專利名稱：一種三氟化硼的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工產(chǎn)品，特別是一種從由硼酸與硫酸的混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的技術(shù)，適合于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)三氟化硼。
背景技術(shù)：
三氟化硼是有機(jī)合成和石油化工廣泛應(yīng)用的一種重要催化劑，在很多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)如烷基化、聚合、異構(gòu)化、加成、縮合及分解等過程中都有應(yīng)用。它之所以在催化反應(yīng)方面有如此廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是由于硼電子層結(jié)構(gòu)有生成絡(luò)合物的強(qiáng)烈傾向，在酸性催化劑作用中產(chǎn)生催化活性結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)非常重要。在許多反應(yīng)中，以三氟化硼為基礎(chǔ)的催化劑要比天機(jī)酸金屬的鹵化物催化效能更活潑，而且不致于引起不利的副反應(yīng)。作為催化劑，BF3可以在各種形態(tài)下應(yīng)用，例如以單獨(dú)氣態(tài)使用，或者和許多類型的無機(jī)與有機(jī)物劑一同使用； 以及制成它的絡(luò)合物應(yīng)用。同時(shí)，它又可采用蒸餾或化學(xué)方法進(jìn)行再生回收，經(jīng)精制重新使用。BF3及其它合物在環(huán)氧樹脂中用固化劑，在聚酶纖維染色、制造醇溶性酚醛樹脂中也有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)只能用硼酐化03與硫酸反應(yīng)，成本很高，對(duì)設(shè)備腐蝕很大。(一)有機(jī)合成催化劑
BF3在許多有機(jī)合成中擔(dān)當(dāng)催化作用。如在中分子量PIB的工業(yè)化生產(chǎn)中，采用BFJI 化體系，不但能簡(jiǎn)化生產(chǎn)裝置、縮短生產(chǎn)周期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可顯著提高PIB的收率。(二)離子滲硼
“滲硼”術(shù)語第一次在文獻(xiàn)中出現(xiàn)是1917年，但有關(guān)滲硼處理層特殊的詳細(xì)資料卻在五十年后才出現(xiàn)。滲硼或硼化，是一種應(yīng)用于黑色和有色金屬材料的奧氏體化學(xué)熱處理，使其表面生成含硼化物的硬化層。滲硼層的硬度高達(dá)2000HV，具有良好的耐磨性和抗蝕性。由于三氟化硼更易操作，無需在氣路上加熱，在爐膛內(nèi)分布更均勻，且由于其硼的含量較高，故常用于離子滲硼中硼的載氣。(三)用做常溫快速固化劑
BF3是環(huán)氧樹脂常溫快速固化劑。BFJt為固化劑需與環(huán)氧樹脂分開包裝，隨用隨酸。操作時(shí)配比誤差影響粘接質(zhì)量，工藝繁瑣?，F(xiàn)選擇不同熔點(diǎn)的固體物質(zhì)作為包裹材料，將BF3 制成微型膠囊，通過囊壁阻斷環(huán)氧樹脂與BF3作用，從而制成單一成產(chǎn)品且可穩(wěn)定貯存，通過囊材熔點(diǎn)選擇釋放溫度，在此溫度下囊材料放出BF3固化劑，與環(huán)氧樹脂混合，促使其快速固化。且可通過選擇囊材物質(zhì)的黏性與分子鏈長，改善固化環(huán)氧樹脂的柔順性。(四)核技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用
用三氟化硼-10-乙醚絡(luò)合物與氯化鈣反應(yīng)生成硼酸三甲酯，然后水解，經(jīng)蒸濃后，得到的高純硼酸可用于核反應(yīng)堆作為中子慢化劑。BF3的某些絡(luò)合物以10 BF3的形式富集10B，可用于分離硼的同位素。而10 8&可在核技術(shù)中的比例是子計(jì)數(shù)器內(nèi)用做中子吸收介質(zhì)，并用于核反應(yīng)堆的控制。(五)半導(dǎo)體器件制造工藝的離子注入源三氟化硼在半導(dǎo)體器件制造工藝中用做離子注入源，可以改善半導(dǎo)體器件的性能。在元素周期表中IV族硅原子晶體是摻雜V族原子時(shí)，因外層電子多出一個(gè)自由電子而能夠?qū)щ?。我們把V族雜質(zhì)稱N型雜質(zhì)，而把生成自由電子的原子稱為給予體。當(dāng)摻雜III族原子時(shí)，與上述情況相反，因缺少一個(gè)電子而出現(xiàn)孔洞。在此孔內(nèi)，鄰近的電子可以跳入，并可按順序移動(dòng)。這種III型雜質(zhì)稱為P型雜質(zhì)，而生產(chǎn)孔的原則則稱為受體。通常，磷和砷作為N型雜質(zhì)使用，硼則作為P型雜質(zhì)使用，這種雜質(zhì)稱為摻雜質(zhì)。