专利名称：一种电子级三氯氧化磷的生产方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子行业和光伏行业使用的高纯化工材料，是一种纯度为 99. 99999%的一种电子级三氯氧化磷的生产方法及其装置。
背景技术：
电子级三氯氧化磷是一种超纯试剂和超高纯材料。是大规模集成电路和光伏太阳能电池的支撑性材料。近几年随着太阳能电池制造业的较快发展，对电子级三氯氧化磷的用量逐年增加。由于现在广泛使用的电子级三氯氧化磷的生产方法是氯化水解法，这种方法相对于其它方法比较容易掌握，所以国内各企业基本均使用同一种方法。但是，这种氯化水解法的不足较为明显工艺路线较长，并且属于间歇式生产，环境污染较重，特别是对黄磷的净化工序存在较严重的污染，同时还存在生产危险性较高的不足，生产效率相对较低， 导致其价格较高，较难适应目前的经济发展状况要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子级三氯氧化磷的生产方法及其装置，使它解决现有技术的不足。本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现一种电子级三氯氧化磷的生产方法，包括以下步骤
①取工业级三氯氧化磷置入容器内，然后在容器内按照三氯氧化磷总量的万分之一至万分之三加入高锰酸钾氧化剂、按照三氯氧化磷总量的千分之一至千分之三加入溴化钠或十六烷基三甲基溴化铵添加剂，搅拌均勻后通过输送泵输送至高位储罐内；
②将高位储罐内的三氯氧化磷导入亚沸蒸馏器内进行一、二级亚沸蒸馏，一级亚沸蒸馏取80-104. 2°C三氯氧化磷馏分，二级亚沸蒸馏取82. 5-104. 1°C三氯氧化磷馏分；
③将步骤②中所得蒸馏品导入半成品储罐内；
④将储罐内的半成品导入精馏塔釜内，精馏塔釜内安装加热管，当精馏塔釜内的液面高度淹没加热管后，打开电源进行加热，电压控制在100-200V，半成品流入精馏塔釜内的流量为 5-10kg/h ；
⑤步骤④中精馏塔釜内半成品沸腾后进行全回流30-60分钟，将二价铁离子充分转化成低沸点三价铁离子化合物成易升华的溴化铁，同时将其除去，然后将回流比控制在2-6， 高沸点杂质留在精馏塔釜内；
⑥取101-105°C的三氯氧化磷馏分导入成品储罐内，低沸点物质三氯化磷导入氧化器中并通入纯氧气，通入的纯氧气的流量为200-350L/h，进行氧化后回流至精馏塔釜内再进行充分汽液传质分离；
⑦将成品储罐内的三氯氧化磷产品导入洁净室内的过滤器进行过滤，从而得到无色透明且纯度为99. 99999%的电子级三氯氧化磷。步骤②中所述的三氯氧化磷导入一级亚沸蒸馏器中和二级亚沸蒸馏器中的液面均低于加热管30mm以上。
本发明一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，盛装工业三氯氧化磷容器与输送泵连接，输送泵与原料高位储罐连接，原料高位储罐的出口通过管道与一级亚沸蒸馏器入口连接，一级亚沸蒸馏器上设置第一分馏柱，第一分馏柱通过冷凝管与二级亚沸蒸馏器的进口连接，二级亚沸蒸馏器上设置第二分馏柱，第二分馏柱通过冷凝管与半成品储罐入口连接，同时，半成品储罐出口通过管道与精馏塔釜进口连接，精馏塔釜上设置塔柱，塔柱上设置回流管，在塔柱一侧的回流管上方设置连接管，塔柱顶端至连接管的高度H 为800-1500毫米，塔柱顶端通过管道与第二冷凝管连接，第二冷凝管与氧化器入口连接， 氧化器出口与精馏塔釜连接，连接管与塔头连接，塔头与第一冷凝管连接，第一冷凝管与分配器连接，分配器与成品罐连接，同时，回流管通过管道与分配器连接，成品储罐通过管道与过滤器连接。塔柱顶端至连接管的高度H为850-1500毫米；第一分馏柱和第二分馏柱的高度为300mm— 1000mm。连接管与塔柱之间的角度α为15° — 60°。连接管与塔柱之间的角度α为45°。精馏塔釜上设置3个进料口。本发明的生产方法和装置是全封闭生产，产品不与大气接触，进一步保证了产品质量，彻底解决了电子级三氯氧化磷提纯的工艺不能连续生产的难度，实现了电子级三氯氧化磷提纯的连续生产，使生产效率大幅提高，减少了许多中间环节，流程短，最大限度的减少了废弃物的产生；对环境污染降至极低；整个工艺及装置投资少，生产成本低廉， 并具有原料易得、回流效果好等优点；本发明产品色度小于5ΑΡΗΑ，金属杂质总含量小于 lOOppb，单项金属杂质不超过lOppb。
附图1是本发明生产方法工艺及各工序装置连接结构示意图。
