CN110817831A - 一种六氟磷酸锂的连续合成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种六氟磷酸锂的连续合成方法及装置，属于六氟磷酸锂合成技术领域，合成方法在于将氯气、三氯化磷、氟化氢、氟化锂导入微反应器中反应以实现物料的瞬间均匀混合和迅速反应，并导出反应热。合成装置包括：第一微反应器，用于供氯气与三氯化磷反应合成五氯化磷；第二微反应器，用于供五氯化磷反应。本发明采用微反应器进行氯化和氟化反应，反应物料分子间传热与传质效率高，反应效率提高，且能够导出反应热，从而使安全性得到保障。
Description
技术领域
本发明属于六氟磷酸锂制备技术领域，具体涉及一种六氟磷酸锂的连续合成方法，另外，本发明还涉及一种实施上述六氟磷酸锂连续合成方法的装置。
背景技术
六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂离子电池电解质，主要用于锂离子动力电池、锂离子储能电池及其他日用电池领域，已经成为目前不可替代的锂离子电池电解质。
目前六氟磷酸锂的合成主要采用氟化氢溶剂法，即在氟化氢溶剂中，采用五氟化磷与氟化锂反应，生成六氟磷酸锂；也有采用氯气、三氯化磷、氯化锂、氟化氢等为原料进行六氟磷酸锂的合成，如现有技术(CN103069638A)中公开的技术，但是氯气与三氯化磷的氯化反应，以及氟化氢与五氯化磷的反应非常剧烈，且反应过程中强烈放热，因此，上述合成工艺的危险性较大。
发明内容
基于上述背景问题，本发明旨在提供一种六氟磷酸锂的连续合成方法，采用微反应器进行氯化和氟化反应，反应物料分子间传热与传质效率高，反应效率提高，且能够导出反应热，从而使安全性得到保障；本发明的另一目的是提供实施上述方法的六氟磷酸锂的连续合成装置。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种六氟磷酸锂的连续合成方法，将氯气、三氯化磷、氟化氢、氟化锂溶液导入微反应器中反应以实现物料的瞬间均匀混合和迅速反应，并导出反应热。
在一个实施例中，将氯气与三氯化磷导入第一微反应器中反应合成五氯化磷气体；将无水氟化氢与第一微反应器中合成的五氯化磷气体导入第二微反应器中反应生成五氟化磷气体；将氟化锂溶液和第二微反应器中生成的五氟化磷气体导入第三微反应器中反应得到六氟磷酸锂的合成液。
在一个实施例中，将氯气与三氯化磷导入第一微反应器中反应合成五氯化磷气体；将溶解有氟化锂的氟化氢溶液与第一微反应器中合成的五氯化磷气体导入第二微反应器中反应得到六氟磷酸锂的合成液。
优选地，氯气与三氯化磷的摩尔比为1:1.01-1.05，控制氯气与三氯化磷的反应温度为150-170℃，反应压力为0.1-1MPa。
优选地，五氯化磷气体与无水氟化氢的摩尔比为1:1.01-1.15，控制五氯化磷气体与无水氟化氢的反应温度为20-100℃，反应压力为0.1-1MPa。
优选地，控制氟化锂与五氟化磷气体的反应温度为0-20℃，反应压力为0.1-1MPa。
其中，将六氟磷酸锂合成液进行结晶、过滤、干燥即可得到六氟磷酸锂，未反应完全的气体回收利用。
为了实现上述目的，本发明还提供一种六氟磷酸锂的连续合成装置，包括：第一微反应器，用于供氯气与三氯化磷反应合成五氯化磷气体；第二微反应器，用于供五氯化磷气体反应。
在一个实施例中，还包括：第三微反应器，所述第二微反应器内导入有无水氟化氢以与五氯化磷气体反应生成五氟化磷气体，所述第三微反应器内导入有氟化锂溶液以与五氟化磷气体反应生成六氟磷酸锂合成液。
在一个实施例中，所述第二微反应器内导入溶解有氟化锂的氟化氢溶液以与五氯化磷气体反应生成六氟磷酸锂合成液。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
