專利名稱：一種氟氣的提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非金屬元素的領(lǐng)域，具體涉及一種鹵素的提純方法。
背景技術(shù)：
氟是自然界電負(fù)性最強(qiáng)的元素，也是最強(qiáng)的單質(zhì)氧化劑。常溫下，是一種淡黃色氣體，具有極強(qiáng)的腐蝕性。已知的利用中溫法電解氟化氫鉀溶液的方法制備氟氣，已得到大規(guī)模的工業(yè)推廣。單質(zhì)氟(F2)用途很廣，例如，作為刻蝕劑或清潔劑應(yīng)用在制造半導(dǎo)體器件、微電機(jī)、太陽能電池、薄膜晶體管；用于制造IF5和SF6 ;它也用于處理塑料材料的表面，如氟化 內(nèi)表面，外表面或油箱；另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是表面處理聚合物制成的零件。目前生產(chǎn)氟氣多是采用中溫電解氟化氫鉀溶液法，該方法制造的氟氣含有2°/Γ8%的HF和1%以下的CF4,因?yàn)镃F4是惰性氣體，在絕大多數(shù)情況下少量的CF4不影響氟氣使用；但HF可以與很多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，造成制得的氟氣在實(shí)際使用中受到很大限制。在氟氣的提純技術(shù)上，國內(nèi)外也有人做了一些嘗試，如專利CN200810194553公布了將氟氣進(jìn)行精餾提純，從而得到99%以上的氟氣，但是其方法需要使用超低溫精餾塔，精餾需要大量的能耗，因?yàn)楹蟹鷼夂虷F對(duì)設(shè)備要求很高，且在一定溫度下精餾塔本身壓力限制，不能與某些壓力電解槽連接進(jìn)行連續(xù)提純。專利W02012016997也公布一種除去F2中HF的方法，因?yàn)槠湫枰褂酶呒兊腍F，
需要預(yù)先準(zhǔn)備高純度的HF，甚至是電子級(jí)的HF，事實(shí)上這并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作。HF還需要加入裝置中，并需要除水、除空氣，造成實(shí)際操作上的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種氟氣的提純方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案為一種氟氣的提純方法，該氟氣是將熔融鹽在電解裝置內(nèi)電解得到；將電解產(chǎn)生的待提純的氟氣通入換熱裝置，所述換熱裝置的操作壓力為(TO. 5MPa，換熱裝置內(nèi)溫度為-10 _100°C，再經(jīng)過氟化物吸附。電解裝置電解出的氟氣經(jīng)從底部進(jìn)入換熱裝置，在換熱裝置中冷卻，大部分的HF會(huì)在換熱裝置中冷凝下來，氟氣經(jīng)換熱裝置頂部出口排出，進(jìn)入下一處理步驟。氟氣中的HF含量被有效降低至3%以下，最低降至O. 06%。換熱裝置內(nèi)的溫度控制的越低，HF經(jīng)過之后的含量越低，但是換熱裝置內(nèi)的溫度最好不低于_83°C，以免冷凝下來的HF凝固堵塞換熱
>j-U ρ α裝直。HF在氟氣中的相對(duì)含量還與系統(tǒng)壓力相關(guān)，即電解裝置和換熱裝置的操作壓力。電解裝置和換熱裝置連通使用，換熱裝置與電解槽壓力基本一樣。電解裝置壓力越高即換熱裝置壓力越高時(shí)，換熱裝置控制溫度可以相應(yīng)提高，但為了延長(zhǎng)后繼處理步驟一吸附塔的使用周期，應(yīng)盡量控制換熱裝置更低溫度；
當(dāng)所述換熱裝置的操作壓力為(To. 45MPa時(shí)，所述換熱裝置內(nèi)溫度為-20 -82 °C。優(yōu)選地，所述換熱裝置內(nèi)溫度為-40 _82°C。電解裝置壓力越低，換熱裝置則必須要控制更低溫度才可以達(dá)到同樣脫除HF的效果。當(dāng)所述電解裝置的操作壓力為(TO. 25MPa時(shí)，所述換熱裝置內(nèi)溫度為-40 _82°C。其中，所述待提純的氟氣從換熱裝置底部進(jìn)入，從頂部排出，在換熱裝置內(nèi)停留的時(shí)間為10 600秒。液體在換熱裝置間接冷卻，冷卻介質(zhì)可選液體氮?dú)?，也可以選擇惰性全氟溶劑、含氟氯溶劑中的一種。為了能夠通過換熱裝置將HF充分冷凝下來，需要保證HF在換熱裝置 中停留足夠時(shí)間和選擇合適的換熱裝置。