一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法与流程

1.本发明属于冷阱排污气体处理技术领域，具体涉及一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法。


背景技术：

2.三氟化氮，nf3是合成的无色无味的气体，主要应用于微电子工业，是一种优良的等离子刻蚀剂和清洗剂，对于硅半导体材料，nf3具有优秀的刻蚀速度和选择性，作为一种气体清洁剂时，清洗效率高且不留痕迹。此外，nf3也可以作为高能激光中的氟源，用作电化学氟化剂，用于生产全氟有机和无机化合物，用作制备四氟肼和生产氟锆酸盐玻璃的试剂，利用其与氢气反应热大的特点，还可以作为一些特殊焊接气体使用，在核工业上用于分离提纯铀和钚。
3.氢氟酸是氟化氢气体的水溶液，清澈，无色、发烟的腐蚀性液体，有剧烈刺激性气味。氢氟酸是一种弱酸，具有极强的腐蚀性。氢氟酸可以用来刻蚀玻璃，可以雕刻图案、标注刻度和文字；半导体工业使用它来除去硅表面的氧化物，在炼油厂中它可以用作异丁烷和正丁烯的烷基化反应的催化剂，除去不锈钢表面的含氧杂质的“浸酸”过程中也会用到氢氟酸。
4.冷阱排污气体中通常含有nf3、n2o、n2f2、hf等物质，现有的去除hf的方法通常采取碱液吸收的方式去除，但此种方法存在排放nf3的问题、消耗碱液的问题以及n2f2的危险性问题。
5.因此，采用有效的系统工艺和方法对冷阱排污气体进行纯化，对nf3的生产效率和降低生产成本具有举足轻重的作用。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的系统，包括缓冲罐、高温裂解塔、降膜塔、低温冷却塔、冷阱和气体储罐；
8.所述缓冲罐上设置有排污气体送入管，且所述缓冲罐、高温裂解塔和降膜塔依次连通；
9.所述降膜塔的侧端连通有低温冷却塔，所述低温冷却塔连通有冷阱，所述冷阱的顶端通过真空泵连通有气体储罐。
10.进一步的，所述降膜塔的底端连通有hf储存罐。
11.进一步的，所述低温冷却塔的底侧开设有第一液氮入口，所述冷阱靠近顶端处开设有第二液氮入口。
12.一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，包括以下步骤：
13.s1、将排污尾气通过排污气体送入管送入缓冲罐中，并控制气体的平衡压力为0～0.2mpa；
14.s2、在高温裂解塔中去除原料气中的n2f2，经过缓冲罐的气体进入高温裂解塔，高温裂解塔的温度为150～350℃，工作压力为0～0.2mpa；
15.s3、在降膜塔内吸收hf和高温裂解塔生成的f2，吸收的hf以及f2与h2o产生的hf，冷却后流入hf储存罐中，制备氢氟酸，工作压力为0～0.2mpa；
16.s4、从降膜塔流出的气体通过管道进入低温冷却塔，去除剩余的hf杂质，低温冷却塔的气体出口温度为-125℃～-40℃；
17.s5、经过低温冷却塔的气体通过管道进入超低温的冷阱中进行液化收集，并采用对超低温的冷阱进行抽真空的办法去除其中的n2/o2杂质，冷阱的气体出口温度为-185℃～-135℃，超低温冷阱的工作压力为-0.05～0mpa，当冷阱中收集并液化nf3、n2o气体达到预定量后，对冷阱升温，利用真空泵将nf3、n2o气体压入气体储罐中。
18.进一步的，所述低温冷却塔和冷阱的温度分别调节第一液氮入口和第二液氮入口的液氮的流量来完成。
19.进一步的，所述缓冲罐通过管道与高温裂解塔密封相通，所述高温裂解塔通过管道与降膜塔密封相通。
20.进一步的，所述缓冲罐的压力是通过调节缓冲罐前的气体流量调节阀的气体流速来调节。
21.进一步的，通过降膜塔在除去排污气体中多余hf杂质的同时能够制备出氢氟酸，制备出的氢氟酸通过hf储存罐储存。
22.本发明与现有技术相比具有以下优点：
23.本发明生产成本低且操作简单，并有效的解决了传统工艺去除hf中存在排放nf3的问题，消耗碱液的问题，n2f2的危险性问题。
附图说明
24.图1是本发明系统示意图；
25.附图标记说明：
26.1-缓冲罐；2-高温裂解塔；3-降膜塔；4-hf储存罐；5-低温冷却塔；6-第一液氮入口；7-冷阱；8-第二液氮入口；9-真空泵；10-气体储罐。
具体实施方式
27.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。
28.实施例1，如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的系统，包括缓冲罐1、高温裂解塔2、降膜塔3、低温冷却塔5、冷阱7和气体储罐10；
