电子级八氟环丁烷的纯化系统及纯化方法与流程

本发明涉及八氟环丁烷纯化，具体涉及电子级八氟环丁烷的纯化系统及纯化方法。

背景技术：

1、八氟环丁烷（化学式c-c4f8，冷冻剂代号c-318，相对分子质量200，熔点-40.19℃，沸点-5.98℃），是一种稳定性好的全氟环烷烃，在一般条件下不与其他物质发生反应，化学性能稳定、无毒无害、温室效应潜能值低、消耗臭氧指数值为零，是一种绿色环保型特种气体，可被应用于热泵工作流体、高压绝缘、制冷剂、蚀刻剂、喷雾剂、气溶胶等，特别是近年来其作为ic集成电路及光纤领域的蚀刻或清洗气体，在半导体行业得到了广泛应用。随着半导体器件的升级换代，对八氟环丁烷的纯度要求也越来越苛刻，纯度需达99.999%以上才能满足半导体的应用要求。

2、八氟环丁烷制备有多种方法，比如四氟环丁烷电化学氟化法、四氟乙烯裂解法、氟氯烃裂解或共裂解法等。在八氟环丁烷制备过程中碳-碳键的断裂会导致大量碎片的产生，因此八氟环丁烷粗品气中会有含c、f、cl、h等元素的碳氟有机物杂质，这些杂质在集成电路的刻蚀和清洗中，会导致集成电路高缺陷率，影响电子产品性能和成品率，因此需对制备出的八氟环丁烷粗品进行纯化处理。

3、现阶段的八氟环丁烷纯化技术主要有精馏技术、吸附分离技术、化学转化法、膜分离技术，但这几种纯化技术分别存在以下缺点：精馏技术是最常用的八氟环丁烷纯化技术，但由于八氟异丁烯、八氟-1-丁烯和八氟-2-丁烯等烯类碳氟化合物与八氟环丁烷的沸点相近，因此很难通过精馏的方法得到高纯八氟环丁烷；吸附分离技术对氯碳氟化合物比较有效，但难以去除烯类碳氟化合物、含氢碳氟化合物和全氟化碳等杂质，并且在解吸过程中，解吸气中八氟异丁烯含量较高，容易造成安全事故；化学转化法是将沸点与八氟环丁烷沸点相近的物质转化成与八氟环丁烷沸点相差较大的物质，但这种方法只对某几种特定的杂质有效；膜分离技术现阶段只能分离和八氟环丁烷分子大小差别较大的物质，如氮气、氦气等，更适用于从含大量惰性气体的尾气中回收八氟环丁烷。

4、因此针对以上几种八氟环丁烷纯化方法，需要开发出一种稳定可持续的获得高纯度八氟环丁烷的纯化方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供电子级八氟环丁烷的纯化系统及纯化方法，可以得到纯度在99.9995%以上的电子级八氟环丁烷产品。

2、本发明的技术方案为：

3、一方面，本发明提供了电子级八氟环丁烷的纯化系统，包括依次连接的冷凝器一、汽化器、干燥吸附塔、吸附塔、冷凝器二、脱气塔和脱重精馏塔；其中干燥吸附塔中装有改性分子筛，吸附塔中装有氟化改性活性炭。

4、优选的，所述脱气塔和脱重精馏塔中的填料为不锈钢材质的θ环或拉西环。

5、另一方面，本发明还提供了利用上述纯化系统对电子级八氟环丁烷进行纯化的方法，包括以下步骤：

6、s1将待提纯的液态八氟环丁烷送入冷凝器一冷凝，分离不凝气，获得八氟环丁烷液态粗品；

7、s2将八氟环丁烷液态粗品送入汽化器进行汽化；

8、s3将汽化后的八氟环丁烷送入装有改性分子筛的干燥吸附塔中，除去水和co2，再送入装有氟化改性活性炭的吸附塔中，除去与八氟环丁烷沸点相近的杂质；

9、s4将步骤s3得到的八氟环丁烷送入冷凝器二冷凝后送入脱气塔中，进行脱轻精馏处理；

10、s5将脱轻精馏处理后的八氟环丁烷送入脱重精馏塔中，进行脱重精馏处理，通过塔顶冷凝器出料得到纯化后纯度在99.9995%以上的电子级八氟环丁烷产品。

11、优选的，步骤s3中，改性分子筛的制备方法如下：

12、1）在水中加入聚丙烯酰胺、聚合氯化铝和naoh与 koh中的一种，得到碱性溶液；

13、2）将zsm-5分子筛浸泡在碱性溶液中，搅拌；

14、3）将浸泡好的zsm-5分子筛先在80~105℃下预处理4~8h，再在800-1200℃下热处理3-3.5h，随炉冷却，即获得改性分子筛。

15、优选的，步骤1）中，碱性溶液中，聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、naoh或koh和水的质量比为（1.0~1.5）:（1.15~2.5）:（20~40）:100。