通常能保證氟氣在換熱裝置中停留1(Γ600秒，通過本領(lǐng)域常規(guī)形式的換熱器就能夠保證將HF充分冷凝。其中，所述換熱裝置內(nèi)填充有金屬填料。在換熱裝置中添加填料能達(dá)到改進(jìn)物料接觸，促進(jìn)HF充分冷凝的目的。例如，力口入散裝金屬填料。隨著時(shí)間進(jìn)行填料中也會(huì)有液態(tài)的HF累積在換熱裝置底部，這部分HF因?yàn)闇囟鹊?，不?huì)增加換熱裝置頂部氟氣帶出的HF量，相反液體會(huì)利于與HF /氟氣與冷媒的傳熱。換熱裝置底部累積的HF可重新送入電解槽進(jìn)行電解使用，也可用于其他工業(yè)領(lǐng)域。所述金屬填料選自拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、矩鞍環(huán)、英特派克中的一種或多種。所述金屬填料為碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾、哈氏合金中的一種金屬的填料。所述金屬填料需在低溫?zé)o水條件下耐HF的材質(zhì)，大多數(shù)金屬如碳鋼、不銹鋼等都滿足該條件；填料還需要耐氟氣或與氟氣反應(yīng)后可以在表面形成致密氟化層。因此填料可以使用碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾、哈氏合金等材質(zhì)。其中，所述氟化物為氟化鈉、氟化鈣或氟化鉀中的一種或多種。所述氟化物預(yù)先制作成多孔顆粒狀。其中，所述氟化物置于吸附塔內(nèi)。從換熱裝置排出的氟氣從吸附塔底部進(jìn)入，從吸附塔頂排出。吸附塔中的氟化物與剩余的少量HF反應(yīng)，可以將HF的含量降至IOppm以下。經(jīng)過吸附塔處理后的氟氣還可以通過粒子過濾器或除塵器，以除去氟氣中夾帶的吸附劑等固體顆粒。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的方法，換熱器和電解槽壓力相同，方便控制系統(tǒng)；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以使用常規(guī)的換熱器和吸附塔，不增加改造的費(fèi)用；使用本發(fā)明所述的方法在電解制氟后得到不含HF的氟氣，同時(shí)回收HF。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例。實(shí)施例I換熱裝置為管式換熱器,冷媒(冷卻介質(zhì))為液氮。吸附塔為篩板塔，塔板上放置多孔氟化鈉。熔融電解質(zhì)鹽(KF-2HF)的電解槽，加熱至100°C，電解槽操作壓力O. 05MPa，換熱器的壓力和電解槽的相同。在陽極和陰極電極上分別形成氟元素和氫元素。陽極出口的氟氣經(jīng)換熱器底部進(jìn)入換熱器，換熱器冷媒進(jìn)口溫度控制為_80°C，換熱器出口氟氣純度99.3%。其中HF含量為0.4%，還有少量CF4。氟氣再經(jīng)過多孔氟化鈉吸附塔吸附反應(yīng)。吸附塔中的氟化物與剩余的少量HF反應(yīng)，可以將HF的含量降至IOppm以下。測(cè)得經(jīng)過處理后的氟氣氟氣含量99. 7%，HF未檢出。檢測(cè)精度IOppm級(jí)。實(shí)施例2提純操作設(shè)備同實(shí)施例I。熔融電解質(zhì)鹽(KF-2HF)的電解槽，加熱至90°C。電解槽操作壓力O. 2MPa，換熱器壓力和電解槽相同。氟元素和氫元素形成在各自的電極。陽極出口的氟氣經(jīng)換熱器底部進(jìn)入換熱器，換熱器冷媒進(jìn)口溫度控制_40°C，換熱器出口氟氣純度96. 8%。其中HF含量為2.7%。氟氣再經(jīng)過多孔氟化鈉吸附塔吸附反應(yīng)。測(cè)得經(jīng)過處理后的氟氣氟氣含量99.7%， HF未檢出。檢測(cè)精度IOppm級(jí)。實(shí)施例3換熱器為套管式換熱器，冷媒(冷卻介質(zhì))為全氟異丙醚。換熱器內(nèi)填充有散裝不銹鋼拉西環(huán)填料。吸附塔為篩板塔，塔板上放置多孔氟化鈉和氟化鉀的混合物，其質(zhì)量比1:1。熔融電解質(zhì)鹽(KF-2HF)的電解槽，加熱至100°C，電解槽操作壓力O. 45MPa。在陽極和陰極電極上分別形成氟元素和氫元素。陽極出口的氟氣經(jīng)換熱器底部進(jìn)入換熱器，換熱器冷媒進(jìn)口溫度控制為-30°C，換熱器出口氟氣純度97. 4%。其中HF含量為2. 3%，少量CF4。