一種四氟化硅與無水氟化氫混合氣體的直接分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氟化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種四氟化硅與無水氟化氫混合氣體的直接分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氟化氫是生產(chǎn)冷凍劑“氟里昂”、含氟樹脂、有機(jī)氟化物和氟的原料。在化工生產(chǎn)中可用作烷基化、聚合、縮合、異構(gòu)化等有機(jī)合成的催化劑。還用于開采某些礦床時腐蝕地層，以及稀土元素、放射性元素的提取。在原子能工業(yè)和核武器生產(chǎn)中是制造六氟化鈾的原料，也是生產(chǎn)火箭燃料和添加劑的原料，還可用于腐蝕玻璃和浸潰木材等。無水氟化氫(氟化氫)常壓下沸點(diǎn)19.5°C，在低于19.5°C時是一種無色發(fā)煙液體，容易聚合。極易揮發(fā)，置于空氣中即冒白煙，溶于水時激烈放熱而成氫氟酸；具有很強(qiáng)的腐蝕性，能侵蝕玻璃和硅酸鹽而生成氣態(tài)的四氟化硅，但不腐蝕聚乙烯、鉛和白金；無水氟化氫對熱穩(wěn)定，加熱到1000°C僅稍有分解；與金屬鹽、氧化物、氫氧化物作用生成氟化物；能與普通金屬發(fā)生反應(yīng)，放出氫氣而與空氣形成爆炸性混合物；遇火星易引起爆炸或燃燒。
[0003]四氟化硅是光纖與半導(dǎo)體加工中使用的一種電子專用氣體，在微電子該行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用前景。四氟化硅常壓下沸點(diǎn)為_85°C，是一種無色帶有刺激氣味的非易燃窒息性氣體，具極強(qiáng)的吸濕性，在濕空氣中放出有腐蝕性的白色煙霧。遇水劇烈反應(yīng)，生成氟硅酸。
[0004]中國專利CN 101948114 A公開了一種硫酸酸化氟硅酸鈉為原料制備四氟化硅和無水氟化氫的方法，該工藝中制備四氟化硅和氟化氫氣體的方法為:通過控制反應(yīng)溫度，使兩種氣體在不同的溫度下先后從反應(yīng)體系逸出。該工藝過程的缺點(diǎn)在于:(1)僅依靠控制反應(yīng)溫度，很難實(shí)現(xiàn)四氟化硅和氟化氫氣體的分離；(2)沒有交代得到四氟化硅氣體和氟化氫氣體具體過程；(3)沒有說明具體的產(chǎn)品純度。
[0005]中國專利CN 102557043 A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，該工藝中四氟化硅和氟化氫混合氣體的分離步驟為:a、將四氟化硅和氟化氫氣體從反應(yīng)器頂部排出送入混合氣體洗滌塔(洗滌液為98wt%的硫酸)去除固體粉塵和水蒸氣后，送入壓縮機(jī)加壓到0.5-1.5MPaG，再經(jīng)冷凝器預(yù)冷到-20~_30°C ;b、將預(yù)冷后的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(jìn)行分離，精餾塔操作壓力為0.6-0.75 MPaG,塔頂冷凝器溫度-80~-70°C，塔底采出氟化氫產(chǎn)品。C、四氟化硅從精餾塔頂以液相形式采出，然后經(jīng)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，在經(jīng)加壓冷卻，得到四氟化硅產(chǎn)品。該工藝過程的缺點(diǎn)在于:(1)四氟化硅氣體全部隨氟化氫液體一起送入精餾塔分離，給精餾操作帶來一定的困難；(2)塔頂冷凝器溫度-80~-70°C，能耗較大，成本很高，不適合進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模；(3)四氟化硅以液相采出會導(dǎo)致夾帶氟化氫比較嚴(yán)重，造成氟化氫產(chǎn)品損失；
(4)需要大量的濃硫酸處理混合氣體的水分和四氟化硅中的水分和氟化氫，產(chǎn)生大量稀硫酸，要考慮稀硫酸的利用或濃縮，需要大量耗能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種四氟化硅和氟化氫混合氣體的直接分離方法。
[0007]本發(fā)明四氟化硅和氟化氫混合氣體的直接分離方法，其特征在于，步驟為:
a、將氟硅酸熱解得到的氟化氫和四氟化硅混合氣體收集，通過壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝器I進(jìn)行冷卻，得到液化氟化氫進(jìn)入冷凝液儲罐；
b、將冷卻后的四氟化硅氣體送入冷凝器2，用乙二醇-水溶液繼續(xù)冷卻，除去殘余的氟化氫，得到四氟化硅氣體，進(jìn)入四氟化硅儲罐I儲存；
C、將步驟a和步驟b中的液相進(jìn)行精餾提純，控制精餾塔的操作壓力和塔頂冷凝溫度，得到精制的液態(tài)氟化氫產(chǎn)品。
[0008]步驟a中，壓縮機(jī)的排氣壓力為0.5-0.8MPa，冷凝器I的冷卻溫度為40~45°C。
[0009]步驟b中，乙二醇-水溶液的溫度為-15~_25°C。
[0010]步驟c中，精餾塔塔釜溫度為50~70°C，精餾塔頂冷凝器溫度為-15~_25°C，精餾塔的操作壓力為0.4-0.6 MPa。
[0011]一種四氟化硅和無水氟化氫混合氣體的直接分離方法，包括以下步驟:
