一种高纯硝酸连续生产装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高纯硝酸连续生产装置，其包括依次设置的常压精馏设备、循环过滤设备、调压精馏设备以及成品包装桶。本实用新型装置简单、能耗低，适于连续生产满足甚至超过SEMIC12标准要求的高纯硝酸产品。
【专利说明】一种高纯硝酸连续生产装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种生产高纯硝酸特别是用于微细加工的IC行业用的硝酸的生
产装置。
【背景技术】
[0002]随着我国电子工业快速发展，芯片制造水平迅猛提升，国际半导体设备材料产业协会制定更苛刻的SEMI C12标准。作为芯片制造的关键性技术材料——超纯高净电子化学品的技术要求逐步提升，电子化学品的纯净度直接影响芯片的电性能、成品率和可靠性。硝酸作为一种具有氧化性的强酸，可以去除大部分金属、金属氧化物以及有机物，作为芯片的清洗液和蚀刻液而被大量使用。
[0003]目前，国内生产厂商采用精馏法、树脂过滤、滤膜过滤等工艺降低硝酸原料中金属含量，产品符合SEMI C8标准。采用上述生产工艺，操作工艺复杂难以控制生产质量，获得稳定性产品。随着IC存贮容量逐步增大，作为绝缘层的氧化膜变得更薄，电子化学品种中的碱金属杂质会溶入氧化膜中，从而导致绝缘电压降低；重金属杂质会附着在硅晶片表面上会使P-N结耐电压降低。对不同线宽的IC工艺技术，需配套不同级别的高纯电子化学试剂。
[0004]中国专利CN101264869B公开了一种超高纯硝酸连续生产方法，将工业级硝酸与双烯丙基18-冠-6醚有机硅高分子络合剂在预处理器内互混，正压下通过微滤膜过滤，滤液通入精馏塔中进行精馏，收集塔头的馏分，在稀释装置中用超纯水进行稀释，而后在脱色装置中用高纯氮气赶出游离的二氧化氮，脱色后再经纳滤膜过滤后即得到超高纯硝酸。
[0005]中国专利CN102001635B公开一种超高纯硝酸制备工艺，将硝酸金属盐加入工业级硝酸中反应去除Cl—和SO42-,膜过滤后进行精馏提纯，在吹白塔中用净化空气吹白后，吹白液进入粗品槽，经膜过滤后得到高纯硝酸。
[0006]纵观已有的高纯硝酸的制备工艺，无一例外均需要采用脱色/吹白工序，且所得高纯硝酸产品中单项金属离子的含量较高(均大于0.lppb)，而且随着高纯硝酸产品生产量的加大，金属离子的含量更高(参见中国专利CN102001635B说明书表2，能够达到SEM1-C8标准要求的高纯硝酸的适宜进塔流量最高不超过2.5kg/h，如此大大限制了生产效率，使生产成本较高。
【发明内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种设置简单的高纯硝酸连续生产装置，利用该装置可以连续、高效、稳定地获得高纯硝酸产品。
[0008]为解决以上技术问题，本实用新型采取如下技术方案:
[0009]一种高纯硝酸连续生产装置，其包括依次设置的常压精馏设备、循环过滤设备、调压精馏设备以及成品包装桶。
[0010]根据本实用新型的一个具体方面:所述常压精馏设备包括加热装置和依次连接的工业硝酸原料槽、常压精馏塔塔釜、常压精馏塔、常压精馏冷凝器、常压精馏收集罐。
[0011]优选地，所述常压精馏收集罐采用钢衬四氟塑料罐，常压精馏塔塔釜采用内衬四氟塑料塔釜。
[0012]优选地，所述的加热装置包括盘管换热器和向所述盘管换热器提供蒸汽的蒸汽供应系统。
[0013]根据本实用新型的一个优选方面:所述的循环过滤设备包括两端部分别与所述常压精馏收集罐连通的循环管和依次设置在所述循环管上的泵浦、0.2 μ m滤芯和0.1 μπι滤芯。
[0014]根据本实用新型的又一优选方面:所述的调压精馏设备包括硝酸原料罐、调压精馏塔釜、调压精馏塔柱，调压精馏冷凝器、回流控制器、成品冷却器、成品中间收集罐、真空系统以及连接管道，成品中间收集罐与成品包装桶连通。
