[发明专利]一种除去氟气中氟化氢的装置及方法

说明书

本发明公开了一种除去氟气中氟化氢的装置及方法，属于氟化工技术领域。所述装置包括：碱金属吸附塔、F₂进气管道、F₂出气管道、氮气反吹进气管道、氮气出气管道、过滤器和排污管道。所述方法包括：步骤1，制备碱金属吸附球；步骤2，电解产生的含有HF的氟气进入碱金属吸附塔中，再进入过滤器，过滤后的气体进入后序管道，即得到纯化后的F₂气；步骤3，碱金属吸附塔中的液态HF通过排污管道排污。本发明使用多孔结构和圆柱体的内骨架吸附球，吸附效率提高，可满足制备99.9％高纯氟气及高纯氟气混合气对HF指标的要求；延长了碱金属吸附球寿命；同时还解决了现有技术中由于温度过低而导致氟气液化的问题。

技术领域

本发明属于氟化工技术领域，具体涉及一种除去氟气中氟化氢的装置及方法。

背景技术

高纯氟气(F₂)是一种性质非常活泼的气体，具有强氧化性，由于其反应特性而在半导体行业作为一种蚀刻气体或清洁气体用于制造光电池和液晶显示器的TFT(薄膜晶体管)。同时，作为准分子激光器的一种气体，氟激光器也广泛应用于半导体行业。同时利用F₂作为化学气相沉积(CVD)反应腔室的清洗剂，与NF₃相比，F₂具有更强的反应活性且不会造成温室效应。用于此目的的氟气随着国内半导体行业的蓬勃发展，需求量也在大幅增加。为了满足电子、光伏行业的需要，需要一种高纯度氟气。例如在半导体行业，需要纯度达到99.9％以上甚至99.99％的高纯度氟气。具体来说，对HF等杂质的要求也越来越高，其中99.9％氟气中HF含量要求至少低于200ppm，对HF的去除提出了更高的要求。

工业上，电解制氟气的方法为：电解KF·2HF(氢氧化钾与氟化氢的混合物)，以压实的石墨为阳极，钢制电解槽槽身为阴极(或者阳极采用碳板或镍板，阴极采用碳钢)，以氟化氢钾为电解质，进行无水氢氟酸的电解，再经净化而得。

在95℃左右的为中温法。其原理如下：

电解总反应式：2KHF₂＝2KF+H₂+F₂↑ (1)；

阳极：2F-+2e→F₂ (2)；

阴极：2HF+2e→H₂+2F^- (3)。

在电解槽内配制KHF₂和HF的混合物，加热至熔融；HF连续或间断加入电解槽内，保持电解质中HF质量分数在38％-42％之间，槽温控制在70-100℃之间。目前，氟气的中温电解法工业制法所生产的氟气纯度较低，其中HF、CF₄等杂质含量较高，无法直接应用于高端电子行业。现有的电解生产氟气的方法，电解产生的氟气含有大量HF，含量约为1％左右，工业上常用去除HF的方法是采用活化后的球状氟化钠吸附纯化，吸附后的氟气中氟化氢含量大于1000ppm，离高纯氟气的要求还相差甚远，简单的氟化钠吸附难以满足电子行业对高纯氟气中氟化氢杂质的要求。必须经过进一步纯化处理后，方可满足电子行业的需要。

多氟多公司在发明专利《一种制备高纯氟气或高纯含氟混合气的方法及装置》提到采用二级冷却的方法去除高纯氟气或高纯含氟混合气中的氟化氢，该方法包括将电解制得的氟气或者采用电解制得的氟气调配的含氟混合气增压至正压，过滤后依次进行一级冷凝和二级冷凝；所述一级冷凝的温度为-60～-100℃，所述二级冷凝的温度为-120～-180℃。该方法所得氟气产品的纯度达到99.9％以上，满足现有电子行业和精细化工的生产用氟气要求。而纯氟气沸点为-188℃，此方法有可能导致氟气液化，易导致安全事故，存在一定安全隐患。

发明内容