氟氣再經(jīng)過多孔氟化鈉和氟化鉀吸附塔吸附。測(cè)得經(jīng)過處理后的氟氣氟氣含量99. 7%，HF未檢出，檢測(cè)精度IOppm級(jí)。實(shí)施例4換熱器為套管式換熱器，冷媒(冷卻介質(zhì))為液氮。換熱器內(nèi)填充有散裝蒙乃爾合金階梯環(huán)填料。吸附塔為篩板塔，塔板上放置多孔氟化鈉。熔融電解質(zhì)鹽(KF-2HF)的電解槽，加熱至95 °C，電解槽操作壓力O. 35MPa。在陽極和陰極電極上分別形成氟元素和氫元素。陽極出口的氟氣經(jīng)換熱器底部進(jìn)入換熱器，換熱器冷媒進(jìn)口溫度控制為-60°C，換熱器出口氟氣純度99. 2%。其中HF含量為0.5%。氟氣再經(jīng)過多孔氟化鈉和氟化鉀吸附塔吸附。測(cè)得經(jīng)過處理后的氟氣氟氣含量99. 7%，HF未檢出，檢測(cè)精度IOppm級(jí)。以上實(shí)施例的描述是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的基本思想，可以做出各種修改或改進(jìn)，但是只要不脫離本發(fā)明的基本思想，均在本發(fā)明的要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氟氣的提純方法，該氟氣是將熔融鹽在電解裝置內(nèi)電解得到； 其特征在于，將電解產(chǎn)生的待提純的氟氣通入換熱裝置，所述換熱裝置的操作壓力為(TO. 5MPa，換熱裝置內(nèi)溫度為-10 _100°C，再經(jīng)過氟化物吸附。
2.如權(quán)利要求I所述的提純方法，其特征在于，當(dāng)所述換熱裝置的操作壓力為(TO. 45MPa時(shí)，換熱裝置內(nèi)溫度為-20 _82°C。
3.如權(quán)利要求2所述的提純方法，其特征在于，所述換熱裝置內(nèi)溫度為-40 -82°C。
4.如權(quán)利要求2所述的提純方法，其特征在于，當(dāng)所述換熱裝置的操作壓力為(TO. 25MPa時(shí)，換熱裝置內(nèi)溫度為-40 _82°C。
5.如權(quán)利要求I所述的提純方法，其特征在于，所述待提純的氟氣從換熱裝置底部進(jìn)入，從頂部排出，在換熱裝置內(nèi)停留的時(shí)間為1(Γ600秒。
6.如權(quán)利要求廣4任一所述的提純方法，其特征在于，所述換熱裝置內(nèi)填充有金屬填料。
7.如權(quán)利要求5所述的提純方法，其特征在于，所述金屬填料為散裝填料，選自拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、矩鞍環(huán)、英特派克中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求5所述的提純方法，其特征在于，所述金屬填料為碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾、哈氏合金中的一種金屬的填料。
9.如權(quán)利要求Γ4任一所述的提純方法，其特征在于，所述氟化物為氟化鈉、氟化鈣和氟化鉀中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求I或7所述的提純方法，其特征在于，所述氟化物置于吸附塔內(nèi)，從換熱裝置排出的氟氣從吸附塔底部進(jìn)入，從吸附塔頂排出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氟氣的提純方法，該氟氣是將熔融鹽在電解裝置內(nèi)電解得到，將電解產(chǎn)生的待提純的氟氣通入換熱裝置，所述換熱裝置的操作壓力為0~0.5MPa，換熱裝置內(nèi)溫度為-10～-100℃，再經(jīng)過氟化物吸附。本發(fā)明提出的方法，換熱裝置和電解槽壓力相同，方便控制系統(tǒng)；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以使用常規(guī)的換熱器和吸附塔，不增加改造的費(fèi)用；使用本發(fā)明所述的方法在電解制氟后得到不含HF的氟氣，同時(shí)回收HF。
文檔編號(hào)C01B7/20GK102963870SQ201210531749
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者孫凌云, 張德波, 庹洪, 田勇, 葉泉 申請(qǐng)人:中昊晨光化工研究院有限公司