[0015]优选地，所述的硝酸原料罐为内衬四氟材料的储罐，调压精馏塔釜、调压精馏塔柱、调压精馏冷凝器的冷凝塔头和成品中间收集罐均为石英材质。
[0016]进一步优选地，所述的高纯硝酸连续生产装置还包括废气处理设备和废液处理设备。
[0017]利用本实用新型生产高纯硝酸的方法如下:
[0018](1)以质量分数为69%~70%的工业浓硝酸为原料，经常压精馏设备精馏获得半成品，
[0019](2)使经过步骤(1)的半成品经过循环过滤设备降低其中颗粒含量；
[0020](3)使经过步骤(2)的半成品经过调压精馏设备调压精馏，获得硝酸成品。
[0021]根据本实用新型，所述的调压精馏可以是高压精馏或减压精馏或二者的组合。调压精馏设备可以相应的采取高压精馏设备或减压精馏设备或二者的组合。
[0022]采取上述装置以及结合适当的工艺条件，即可以获得单项金属离子含量小于等于50 ppt的高纯硝酸产品。
[0023]由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0024]本实用新型装置简单、能耗低，适于连续生产满足甚至超过SEMI C12标准要求的高纯硝酸产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步详细的说明:
[0026]图1为本实用新型的硝酸连续生产装置的结构示意图；
[0027]其中:1、工业硝酸原料槽；2、内衬四氟塑料塔釜；3、常压精馏塔；4、常压精馏冷凝器；5、废气处理设备；6、半成品收集iig ;7、0.2 μ m滤芯循环系统；8、0.1 Um滤芯循环系统；9、硝酸原料罐；10、调压精馏塔釜；11、调压精馏塔柱；12、调压精馏冷凝器；13、回流控制器；14、成品冷却器；15、成品中间收集iip ； 16为成品包装桶；17、真空系统18、废液处理设备。
【具体实施方式】
[0028]参见图1，硝酸连续生产装置主要包括常压精馏设备、循环过滤设备、调压精馏设备、成品包装桶16、废气处理设备5和废液处理设备18。
[0029]常压精馏设备主要包括加热装置(图中未显示)和依次连接的工业硝酸原料槽1、内衬四氟塑料塔釜2、常压精馏塔3、常压精馏冷凝器4、常压精馏收集罐(半成品罐)6。常压精馏收集罐6采用钢衬四氟塑料罐。
[0030]循环过滤设备主要包括两端部分别与常压精馏收集罐连通的PFA波纹管、在PFA波纹管上依次设置的泵浦、0.2 μ m滤芯7和0.1 μ m滤芯8
[0031]调压精馏设备主要包括硝酸原料罐9、调压精馏塔釜10、调压精馏塔柱11，调压精馏冷凝器12，回流控制器13、成品冷却器14、成品中间收集罐15。当调压精馏设备用于减压精馏时，调压精馏设备还包括真空系统17，硝酸原料罐9为内衬四氟材料的储罐，调压精馏塔釜10、调压精馏塔柱11、调压精馏冷凝器12的冷凝塔头和成品中间收集罐15均为高纯石英材质。
[0032]采取本实用新型来生产高纯硝酸的一个具体步骤如下:将工业硝酸打入内衬四氟塑料塔釜。常压精馏使用蒸汽热源，蒸汽通过钛盘管换热器对物料加热，蒸汽压力控制在0.10-0.35 MPa;硝酸蒸汽在塔顶冷凝器处进行热交换，经冷却管进入半成品罐。半成品依次经0.2 μπι和0.1 μ m滤芯循环过滤后，打入硝酸原料罐。调节调压精馏设备内绝对压力在f 150 KPa，优选2(Tl20 KPa之间，且绝对压力不为常压，调节塔顶馏分回流比在1: f 1:6之间，即得到高纯硝酸产品。该产品收集在成品中间收集罐中。
[0033]一个具体的实施例如下:
[0034](I)将质量含量为69%的工业硝酸打入内衬四氟塑料塔釜，开启冷却循环水，冷却水流量控制在6~10 m3/h;开启蒸汽阀门，控制蒸汽压在0.10-0.35 MPa ;设备稳定运行后，控制物料进料流量为35(T450 L/h，收集冷凝液即为半成品，经检测，半成品中单项金属离子含量低于5 ppb ；
