高纯丙烯纯化工艺优化

高纯丙烯纯化工艺优化

李文博

（大连科利德半导体材料股份有限公司，辽宁 大连 116000）

摘要：本文对高纯丙烯的性质和用途进行了简述，介绍其纯化工艺技术，在此基础上研究了纯化工艺的优化思路。

关键字：电子级；纯化；精馏；选型

Optimization of purification process of high purity propylene

LI Wen-bo

（Dalian Creditchem Semiconductor Materials Co.. Ltd.  Liaoning, Dalian 116000）

Abstract: In this paper, the properties and applications of high purity propylene are introduced, and its purification technology is introduced.

Key words: electronic grade; purification; distillation; type selection

1 前言

作为高纯电子气体之一的高纯丙烯，是集成电路技术不可缺少的核心基础材料，主要应用于集成电路的成膜工艺，该工艺下沉积的无定型碳膜具有高刻蚀选择比及低边缘粗糙度，在集成电路12英寸90nm及以上制程工艺会运用该等辅助性薄膜以优化刻蚀效果。目前国际上仅有美国的Airgas公司可以提供电子级高纯丙烯产品，国内丙烯产品技术无法达到集成电路使用要求，因此开展高纯丙烯纯化技术的研究，突破核心纯化技术瓶颈，实现产品技术与国际先进水平同步发展，实现产品的实用化研究及产业化发展，填补国内空白，替代产品进口，必将对我国集成电路产业的自主安全发展起到支持作用，同时为更多电子气体的国产化奠定基础。

2. 丙烯的性质

丙烯为低压液化气体，在常温常压下为无色、有烃类气味的气体，极易燃，毒性并不大，人吸入后有麻醉作用，相对分子质量为42.09，沸点为-47.72℃，闪点-108℃，引燃温度455℃，不溶于水，可溶于乙醇。爆炸上限%(V/V)为11.7，爆炸下限%(V/V)为2.0。

3.丙烯的纯化

丙烯的生产方法主要有从炼厂气中回收丙烯、催化裂化生产丙烯、从裂解气中回收丙烯、丙烷催化脱氢制丙烯、异丙醇脱水制丙烯、乙烯制丙烯等。通过对工业级丙烯进行纯化精制，获得电子级丙烯产品。工业级丙烯纯度为99.5%，其主要杂质有氮、氧、二氧化碳、其它碳氢杂质、水等，丙烯(沸点－47.7℃)与丙烷(沸点－42.1℃)沸点相近，其相对挥发度非常接近，分离难度大。

为有效的脱出以丙烷为代表的杂质组分，我司一直研究高效脱重、脱轻技术精馏净化技术，针对工业级丙烯产品的物理、化学性质、杂质的含量及组分，科学设计匹配相适应的吸附剂，针对产品的热稳定性和化学稳定性，产品各组分间的化学反应，含羟基物质的聚合，裂解和脱水反应等，选择和确定精馏塔填料的种类、形式及数量。并根据原料及制程产品的特性及杂质情况优化合理的温度、压力、流量、回流比指标等工艺参数，从而有效去除有机杂质、碳氢杂质、水分、氧气、金属离子、颗粒物等。

精馏压力的选择

丙烯与丙烷的沸点虽然相差很近，但随着压力的升高，两种物质的沸点都会有不同程度的升高，如表1所示，随着压力的升高，丙烯与丙烷的沸点差值也在逐渐增大，结合实际情况考虑，丙烯纯化精馏的压力范围可选择1.0MPa～2.0MPa之间。

精馏塔填料选型

脱重塔填料选型

由脱重塔两种填料的水力学计算结果比较，金属丝网填料的泛点率和填料压降都较大，这里有金属丝网填料比表面积较大的原因。但是，最主要的原因是，脱重塔操作压力较高，塔内的液体负荷很大，喷淋密度在23 cum/hr/sqm以上，丝网填料的持液量过高。加压操作时，气体密度大，操作气速小，此时精馏塔的能力取决于对高液体流量的处理能力。由于受空间高度的限制，填料高度受限，实际操作时，必然会有加大回流比的必要，这就意味着塔内的液体流量会进一步增加，如采用丝网填料，加大回流比会带来更大的液泛风险。另外，本身加压操作，由于喷淋密度很大，板波纹填料也很容易润湿，有效的润湿面积并不会小于丝网填料。丝网填料在常压和真空精馏过程中应用较多，主要是这两种工况大部分时候喷淋密度并不大的原因。因此脱重塔选择使用板波纹填料。

脱轻塔填料选型

由于脱轻塔的泛点率、填料压降、喷淋密度、F因子都不大，这意味着该塔的直径对于丝网填料来说是足够的，因此脱轻塔选择使用金属丝网填料。

另外，传统精馏方法设备要求高、能耗高，为通过精馏使丙烯与丙烷有效的分离，同时为节省能耗，采用两台热泵构成的精馏热源提供装置，同样的制热量，耗电量节省近55%，在能耗降低的条件下实现丙烯-丙烷分离。

4.小结

目前，公司已开展丙烯纯化技术的研究，采用精馏吸附相结合的工艺，优化精馏设备，降低能耗，实现产品纯度4N级及以上电子级丙烯产品的制备，丙烯纯化设备可维持80％～100％的负荷运行，优化了涉及到的重要工艺参数，尤其是精馏工艺参数采取严格控制和管理措施，已达到了设计能力。装置控制的关键就在于不断优化工艺控制，实际操作中可参照以上分析进行，并结合实际运行工况进行适当调整。

参考文献

[1] 陈艳珊.电子级丙烯纯化研究概述[J].低温与特气,2022(1):40-3.