第一精餾塔(4)連接第二精餾塔(5)，所述第一精餾塔(4)連接第一冷凝器(6)，所述第二精餾塔(5)連接第二冷凝器(7)，所述第一精餾塔(4)上安裝有第一加熱器(8)，所述第二精餾塔(5)上安裝有第二加熱器(9)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，所述第一吸附塔(2)、第二吸附塔(3)、第一冷凝器(6)和第二冷凝器(7)連接干泵(10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，粗品罐(1)與第一吸附塔(2)之間的管路上安裝第一控制閥(v1)，在第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)之間的管路上安裝第二控制閥(v2)，在第二吸附塔(3)和第一精餾塔(4)之間的管路上安裝第三控制閥(v3)，在第一精餾塔(4)和第二精餾塔(5)之間的管路上安裝第四控制閥(v4)；在第一吸附塔(2)和干泵(10)之間的管路上安裝第五控制閥(v5)；在第二吸附塔(3)和干泵(10)之間的管路上安裝第六控制閥(v6)；在第一精餾塔(4)和干泵(10)之間的管路上安裝第七控制閥(v7)；在第二精餾塔(5)和干泵(10)之間的管路上安裝第八控制閥(v8)；在第一冷凝器(6)的管路上安裝第九控制閥(v9)；在第二冷凝器(7)的管路上安裝第十控制閥(v10)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，第一吸附塔(2)內(nèi)設(shè)置多孔球狀的氟化鈉或氟化鉀填料，第二吸附塔(3)內(nèi)設(shè)置4a級(jí)分子篩，第一精餾塔(4)和第二精餾塔(5)內(nèi)分別設(shè)置θ環(huán)、鮑爾環(huán)或拉西環(huán)填料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，第一精餾塔(4)為填料塔，填料直徑為1～20mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，第二精餾塔(5)為填料塔，填料直徑為1～20mm。

8.一種四氟化鍺的純化方法，采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種四氟化鍺的純化裝置，其特征在于，采取以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種四氟化鍺的純化方法，其特征在于，所述步驟s2中四氟化鍺的氣體流速為0.5～5l/min，氣體停留時(shí)間為1～30min。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種四氟化鍺的純化方法，其特征在于，精餾方式為連續(xù)精餾；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種四氟化鍺的純化裝置，包括粗品罐，所述粗品罐連接第一吸附塔，所述第一吸附塔連接第二吸附塔，所述第二吸附塔連接第一精餾塔，所述第一精餾塔連接第二精餾塔，所述第一精餾塔連接第一冷凝器，所述第二精餾塔連接第二冷凝器，所述第一精餾塔上安裝有第一加熱器，所述第二精餾塔上安裝有第二加熱器。一種四氟化鍺的純化方法，包括兩次吸附和兩次精餾。本發(fā)明采用吸附和精餾的純化方式，得到高純度的四氟化鍺，其純化效果優(yōu)異，得到的產(chǎn)品純度可達(dá)99.99％，有效解決了半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域四氟化鍺產(chǎn)品純度不足的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：裴佳瑩,薄林,王亞峰,彭立培,姚冰潔,謝曉東,蔣玉虎,呂舜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中船（邯鄲）派瑞特種氣體股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28