專利名稱：一種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氟化工技術領域，尤其是涉及ー種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法。
背景技術：
四氟化硅是半導體與光纖加工應用中所使用的一種電子專用氣體，是硅基半導體器件制造采用的離子注入法中的ー種重要成分。四氟化硅在微電子行業(yè)將有廣泛的應用前景。無水氟化氫(AHF)廣泛應用于原子能、化工、石油等行業(yè)，是強氧化劑，是制取元素氟、 各種氟制冷劑、無機氟化物和有機氟化物的基本原料。中國專利名稱為硫酸酸化氟硅酸鈉制備四氟化硅和無水氟化氫的方法(申請?zhí)枮?201010504248. 3)公開了ー種由氟硅酸鈉與硫酸反應制備四氟化硅和無水氟化氫的方法， 該エ藝步驟為a.氟硅酸鈉與過量硫酸在150°C以下攪拌反應得到四氟化硅氣體氟化氫留在固體殘渣中；b.步驟a產(chǎn)生的四氟化硅氣體經(jīng)除塵、冷卻、干燥、精制、壓縮得到高純四氟化硅氣體；c.繼續(xù)升溫至200°C，氟化氫氣體逸出；d.步驟c逸出的氟化氫氣體經(jīng)除塵、冷卻、干燥、精制、壓縮得到無水氟化氫氣體氟硅酸鈉，具有使磷肥行業(yè)副產(chǎn)的低附加值、為了處理廢物而生成的氟硅酸鈉得到了綜合利用，使氟、硅元素轉化成具有高附加值、用途廣泛的四氟化硅和無水氟化氫，但是上述エ藝過程存在如下缺點
(1)步驟a中反應后的過量硫酸易對設備造成腐蝕；(2)四氟化硅氣體與氟化氫氣體通過控制反應溫度來實現(xiàn)分別逸出達到分離，由于反應過程存在復雜的吸放熱過程，溫度精確控制難度很大，因此僅靠控制反應溫度來實現(xiàn)分離，純度不高；(3)氟硅酸鈉與過量硫酸反應理論上生成SiHF5,再由SiHF5易受熱分解為SiF4和HF，因此僅靠控制反應溫度來實現(xiàn)分離，難度較大；(4)上述過程并未詳細公開四氟化硅與氟化氫的除塵、冷卻、干燥、精制、 壓縮的具體過程。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供ー種可大幅度減少對設備的腐蝕，得到的四氟化硅與氟化氫產(chǎn)品純度高，節(jié)能環(huán)保的以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法，包括如下步驟
(1)將氟硅酸鈉固體經(jīng)過干燥器干燥除水，直至氟硅酸鈉固體中水分的質量百分數(shù)低于lwt%，將干燥出來的水蒸汽送入堿洗塔用30wt%的氫氧化鈉溶液冷卻吸收；
(2)將干燥后的氟硅酸鈉固體與100 l(Mwt%的硫酸中的硫酸按摩爾比1:1加入轉窯反應器中，所述的轉窯反應器內的氟硅酸鈉和硫酸混合物料在溫度為160 220°C的條件下，反應30 ISOmin后，生成硫酸鈉固體及四氟化硅和氟化氫混合氣體；
(3)將四氟化硅和氟化氫混合氣體從轉窯反應器頂部排出送入混合氣洗滌塔除去固體粉塵和水蒸汽后，送入壓縮機加壓到0. 5 1. 5MPaG,再經(jīng)冷凝器預冷到-20 _30°C，其中混合氣洗滌塔的洗滌液為98wt%的硫酸；
(4)將預冷后的四氟化硅和氟化氫混合氣體先通過精餾塔的塔頂產(chǎn)品換熱器冷卻到-25 _35°C后，送入精餾塔進行分離，控制所述的精餾塔操作壓カ為0. 6 0. 75MPaG, 控制所述的精餾塔的塔頂冷凝器溫度為-80 -70°C，精餾塔的塔底采出純度為99. 95wt% 的無水氟化氫，經(jīng)過冷冷卻器冷卻至10 15°C后送至無水氟化氫儲罐儲存；
(5)所述的四氟化硅從精餾塔的塔頂以液相形式采出，采出的液體四氟化硅經(jīng)精餾塔的塔頂產(chǎn)品換熱器回收冷量后減壓汽化，送入四氟化硅洗滌塔，吸收四氟化硅氣體中存在的微量氟化氫和水后，得到純度為99. 5wt%的四氟化硅氣體，再經(jīng)加壓冷卻后，送入四氟化硅儲罐，其中四氟化硅洗滌塔的洗滌液為98wt%的硫酸。所述的轉窯反應器的外壁設置有夾套，所述的夾套內設置有300 500°C用于加熱的煙道氣。所述的混合氣洗滌塔和所述的四氟化硅洗滌塔排出的硫酸加入適量的三氧化硫配置成濃度為100-l(Mwt%的硫酸后，送入轉窯反應器作為反應原料。本發(fā)明的化學反應式如下