a、通過真空泵控制氟化氫和四氟化硅產(chǎn)出體系的真空度為-0.02MPa，調(diào)節(jié)真空泵的出口排氣壓力為0.13MPa，將氟化氫和四氟化硅混合氣體抽至0.5立方的緩沖罐收集。經(jīng)壓縮機(jī)將氣體壓縮至0.5Mpa，壓縮后氣體溫度約為90°C，進(jìn)入冷凝器1，經(jīng)冷卻至40~45°C后，大部分氟化氫氣體液化，四氟化硅仍留在氣相。
[0012]b、步驟a中的液相進(jìn)入冷凝液儲罐，氣相進(jìn)入冷凝器2用乙二醇-水溶液繼續(xù)冷卻至_25°C，殘余的氟化氫氣體再度冷凝，并進(jìn)入冷凝液儲罐，氣相得到純度> 99.0wt%的四氟化硅氣體產(chǎn)品，并送入四氟化硅儲罐I儲存。
[0013]C、將步驟a和步驟b中的液相，以1.lkg/h的進(jìn)料速度送入精餾塔進(jìn)行分離。物料從精餾塔中部進(jìn)料，當(dāng)精餾塔塔釜的液位達(dá)到60%時，加熱使精餾塔塔釜溫度達(dá)到50°C，控制精餾塔的操作壓力為0.4MPa，四氟化硅和體系中汽化的氟化氫氣體與塔體中部不斷進(jìn)入的液體物料在填料中接觸?？刂凭s塔頂冷凝器溫度為_25°C，塔頂采出純度> 99.0wt%的四氟化硅氣體產(chǎn)品，并送入四氟化硅儲罐2儲存。氟化氫被塔頂冷凝器冷凝下來，回流至精餾塔繼續(xù)精餾，塔底采出純度> 99.9wt%的液態(tài)氟化氫產(chǎn)品，并送入氟化氫儲罐儲存。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有的工藝相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)先采用壓縮冷凝的方法將兩種氣體進(jìn)行預(yù)分離，通過準(zhǔn)確控制壓力和冷卻溫度，可以快速分離得到滿足純度要求的四氟化硅產(chǎn)品。
[0015](2)精餾塔以液體形式進(jìn)料，使精餾塔的操作塔壓和加熱溫度易于控制；另外，精餾塔物料中四氟化硅含量低，降低了精餾分離的難度，可以節(jié)約塔板數(shù)，大大降低了精餾塔的投資。
[0016](3)精餾塔頂以氣相形式采出產(chǎn)品，降低了冷凝器的熱負(fù)荷，減少能源消耗。
[0017](4)該工藝過程中不帶水，可以減少設(shè)備的腐蝕，既方便設(shè)備選型，又節(jié)約成本。
[0018](5)整個分離過程沒有加入濃硫酸等輔助試劑，不會產(chǎn)生難以處理的廢棄物，不會增加環(huán)境負(fù)擔(dān)。
[0019]因此，本發(fā)明所述的四氟化硅和氟化氫混合氣體的直接分離方法具有操作易行、投資少、能耗小、設(shè)備無腐蝕、沒有難以處理的廢棄物等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好的分離方法。
【附圖說明】
[0020]圖1為四氟化硅和無水氟化氫混合氣體的分離流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明所述的四氟化硅和無水氟化氫混合氣體的直接分離方法將在下述的實(shí)施例中加以詳細(xì)說明，但不限于實(shí)施例。本發(fā)明特點(diǎn)是利用分離對象各組分的液化點(diǎn)和沸點(diǎn)的較大差距(氟化氫的沸點(diǎn)為19.5°C，四氟化硅的沸點(diǎn)_85°C)，可以先通過壓縮冷凝使無水氟化氫大部分液化，實(shí)現(xiàn)無水氟化氫和四氟化硅的初步分離，然后通過精餾的方法，將溶解有少量四氟化硅的無水氟化氫進(jìn)行純化，從而制取純度較高的氟化氫和四氟化硅產(chǎn)品。
[0022]本發(fā)明所述的四氟化硅和氟化氫混合氣體的直接分離方法，其步驟為:
a、將氟硅酸熱解得到的氟化氫和四氟化硅混合氣體收集，通過壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝器I進(jìn)行冷卻，得到液化氟化氫進(jìn)入冷凝液儲罐；
b、將冷卻后的四氟化硅氣體送入冷凝器2，用乙二醇-水溶液繼續(xù)冷卻，除去殘余的氟化氫，得到四氟化硅氣體，進(jìn)入四氟化硅儲罐I儲存；
C、將步驟a和步驟b中的液相進(jìn)行精餾提純，控制精餾塔的操作壓力和塔頂冷凝溫度，得到精制的液態(tài)氟化氫產(chǎn)品。
[0023]步驟a中，所述的四氟化硅和氟化氫混合氣體的產(chǎn)氣系統(tǒng)為:有機(jī)溶劑法萃取氟硅酸所得有機(jī)相經(jīng)充分脫水后，得到無水氟硅酸-有機(jī)溶劑，該體系在真空條件下加熱分解，使氟硅酸從有機(jī)溶劑中脫離，得到四氟化硅和氟化氫氣體混合物。
[0024]步驟a中，調(diào)節(jié)產(chǎn)氣系統(tǒng)的真空度為-0.02MPa，真空泵的出口排氣壓力為0.13MPa ;壓縮機(jī)的出口排氣壓力為0.5-0.8MPa，壓縮后氣體溫度約為90°C，冷凝器I的冷卻溫度為40~45°C。
[0025]步驟b中，乙二醇-水溶液的溫度為-15~_25°C。
[0026]步驟c中，精餾塔塔釜的液位為40%~60%，精餾塔塔釜溫度為50~70°C，精餾塔的操作壓力為0.4-0.6MPa，精餾塔頂冷凝器溫度為-15~_25°C。
[0027]實(shí)施例1
按下列步驟分離四氟化硅和無水氟化氫混合氣體:
a、通過真空泵控制氟化氫和四氟化硅產(chǎn)出體