(19)中华人民共和国国家知识产权局
*CN102774845A*
(10)申请公布号 CN 102774845 A(43)申请公布日 2012.11.14
(12)发明专利申请
(21)申请号 201210234168.X(22)申请日 2012.07.06
(71)申请人天津大学
地址300072 天津市南开区卫津路92号天
津大学(72)发明人徐姣 张卫江
(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代
理事务所 12201
代理人王丽(51)Int.Cl.
C01B 35/06(2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(54)发明名称
三氟化硼-11电子特气的生产装置及方法(57)摘要
本发明涉及三氟化硼-11（11BF3）电子特气的生产装置及方法，三氟化硼原料气体从合成装置底部进入，苯甲醚则从合成装置顶部喷流而下，在10—25℃的操作温度下，发生络合反应形成三氟化硼－苯甲醚络合物；由裂解装置中裂解开来的BF3气体由化学交换塔底部进入，气液逆流充分接触，在15—30℃的操作温度下，发生化学交换反应；较重的11B同位素以气体形式在塔顶富集，较轻的10B同位素则在塔底液相络合物中富集；富集后的11BF3气体由底部进入到合成装置中，重新与苯甲醚合成液相络合物；富集10B同位素的液相络合物则进入分解装置，在140—170℃受热分解为11
BF3贫气，再进入化学交换塔进行化学交换；如此反复运行，直至11BF3气体11B丰度达到99.7%以上，从11BF3产品出口处采出产品。CN 102774845 ACN 102774845 A
权 利 要 求 书
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1.一种三氟化硼-11电子特气的生产装置，其特征是由合成装置2、化学交换塔3、裂解装置5串联而成；裂解塔顶设置有塔顶冷凝器4、塔底设置有加热釜6组成；从合成装置中喷流而下的液相，通过泵打至化学交换塔顶，再经泵打至裂解装置塔顶；经裂解装置加热裂解开的气体经过冷凝器，从化学交换塔底部进入，与喷淋而下的液相逆流，发生交换反应，使11B在气相中富集；裂解装置中上升的苯甲醚气体冷凝下来后，先由换热器7换热，再经泵打至合成装置塔顶，重新发生合成反应。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是在11BF3气体出口连接有吸附装置，吸附装置一级吸附塔10、二级吸附塔11、中压精馏塔12和低压精馏塔14组成；待净化的BF3气体由吸附塔10顶部进入，从底部出来后再进入吸附塔11顶部，然后再由中压精馏塔12底部进入，从中压精馏塔12顶部出来后经由中间冷凝器13，由低压精馏塔14中进入，低压精馏塔14底部为净化后的高纯BF3产品气。
3.权利要求1的三氟化硼-11电子特气的生产方法，其特征是三氟化硼原料气体从合成装置2底部进入，苯甲醚则从合成装置2顶部喷流而下，在10—20℃的操作温度下，发生络合反应形成三氟化硼－苯甲醚络合物；从裂解装置中裂解开来的BF3气体由化学交换塔
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3底部进入，气液逆流充分接触，在15—30℃的操作温度下，发生化学交换反应；B同位素
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以气体形式在塔顶富集，B同位素则在塔底液相络合物中富集；富集后的11BF3气体由底部进入到合成装置2中，重新与苯甲醚合成液相络合物；富集10B同位素的液相络合物则进入分解装置5，在140—170℃受热分解为11BF3贫气，再进入化学交换塔3进行化学交换；如此反复运行，直至11BF3气体11B丰度达到99.7%以上，从11BF3产品出口8处采出产品。
4.如权利要求2所述的生产方法，其特征是从11BF3产品出口8采出的富集11BF3气体，在吸附塔10中除去部分的杂质气体后，进入内装活性氧化铝的吸附塔11，进一步除去杂质气体，最后气体进入由中压精馏塔12和低压精馏塔14组成的精馏装置，在两精馏塔内进行多次气液接触和传质，最终得到纯度高达99.995％的11BF3产品气，从精馏塔14底部获得。
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CN 102774845 A
说 明 书
三氟化硼-11电子特气的生产装置及方法
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技术领域
本发明涉及三氟化硼-11（11BF3）电子特气的生产装置及方法，技术适用于电子、
医药等行业，为之提供高丰度、高纯度需要的11BF3的生产工艺。
[0001]
背景技术
三氟化硼-11（11BF3）气体在工业生产上的有很多方面的应用，可以用于电子工业和光纤工业，可作为制备光纤预制件的原料，是硅和锗外延、扩散和离子注入过程的P型掺杂源。在半导造过程中11BF3是重要的离子注入气，同时作为硼掺杂剂用于硅离子布植方面，生产出的芯片具有高集成、高密度特点，且体积小、性能优越。随着电子、通讯行业的
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飞速发展，BF3气体的应用还有很大的发展前景。
