CN111484389A - 一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氟化工产业技术领域，具体来说，是一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺。包括如下步骤：将碳氢化合物或含氢氟烃类化合物与氟气分别经稀释气体稀释后通入反应器中进行反应，控制反应温度为50～550℃，反应压力为0.1～10Mpa；所述反应器为微管束列管式反应器或微通道反应器中的一种；反应完成后，用木炭除去产物中未完全反应的氟气，冷凝收集产物中的氟化氢，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附和精馏后得到高纯电子级氟化碳；经冷凝收集后的氟化氢液体经过反应精馏后得到高纯电子级氟化氢。该生产工艺安全环保，无副产物产生，综合成本低，具有较好的经济效益和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及氟化工产业技术领域，具体来说，是一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺。
背景技术
目前国内外电子级氟化氢的生产主要是以提纯工业级HF来实现的，而工业级氟化氢的生产主要有以下两种方法：
(1)以萤石(CaF2)为原料的方法，通过CaF2与浓H2SO4反应，以回转窑、气固流化床、气液固流化床等工艺手段生产氟化氢；
(2)以氟硅酸为原料的方法，该方法又可分为以下4个工艺：①利用氟硅酸和石灰合成人造CaF2，然后按照传统萤石法生产氢氟酸的工艺得到HF；②将氟硅酸先转化为氟氢化钠、再热分解氟氢化钠得到HF；③氟硅酸与氨进行氨化反应，生成的氟化铵经过过滤、蒸发浓缩完全转化为氟化氢铵，制片得到氟化氢铵固体，与H2SO4经混合后进行高温反应得到HF气体；④用浓H2SO4分解氟硅酸，将释放出的四氟化硅吸收，直至氟硅酸的质量分数在15％～45％之间，然后用质量分数98％的H2SO4在125℃下使氟硅酸脱水，最后在95℃～205℃下解吸出HF。
工业级HF中含有空气、水、三氟化砷、三氟化磷、四氟化硅、二氧化硫以及重金属离子等杂质，作为原料提纯生产电子级高纯无水氟化氢难度更高，其中水和三氟化砷很难去除达标。
发明内容
针对现有技术问题，本发明提供一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，突破了现有以工业氟化氢提纯生产高纯电子级氟化氢的方法，同时又实现了与氟化碳的联产，安全性高、无副产物产生，具有较大的经济效益和发展前景。
本发明提供一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，在生产高纯氟化碳产品同时将副产的氟化氢分离提纯得到高纯电子级氟化氢，降低了使用工业级氟化氢原料提纯生产高纯电子级氟化氢的技术难度。反应器设备采用微管束列管式反应器或微通道反应器，提高传质传热效率，反应温度更好控制，确保设备安全运行。
本发明的技术方案为：
一种联产高纯电子级氟化碳与氟化氢的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将碳氢化合物或含氢氟烃类化合物与氟气分别经稀释气体稀释后通入反应器中进行反应，控制反应温度为50～550℃，反应压力为0.1～10Mpa；所述反应器为微管束列管式反应器或微通道反应器中的一种；
(2)反应完成后，用木炭除去产物中未完全反应的氟气，冷凝收集产物中的氟化氢，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏后得到高纯电子级氟化碳；
(3)冷凝收集后的氟化氢液体经过反应精馏后得到高纯电子级氟化氢。
其中，
步骤(1)中碳氢化合物或含氢氟烃类化合物的碳原子数为1-10，常温下为液体的原料经加热气化后再进行后续操作。
步骤(1)中碳氢化合物为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、萘烷、甲基环己烷或丁基环己烷中的一种。
步骤(1)中氟气体积浓度为5～100％。
所述氟气为纯氟或纯氟与稀释气体组成的混合物中的一种，其中混合物体积比为20-1:1-20，根据氟气浓度调整。
步骤(1)中碳氢化合物或氢氟烃类化合物的体积浓度为5～100％。
步骤(1)中氟气与碳氢化合物或氢氟烃类化合物的体积比为1-10:10-1。
步骤(1)中稀释气体为惰性气体或目标产物气体中的一种。
步骤(1)中碳氢化合物或氢氟烃类化合物经稀释气体稀释后的反应浓度可达50％，极大增加了设备单位体积的产量，同时减少稀释气体引入以降低能耗。
步骤(2)所述产物包括一氟甲烷、二氟甲烷、四氟甲烷、六氟乙烷、八氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、全氟己烷、全氟庚烷、全氟辛烷、全氟萘烷、全氟环己烷、全氟甲基环己烷、全氟丁基环己烷、部分氟化烃类和氟化氢。
步骤(3)中所述反应精馏是利用鼓泡和喷淋相结合的方式实现氟化氢与氟气反应以高效去除水或其他难除杂质。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，不仅实现了高纯电子级氟化氢与其他氟碳类产品的联产，还避免了使用工业无水氟化氢为原料提纯生产电子级氟化氢时一些难除杂质的引入，降低了氟化氢生产后续提纯的难度，保证了电子级氟化氢产品纯度，该工艺无三废排放，降低了综合成本，提高了经济效益，符合化工企业安全、环保、高效、循环经济的生产要求。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
