一種高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法，所得高純氨水主要用于大規(guī)模集成電 路制造業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)全球電子化學(xué)品消費(fèi)量最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，亞太地區(qū)尤其是中國(guó)，已成為全球 電子業(yè)及其化學(xué)品的主導(dǎo)市場(chǎng)。隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，高純電子化學(xué)品需求量急 劇增長(zhǎng)。高純電子級(jí)氨水作為其中的一種，在集成電路、LCD等制造行業(yè)中有著重要作用。 利用氨水的弱堿性，活化硅晶圓及微粒表面，可以去除其表面顆粒、部分金屬不純物。因此， 超高純氨水廣泛應(yīng)用于在芯片的清洗及蝕刻工藝。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠(chǎng)商有采用間歇精餾法、膜過(guò)濾吸收法、樹(shù)脂過(guò)濾法等工藝制備高 純氨水。中國(guó)專(zhuān)利CN201210183666提出一種膜吸收法制備超凈高純氨水的方法，其特征在 于：選用膜法-化學(xué)法-樹(shù)脂法集成過(guò)程對(duì)氨氣中油進(jìn)行脫除，再對(duì)過(guò)濾后的氣氨進(jìn)行膜吸 收，以制備高純氨水。
[0004] 中國(guó)專(zhuān)利CN201310452318公開(kāi)一種氨吸收裝置以及制備超凈高純氨水的方法， 利用膜過(guò)濾法，將氨氣脫油后，通入帶有冷卻管的兩腔室氨氣分布器，與超純水混合，得到 高純氨水。
[0005] 上述專(zhuān)利氨氣脫油處理工藝步驟較復(fù)雜，且氨氣混合吸收采用膜吸收法和氨氣分 布器法，要求條件嚴(yán)格，吸收時(shí)間長(zhǎng)（參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利CN201310452318進(jìn)一步地，當(dāng)氨吸收器 內(nèi)的氨水溫度為10°c，氨吸收器內(nèi)的氨水壓力為0. 05MPa，氨吸收器內(nèi)的氨水吸收時(shí)間為 0.1 h)，都無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)要求。另外，由于工藝流程復(fù)雜，設(shè)備裝置較多，容易造 成高純氨水的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)化的高純氨水的 連續(xù)生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法能夠連續(xù)、高效、穩(wěn)定地獲得高純氨水產(chǎn)品，且高純氨水產(chǎn)品質(zhì) 量穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均符合SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0008] 一種高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法，以工業(yè)級(jí)液氨為原料，所述生產(chǎn)方法包括依次且 連續(xù)進(jìn)行的如下步驟：
[0009] (1)降壓蒸發(fā)：將工業(yè)級(jí)液氨以150~250kg/h的流速通過(guò)降壓蒸發(fā)器降壓蒸發(fā)， 得到氨氣；
[0010] (2)油水分離：將經(jīng)步驟（1)處理后的氨氣通過(guò)油水分離器除去氨氣中油分和水 分；
[0011] (3)過(guò)濾：將經(jīng)步驟（2)處理后的氨氣通過(guò)氣體過(guò)濾器過(guò)濾得到高純氨氣，所述高 純氨氣中大于等于〇. 5 μπι顆粒濃度控制在25個(gè)/ml以下，單項(xiàng)金屬離子含量小于50ppt ;
[0012] (4)吸收混合：用電阻率大于等于18ΜΩ · cm的超純水將經(jīng)步驟（3)處理后的氨 氣循環(huán)吸收，獲得半成品氨水；
[0013] (5)循環(huán)過(guò)濾：將經(jīng)步驟（4)處理后的半成品氨水通過(guò)液體過(guò)濾器循環(huán)過(guò)濾，氨水 中大于等于0. 5 μ m顆粒濃度降低至25個(gè)/ml以下時(shí)，結(jié)束循環(huán)過(guò)濾獲得所述高純氨水，所 述高純氨水中單項(xiàng)金屬離子含量小于50ppt，單項(xiàng)陰離子雜質(zhì)含量小于40ppb。
[0014] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述工業(yè)級(jí)液氨的流速為200kg/h。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述生產(chǎn)方法采用的設(shè)備包括液氨原料罐、所述降壓蒸發(fā)器、所述油 水分離器、所述氣體過(guò)濾器、所述液體過(guò)濾器和成品儲(chǔ)罐。
