CN114288845B - 一种氯化氢纯化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氯化氢纯化方法及装置，涉及气体提纯技术领域，本发明公开了一种氯化氢纯化方法，用五氟化磷吸收剂吸收氯化氢气体中掺杂的五氟化磷，进而得到高纯的氯化氢气体，便于回收利用，节约资源。并且本发明选用在吸收五氟化磷后还可以被还原并得到高纯五氟化磷的五氟化磷吸收剂，便于回收利用五氟化磷，节约资源。此外，作为五氟化磷吸收剂的多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒是采用线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物作为多孔氟化锂粉末的结构载体，搭建三维结构固定的聚合塑形体，再经聚合塑形体碳化形成。其细密多孔隙，并且碳结构能避免氟化锂再生后产生粉末大量堆积的情况，对五氟化磷的吸收量大，且吸收效率高。

Description

一种氯化氢纯化方法及装置

技术领域

本发明涉及气体提纯技术领域，更具体的讲是一种氯化氢纯化方法及装置。

背景技术

在六氟磷酸锂的工业生产过程中，其中最为稳定且常用的是采用湿法制备工艺，具体步骤大致为：将氟化锂粉末加入无水氟化氢中，形成氟化锂的LiF·HF溶液，然后向溶液中通入五氟化磷进行反应生产得到溶解六氟磷酸锂的LiPF6·HF溶液，然后LiPF6·HF溶液经过降温结晶、分离和干燥得到六氟磷酸锂晶体。

在上述生产过程中不可避免的会产生大量的五氟化磷、氟化氢和氯化氢的废气，这三者都具有较高的回收再利用的价值。在进行尾气回收再利用时，其主要难点在于：五氟化磷和氯化氢的沸点极其接近，能够形成共沸物，常压下无法分馏，一般条件下的低温加压精馏也无法将两者比较彻底地分离，分离出来的五氟化磷和氯化氢中都含有双方气体的杂质，无法达到回收再利用的高纯度标准，特别是使用氯化氢配置水溶液时，氯化氢中混杂的五氟化磷会反应生成磷酸，其含量会对盐酸品质产生较大影响。为此，需要设计一种可以吸收氯化氢气体中所掺五氟化磷的吸收剂，以及让氯化氢气体纯化的方法、装置，得到可以回收利用的，高纯度的氯化氢气体。

发明内容

本发明提供一种氯化氢纯化方法及装置，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。

本发明采用如下技术方案：

一种氯化氢纯化方法，包括以下步骤：

(a)将掺杂五氟化磷的氯化氢气体通过至少一个含五氟化磷吸收剂的滤芯，由五氟化磷吸收剂吸收五氟化磷，进而得到提纯后的氯化氢气体。

进一步，所述五氟化磷吸收剂为多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒、多孔氟化钠碳架构滤芯颗粒或多孔氟化钾碳架构滤芯颗粒。

更进一步，将氟化锂，氟化钠，氟化钾定义为氟化X，且X＝锂，钠或钾；则将所述多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒、多孔氟化钠碳架构滤芯颗粒或多孔氟化钾碳架构滤芯颗粒表述为多孔氟化X碳架构滤芯颗粒；该多孔氟化X碳架构滤芯颗粒采用如下步骤制得：

(1)使用氟化氢气体对氟化X粉料进行气-固反应预先处理，然后加热还原，得到多孔氟化X粉末。

具体地，以多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒为例，将粒径小于或等于200μm的氟化锂粉料置于反应管中旋转并通入氟化氢气体，保持温度在23℃以上进行反应；再在氮气保护下加热至250℃；然后用120目筛网筛去微粉，并得到所述多孔氟化锂粉末。

(2)将多孔氟化X粉末和线性多嵌段共聚物混合，采用线性多嵌段共聚物作为多孔氟化X粉末的结构载体，搭建三维结构固定的聚合塑形体。

具体地，以多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒为例，线性多嵌段共聚物为线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物。作为优选，该线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物中，苯乙烯：丁二烯的摩尔比为1:2；该线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物与氟化锂混合的质量比为1:2.47。

(3)对聚合塑形体进行高温碳化，得到在空间结构上固定的作为五氟化磷吸收剂的多孔氟化X碳架构滤芯颗粒。

具体地，将聚合塑形体放置于成型模具中，在85℃条件下进行预氧化；然后在氮气环境下，进行860℃的高温碳化。

(b)对五氟化磷吸收剂进行还原再生，得到并回收五氟化磷。

具体地，以多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒为例，将氮气加热至六氟磷酸X的分解温度以上，再通入步骤(a)中所用的五氟化磷吸收剂，对其进行还原再生，得到氮气和五氟化磷的混合气体；然后对混合气体进行分离，得到并回收所述五氟化磷。一种氯化氢气体纯化设备，包括分离装置，该分离装置包括至少一过滤罐，该过滤罐包括罐体、滤芯套筒、上盘体和下盘体，该滤芯套筒的内部填充有五氟化磷吸收剂；所述罐体内部设有所述上盘体和下盘体，将罐体内部空间分为进气室、隔离室和排气室，至少一所述滤芯套筒的一端设于上盘体，另一端设于下盘体，且进气室和排气室通过所述滤芯套筒相连通；所述罐体设有与进气室相通的进气口，还设有与排气室相通的排气口。