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[0003] 对于BF3的生产，发达国家如美国、德国、日本等都有大规模工业生产厂，其中美国的联合信号公司及德国的BASF公司生产的瓶装11BF3在国际上有较高的影响，日本钢铁化学公司生产的11BF3尽管有较高的纯度，但其规模相对较小。我国目前尚不具备11BF3气体的生产能力。
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[0004] BF3气体生产的工艺技术主要有两个难点：一是丰度要求。11BF3电子特气的丰度要求≥99.7%，而11B天然丰度为80%左右。二是纯度要求。11BF3作为电子特气，对各种杂质的要求相当严格，达到ppm级，产品总纯度≥99.995%。上世纪八十年代，我国开展超纯气体的攻关，产品纯度达到99.995%以上，实现了超纯产品的生产，其技术已大规模用于航空航天、光伏太阳能等领域，为电子特气的生产奠定了基础。因而真正制约11BF3电子特气生产的因素为99.7%的丰度要求，目前国内尚未有成功报道。
[0002]
发明内容
本发明技术在国内率先提出了11BF3气体生产工艺技术，产品丰度达到99.7%以上，满足电子特气行业的要求，是一条可大规模工业化的技术路线。[0006] 本发明的技术方案如下：
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[0007] 三氟化硼-11（BF3）电子特气的生产装置，由合成装置（2）、化学交换塔（3）、裂解装置（5）串联而成；裂解塔顶设置有塔顶冷凝器（4）、塔底设置有加热釜（6）组成；从合成装置中喷流而下的液相，通过泵打至化学交换塔顶，再经泵打至裂解装置塔顶；经裂解装置加热裂解开的气体经过冷凝器，从化学交换塔底部进入，与喷淋而下的液相逆流，发生交换反应，使11B在气相中富集；裂解装置中上升的苯甲醚气体冷凝下来后，先由换热器7换热，再经泵打至合成装置塔顶，重新发生合成反应。
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[0008] 在BF3气体出口连接有吸附装置，吸附装置由一级吸附塔（10）、二级吸附塔（11）、中压精馏塔（12）和低压精馏塔（14）组成。待净化的BF3气体由吸附塔（10）顶部进入，从底部出来后再进入吸附塔（11）顶部，然后再由中压精馏塔（12）底部进入，从中压精馏塔（12）顶部出来后经由中间冷凝器（13），由低压精馏塔（14）中进入，低压精馏塔（14）底
[0005]
部为净化后的高纯11BF3产品气。
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说 明 书
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本发明的富集11BF3方法，三氟化硼原料气体从合成装置（2）底部进入，苯甲醚则
从合成装置（2）顶部喷流而下，在10—25℃的操作温度下，发生络合反应形成三氟化硼－苯甲醚络合物；由裂解装置中裂解开来的BF3气体由化学交换塔（3）底部进入，气液逆流充分接触，在15—30℃的操作温度下，发生化学交换反应；较重的11B同位素以气体形式在塔顶富集，较轻的10B同位素则在塔底液相络合物中富集；富集后的11BF3气体由底部进入到合成装置（2）中，重新与苯甲醚合成液相络合物；富集10B同位素的液相络合物则进入分解装置（5），在140—170℃受热分解为11BF3贫气，再进入化学交换塔（3）进行化学交换；如此反复运行，直至11BF3气体11B丰度达到99.7%以上，从11BF3产品出口8处采出产品。
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[0010] 从BF3产品出口采出的富集BF3气体，在一级吸附塔（10）中除去部分的杂质气体后，进入内装活性氧化铝的二级吸附塔（11），进一步除去杂质气体，最后气体进入由中压精馏塔（12）和低压精馏塔（14）组成的精馏装置，在两精馏塔内进行多次气液接触和传质，最终得到纯度高达99.995％的11BF3产品气，从精馏塔（14）底部获得。
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[0011] 本发明的效果是为高丰度高纯度BF3电子特气的工业化生产，提供一条可行的工艺技术及生产装置，获得的11BF3产品气丰度达到家99.7%，纯度达到99.995%以上，满足目前国内外11BF3电子特气的产品要求。附图说明
图1：化学交换精馏法富集11BF3工艺流程图；
[0013] 图2：气体净化工艺及装置流程图；[0014] 1.BF3钢瓶；2.合成装置；3.化学交换塔；4.冷凝器；5.裂解装置；6.加热釜；7.换热器；8.11BF3产品气；9.10BF3·苯甲醚络合物；10.一级吸附塔；11.二级吸附塔；12.中
[0012]
压精馏塔；13.中间冷凝器兼再沸器；14.低压精馏塔。
具体实施方式
[0015] 采用原料：天然丰度的三氟化硼气体和苯甲醚。[0016] 装置如图1、2所示：由合成装置（2）、化学交换塔（3）、裂解装置（5）串联而成；裂解塔顶设置有塔顶冷凝器（4）、塔底设置有加热釜（6）组成；从合成装置中喷流而下的液相，通过泵打至化学交换塔顶，再经泵打至裂解装置塔顶；经裂解装置加热裂解开的气体经过冷凝器，从化学交换塔底部进入，与喷淋而下的液相逆流，发生交换反应，使11B在气相中富集；裂解装置中上升的苯甲醚气体冷凝下来后，先由换热器7换热，再经泵打至合成装置塔顶，重新发生合成反应。