[0016] 進(jìn)一步地，所述液氨原料罐內(nèi)的溫度為25°C~30°C，壓力為0.9~I. IMPa，所述降 壓蒸發(fā)器內(nèi)的壓力小于所述液壓原料罐內(nèi)的壓力，且所述降壓蒸發(fā)器內(nèi)的壓力多〇· 5MPa。
[0017] 優(yōu)選地，所述液氨原料罐內(nèi)壓力維持在1.0 MPa。
[0018] 優(yōu)選地，所述降壓蒸發(fā)器內(nèi)壓力為0. 6~0. 9MPa。
[0019] 優(yōu)選地，所述成品儲(chǔ)罐具有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯采用PTFE或PFA材質(zhì)。
[0020] 進(jìn)一步地，所述油水分離器具有多級(jí)氣體分離膜，所述氣體分離膜為由聚酰亞胺、 聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、醋酸纖維素中的一種或多種構(gòu)成的致密高分子膜。優(yōu)選地，所 述多級(jí)氣體分離膜包括聚酰亞胺非對(duì)稱(chēng)螺旋卷式和聚二甲基硅氧烷非對(duì)稱(chēng)中控纖維式氣 體分離膜。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述氣體過(guò)濾器為膜式過(guò)濾器，所述膜的材質(zhì) 為聚四氟乙烯，所述膜的孔徑為0. 002 μ m。
[0022] 所述液體過(guò)濾器的濾芯的孔徑為0. 2 μ m。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，步驟（4)中，所述半成品氨水的濃度控制在 28. 0 ~30.0 wt %。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，步驟（4)中，所述吸收混合在靜態(tài)氣液混合器 中進(jìn)行，所述靜態(tài)氣液混合器采用不銹鋼材質(zhì)，其具有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯采用PTFE或PFA材 質(zhì)，所述靜態(tài)氣液混合器可以承受〇. 30~0. 50MPa壓力，便于高壓氣體的混合及吸收，制備 半成品氨水。
[0025] 進(jìn)一步地，所述吸收混合所用的設(shè)備包括所述靜態(tài)氣液混合器、兩端分別與所述 靜態(tài)氣液混合器連通的循環(huán)管及依次設(shè)置在所述循環(huán)管上的內(nèi)襯泵。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述生產(chǎn)方法還包括經(jīng)步驟（4)處理后的半成 品氨水先經(jīng)過(guò)冷卻設(shè)備進(jìn)行降溫、降壓處理，然后進(jìn)行步驟（5)的處理，經(jīng)所述冷卻設(shè)備處 理后的氨水溫度彡25 °C，壓力彡0· IMPa。
[0027] 進(jìn)一步地，所述冷卻設(shè)備包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻器，所述冷卻器具有內(nèi)襯，所 述內(nèi)襯采用PTFE或PFA材質(zhì)。
[0028] 優(yōu)選地，所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中使用的冷卻水溫度維持在5~KTC，冷卻水流量 2〇 ~3〇mVh，壓力為 0· 2〇 ~0· 40MPa。
[0029] 本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)方法采用集中控制，中間循環(huán)吸收、冷卻可以連續(xù)進(jìn)行，便于高 效穩(wěn)定生產(chǎn)。
[0030] 本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)方法的連續(xù)生產(chǎn)流量為700~1000L/h。
[0031] 本發(fā)明中所述各種含量在沒(méi)有特別說(shuō)明時(shí)為質(zhì)量含量。
[0032] 由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0033] 本發(fā)明方法采用降壓蒸發(fā)方式來(lái)制備高純氨水，可以滿(mǎn)足工業(yè)化連續(xù)、大量生產(chǎn) 的要求。高純氨氣的獲得，采用油水分離和氨氣氣體過(guò)濾的方式，省去化學(xué)除油法引入雜質(zhì) 的可能性。高純氨氣與超純水的混合，采用超純水吸收高純氨氣的方法，無(wú)需混合停留時(shí) 間。