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)固體氟硅酸鈉和液體硫酸反應過程采用轉窯反應器，可實現(xiàn)液、固兩相的充分混合，使反應更加充分，反應效率高，同時轉窯反應器為外套加熱式，外套采用300 500°C畑道氣加熱，加熱效率高，節(jié)能效果顯著；
(2)采用硫酸洗滌塔進行濕法除塵，除塵效率高，同時硫酸還是吸水劑，可除去原料帶入反應系統(tǒng)的水，避免因水存在產(chǎn)生的設備腐蝕；經(jīng)除塵和吸水后的硫酸直接作為原料使用，不產(chǎn)生三廢；
(3)通過選擇合適的精餾塔操作壓カ和操作溫度，使四氟化硅和氟化氫實現(xiàn)更高效的分離，同時得到更高純度的四氟化硅和無水氟化氫；
(4)反應原料采用濃度為100-l(Mwt%的硫酸，可保證反應過程中沒有水，從而避免了對設備的腐蝕；設備投資和運行費用大幅度減少；
(5)與中國專利硫酸酸化氟硅酸鈉制備四氟化硅和無水氟化氫的方法(申請?zhí)枮?201010504248. 3)相比，本發(fā)明氟硅酸鈉和硫酸的反應過程中，氟硅酸鈉和硫酸按摩爾比 1 1反應，不僅使反應能正常進行，同時避免了過量硫酸對設備的腐蝕以及后續(xù)處理的復雜性。


圖1為本發(fā)明的エ藝設備流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進ー步詳細描述。下面用實施例對本發(fā)明作進ー步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此，保護范圍以權力要求為準。
實施例1
本發(fā)明ー種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法，如圖1所示包括如下步驟
(1)將氟硅酸鈉固體經(jīng)過干燥器1干燥除水，直至氟硅酸鈉固體中水分的質量百分數(shù)低于lwt%，將干燥出來的水蒸汽送入堿洗塔2用30wt%的氫氧化鈉溶液冷卻吸收；
(2)將100 l(Mwt%的硫酸中的硫酸與干燥后的氟硅酸鈉固體按摩爾比1:1加入轉窯反應器3中，控制轉窯反應器3內的氟硅酸鈉和硫酸混合物料在溫度為160 220°C的條件下，反應30 ISOmin后，生成硫酸鈉固體及四氟化硅和氟化氫混合氣體；
(3)將四氟化硅和氟化氫混合氣體從轉窯反應器3頂部排出送入混合氣洗滌塔4除去固體粉塵和水蒸汽后，送入壓縮機5加壓到0. 5MPaG,再經(jīng)冷凝器6預冷到_20°C，其中混合氣洗滌塔4的洗滌液為98wt%的硫酸；
(4)將預冷后的四氟化硅和氟化氫混合氣體先通過精餾塔7的塔頂產(chǎn)品換熱器8冷卻到_25°C后，送入精餾塔7進行分離，控制該精餾塔7操作壓カ為0. 6MPaG，控制精餾塔7的塔頂冷凝器(圖中未顯示)溫度為-70°C，精餾塔7的塔底采出純度為99. 95wt%的無水氟化氫，經(jīng)過冷冷卻器9冷卻至10°C后送至無水氟化氫儲罐儲存10 ；
(5)上述四氟化硅從精餾塔7的塔頂以液相形式采出，采出的液體四氟化硅經(jīng)精餾塔 7的塔頂產(chǎn)品換熱器8回收冷量后通過閥門減壓汽化，送入四氟化硅洗滌塔11，吸收四氟化硅氣體中存在的微量氟化氫和水后，得到純度為99. 5wt%的四氟化硅氣體，再經(jīng)加壓冷卻后，送入四氟化硅儲罐12，其中四氟化硅洗滌塔11的洗滌液為98wt%的硫酸。在此具體實施例中，轉窯反應器3的外壁設置有夾套，所述的夾套內設置有300 500°C用于加熱的煙道氣；混合氣洗滌塔4的和四氟化硅洗滌塔11排出的硫酸加入適量的三氧化硫配置成濃度為100-l(Mwt%的硫酸后，送入轉窯反應器3作為反應原料。實施例2
同實施例1，其區(qū)別在于步驟(3)中將四氟化硅和氟化氫混合氣體從轉窯反應器3頂部排出送入混合氣洗滌塔4除去固體粉塵和水蒸汽后，送入壓縮機5加壓到1. OMPaG，再經(jīng)冷凝器6預冷到_25°C，其中混合氣洗滌塔4的洗滌液為98wt%的硫酸；步驟(4)中將預冷后的四氟化硅和氟化氫混合氣體先通過精餾塔7的塔頂產(chǎn)品換熱器8冷卻到-30°C后，送入精餾塔7進行分離，控制該精餾塔7操作壓カ為0. 7MPaG,控制精餾塔7的塔頂冷凝器(圖中未顯示)溫度為-75°C，精餾塔7的塔底采出純度為99. 95wt%的無水氟化氫，經(jīng)過冷冷卻器 9冷卻至12°C后送至無水氟化氫儲罐儲存10。實施例3