16、优选的，步骤2）中，zsm-5分子筛与碱性溶液的质量比为（30~40）:100。

17、优选的，步骤s3中，氟化改性活性炭的制备方法如下：

18、a）将活性炭用硝酸水溶液处理，再洗涤、干燥；

19、b）配制钾化合物、镁化合物、铝化合物、铋化合物和锑化合物的混合溶液，得到复合催化剂；

20、c）将干燥后的活性炭浸泡在上述混合溶液中，进行搅拌；

21、d）将浸泡好的活性炭先在80~105℃下预处理4~8h，再在400~600℃下热处理3~3.5h，随炉冷却，获得改性活性炭；

22、e）将改性活性炭装入反应管中，通入氟化氢气体进行氟化，得到氟化改性活性炭。

23、优选的，步骤a）中，硝酸水溶液的浓度为10~20wt.%，处理时间为2~3h；步骤b）中，采用三聚氰胺、甲醇溶液和水配制钾化合物、镁化合物、铝化合物、铋化合物和锑化合物的混合溶液，钾化合物、镁化合物、铝化合物、铋化合物、锑化合物、三聚氰胺、甲醇溶液和水质量比为（60~65）:（30~35）:（8~10）:（1~1.5）:（0.2~0.5）:（0.2~0.5）:（0.1~0.3）:100。

24、优选的，步骤c）中，搅拌时间为18~36h，活性炭和混合溶液的质量比为（30~40）:100；步骤e）中，氟化时间为5~6h，氟化氢气体和改性活性炭的质量比为（10~20）:1。

25、优选的，步骤s1中，冷凝温度为-10~-20℃，压力为0.35~0.40mpa；步骤s2中，汽化温度为30~50℃，压力为0.2~0.35mpa；步骤s4中，脱气塔的塔釜温度为35~45℃，塔顶温度为30~40℃，压力为0.35~0.45mpa；步骤s5中，脱重精馏塔的塔釜温度为20~26℃，塔顶温度为10~20℃，压力为0.15~0.25mpa。

26、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

27、1. 本发明首先将待提纯的气态八氟环丁烷送入冷凝器一中进行不凝气分离，获得八氟环丁烷气态粗品，这一步骤可以初步去除八氟环丁烷中的氧氮和杂质，并收集冷凝器一中冷凝的八氟环丁烷液态粗品。随后将上述八氟环丁烷液态粗品通过泵打入到汽化器中汽化，将汽化后的八氟环丁烷送入吸附干燥塔中除去水和co2，再将干燥吸附的气体通入吸附塔中，吸附与八氟环丁烷沸点相近的杂质（八氟异丁烯、八氟-1-丁烯和八氟-2-丁烯等烯类碳氟化合物），这一步骤可以进一步提高八氟环丁烷的纯度。吸附干燥后再通入冷凝器二中，冷凝后通过泵打入脱气塔中，先脱轻精馏，进而脱重精馏，最后在脱重精馏塔塔顶可以得到纯度在99.9995%以上的电子级八氟环丁烷产品。

28、2. 本发明的干燥吸附塔和吸附塔中分别容纳有改性分子筛和氟化改性活性炭，其中，在对分子筛进行改性时，聚合氯化铝和聚丙烯酰胺絮凝聚合要在碱性条件下，一般ph=10左右；此外，经过高温热处理后，包裹在分子筛上的絮凝物很容易在分子筛上形成多孔的凸起，吸附能力增强。从而使弱碱性的分子筛对co2和无机酸的吸附能力增强。同时，改性后的分子筛仅仅需要高温烘24h就可以再生，再生后的分子筛还可继续使用2-3个月。而氟化改性后的活性炭，可以在活性炭表面形成c-f键，c-f键具有很强的疏水性，可以避免出现焦粘现象，同时也表现出较强的亲油性，此外，由于活性炭中复合催化剂的存在，并通过氟化氢将活性炭及其上附着的金属离子进行活化处理，可以将一部分与八氟环丁烷沸点相近的杂质（八氟异丁烯、八氟-1-丁烯和八氟-2-丁烯等烯类碳氟化合物）转换为高沸或低沸点的物质。因此，本发明采用干燥吸附塔和吸附塔的处理后，可以提高八氟环丁烷的纯度。此外，本发明的纯化处理过程中，八氟环丁烷主要是以液相形式存在，特别是进脱重精馏塔前，液相进料的方式可以保证系统更加稳定地运行，同时低压运行不仅安全而且产品纯度更高。