发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的六氟化硫的提纯方法。通过该方法提纯的六氟化硫纯度可达99.999%以上,同时大大降低了六氟化硫与能量的损耗。
本发明要解决的另一技术问题是提供该工艺的设备。
本发明的技术方案是:将粗品六氟化硫引入预冷器,将部分或全部六氟化硫液化;液化后的粗品六氟化硫依次通过第一除轻精馏塔、第一除重精馏塔、第二除轻精馏塔,将所含低沸点和高沸点杂质去除,最后经低温换热器换热后灌装,六氟化硫纯度可达99.999%以上。
本发明方法含有如下操作步骤:
(1)将粗品六氟化硫加压后引入预冷器降温1,部分或全部六氟化硫液化,预冷器1温度为-30~-10℃,加压后气体压力为1.7~2.0MPa。
(2)预冷后粗品六氟化硫进入到第一除轻精馏塔2中,第一除轻精馏塔2塔压为1.4~2.0MPa,塔釜温度5~20℃,塔顶温度-30~-10℃。富含低沸点杂质的产物通过塔顶采出进入到尾气捕集器6中,塔釜产物连续进入到第一除重精馏塔中。
(3)第一除轻精馏塔2塔釜采出产物进入到第一除重精馏塔3中,第一除重精馏塔3塔压为1.2~1.8MPa,塔釜温度0~15℃,塔顶温度-20~-10℃,富含高沸点杂质的产物通过第一除重精馏塔3塔釜采出,塔顶产物连续进入到第二除轻精馏塔中。
(4)第一除重精馏塔3塔顶采出产物进入到第二除轻精馏塔4中,第二除轻精馏塔4塔压为1.0~1.6MPa,塔釜温度0~10℃,塔顶温度-15~-5℃,含少量低沸点杂质的产物可通过塔顶采出进入到尾气捕集器6中,塔釜收集到的产物中六氟化硫纯度可以达到99.999%以上。
(5)第二除轻精馏塔4塔釜采出产物进入到低温换热器5中,低温换热器5温度为-20~-10℃,产物经低温换热器后可进行产品灌装。
气体经过第一除轻精馏塔2后,低沸点杂质含量可降至100×10-6(体积比,下同)以下;经过第一除重精馏塔3后,高沸点杂质含量可降至5×10-6以下;经过第二除轻精馏塔后,低沸点杂质含量可降至5×10-6以下。
为了提高气体利用率,第一除轻精馏塔2、第二除轻精馏塔3塔顶的产物经尾气捕集器6收集处理后,可返回第一除轻精馏塔2再利用,为使工艺连续进行,尾气捕集器至少需要两个,当一个收集气体时,另一个可向第一除轻精馏塔2连续进样;第一除轻精馏塔2塔釜部分产物和第一除重精馏塔3塔釜全部产物经第二除重精馏塔7收集处理后,可返回第一除重精馏塔3再利用。
第一除轻精馏塔2和第二除轻精馏塔3塔顶的产物进入到尾气捕集器6中,经低温收集后,顶部富含低沸点杂质的产物可直接排空处理,当排空气体中六氟化硫的含量超过10%时,停止排空;底部产物经加温加压后进入到第一除轻精馏塔再利用,其中六氟化硫含量可以达到90%以上。两个尾气捕集器可切换使用,收集气体时,尾气捕集器压力为0.5~1.3MPa,温度为-70~-60℃;向第一除轻精馏塔进料时,尾气捕集器压力为2.0~2.2MPa,温度为18~25℃。
第一除轻精馏塔2塔釜部分产物和第一除重精馏塔3塔釜全部产物进入到第二除重精馏塔7中,富含高沸点杂质的产物通过塔釜排出处理,塔顶产物进入到第一除重精馏塔中再利用,其中六氟化硫含量可以达到90%以上。第二除重精馏塔7采用间歇性操作,收集气体时,塔压为0.5~1.5MPa,塔釜温度为0~5℃,塔顶温度为-20~-10℃,向第一除重精馏塔3进料时,塔压为1.4~2.0MPa,塔釜温度为5~20℃,塔顶温度为-10~0℃。
每个过程的气体成分均可通过气相色谱仪进行在线监控分析。
