[发明专利]一种高纯电子级二氧化硫的提纯方法

说明书

本发明提出一种高纯电子级二氧化硫的提纯方法，涉及二氧化硫提纯技术领域。上述高纯电子级二氧化硫的提纯方法包括以下步骤：水洗：三级水洗深度脱除硫化氢与三氧化硫；脱水：以氧化铝为吸附剂进行深度脱水；过滤：高效过滤脱除残留物、金属氧化物颗粒和硫酸盐；精馏：以液氮为冷媒的二级精馏脱除轻组分和重组分。本发明提出的一种高纯电子级二氧化硫的提纯方法，通过水洗、脱水、过滤和精馏步骤，有效脱除了三氧化硫、残留物和金属氧化物颗粒、以及轻组分和重组分，大大提高了二氧化硫的纯度和纯度的稳定性。

技术领域

本发明涉及二氧化硫提纯技术领域，且特别涉及一种高纯电子级二氧化硫的提纯方法。

背景技术

二氧化硫是重要的化工原料，是硫的主要存在形式。被广泛应用于食品、石油化工、冶金、服装、机械制造等行业。特别地，是生产三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐、硫代硫酸盐的重要化工原料，国内农业与食品工业的重要熏蒸剂、防腐剂、消毒剂。目前市场上工业级SO₂的纯度在99.6%-99.9%。而在超大规模集成电路（芯片）制造过程中，随着先进制程的发展，图案纹路要求更加精细化，高纯电子级SO₂作为新一代电子特气被引入到宽沟壑、大尺寸的SiO₂、Si刻蚀过程中，并且具有很好的应用需求。此外，SO₂在3D-NAND中的均匀孔刻蚀也可以代替COS，有效的改善高深宽比孔口缺陷，具有很好的前景。

目前，根据二氧化硫的制备过程，工业级二氧化硫中涉及的杂质可能有：氧气（硫磺燃烧法中残留）、三氧化硫（过氧化杂质）、硫化氢（未氧化杂质）、乙烯丙烯等烃类（石油化工组分残留杂质）、氮、氩、水等（不可避免的湿空气杂质）、固体残留物（如硫磺、硫酸盐等）。此外，根据一些特殊制备二氧化硫工艺，如氨酸法、檬酸钠法。需要额外注意氨、甲酸、柠檬酸盐等一些杂质。对于SO₂的分离纯化方法现有技术目前仍然较少。代表性的公开技术如下：

大连科利德CN201910401685.3，提供一种制备高纯度二氧化硫气体的方法及装置，其提纯方法包括将二氧化硫依次经过预冷、多次吸附、精密过滤、液化、精馏最终制得的高纯度二氧化硫气体进入产品储罐。上述方法和装置具有工艺操作简单、成本低廉等优点，可实现工业化生产的4N、5N纯度二氧化硫气体。

河南心连心CN201910224997.1公开一种利用酸性气制备生产高纯二氧化硫的装置及生产方法，利用酸性气先合成低浓度的二氧化硫、然后利用干燥净化塔吸附杂质、后精馏提纯的模式对二氧化硫进行制备，上述工艺流程简单、操作简便、运行稳定、成本低、产品纯度不低于99 .99％。

上述纯化方法主要采用了精馏与吸附组合的方法。但是实践生产中，仍然存在着很多技术问题：

（1）三氧化硫未进行有效脱除，SO₂纯度会波动影响。因为实践生产中发现三氧化硫会略有分解，生成SO₂与O₂（在673K、1atm下，三氧化硫达到平衡含量99.2%）。此外，SO₃与水产生的硫酸能对设备等进行腐蚀，产生金属离子杂质。

（2）氧气未进行有效深度脱除。

（3）硫酸盐或金属氧化物颗粒未有效脱除。SO₂与氧气的反应在硫酸盐或金属氧化物颗粒作用下，会起到催化作用。

（4）CO₂与SO₂属于恒沸物，精馏方法很难除掉。

（5）硫化氢毒害吸附剂，吸附剂很快失效，需要尽先除掉。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提出一种高纯电子级二氧化硫的提纯方法，通过水洗、脱水、过滤和精馏步骤，有效脱除了三氧化硫、残留物和金属氧化物颗粒、以及轻组分和重组分，大大提高了二氧化硫的纯度和纯度的稳定性。