29.所述缓冲罐1上设置有排污气体送入管，排污气体中，nf3：40％～80％、n2o：1％～
2％、n2f2：5％～20％、hf：20％～40％。
30.所述缓冲罐1、高温裂解塔2和降膜塔3依次连通；所述降膜塔3的底端连通有hf储存罐4。
31.所述降膜塔3的侧端连通有低温冷却塔5，所述低温冷却塔5连通有冷阱7，所述低温冷却塔5的底侧开设有第一液氮入口6，所述冷阱7靠近顶端处开设有第二液氮入口8。
32.所述冷阱7的顶端通过管道连通有真空泵9和气体储罐10，在冷阱收集nf3等气体时，通过真空泵的负压把n2、o2抽走；在收集结束后，升温升压，靠压力把nf3和n2o压入气体储罐10中。
33.实施例2，本发明提供一种技术方案：一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，包括以下步骤：
34.s1、将排污尾气通过排污气体送入管送入缓冲罐1中，并控制气体的平衡压力为0～0.2mpa，所述缓冲罐1的压力是通过调节缓冲罐1前的气体流量调节阀的气体流速来调节；
35.s2、在高温裂解塔2中去除原料气中的n2f2，经过缓冲罐1的气体进入高温裂解塔2，所述缓冲罐1通过管道与高温裂解塔2密封相通，所述高温裂解塔2通过管道与降膜塔3密封相通，高温裂解塔的温度为150～350℃，工作压力为0～0.2mpa；
36.s3、在降膜塔3内吸收hf和高温裂解塔2生成的f2，吸收的hf以及f2与h2o产生的hf，冷却后流入hf储存罐4中，制备氢氟酸，工作压力为0～0.2mpa；通过降膜塔3在除去排污气体中多余hf杂质的同时能够制备出氢氟酸，制备出的氢氟酸通过hf储存罐4储存。
37.s4、从降膜塔3流出的气体通过管道进入低温冷却塔5，去除剩余的hf杂质，低温冷却塔5的气体出口温度为-125℃～-40℃；
38.s5、经过低温冷却塔5的气体通过管道进入超低温的冷阱7中进行液化收集，并采用对超低温的冷阱7进行抽真空的办法去除其中的n2/o2杂质，所述低温冷却塔5和冷阱7的温度分别调节第一液氮入口6和第二液氮入口8的液氮的流量来完成；
39.冷阱7的气体出口温度为-185℃～-135℃，超低温冷阱的工作压力为-0.05～0mpa，当冷阱7中收集并液化nf3、n2o气体达到预定量后，对冷阱7升温，利用冷阱内物料气化后形成的压力将nf3、n2o气体压入气体储罐10中。
40.实施例3，含有nf3、n2o、n2f2、hf的冷阱排污气体，其比例为40％、2％、20％、38％，采用实施例2中的方法对其进行去除n2f2和制备hf，理步骤如下：1-缓冲罐；2-高温裂解塔；3-降膜塔；4-hf储存罐；5-低温冷却塔；6-第一液氮入口；7-冷阱；8-第二液氮入口；9-真空泵；10-气体储罐
41.先使排污气体进入缓冲罐1，控制压力在0.15mpa左右，然后通过管线进入高温裂解塔2，控制工作压力在0.15mpa，温度为200
±
10℃。
42.脱除n2f2后的气体经管线流入降膜塔3，吸收气体中的hf和n2f2分解产生的f2与h2o生成的hf，在塔底收集到hf制备氢氟酸，储存到hf储存罐4中，控制出气口温度在10
±
2℃，气体经管线进入低温冷却塔5中。
43.再打开调节阀使液氮进入低温冷却塔5和冷阱7中，控制低温冷却塔5的出料口温度在-90
±
2℃，冷阱7真空口温度在-170
±
2℃，冷阱压力为-0.02mpa。
44.经过低温冷却塔5去除其中剩余的高沸点杂质如hf，剩余气体靠压力差进入冷阱
中，其中nf3和n2o高沸点气体在冷阱中冷凝成液体流入冷阱7底部，低沸点杂质氮气和氧气通过真空口被抽真空系统抽出冷阱7。
45.低沸点杂质被抽出冷阱7后，关闭真空泵9进口调节阀，调节液氮阀门控制冷阱出气口温度为-100
±
2℃，nf3和n2o液体汽化成气体通过出气口进入气体储罐10中。
46.本实施得到的nf3气体纯度达到94％，其中n2o气体占5％。
47.实施例4，采用实施例2的方法对nf3的体积分数为60％，n2o、n2f2、hf分别为2％、15％、23％的冷阱排污气体进行处理，最终得到的nf3气体纯度达到96％，，其中n2o气体占3％。
48.实施例5，采用实施例,2的方法对nf3的体积分数为70％，n2o、n2f2、hf分别为1％、9％、20％的冷阱排污气体进行处理，最终得到的nf3气体纯度达到98％，其中n2o气体占1％。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