[0034] 本發(fā)明方法生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能耗低，生產(chǎn)出的高純氨水滿(mǎn)足甚至超過(guò) SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)的要求。本發(fā)明方法所需用的生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)方法所用的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖中：1、液氨原料罐；2、降壓蒸發(fā)器；3、油水分離器；4、氣體過(guò)濾器；5、靜態(tài)氣液 混合器；6、冷卻器；7、中間儲(chǔ)罐；8、成品儲(chǔ)罐；9、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；10、廢液回收系統(tǒng)；11、 廢液處理系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)工業(yè)級(jí)液氨進(jìn)行減壓蒸發(fā)，使用連續(xù)氣體除雜裝置，得到高純氨氣。 再利用氣液混合吸收和氨水冷卻流程，獲得滿(mǎn)足甚至超過(guò)SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)要求的高純氨水 產(chǎn)品。一個(gè)具體的實(shí)施方案如下：以工業(yè)級(jí)液氨為原料，從液氨原料罐1中壓出后，依次經(jīng) 降壓蒸發(fā)器2、油水分離器3、氣體過(guò)濾器4后，得到高純氨氣。高純氨氣再在靜態(tài)氣液混合 器5中，按照一定比例，使用電阻率大于等于18ΜΩ · cm的超純水循環(huán)吸收高純氨氣，達(dá)到 規(guī)定濃度28. 0~30.0 wt %，制得半成品氨水。半成品氨水再經(jīng)過(guò)冷卻、降溫，然后使用孔徑 為0. 2 μπι的液體過(guò)濾器循環(huán)過(guò)濾后，得到氨水成品。按照本發(fā)明方法生產(chǎn)的氨水成品，氨 水成品中單項(xiàng)金屬離子含量降低至50ppt以下，單項(xiàng)陰離子雜質(zhì)含量降低至40ppb以下，大 于等于0. 5 μ m顆粒濃度< 25個(gè)/ml。整個(gè)方法的工藝步驟簡(jiǎn)單、最大程度的減小提純過(guò)程 中引入的二次污染，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法能夠以更低的能耗、更高的產(chǎn)率獲得更高質(zhì)量 的目標(biāo)廣品。
[0038] 本發(fā)明的高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法，采用的生產(chǎn)裝置如圖1所示，包括依次設(shè)置 和通過(guò)連接管道連通的液氨原料罐1、降壓蒸發(fā)設(shè)備、油水分離器3、氣體過(guò)濾器4、混合吸 收設(shè)備、冷卻設(shè)備、中間儲(chǔ)罐7、循環(huán)過(guò)濾設(shè)備和成品儲(chǔ)罐8。該生產(chǎn)裝置還包括廢液回收系 統(tǒng)10和廢液處理系統(tǒng)11，廢液回收系統(tǒng)10與中間儲(chǔ)罐7相連，用于回收質(zhì)量不達(dá)要求的氨 水，廢液處理系統(tǒng)11與油水分離器3相連，用于處理油水分離后產(chǎn)生的廢液。
[0039] 其中，降壓蒸發(fā)設(shè)備包括連接在液氨原料罐1和油水分離器3之間的降壓蒸發(fā)器 2及用于對(duì)降壓蒸發(fā)器2提供熱源的熱水循環(huán)系統(tǒng)，降壓蒸發(fā)器2具有金屬盤(pán)管；油水分離 器3具有多級(jí)氣體分離膜，氣體分離膜為由聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯或醋酸纖 維素構(gòu)成的致密高分子膜；混合吸收設(shè)備包括連接在氣體過(guò)濾器4和冷卻設(shè)備之間的靜態(tài) 氣液混合器5及與靜態(tài)氣液混合器5相連的且用于提供超純水的供水裝置，靜態(tài)氣液混合 器5的進(jìn)口和冷卻設(shè)備之間采用循環(huán)管連通，循環(huán)管上設(shè)置有循環(huán)泵；冷卻設(shè)備包括連接 在靜態(tài)氣液混合器5和中間儲(chǔ)罐7之間的冷卻器6及用于對(duì)冷卻器6提供冷卻水的冷卻水 循環(huán)系統(tǒng)9 ;循環(huán)過(guò)濾設(shè)備包括兩端部分別與中間儲(chǔ)罐7連通的循環(huán)管、依次設(shè)置在循環(huán)管 上的循環(huán)泵和液體過(guò)濾器。
[0040] 該生產(chǎn)裝置還包括用于儲(chǔ)存工業(yè)級(jí)液氨原料的原料儲(chǔ)罐、用于將原料儲(chǔ)罐內(nèi)液氨 原料輸送至液氨原料罐1的壓縮機(jī)及連接在原料儲(chǔ)罐和液氨原料罐1之間的輸送管；
[0041] 本發(fā)明的高純氨水的連續(xù)生產(chǎn)方法的具體實(shí)施步驟如下：
[0042] (1)利用壓縮機(jī)、輸送管組合將原料儲(chǔ)罐內(nèi)的工業(yè)級(jí)液氨壓至液氨原料罐1，調(diào)節(jié) 液氨原料罐1出口的流量閥控制降壓蒸發(fā)器2的進(jìn)料量，進(jìn)料量控制在150~250kg/h ;
[0043] (2)使用熱水作為降壓