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[0017] 在BF气体出口连接有吸附装置，吸附装置一级吸附塔（10）、二级吸附塔（11）、中压精馏塔（12）和低压精馏塔（14）组成。待净化的BF3气体由一级吸附塔（10）顶部进入，从底部出来后再进入二级吸附塔（11）顶部，然后再由中压精馏塔（12）底部进入，从中压精馏塔（12）顶部出来后经由中间冷凝器（13），由低压精馏塔（14）中进入，低压精馏塔（14）底部为净化后的高纯BF3产品气。[0018] 实例1：原料气钢瓶1三氟化硼原料气体从合成装置底部进入，苯甲醚则从合成装置顶部喷流而下，在10—15℃的操作温度下，发生络合反应形成三氟化硼－苯甲醚络合物。在裂解装置中裂解开来的BF3气由化学交换塔底部进入，气液逆流充分接触，在20—25℃的
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说 明 书
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操作温度下，发生化学交换反应。较重的11B同位素以气体形式在塔顶富集，较轻的10B同位素则在塔底液相络合物中富集。富集后的11BF3气体由底部进入到合成装置中，重新与络合剂合成液相络合物。富集10B同位素的液相络合物则进入裂解装置，在140—150℃受热分解为的11BF3贫气，再进入交换塔进行化学交换。如此反复不停运行，直至11BF3气体11B丰度达到99.7%以上，采出产品。然后进入吸附塔进行除杂，气体进料后经过降温并在一级吸附塔10中进一步除去部分的杂质气体，再将11BF3充入内装活性氧化铝的二级吸附塔11，进一步除去杂质气体，最后气体进入由中压精馏塔和低压精馏塔组成的精馏装置，在两精馏塔内进行多次气液接触和传质，最终得到纯度可高达99.995％的11BF3产品气。[0019] 实例2：三氟化硼原料气体从合成装置底部进入，苯甲醚则从合成装置顶部喷流而下，在15—20℃的操作温度下，发生络合反应形成三氟化硼－苯甲醚络合物。在裂解装置中裂解开来的BF3气由化学交换塔底部进入，气液逆流充分接触，在25—30℃的操作温度下，发生化学交换反应。较重的11B同位素以气体形式在塔顶富集，较轻的10B同位素则在塔底液相络合物中富集。富集后的11BF3气体由底部进入到合成装置中，重新与络合剂合成液相络合物。富集10B同位素的液相络合物则进入裂解装置，在150—160℃受热分解为的11BF3贫气，再进入交换塔进行化学交换。如此反复不停运行，直至11BF3气体11B丰度达到99.7%以上，采出产品。然后进入吸附塔进行除杂，气体进料后经过降温并在一级吸附塔10中进一步除去部分的杂质气体，再将11BF3充入内装活性氧化铝的二级吸附塔11，进一步除去杂质气体，最后气体进入由中压精馏塔和低压精馏塔组成的精馏装置，在两精馏塔内进行多次气液接触和传质，最终得到纯度可高达99.995％的11BF3产品气。[0020] 实例3：三氟化硼原料气体（1）从合成装置底部进入，苯甲醚则从合成装置顶部喷流而下，在20—25℃的操作温度下，发生络合反应形成三氟化硼－苯甲醚络合物。在裂解装置中裂解开来的BF3气由化学交换塔底部进入，气液逆流充分接触，在15—20℃的操作温度下，发生化学交换反应。较重的11B同位素以气体形式在塔顶富集，较轻的10B同位素则在塔底液相络合物中富集。富集后的11BF3气体由底部进入到合成装置中，重新与络合剂合成液相络合物。富集10B同位素的液相络合物则进入裂解装置，在160—170℃受热分解为的11BF3贫气，再进入交换塔进行化学交换。如此反复不停运行，直至11BF3气体11B丰度达到99.7%以上，采出产品。然后进入吸附塔进行除杂，气体进料后经过降温并在一级吸附塔10中进一步除去部分的杂质气体，再将11BF3充入内装活性氧化铝的二级吸附塔11，进一步除去杂质气体，最后气体进入由中压精馏塔和低压精馏塔组成的精馏装置，在两精馏塔内进行多次气液接触和传质，最终得到纯度可高达99.995％的11BF3产品气。
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[0021] 本发明三氟化硼-11（BF3）电子特气的生产装置及方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变工艺参数、结构设计等环节实现。本发明的系统已通过不同的实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的系统进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
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说 明 书 附 图
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图1
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