1、本发明采用微反应器进行氯化和氟化反应，反应物料分子间传热与传质效率高，反应效率提高，且能够导出反应热，从而使安全性得到保障。
2、本发明的无水氟化氢和五氟化磷的收率提高了10-30％，从而减小了物料消耗，生产成本可降低10-20％，物料消耗减少，进一步使得生产过程中产生的三废减少，更加环保。
3、本发明采用模块化的微反应器进行反应，能够实施智能监测、控制一体化，可以对进料、反应、出料全过程自动控制，能对反应过程的流量、温度、压力等参数进行自动控制，更容易进行智能化、连续化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中六氟磷酸锂连续合成装置的示意图；
图2为本发明实施例2中六氟磷酸锂连续合成装置的示意图；
图3为本发明实施例3中六氟磷酸锂连续合成方法的流程图；
图4为本发明实施例6中六氟磷酸锂连续合成方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及六氟磷酸锂合成技术领域，主要是为了解决现有氯化以及氟化反应剧烈，且反应过程中强烈放热，导致生产过程安全性低的缺陷，本发明将将氯气、三氯化磷、氟化氢、氟化锂溶液导入微反应器中反应以实现物料的瞬间均匀混合和迅速反应，并导出反应热，从而使安全性得到保障，反应产生的副产酸性气体送到回收工序处理。
需要说明的是，在本发明的描述中，氯气的水分含量小于0.0001％，三氯化磷的纯度大于99.99％，无水氟化氢纯度大于99.95％，氟化锂的纯度大于99.95％。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅为了方便描述目，不能理解为指示或暗示相对重要性。
接下来通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例中提供一种六氟磷酸锂连续合成装置，如图1所示，包括：第一微反应器1、第二微反应器2以及第三微反应器3，第一微反应器1连通有流量计101和第一计量泵102，流量计101用于对导入第一微反应器1中氯气的量进行计量，第一计量泵102用于将三氯化磷液体连续导入第一微反应器1中，并对其进行计量，第一微反应器1用于供氯气与三氯化磷反应合成五氯化磷。第一微反应器1与第二微反应器2连通，以将合成的五氯化磷导入第二微反应器2中。
所述第二微反应器2连通有第二计量泵201，第二计量泵201用于将无水氟化氢导入到第二微反应器2中并计量，第二微反应器2用于供五氯化磷与无水氟化氢反应合成五氟化磷气体。
为了对生成的五氟化磷气体进行净化，所述第二微反应器2的输出端连通有过滤器202，所述过滤器202与第三微反应器3连通，以使过滤后的五氟化磷气体导入到第三微反应器3中。
所述第三微反应器3连通有第三计量泵301，第三计量泵301用于将氟化锂溶液导入到第三微反应器3中，第三微反应器3用于供氟化锂溶液与五氟化磷气体反应得到六氟磷酸锂合成液，本实施例的第三微反应器3为微管道反应器。为了确保五氟化磷气体反应完全，可以串联多级第三微反应器，以使未反应的五氟化磷气体充分反应。
由于本实施例中的氟化锂溶液是将高纯氟化锂溶解到无水氟化氢中形成的，因此第三微反应器3还连通有溶解罐4，溶解罐4中的氟化锂溶液通过第三计量泵301导入到第三微反应器3中。
本实施例中，第三微反应器3还连通有合成液槽5，第三微反应器3中得到的六氟磷酸锂合成液和未反应气体进入到合成液槽5，未反应气体回收利用，六氟磷酸锂合成液进入后处理组件6进行结晶、过滤、干燥得到六氟磷酸锂产品，后处理组件6可以是结晶、过滤、干燥一体结构，也可以是分体结构。
微反应器于其内部的微结构使得微反应器设备具有极大的比表面积，可达到搅拌釜比表面积的几百倍甚至上千倍，因此微反应器有着极好的传热和传质能力，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效的传热，避免了剧烈放热存在的安全隐患问题。
