[发明专利]一种电子级磷烷的提纯系统和处理方法

说明书

本发明公开了一种电子级磷烷的提纯系统，包括吸收塔、压缩机、吸附系统、脱轻精馏塔、脱重精馏塔。本发明还公开了一种电子级磷烷的处理方法，包括：将磷烷原料自吸收塔下部通入塔内，自下而上与吸收液逆向接触，吸收全部硫化氢和占总量10～40％的二氧化碳；吸收塔塔顶气体经压缩机压缩后进入吸附系统，自上往下通过吸附剂层吸附脱水；经过吸附脱水处理的气体进入脱轻精馏塔内进行精馏，轻组分自脱轻精馏塔塔顶排出至脱轻精馏塔塔顶冷凝器，重组分进入脱重精馏塔内精馏，轻组分自塔顶排出至脱重精馏塔塔顶冷凝器，冷凝器塔顶不凝气即为磷烷成品。采用本发明磷烷的提纯系统，以胺液作为吸收液，处理获得的磷烷纯度大幅度提高，可达7N。

技术领域

本发明涉及一种电子级磷烷的提纯系统，以及基于该提纯系统的磷烷的处理方法。

背景技术

磷烷(PH₃)和砷烷(AsH₃)物性相似，均作为半导体制造中的重要N型掺杂源，同时用于离子注入工艺、外延GaP材料、多晶硅化学气相沉积等，是极为重要的电子特气。此外，它们还广泛应用于太阳能电池、粮食熏蒸等领域。

磷烷的合成方法主要有化学法、电解法和微波法，但无论哪种合成工艺都会产生不必要的杂质，目前国内合成的磷烷经预处理后纯度为98-99％，其中含有的杂质为N₂、O₂、CO、CH₄、CO₂、SiH₄、H₂S、H₂O、AsH₃、SnH₄和GeH₄，无法直接用于电子、航空、军工等领域。因此磷烷的预处理精制就显得格外重要。目前主要的精制方法有分子筛吸附法、低温精馏法以及膜分离法等，但最终也都无法获得高纯6N～7N(6N指99.9999％纯度)的磷烷。发明专利CN201510336886.1中公开了电子级磷烷的制备工艺，该工艺能耗大，投资大，操作费用高，由于没有进行预处理脱出具有腐蚀性的硫化氢和二氧化碳，且硫化氢和二氧化碳会与其他烷烃和烯烃化合物形成共沸，例如在压力3.0MPa下进行精馏操作，硫化氢与乙烷共沸点9.3℃，硫化氢与丙烷共沸点39.8℃，二氧化碳和乙烷共沸点-11℃，二氧化碳和乙烯共沸点-15℃等，而在压力3.0MPa下磷烷的沸点为12.42℃，由于多种共沸物的存在，难以通过精馏直接分离出磷烷，导致磷烷收率低，只能达到85％。实际工程中，乙烷和磷烷沸点在高压下接近，也会经常导致磷烷的纯度无法达标。

选择MDEA等有机胺液作为酸性气体CO₂、H₂S的吸收剂，常温下CO₂-MDEA 反应速率常数k为3.7m³/(kmol·s)～7.8m³/(kmol·s)，为慢反应，MDEA溶液吸收CO₂的过程受液膜控制；常温下H₂S-MDEA反应速率常数k>10⁹m3/(kmol·s)，反应瞬间完成，MDEA溶液吸收CO₂的过程受气膜控制。因此，MDEA在脱H₂S时，存在H₂S和CO₂选择性吸收问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术没有脱出硫化氢和二氧化碳影响后续磷烷纯度、以及在脱出酸性气体过程中MDEA等有机胺对H₂S和CO₂存在选择性吸收问题，提供一种集吸收、解吸、冷凝、压缩、吸附和精馏为一体的电子级磷烷的提纯系统，基于硫化氢与杂质共沸的温度与产品磷烷接近，而二氧化碳与难分离的乙烷沸点低的原理，通过控制理论板数选择性吸收全部硫化氢和部分二氧化碳，再通过精馏将未被吸收的二氧化碳与乙烷共沸从精馏塔顶脱出，通过该提纯系统将纯度为98％wt的磷烷再提纯，得到各杂质含量均≤100ppb的磷烷，不仅将收率从现有85％提高到95％以上，同时纯度从6N提高到7N，从而减轻下游处理负荷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：