上述粗品六氟化硫中六氟化硫体积含量一般不应低于90%,最好是95%以上,其中杂质主要是氮气、氧气、一氧化碳、四氟化碳、二氧化碳、六氟乙烷、八氟丙烷、硫酰氟、亚硫酰氟等永久性气体、氟碳化合物以及氟硫氧化合物,其中氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳总含量小于5%,四氟化碳、六氟乙烷总含量小于3%,八氟丙烷、硫酰氟、亚硫酰氟等总含量小于2%,水分含量低于10×10-6。
为解决本发明第二个问题,提供了如下纯化设备:
本发明设备包括预冷器1、第一除轻精馏塔2、第一除重精馏塔3、第二除轻精馏塔4、低温换热器5,预冷器通过管道与第一除轻精馏塔2连接,第一除轻精馏塔2塔釜通过管道与第一除重精馏塔3连接,第一除重精馏塔3塔顶通过管道与第二除轻精馏塔7连接,第二除轻精馏塔塔釜通过管道与低温换热器连接。
本发明的设备参数一般为:
第一除轻精馏塔2填料高度与塔内径之比为40~50∶1,精馏段与提馏段之比为0.3~0.8∶1,填料选用不锈钢规整填料,比表面积600~800m2/m3。为提高精馏效果,在塔体上端外部可加装冷却夹套,对上升物料进行预冷处理。
第一除重精馏塔3填料高度与塔内径之比为20~30∶1,精馏段与提馏段之比为2.0~2.5∶1,填料选用不锈钢规整填料或散堆填料,比表面积600~700m2/m3。
第二除轻精馏塔4填料高度与塔内径之比为15~25∶1,精馏段与提馏段之比为0.5~1.0∶1,填料选用不锈钢规整填料或散堆填料,比表面积600~700m2/m3。
第二除重精馏塔7填料高度与塔内径之比为15~25∶1,只采用精馏段提纯,填料选用不锈钢规整填料或散堆填料,比表面积500~600m2/m3。
上述精馏塔塔体均采用不锈钢材质,塔顶冷凝器均采用高效换热器,优选螺旋板式换热器,冷却介质优选工业乙醇或乙二醇水溶液,塔釜采用电加热或内部盘管与外部夹套相结合的换热方式,加热介质优选热水或蒸汽。
具体实施方式
如图2所示,第一除轻精馏塔2塔釜8采用热水浴加热的方式,塔釜内部加装盘管,外部加装夹套12;塔顶冷凝器10和塔体上端冷却夹套9均采用低温工业乙醇冷却的方式,其中冷凝器10中冷剂与六氟化硫采用逆式换热方式,夹套12所用冷剂温度较冷凝器冷剂温度低5~8℃。粗品六氟化硫经进料口11进入精馏塔内,塔顶低沸点杂质富集气通过出口15排出,塔釜中大部分产物通过出口13进入第一除重精馏塔3,少量产物通过出口14进入第二除重精馏塔7,其中出口13的管子深入塔釜内约10~20cm。
第一除重精馏塔3、第二除轻精馏塔4和第二除重精馏塔7的塔釜换热方式与第一除轻精馏塔2相同,塔顶冷却方式中也采用相同的冷却方式。
下面通过具体的实施例来更详尽的描述本发明的内容。
选取参数如表1所示的一组精馏塔。
表1主要设备参数
实施例1:
粗品六氟化硫经过气相色谱分析,其中六氟化硫纯度95.2%,氮氧总含量2.7%,四氟化碳含量1.4%,一氧化碳含量0.03%,二氧化碳含量0.1%,六氟乙烷含量0.05%,八氟丙烷含量0.02%,其它氟碳和氟硫氧化合物含量0.5%。连续稳定的粗品六氟化硫经加压后进入预冷器1,进料量67kg/h,预冷器温度-25℃,压力达到1.85MPa,第一除轻精馏塔2内压力为1.67MPa,塔釜温度12℃,塔顶温度-24℃,采样分析塔釜低沸点杂质含量,其中氮氧总含量17×10-6,六氟乙烷含量5×10-6,其它低沸点杂质均未检测出。