需要说明的是，本发明所用的微反应器、流量计、计量泵、过滤器等均有现有产品，其具体结构将不再赘述。
实施例2
本实施例中提供一种六氟磷酸锂连续合成装置，如图2所示，包括：第一微反应器1和第二微反应器2，第一微反应器1连通有流量计101和第一计量泵102，流量计101用于对导入第一微反应器1中氯气的量进行计量，第一计量泵102用于将三氯化磷液体连续导入第一微反应器1中，并对其进行计量，第一微反应器1用于供氯气与三氯化磷反应合成五氯化磷。第一微反应器1与第二微反应器2连通，以将合成的五氯化磷导入第二微反应器2中。
所述第二微反应器2连通有第二计量泵201，第二计量泵201用于将氟化锂溶液导入到第二微反应器2中并计量，第二微反应器2用于供五氯化磷与氟化锂、过量的氟化氢反应合成六氟磷酸锂合成液，本实施例的第二微反应器为微管道反应器。
由于本实施例中的氟化锂溶液是将高纯氟化锂溶解到无水氟化氢中形成的，因此第二微反应器2还连通有溶解罐3，溶解罐3中的氟化锂溶液通过第二计量泵201导入到第二微反应器2中。
本实施例中，第二微反应器2还连通有合成液槽4，第二微反应器2中得到的六氟磷酸锂合成液和未反应气体进入到合成液槽4，未反应气体回收利用，六氟磷酸锂合成液进入后处理组件5进行结晶、过滤、干燥得到六氟磷酸锂产品，后处理组件5可以是结晶、过滤、干燥一体结构，也可以是分体结构。
实施例3
本实施例提供一种六氟磷酸锂的连续合成方法，采用实施例1中的合成装置，通过流量计101对氯气进行计量，控制氯气的导入速度为70g/min；开启第一计量泵102，向第一微反应器1中连续导入三氯化磷与氯气反应生成五氯化磷，控制三氯化磷的导入速度为130g/min，本实施例中，氯气与三氯化磷的摩尔比为1:1.01，控制氯气与三氯化磷的反应温度为150℃，反应压力为0.3MPa。
将第一微反应器1中合成的五氯化磷导入到第二微反应器2中，并启动第二计量泵201，将无水氟化氢连续导入到第二微反应器2中与五氯化磷反应生成五氟化磷气体，控制无水氟化氢的导入速度为105g/min，本实施例中，五氯化磷与无水氟化氢的摩尔比为1:1.05，控制五氯化磷与无水氟化氢的反应温度为80℃，反应压力为0.3MPa。
生成的五氟化磷气体进入到过滤器202中过滤，过滤后的五氟化磷气体进入到第三微反应器3中。在溶解罐4中制备氟化锂溶液，具体是将高纯氟化锂溶解无水氟化氢内，然后开启第三计量泵301将溶解罐4内的氟化锂溶液连续导入到第三微反应器3中与五氟化磷气体反应生成六氟磷酸锂合成液，控制氟化锂溶液的导入速度为900g/min，控制氟化锂与五氟化磷的反应温度为0℃，反应压力为1MPa。
将第三微反应器3中合成的六氟磷酸锂合成液以及未反应完全的气体导入到合成液槽5内，合成液中六氟磷酸锂的浓度为21％，未反应气体回收利用，六氟磷酸锂合成液进入到后处理组件6处理，具体是依次对六氟磷酸锂合成液进行结晶、分离、干燥得到六氟磷酸锂产品，六氟磷酸锂的收率为98％，产品纯度99.95％。
实施例4
实施例4与实施例3不同的是：氯气与三氯化磷的摩尔比为1:1.05，氯气与三氯化磷的反应温度为170℃，反应压力为0.1MPa；五氯化磷与无水氟化氢的摩尔比为1:1.15，五氯化磷与无水氟化氢的反应温度为100℃，反应压力为0.1MPa；氟化锂与五氟化磷的反应温度为20℃，反应压力为0.1MPa。
实施例5
实施例5与实施例3不同的是：氯气与三氯化磷的摩尔比为1:1.03，氯气与三氯化磷的反应温度为160℃，反应压力为1MPa；五氯化磷与无水氟化氢的摩尔比为1:1.01，五氯化磷与无水氟化氢的反应温度为20℃，反应压力为1MPa；氟化锂与五氟化磷的反应温度为0℃，反应压力为1MPa。
实施例6