500L/h的五氟乙烷(换算为纯物质)与550L/h的氟气(换算为纯物质)在300℃、1Mpa的条件下进行反应，反应器为微管束列管式反应器，五氟乙烷起始浓度为8％，经过两级反应后氟化氢的含量在7％左右，六氟乙烷含量在6.5％左右；冷凝收集的氟化氢粗产品经过反应精馏得到纯度为99.9995％的电子级氟化氢产品，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏得到高纯电子级六氟乙烷产品，纯度为99.999％。
实施例2
200L/h的甲烷(换算为纯物质)与900L/h的氟气(同样换算为纯物质)在50℃、10Mpa的条件下进行反应，反应器为微管束列管式反应器，甲烷起始浓度为15％，经过两级反应后氟化氢的含量在30％左右，四氟化碳含量在9％左右；冷凝收集的氟化氢粗产品经过反应精馏得到纯度为99.9992％的电子级氟化氢产品；剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏得到高纯电子级四氟化碳产品，纯度为99.999％。
实施例3
800L/h的七氟丙烷(换算为纯物质)与1000L/h的氟气(同样换算为纯物质)、6m3/L的八氟丙烷在300℃、0.1Mpa的条件下进行反应，反应器为微管束列管式反应器，七氟丙烷起始浓度为13％，经过两级反应后氟化氢的含量在12％左右，八氟丙烷含量在83％左右；冷凝收集的氟化氢粗产品经过反应精馏后得到电子级氟化氢产品，纯度为99.9995％，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏得到高纯电子级八氟丙烷产品，纯度为99.9995％。
实施例4
80L/h的正辛烷(换算为纯气态物质)与500L/h的氟气(同样换算为纯物质)在550℃、0.1Mpa的条件下进行反应，反应器为微管束列管式反应器，正辛烷起始浓度为20％，经过两级反应后氟化氢的含量在30％左右，全氟辛烷含量在20％左右；冷凝收集的氟化氢粗产品经过反应精馏得到99.9995％的氟化氢产品，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏得到99.999％全氟辛烷产品。
实施例5
50L/h的十氢化萘(换算为气态纯物质)与300L/h的氟气(同样换算为纯物质)在350℃、0.05Mpa的条件下进行反应，反应器为微管束列管式反应器，十氢化萘起始浓度为15％，经过两级反应后氟化氢的含量在20％左右，全氟萘烷含量在15％左右；冷凝收集的氟化氢粗产品经过反应精馏得到99.9993％的氟化氢产品，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏得到99.9993％全氟萘烷产品。
实施例6
50L/h的丁基苯(换算为气态纯物质)与300L/h的氟气(同样换算为纯物质)在350℃、0.1Mpa的条件下进行反应，反应器为微通道反应器，丁基苯起始浓度为10％，经过两级反应后氟化氢的含量在20％左右，全氟丁基环己烷含量在10％左右；冷凝收集的氟化氢粗产品经过反应精馏得到99.9995％的氟化氢产品，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附、精馏得到99.999％全氟丁基环己烷产品。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳氢化合物或含氢氟烃类化合物与氟气分别经稀释气体稀释后通入反应器中进行反应，控制反应温度为50～550℃，反应压力为0.1～10Mpa；所述反应器为微管束列管式反应器或微通道反应器中的一种；
(2)反应完成后，用木炭除去产物中未完全反应的氟气，冷凝收集产物中的氟化氢，剩余产物粗品依次经过碱洗、水洗、冷冻、吸附和精馏后得到高纯电子级氟化碳；
(3)经冷凝收集后的氟化氢液体经过反应精馏后得到高纯电子级氟化氢。
2.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中碳氢化合物或氢氟烃类化合物与稀释气体的体积比为1:1-20。
3.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中氟气体积浓度为5～100％。
4.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中碳氢化合物或氢氟烃类化合物的起始体积浓度为5～100％。
5.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，氟气与碳氢化合物或氢氟烃类化合物的体积比为1-10:10-1。
6.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中稀释气体为惰性气体或目标产物气体中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中碳氢化合物或氢氟烃类化合物经稀释气体稀释后的反应浓度可达50％。
8.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(1)中碳氢化合物为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、萘烷、甲基环己烷或丁基环己烷中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(2)所述产物包括一氟甲烷、二氟甲烷、四氟甲烷、六氟乙烷、八氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、全氟己烷、全氟庚烷、全氟辛烷、全氟萘烷、全氟环己烷、全氟甲基环己烷、全氟丁基环己烷、部分氟化烃类和氟化氢。
10.根据权利要求1所述的一种联产高纯电子级氟化氢与氟化碳的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中所述反应精馏是利用鼓泡和喷淋相结合的方式实现氟化氢与氟气反应以高效去除水或其他难除杂质。
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