通常，摻雜質(zhì)的比例為106-107個(gè)硅原子中摻雜1個(gè)雜質(zhì)，以形成一個(gè)導(dǎo)電區(qū)。摻雜質(zhì)的方法有熱擴(kuò)散法和離子注入法。熱擴(kuò)散是把硅片置于擴(kuò)散爐中，在雜質(zhì)氣的氣氛中加熱到大約1000°c，這時(shí)雜質(zhì)原子便擴(kuò)散進(jìn)入到硅結(jié)晶中，從而形成導(dǎo)電區(qū)的一種方法。熱擴(kuò)散法通常使用的氣體，對(duì)于P型有乙硼烷(B2H6), N型有磷化氫(PH3)和砷化氫(AsH3)。離子注入法是在真空中把雜質(zhì)原子離子化后在電場(chǎng)中加速，然后把離子打入晶體內(nèi)的技術(shù)。離子注入法使用的氣體有三氟化硼(BF3)、磷化氫和砷化氫。離子注入法因其內(nèi)部安裝有質(zhì)量分析儀來挑選所需的離子，因此很少雜質(zhì)的影響。此外，通過電場(chǎng)調(diào)節(jié)可以控制離子注入量，并可以調(diào)節(jié)離子注入深度及位置，因此比熱擴(kuò)散法優(yōu)越。(六)冶金及焊接
BF3能防止鎂及其合金在熔融鑄造時(shí)發(fā)生氧化作用，在焊接鎂材時(shí)用做焊劑。它也用做鋼或其他金屬表面膨化處理劑的組分，還用做鑄鋼的潤滑劑，在鈦的電弧焊接中，如有BF3 參與，焊縫便會(huì)有較強(qiáng)的抗沖擊性能。(七)合成乙硼烷
用BF3可以制備硼烷。它與堿金屬氫化物反應(yīng)成乙硼烷。與Grignard試劑反應(yīng)生成有機(jī)硼化合物。(八)醫(yī)用
隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，新的抗生素藥物不斷被開發(fā)出來。這些抗生素新藥的合成過程需要三氟化硼氣體作為催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三氟化硼的制備方法，在發(fā)煙硫酸1000-1200升/小時(shí)連續(xù)加入的脫水作用下，在700-800°C溫度下，連續(xù)將 400-500升/小時(shí)硼酸與1000-1200升/小時(shí)硫酸的混合物同100-120升/小時(shí)氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼，其中硼酸與硫酸的體積比為1:10。氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼本法可生成本法在螢石硼酐法的基礎(chǔ)上，用廉價(jià)硼砂(Na2B4O7)代替昂貴的硼酐(B2O3)，生產(chǎn)成本較低。本發(fā)明更加具體的公開了一種從由硼酸與硫酸的混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的技術(shù)，利用發(fā)煙硫酸的脫水作用，在適當(dāng)溫度下，可使硼酸脫水得到三氧化二硼晶體。反應(yīng)式為
H3BO3+ 3HF^—BF3 + 3H20 H2O + H2SO4 · SO3 _ψ 2H2S04
圖1所示的一種由硼酸與硫酸混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的裝置，包括分離塔、混合器和反應(yīng)塔，分離塔分別設(shè)有分離塔的入口 101、分離塔的出口一 102、分離塔的出口二 103、分離塔的出口三104，分離塔的出口二通過管路連接反應(yīng)塔的入口一 301，分離塔的出口三通過管路連接混合器的入口一 201，混合器的出口 203通過管路連接反應(yīng)塔的入口二 302，混合器設(shè)有混合器的入口二 202，反應(yīng)塔設(shè)有反應(yīng)塔的入口二 303和反應(yīng)塔的出 Π 304。本發(fā)明制備的三氟化硼的質(zhì)量測(cè)定結(jié)果如下 熔點(diǎn)(101. 325kPa) :-127. 1°C
沸點(diǎn)(101. 325KPa) :-99. 8 "C 液體密度(-100. 3 0C，101. 325kpa) 1589kg/m3 氣體密度(20 0C，101. 325kpa) :2. 867kg/m3 相對(duì)密度(空氣=1. 20 0C，101. 325kpa) :2. 380 比容(21. I0C，101. 325kpa) :0. 3496 m3/kg 氣液容積比(15°C , IOOKPa) :560L/L 臨界溫度-12. 2 V 臨界壓力4985KPa 臨界密度5941ikg/m3。本發(fā)明由硼酸與硫酸混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比， 具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)本方法可以連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)三氟化硼，解決了原有間歇精投料的不能穩(wěn)定生產(chǎn)的弊端。(2) 一體化連續(xù)精餾可以更好的利用冷量與熱量，使生產(chǎn)成本更低。