本实施例提供一种六氟磷酸锂的连续合成方法，采用实施例2中的合成装置，通过流量计101对氯气进行计量，控制氯气的导入速度为70g/min；开启第一计量泵102，向第一微反应器1中连续导入三氯化磷，控制三氯化磷的导入速度为130g/min，本实施例中，氯气与三氯化磷的摩尔比为1:1.01，控制氯气与三氯化磷的反应温度为150℃，反应压力为0.3MPa。
将第一微反应器1中合成的五氯化磷导入到第二微反应器2中，在溶解罐4中制备氟化锂溶液，具体是将高纯氟化锂溶解无水氟化氢内，然后开启第二计量泵201将溶解罐4内的氟化锂溶液连续导入到第二微反应器2内与五氯化磷反应生成六氟磷酸锂合成液，控制氟化锂溶液的导入速度为1000g/min，五氯化磷与氟化锂的反应温度为10-15℃，反应压力为0.3MPa。
将第二微反应器2中合成的六氟磷酸锂合成液以及未反应完全的气体导入到合成液槽4内，合成液中六氟磷酸锂的浓度为20％，未反应气体回收利用，六氟磷酸锂合成液进入到后处理组件5处理，具体是依次对六氟磷酸锂合成液进行结晶、分离、干燥得到六氟磷酸锂产品，六氟磷酸锂的收率为97％，产品纯度99.95％。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，将氯气、三氯化磷、无水氟化氢、氟化锂溶液导入微反应器中反应以实现物料的瞬间均匀混合和迅速反应，并导出反应热。
2.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，将氯气与三氯化磷导入第一微反应器中反应合成五氯化磷气体；
将无水氟化氢与第一微反应器中合成的五氯化磷气体导入第二微反应器中反应生成五氟化磷气体；
将氟化锂溶液和第二微反应器中生成的五氟化磷气体导入第三微反应器中反应得到六氟磷酸锂的合成液。
3.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，将氯气与三氯化磷导入第一微反应器中反应合成五氯化磷气体；
将溶解有氟化锂的氟化氢溶液与第一微反应器中合成的五氯化磷气体导入第二微反应器中反应得到六氟磷酸锂的合成液。
4.根据权利要求2或3所述的六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，氯气与三氯化磷的摩尔比为1:1.01-1.05，控制氯气与三氯化磷的反应温度为150-170℃，反应压力为0.1-1MPa。
5.根据权利要求2所述的六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，五氯化磷气体与无水氟化氢的摩尔比为1:1.01-1.15，控制五氯化磷气体与氟化氢的反应温度为20-100℃，反应压力为0.1-1MPa。
6.根据权利要求2所述的六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，控制氟化锂与五氟化磷气体的反应温度为0-20℃，反应压力为0.1-1MPa。
7.根据权利要求2或3所述的六氟磷酸锂的连续合成方法，其特征在于，将六氟磷酸锂合成液进行结晶、过滤、干燥即可得到六氟磷酸锂，未反应完全的气体回收利用。
8.一种六氟磷酸锂的连续合成装置，其特征在于，包括：
第一微反应器，用于供氯气与三氯化磷反应合成五氯化磷气体；
第二微反应器，用于供五氯化磷气体反应。
9.根据权利要求8所述的六氟磷酸锂的连续合成装置，其特征在于，还包括：第三微反应器，所述第二微反应器内导入有无水氟化氢以与五氯化磷气体反应生成五氟化磷气体，所述第三微反应器内导入有氟化锂溶液以与五氟化磷气体反应生成六氟磷酸锂合成液。
10.根据权利要求8所述的六氟磷酸锂的连续合成装置，其特征在于，所述第二微反应器内导入溶解有氟化锂的氟化氢溶液以与五氯化磷气体反应生成六氟磷酸锂合成液。
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