一種氟氣的提純方法技術

本發明專利技術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電解得到，將電解產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，換熱裝置內溫度為-10～-100℃，再經過氟化物吸附。本發明專利技術提出的方法，換熱裝置和電解槽壓力相同，方便控制系統；設備結構簡單，可以使用常規的換熱器和吸附塔，不增加改造的費用；使用本發明專利技術所述的方法在電解制氟后得到不含HF的氟氣，同時回收HF。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于非金屬元素的領域，具體涉及一種鹵素的提純方法。
技術介紹
氟是自然界電負性最強的元素，也是最強的單質氧化劑。常溫下，是一種淡黃色氣體，具有極強的腐蝕性。已知的利用中溫法電解氟化氫鉀溶液的方法制備氟氣，已得到大規模的工業推廣。單質氟(F2)用途很廣，例如，作為刻蝕劑或清潔劑應用在制造半導體器件、微電機、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 內表面，外表面或油箱；另一個應用領域是表面處理聚合物制成的零件。目前生產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,因為CF4是惰性氣體，在絕大多數情況下少量的CF4不影響氟氣使用；但HF可以與很多物質發生反應，造成制得的氟氣在實際使用中受到很大限制。在氟氣的提純技術上，國內外也有人做了一些嘗試，如專利CN200810194553公布了將氟氣進行精餾提純，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，因為含有氟氣和HF對設備要求很高，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行連續提純。專利W02012016997也公布一種除去F2中HF的方法，因為其需要使用高純的HF，需要預先準備高純度的HF，甚至是電子級的HF，事實上這并不是一項簡單的工作。HF還需要加入裝置中，并需要除水、除空氣，造成實際操作上的難度。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提出。實現本專利技術目的的具體技術方案為，該氟氣是將熔融鹽在電解裝置內電解得到；將電解產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，換熱裝置內溫度為-10 _100°C，再經過氟化物吸附。電解裝置電解出的氟氣經從底部進入換熱裝置，在換熱裝置中冷卻，大部分的HF會在換熱裝置中冷凝下來，氟氣經換熱裝置頂部出口排出，進入下一處理步驟。氟氣中的HF含量被有效降低至3%以下，最低降至O. 06%。換熱裝置內的溫度控制的越低，HF經過之后的含量越低，但是換熱裝置內的溫度最好不低于_83°C，以免冷凝下來的HF凝固堵塞換熱>j-U ρ α裝直。HF在氟氣中的相對含量還與系統壓力相關，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，換熱裝置控制溫度可以相應提高，但為了延長后繼處理步驟一吸附塔的使用周期，應盡量控制換熱裝置更低溫度；當所述換熱裝置的操作壓力為(To. 45MPa時，所述換熱裝置內溫度為-20 -82 °C。優選地，所述換熱裝置內溫度為-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到同樣脫除HF的效果。當所述電解裝置的操作壓力為(TO. 25MPa時，所述換熱裝置內溫度為-40 _82°C。其中，所述待提純的氟氣從換熱裝置底部進入，從頂部排出，在換熱裝置內停留的時間為10 600秒。液體在換熱裝置間接冷卻，冷卻介質可選液體氮氣，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，通過本領域常規形式的換熱器就能夠保證將HF充分冷凝。其中，所述換熱裝置內填充有金屬填料。在換熱裝置中添加填料能達到改進物料接觸，促進HF充分冷凝的目的。例如，力口入散裝金屬填料。隨著時間進行填料中也會有液態的HF累積在換熱裝置底部，這部分HF因為溫度低，不會增加換熱裝置頂部氟氣帶出的HF量，相反液體會利于與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行電解使用，也可用于其他工業領域。所述金屬填料選自拉西環、鮑爾環、階梯環、矩鞍環、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無水條件下耐HF的材質，大多數金屬如碳鋼、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。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。所述氟化物預先制作成多孔顆粒狀。其中，所述氟化物置于吸附塔內。從換熱裝置排出的氟氣從吸附塔底部進入，從吸附塔頂排出。吸附塔中的氟化物與剩余的少量HF反應，可以將HF的含量降至IOppm以下。經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。本專利技術的有益效果在于本專利技術提出的方法，換熱器和電解槽壓力相同，方便控制系統；設備結構簡單，可以使用常規的換熱器和吸附塔，不增加改造的費用；使用本專利技術所述的方法在電解制氟后得到不含HF的氟氣，同時回收HF。具體實施例方式下面通過實施例對本專利技術的技術方案作進一步說明，本專利技術不僅限于這些實施例。實施例I換熱裝置為管式換熱器,冷媒(冷卻介質)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。陽極出口的氟氣經換熱器底部進入換熱器，換熱器冷媒進口溫度控制為_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。氟氣再經過多孔氟化鈉吸附塔吸附反應。吸附塔中的氟化物與剩余的少量HF反應，可以將HF的含量降至IOppm以下。測得經過處理后的氟氣氟氣含量99. 7%，HF未檢出。檢測精度IOppm級。實施例2提純操作設備同實施例I。熔融電解質鹽(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。陽極出口的氟氣經換熱器底部進入換熱器，換熱器冷媒進口溫度控制_40°C，換熱器出口氟氣純度96. 8%。其中HF含量為2.7%。氟氣再經過多孔氟化鈉吸附塔吸附反應。測得經過處理后的氟氣氟氣含量99.7%， HF未檢出。檢測精度IOppm級。實施例3換熱器為套管式換熱器，冷媒(冷卻介質)為全氟異丙醚。換熱器內填充有散裝不銹鋼拉西環填料。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，其質量比1:1。熔融電解質鹽(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。陽極出口的氟氣經換熱器底部進入換熱器，換熱器冷媒進口溫度控制為-30°C，換熱器出口氟氣純度97. 4%。其中HF含量為2. 3%，少量CF4。氟氣再經過多孔氟化鈉和氟化鉀吸附塔吸附。測得經過處理后的氟氣氟氣含量99. 7%，HF未檢出，檢測精度IOppm級。實施例4換熱器為套管式換熱器，冷媒(冷卻介質)為液氮。換熱器內填充有散裝蒙乃爾合金階梯環填料。吸附塔為篩板塔，塔板上放置多孔氟化鈉。熔融電解質鹽(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。陽極出口的氟氣經換熱器底部進入換熱器，換熱器冷媒進口溫度控制為-60°C，換熱器出口氟氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氟氣的提純方法，該氟氣是將熔融鹽在電解裝置內電解得到；其特征在于，將電解產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，換熱裝置內溫度為？10～？100℃，再經過氟化物吸附。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫凌云，張德波，庹洪，田勇，葉泉，
申請(專利權)人：中昊晨光化工研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：