[0035](2)开启泵浦将步骤(1)获得的半成品从半成品罐打入到循环过滤系统中，半成品依次经过0.2 μπι滤芯和0.1 μ m滤芯后回流至半成品罐，循环过滤时间为1.5~2 h，循环过滤完成后将半成品经两级滤芯打入硝Ife料iiS中。硝Ife料iiS内样品检测:>0.1 μπι颗粒含量:< 20 个/mL。
[0036](3)开启真空系统，维持调压精馏塔釜内绝压为20 KPa，开启塔釜进料阀，液位到达塔釜容量1/2~2/3时关闭塔釜进料阀。开启冷却循环系统。设置回流比为1:1，打开成品中间罐进料阀，收集成品，收集的成品用高纯氮气压入到成品包装桶中。开启塔釜进料阀，维持进料量35(T450 L/h。成品经检测，其中全部金属离子的含量均在5 ppt以下。
[0037]上述金属离子含量采用电感I禹合等离子体质谱仪(ICP-MS, Thermo X_7 series)检测，颗粒通过液体颗粒仪(LPC)检测。
[0038]以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内 容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述生产装置包括依次设置的常压精馏设备、循环过滤设备、调压精馏设备以及成品包装桶。
2.根据权利要求1所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述常压精馏设备包括加热装置和依次连接的工业硝酸原料槽、常压精馏塔塔釜、常压精馏塔、常压精馏冷凝器、常压精馏收集罐。
3.根据权利要求2所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述常压精馏收集罐采用钢衬四氟塑料罐，所述的常压精馏塔塔釜采用内衬四氟塑料塔釜。
4.根据权利要求2所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述的加热装置包括盘管换热器和向所述盘管换热器提供蒸汽的蒸汽供应系统。
5.根据权利要求1所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述的循环过滤设备包括两端部分别与所述常压精馏收集罐连通的循环管和依次设置在所述循环管上的泵浦、0.2 μ m滤芯和0.1 μ m滤芯。
6.根据权利要求5所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述的循环管为PFA波纹管。
7.根据权利要求1所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述的调压精馏设备包括硝酸原料罐、调压精馏塔釜、调压精馏塔柱，调压精馏冷凝器、回流控制器、成品冷却器、成品中间收集罐、真空系统以及连接管道，所述成品中间收集罐与所述成品包装桶连通。
8.根据权利要求7所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述回流控制器的回流比通过电磁铁通断电时间来控制。
9.根据权利要求7所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述的硝酸原料罐为内衬四氟材料的储罐，所述调压精馏塔釜、调压精馏塔柱、调压精馏冷凝器的冷凝塔头和成品中间收集罐均为石英材质或钢衬四氟塑料材质。
10.根据权利要求1所述的高纯硝酸连续生产装置，其特征在于:所述的高纯硝酸连续生产装置还包括废气处理设备和废液处理设备。
【文档编号】C01B21/46GK203741044SQ201420159476
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】刘兵, 王涛, 陈利华, 朱一华 申请人:苏州晶瑞化学有限公司