50.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的系统，其特征在于，包括缓冲罐(1)、高温裂解塔(2)、降膜塔(3)、低温冷却塔(5)、冷阱(7)和气体储罐(10)；所述缓冲罐(1)上设置有排污气体送入管，且所述缓冲罐(1)、高温裂解塔(2)和降膜塔(3)依次连通；所述降膜塔(3)的侧端连通有低温冷却塔(5)，所述低温冷却塔(5)连通有冷阱(7)，所述冷阱(7)的顶端通过管道连通有真空泵(9)和气体储罐(10)。2.根据权利要求1所述的一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的系统，其特征在于，所述降膜塔(3)的底端连通有hf储存罐(4)。3.根据权利要求1所述的一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的系统，其特征在于，所述低温冷却塔(5)的底侧开设有第一液氮入口(6)，所述冷阱(7)靠近顶端处开设有第二液氮入口(8)。4.一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将排污尾气通过排污气体送入管送入缓冲罐(1)中，并控制气体的平衡压力为0～0.2mpa；s2、在高温裂解塔(2)中去除原料气中的n2f2，经过缓冲罐(1)的气体进入高温裂解塔(2)，高温裂解塔的温度为150～350℃，工作压力为0～0.2mpa；s3、在降膜塔(3)内吸收hf和高温裂解塔(2)生成的f2，吸收的hf以及f2与h2o产生的hf，冷却后流入hf储存罐(4)中，制备氢氟酸，工作压力为0～0.2mpa；s4、从降膜塔(3)流出的气体通过管道进入低温冷却塔(5)，去除剩余的hf杂质，低温冷却塔(5)的气体出口温度为-125℃～-40℃；s5、经过低温冷却塔(5)的气体通过管道进入超低温的冷阱(7)中进行液化收集，并采用对超低温的冷阱(7)进行抽真空的办法去除其中的n2/o2杂质，冷阱(7)的气体出口温度为-185℃～-135℃，超低温冷阱的工作压力为-0.05～0mpa，由真空泵(9)提供，当冷阱(7)中收集并液化nf3、n2o气体达到预定量后，对冷阱(7)升温，利用压力将nf3、n2o气体压入气体储罐(10)中。5.根据权利要求4所述的一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，其特征在于，所述低温冷却塔(5)和冷阱(7)的温度分别调节第一液氮入口(6)和第二液氮入口(8)的液氮的流量来完成。6.根据权利要求4所述的一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，其特征在于，所述缓冲罐(1)通过管道与高温裂解塔(2)密封相通，所述高温裂解塔(2)通过管道与降膜塔(3)密封相通。7.根据权利要求4所述的一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，其特征在于，所述缓冲罐(1)的压力是通过调节缓冲罐(1)前的气体流量调节阀的气体流速来调节。8.根据权利要求4所述的一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，其特征在于，通过降膜塔(3)在除去排污气体中多余hf杂质的同时能够制备出氢氟酸，制备出的氢氟酸通过hf储存罐(4)储存。

技术总结
本发明提供了一种从冷阱排污气体中回收三氟化氮并制备氢氟酸的方法，包括以下步骤，先将排污尾气通过排污气体送入管送入缓冲罐中，在高温裂解塔中去除原料气中的N2F2，经过缓冲罐的气体进入高温裂解塔，在降膜塔内吸收HF和高温裂解塔生成的F2，冷却后流入HF储存罐中，从降膜塔流出的气体通过管道进入低温冷却塔，经过低温冷却塔的气体进入超低温的冷阱中液化收集，并采用对超低温的冷阱进行抽真空的办法去除其中的N2/O2杂质，当冷阱中收集并液化NF3、N2O气体达到预定量后，对冷阱升温，利用压力将NF3、N2O气体压入气体储罐中。本发明生产成本低且操作简单，并有效的解决了传统工艺去除HF中存在排放NF3的问题，消耗碱液的问题，N2F2的危险性问题。的危险性问题。的危险性问题。


技术研发人员：冀延治 宋富财 武建鹏 李海军 王永迪 邱世杰 张帅 袁瑞玲
受保护的技术使用者：中船（邯郸）派瑞特种气体股份有限公司
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2022/5/25