具体实施例方式对照附图及实施例对本发明做进一步说明。本发明的生产方法仅需一次精馏即可达到极好的分离提纯效果，完全区别于现有技术的多重精馏提纯方法。本发明原料为含量> 98. 5%的工业三氯氧化磷。本发明的具体制备方法和装置如下本发明电子级三氯氧化磷的生产方法包括以下步骤
①取工业三氯氧化磷置入容器内，然后在容器内按照三氯氧化磷总量的万分之一至万分之三加入高锰酸钾氧化剂、按照三氯氧化磷总量的千分之一至千分之三加入溴化钠或十六烷基三甲基溴化铵添加剂，搅拌均勻后通过输送泵1输送至高位储罐2内；此处加入高锰酸钾氧化剂万分之一、万分之二或万分之三均可，氧化剂用于使三氯氧化磷中的二价铁离子充分氧化成三价铁离子。加入的添加剂千分之一、千分之二或千分之三均可，添加剂用于与三价铁离子反应生成低沸点或易升华的化合物I^eBr3,添加剂还可与物料中的砷、钙、 镁离子及重金属离子形成高沸点的化合物或络合物，从而使在以后的精馏过程中达到极好的分离目的，使产品的色度小于5APHA，产品金属杂质总含量小于lOOppb，单项金属杂质不超过IOppb等，选用的氧化剂和添加剂的纯度为分析纯以上的纯度。②将高位储罐2内的三氯氧化磷导入亚沸蒸馏器内进行一、二级亚沸蒸馏，一级亚沸蒸馏取80-104. 2°C三氯氧化磷馏分，二级亚沸蒸馏取82. 5-104. 1°C三氯氧化磷馏分；此过程可使30-55%的二价铁离子转化成三价铁离子，未完全氧化的二价铁离子在精馏工序再继续氧化。一级亚沸蒸馏取94. 2-102°C三氯氧化磷馏分为进一步优选方案，二级亚沸蒸馏取95-101°C三氯氧化磷馏分为进一步优选方案。③将步骤②中所得蒸馏品导入半成品储罐5内；
④将储罐5内的半成品导入精馏塔釜6内，精馏塔釜6内安装加热管，当精馏塔釜6内的液面高度淹没加热管后，打开电源进行加热，电压控制在100-200V，半成品流入精馏塔釜 6 内的流量为 5-10kg/h,电压控制在 100、110、120、130、140、150、160、170、180、190 或 200V 均可，优选150-180V ；半成品流入精馏塔釜6内的流量为5、6、7、8、9或10kg/h均可，优选 7-10kg/h ；
⑤步骤④中精馏塔釜6内半成品沸腾后进行全回流30-60分钟，S卩回流30、35、40、 45、50、55或60分钟均可，将二价铁离子充分转化成低沸点三价铁离子化合物成易升华的溴化铁，同时将其除去，然后将回流比控制在2-6，高沸点杂质留在精馏塔釜6内，回流比为 2、3、4、5或6均可；
⑥取101-105°C的三氯氧化磷馏分导入成品储罐14内，低沸点物质三氯化磷导入氧化器13中并通入纯氧气，通入的纯氧气的流量为200-350L/h，进行氧化后回流至精馏塔釜6 内，再进行汽液传质交换，使杂质充分分离，可得到7N的电子级三氯氧化磷；
⑦将成品储罐14内的三氯氧化磷产品导入洁净室内的过滤器15进行过滤，从而得到无色透明且纯度为99. 99999%的电子级三氯氧化磷。本发明整个连续生产过程中会有极少量的i^Br3产生，由于i^eBr3，易升华，故生产过程中产生的i^Br3，与低沸物三氯化磷以同样的原理进入到氧化器13中，在对三氯化磷进行氧化反应过程中，同时使易升华物i^eBrf，随尾气一起到尾气处理系统处理掉。本发明产品过滤、检测和灌装均在整体千级局部百级的净化环境下进行。本发明生产方法步骤②中所述的三氯氧化磷导入一级亚沸蒸馏器3中和二级亚沸蒸馏器4中液面均低于加热管30mm以上，便于更好的达到亚沸状态。本发明产品为无色透明液体，用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测其中的Al、 As、Ba, Bi、Ca、Cr、Co、Cu、Ga, Au、Fe、Pb、Mg、Mn、Hg、Ni、K、Ag、Na, Sr, Sn、Ti、Zn、Cd、Li # 量，结果如下表
权利要求