塔釜采出产物进入第一除重精馏塔3,第一除重精馏塔3压力为1.58MPa,塔釜温度10℃,塔顶温度-16℃,采样分析塔顶高沸点杂质含量,其中八氟丙烷含量0.1×10-6,其它高沸点杂质均未检测出。塔顶采出产物进入第二除轻精馏塔4,第二除轻精馏塔4压力为1.45MPa,塔釜温度6℃,塔顶温度-13℃,采样分析塔釜各杂质含量,其中氮氧总含量1.5×10-6,六氟乙烷含量1.2×10-6,八氟丙烷含量0.3×10-6,其它杂质均未检测出。塔釜采出产物经低温换热器5冷却,温度-15℃,之后完成产品的灌装。所灌装出的产品经分析仪器检测,能满足99.999%纯度要求,结果如表2。
实施例2:
其它同实施例1。
纯化过程中,采样分析第一除轻精馏塔2和第二除轻精馏塔4塔顶采出产物中六氟化硫含量分别为54%和95%,采出产物进入尾气捕集器6中低温冷却收集,初始温度-65℃,压力0.6MPa,待尾气捕集器6压力增至1.4MPa时,将两塔的塔顶采出产物引入备用的尾气捕集器中。对所收集气体低温静止2h后,对尾气捕集器6顶部气相采样分析,六氟化硫和轻组分杂质含量分别为3%和97%,采取排空方式,将轻组分杂质去除。当排空气中六氟化硫的含量超过10%后,停止排空,待尾气捕集器6温度和压力满足初始状态时,可再次收集两塔的塔顶采出产物。反复3次后,当尾气捕集器6压力再次达到1.4MPa时,对尾气捕集器6进行升温加热,压力达到2.0MPa,温度22℃,对尾气捕集器6底部产物采样分析,其中六氟化硫和轻组分杂质含量分别为93%和7%。将底部产物引入第一除轻精馏塔2内实现再利用,进料量80kg/h。第一除轻精馏塔2内压力为1.72MPa,塔釜温度14℃,塔顶温度-25℃,采样分析塔釜低沸点杂质含量,其中氮氧总含量12×10-6,六氟乙烷含量8×10-6,其它低沸点杂质均未检测出。塔釜采出产物进入第一除重精馏塔3,第一除重精馏塔3压力为1.63MPa,塔釜温度9℃,塔顶温度-18℃,采样分析塔顶高沸点杂质含量,高沸点杂质均未检测出。塔顶采出产物进入第二除轻精馏塔4,第二除轻精馏塔4压力为1.55MPa,塔釜温度7℃,塔顶温度-15℃,采样分析塔釜中各杂质含量,其中氮氧总含量2×10-6,六氟乙烷含量3.2×10-6,其它杂质均未检测出。塔釜采出产物经低温换热器5冷却,温度-18℃,之后完成产品的灌装。所灌装出的产品经分析仪器检测,能满足99.999%纯度要求,结果见2。
实施例3:
其它同实施例1。
纯化过程中,采样分析第一除轻精馏塔2和第一除重精馏塔3塔釜采出产物中六氟化硫含量分别为96%和75%,第一除轻精馏塔2和第一除重精馏塔3塔釜采出产物进入到第二除重精馏塔7中,第二除重精馏塔压力0.6MPa,待压力达到1.8MPa时,塔釜温度15℃,塔顶温度-7℃,采样分析塔顶采出产物,高沸点杂质总含量4%,六氟化硫含量96%。将采出产物引入第一除重精馏塔3实现再利用,进料量40kg/h。第一除重精馏塔3压力为1.58MPa,塔釜温度7℃,塔顶温度-15℃,采样分析塔顶高沸点杂质含量,八氟丙烷含量3×10-6,其它高沸点杂质均未检测出。塔顶采出产物进入第二除轻精馏塔4,第二除轻精馏塔4压力为1.50MPa,塔釜温度6℃,塔顶温度-15℃,采样分析塔釜中各杂质含量,其中氮氧总含量1×10-6,六氟乙烷含量1×10-6,八氟丙烷含量2×10-6,其它杂质均未检测出。塔釜采出产物经低温换热器5冷却,温度-18℃,之后完成产品的灌装。所灌装出的产品经分析仪器检测,能满足99.999%纯度要求,结果见表2。
表2产品检测结果