同實施例1，其區(qū)別在于步驟(3)中將四氟化硅和氟化氫混合氣體從轉窯反應器3頂部排出送入混合氣洗滌塔4除去固體粉塵和水蒸汽后，送入壓縮機5加壓到1. 5MPaG，再經(jīng)冷凝器6預冷到-30°C，其中混合氣洗滌塔4的洗滌液為98wt%的硫酸；
步驟(4)中將預冷后的四氟化硅和氟化氫混合氣體先通過精餾塔7的塔頂產(chǎn)品換熱器 8冷卻到-35°C后，送入精餾塔7進行分離，控制該精餾塔7操作壓カ為0. 75MPaG,控制精餾塔7的塔頂冷凝器(圖中未顯示)溫度為-80°C，精餾塔7的塔底采出純度為99. 95wt%的無水氟化氫，經(jīng)過冷冷卻器9冷卻至15°C后送至無水氟化氫儲罐儲存10。
權利要求
1.ー種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將氟硅酸鈉固體經(jīng)過干燥器干燥除水，直至氟硅酸鈉固體中水分的質量百分數(shù)低于lwt%，將干燥出來的水蒸汽送入堿洗塔用30wt%的氫氧化鈉溶液冷卻吸收；(2)將干燥后的氟硅酸鈉固體與100 l(Mwt%的硫酸中的硫酸按摩爾比1:1加入轉窯反應器中，所述的轉窯反應器內的氟硅酸鈉和硫酸混合物料在溫度為160 220°C的條件下，反應30 ISOmin后，生成硫酸鈉固體及四氟化硅和氟化氫混合氣體；(3)將四氟化硅和氟化氫混合氣體從轉窯反應器頂部排出送入混合氣洗滌塔除去固體粉塵和水蒸汽后，送入壓縮機加壓到0. 5 1. 5MPaG,再經(jīng)冷凝器預冷到-20 _30°C，其中混合氣洗滌塔的洗滌液為98wt%的硫酸；(4)將預冷后的四氟化硅和氟化氫混合氣體先通過精餾塔的塔頂產(chǎn)品換熱器冷卻到-25 _35°C后，送入精餾塔進行分離，控制所述的精餾塔操作壓カ為0. 6 0. 75MPaG, 控制所述的精餾塔的塔頂冷凝器溫度為-80 -70°C，精餾塔的塔底采出純度為99. 95wt% 的無水氟化氫，經(jīng)過冷冷卻器冷卻至10 15°C后送至無水氟化氫儲罐儲存；(5)所述的四氟化硅從精餾塔的塔頂以液相形式采出，采出的液體四氟化硅經(jīng)精餾塔的塔頂產(chǎn)品換熱器回收冷量后減壓汽化，送入四氟化硅洗滌塔，吸收四氟化硅氣體中存在的微量氟化氫和水后，得到純度為99. 5wt%的四氟化硅氣體，再經(jīng)加壓冷卻后，送入四氟化硅儲罐，其中四氟化硅洗滌塔的洗滌液為98wt%的硫酸。
2.根據(jù)權利要求1所述的ー種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法， 其特征在于所述的轉窯反應器的外壁設置有夾套，所述的夾套內設置有300 500°C用于加熱的煙道氣。
3.根據(jù)權利要求1所述的ー種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法， 其特征在于所述的混合氣洗滌塔和所述的四氟化硅洗滌塔排出的硫酸加入適量的三氧化硫配置成濃度為100-l(Mwt%的硫酸后，送入轉窯反應器作為反應原料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法，特點是包括如下步驟1)將氟硅酸鈉干燥除水；2)將干燥后的氟硅酸鈉與硫酸按摩爾比11加入轉窯反應器中，在160～220℃下，反應30～180min，生成硫酸鈉固體及四氟化硅和氟化氫混合氣體；3)然后除塵加壓預冷到-20～-30℃；4)將預冷后的混合氣體送入精餾塔進行分離，控制精餾塔壓力0.6～0.75MPaG，塔頂冷凝器溫度-70～-80℃，塔底采出無水氟化氫；5)四氟化硅從塔頂以液相形式采出，減壓氣化除塵后送入四氟化硅洗滌塔得到四氟化硅氣體，優(yōu)點是可大幅度減少對設備的腐蝕，得到的四氟化硅與氟化氫產(chǎn)品純度高且生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保。
文檔編號C01B7/19GK102557043SQ20111044623
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者梁正, 胡曉錚, 苗延軍, 谷新春, 陳發(fā)輝 申請人:化學工業(yè)第二設計院寧波工程有限公司