1.一种电子级三氯氧化磷的生产方法，其特征在于包括以下步骤①取工业级三氯氧化磷置入容器内，然后在容器内按照三氯氧化磷总量的万分之一至万分之三加入高锰酸钾氧化剂、按照三氯氧化磷总量的千分之一至千分之三加入溴化钠或十六烷基三甲基溴化铵添加剂，搅拌均勻后通过输送泵(1)输送至高位储罐(2)内；②将高位储罐(2)内的三氯氧化磷导入亚沸蒸馏器内进行一、二级亚沸蒸馏，一级亚沸蒸馏取80-104. 2°C三氯氧化磷馏分，二级亚沸蒸馏取82. 5-104. 1°C三氯氧化磷馏分；③将步骤②中所得蒸馏品导入半成品储罐(5)内；④将储罐(5)内的半成品导入精馏塔釜(6)内，精馏塔釜(6)内安装加热管，当精馏塔釜(6)内的液面高度淹没加热管后，打开电源进行加热，电压控制在100-200V，半成品流入精馏塔釜(6)内的流量为5-10kg/h ；⑤步骤④中精馏塔釜(6)内半成品沸腾后进行全回流30-60分钟，将二价铁离子充分转化成低沸点三价铁离子化合物成易升华的溴化铁，同时将其除去，然后将回流比控制在 2-6，高沸点杂质留在精馏塔釜(6)内；⑥取101-105°C的三氯氧化磷馏分导入成品储罐(14)内，低沸点物质三氯化磷导入氧化器(1 中并通入纯氧气，通入的纯氧气的流量为200-350L/h，进行氧化后回流至精馏塔釜(6)内再进行充分汽液传质分离；⑦将成品储罐(14)内的三氯氧化磷产品导入洁净室内的过滤器(1 进行过滤，从而得到无色透明且纯度为99. 99999%的电子级三氯氧化磷。
2.根据权利要求1所述的一种电子级三氯氧化磷的生产方法，其特征在于步骤②中所述的三氯氧化磷导入一级亚沸蒸馏器C3)中和二级亚沸蒸馏器(4)中的液面均低于加热管30mm以上。
3.一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，其特征在于盛装工业三氯氧化磷容器与输送泵(1)连接，输送泵(1)与原料高位储罐( 连接，原料高位储罐( 的出口通过管道与一级亚沸蒸馏器C3)入口连接，一级亚沸蒸馏器C3)上设置第一分馏柱(16)， 第一分馏柱(16)通过冷凝管与二级亚沸蒸馏器(4)的进口连接，二级亚沸蒸馏器(4)上设置第二分馏柱(17)，第二分馏柱(17)通过冷凝管与半成品储罐(5)入口连接，同时，半成品储罐(5)出口通过管道与精馏塔釜(6)进口连接，精馏塔釜(6)上设置塔柱(7)，塔柱(7)上设置回流管(8 )，在塔柱(7 ) 一侧的回流管(8 )上方设置连接管(9 )，塔柱(7 )顶端至连接管(9)的高度H为800-1500毫米，塔柱(7)顶端通过管道与第二冷凝管(18)连接，第二冷凝管(18)与氧化器(13)入口连接，氧化器(13)出口与精馏塔釜(6)连接，连接管(9)与塔头(10)连接，塔头(10)与第一冷凝管(11)连接，第一冷凝管(11)与分配器(12)连接，分配器 (12)与成品罐(14)连接，同时，回流管(8)通过管道与分配器(12)连接，成品储罐(14)通过管道与过滤器(15)连接。
4.根据权利要求3所述的一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，其特征在于塔柱(7)顶端至连接管(9)的高度H为850-1500毫米。
5.根据权利要求3所述一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，其特征在于第一分馏柱(16)和第二分馏柱(17)的高度为300mm — 1000mm。
6.根据权利要求3所述一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，其特征在于连接管(9)与塔柱(7)之间的角度α为15° — 60°。
7.根据权利要求3所述一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，其特征在于连接管(9)与塔柱(7)之间的角度α为45°。
8.根据权利要求3所述的一种电子级三氯氧化磷的生产方法中使用的装置，其特征在于精馏塔釜(6)上设置3个进料口。
全文摘要
本发明公开了一种电子级三氯氧化磷的生产方法及其装置,包括以下步骤①取工业级三氯氧化磷置入容器内,然后在容器内加入溴化钠或十六烷基三甲基溴化铵添加剂,搅拌均匀后通过输送泵输送至高位储罐内;②将高位储罐内的三氯氧化磷导入亚沸蒸馏器内进行亚沸蒸馏；③将步骤②中所得蒸馏品导入半成品储罐内;④将储罐内的半成品导入精馏塔釜内;⑤步骤④中精馏塔釜内半成品沸腾后进行全回流,高沸点杂质留在精馏塔釜内;⑥取三氯氧化磷馏分导入成品储罐内进行氧化后回流至精馏塔釜内再进行充分汽液传质分离;⑦将成品储罐内的三氯氧化磷产品导入洁净室内的过滤器进行过滤,从而得到无色透明的电子级三氯氧化磷。本发明能够解决现有技术的不足。
文档编号C01B25/10GK102249201SQ20111015844
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者陈名东 申请人:陈名东