(3)連續(xù)生產(chǎn)后質(zhì)量穩(wěn)定，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為三氧化二硼的工藝流程圖；其中1、分離塔101、分離塔的入口 102、分離塔的出口一 103、分離塔的出口二 104、分離塔的出口三2、混合器201、混合器的入口一202、混合器的入口二 203、混合器的出口 3、反應(yīng)塔301、反應(yīng)塔的入口一 302、反應(yīng)塔的入口二 303、反應(yīng)塔的入口三304、反應(yīng)塔的出口。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明，這里所述實(shí)施例的方案，不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的專業(yè)人員按照本發(fā)明的精神可以對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和變化，所述的這些改進(jìn)和變化都應(yīng)視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)由權(quán)利要求來限定。實(shí)施例1
在發(fā)煙硫酸1000升/小時(shí)連續(xù)加入的脫水作用下，在700-800°C溫度下，連續(xù)將400升 /小時(shí)硼酸與1000升/小時(shí)硫酸的混合物同100升/小時(shí)氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼，其中硼酸與硫酸的體積比為1:10反應(yīng)制備三氟化硼。按照?qǐng)D1的描述寫出制備的過程
圖1所示的一種由硼酸與硫酸混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的裝置，包括分離塔、混合器和反應(yīng)塔，分離塔分別設(shè)有分離塔的入口 101、分離塔的出口一 102、分離塔的出口二 103、分離塔的出口三104，分離塔的出口二通過管路連接反應(yīng)塔的入口一 301，分離塔的出口三通過管路連接混合器的入口一 201，混合器的出口 203通過管路連接反應(yīng)塔的入口二 302，混合器設(shè)有混合器的入口二 202，反應(yīng)塔設(shè)有反應(yīng)塔的入口二 303和反應(yīng)塔的出 Π 304.
實(shí)施例2
在發(fā)煙硫酸1200升/小時(shí)連續(xù)加入的脫水作用下，在800°C溫度下，連續(xù)將500升/小時(shí)硼酸與1200升/小時(shí)硫酸的混合物同120升/小時(shí)氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼，其中硼酸與硫酸的體積比為1 :10反應(yīng)制備三氟化硼。 圖1所示的一種由硼酸與硫酸混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的裝置，包括分離塔、混合器和反應(yīng)塔，分離塔分別設(shè)有分離塔的入口 101、分離塔的出口一 102、分離塔的出口二 103、分離塔的出口三104，分離塔的出口二通過管路連接反應(yīng)塔的入口一 301，分離塔的出口三通過管路連接混合器的入口一 201，混合器的出口 203通過管路連接反應(yīng)塔的入口二 302，混合器設(shè)有混合器的入口二 202，反應(yīng)塔設(shè)有反應(yīng)塔的入口二 303和反應(yīng)塔的出口 304。
權(quán)利要求
1. 一種三氟化硼的制備方法，其特征在于在發(fā)煙硫酸1000-1200升/小時(shí)連續(xù)加入的脫水作用下，在700-800°C溫度下，連續(xù)將400-500升/小時(shí)硼酸與1000-1200升/小時(shí)硫酸的混合物同100-120升/小時(shí)氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼，其中硼酸與硫酸的體積比為1 =IOo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從由硼酸與硫酸的混合物同氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼的方法，在發(fā)煙硫酸1000-1200升/小時(shí)的脫水作用下，在700-800℃溫度下，將400-500升/小時(shí)硼酸與1000-1200升/小時(shí)硫酸的混合物同100-120升/小時(shí)氟化氫反應(yīng)制備三氟化硼晶體。本發(fā)明的制備方法工藝合理，制作簡(jiǎn)單，是三氟化硼制備的最簡(jiǎn)便理想技術(shù)。
文檔編號(hào)C01B35/06GK102432030SQ20111042340
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者李中元 申請(qǐng)人:天津市泰亨氣體有限公司