更进一步，还包括加热器，所述分离装置的进气口连接有第一进气管道和装配有加热器的第二进气管道，所述分离装置的排气口连接有第一排气管道和第二排气管道；所述第一进气管道用于通入掺杂有五氟化磷的氯化氢气体，所述第一排气管道用于回收提纯后的氯化氢气体；所述第二进气管道用于通入氮气，所述加热器用于加热氮气，所述第二排气管道用于回收氮气与五氟化磷用于回收五氟化磷。

由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下优点：

其一，本发明公开了一种氯化氢纯化方法，用五氟化磷吸收剂吸收氯化氢气体中掺杂的五氟化磷，进而得到高纯的氯化氢气体，便于对其进行回收利用，节约资源。

其二，本发明中，所用五氟化磷吸收剂包括但不限于多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒，五氟化磷北被其吸收后结成六氟磷酸锂，而六氟磷酸锂可以被反应还原为五氟化磷，以便于得到可回收利用的五氟化磷气体。

其三，以多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒为例，本发明所使用的多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒，是先采用氟化氢气体对氟化锂进行气-固反应，得到多孔氟化锂粉末，再采用线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物作为结构载体，搭建三维结构固定的聚合塑形体。然后进行碳化，聚合塑形体在空间结构上固定的氟化锂，形成细密多孔隙的氟化锂颗粒。该多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒细密多孔隙，并且碳结构能避免氟化锂再生后产生粉末大量堆积的情况。其作为五氟化磷吸收剂使用时，对五氟化磷的吸收量大，且吸收效率高，很好地避免为了提高多孔氟化锂吸收剂的高效使用需求而进行颗粒细化，但细化后又极易形成微粉堆积导致堵塞，反而降低装置总体吸收效率的问题。

其四，本发明公开的一种氯化氢气体的纯化装置，其主要包括分离装置、加热器、第一进气管道、第二进气管道、第一排气管道和第二排气管道，可以通过第一进气管道、分离装置和第一排气管道，得到可回收利用的，高纯的氯化氢气体，可以通过第二进气管道、加热器、分离装置和第二排气管道，对分离装置的滤芯进行还原再生，并得到可回收利用的五氟化磷。

附图说明

图1为本发明中，氯化氢气体纯化设备的结构示意图。

图2为氯化氢气体纯化设备中，分离装置的过滤罐结构示意图。

图3为过滤罐的上盘体的俯视图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

一种氯化氢纯化方法，包括以下步骤：(a)将掺杂五氟化磷的氯化氢气体通过至少一个含五氟化磷吸收剂的滤芯，由五氟化磷吸收剂吸收五氟化磷，进而得到提纯后的氯化氢气体。(b)对五氟化磷吸收剂进行还原再生，得到并回收五氟化磷。

具体地，所述步骤(b)中，将氮气加热后通入步骤(a)中所用的五氟化磷吸收剂，对其进行还原再生，得到氮气和五氟化磷的混合气体；然后对混合气体进行分离，得到并回收所述五氟化磷。

具体地，五氟化磷吸收剂为多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒，由其吸收五氟化磷并结成六氟磷酸锂。当然五氟化磷吸收剂也可以是多孔氟化钠碳架构滤芯颗粒或多孔氟化钾碳架构滤芯颗粒。

将氟化锂，氟化钠，氟化钾定义为氟化X，且X＝锂，钠或钾；则可以将多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒、多孔氟化钠碳架构滤芯颗粒或多孔氟化钾碳架构滤芯颗粒表述为多孔氟化X碳架构滤芯颗粒；该多孔氟化X碳架构滤芯颗粒的制备方法包括以下步骤：

(1)使用氟化氢气体对氟化X粉料进行气-固反应预先处理，然后加热还原，得到多孔氟化X粉末。

(2)将多孔氟化X粉末和线性多嵌段共聚物混合，采用线性多嵌段共聚物作为多孔氟化X粉末的结构载体，搭建三维结构固定的聚合塑形体。其中，线性多嵌段共聚物包括但不限于是线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物。

(3)对聚合塑形体进行高温碳化，得到在空间结构上固定的作为五氟化磷吸收剂的多孔氟化X碳架构滤芯颗粒。

更具体地，以多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒为例，其制备方法包括以下步骤：

(1)从氟化锂粉料中筛选出粒径小于或等于200μm的氟化锂粉料，将筛选出来的氟化锂粉料置于反应管中旋转并通入氟化氢气体，保持温度在23℃以上进行反应，在氟化锂粉料的表面生成氟化氢锂，进行气-固反应预先处理，形成多孔结构，该过程持续5.5h；再在氮气保护下加热至250℃，将氟化氢锂还原成氟化锂，形成多孔氟化氢锂粉末，该过程持续1h；然后收集并搅拌分散氟化锂粉末，再用120目筛网筛去微粉，得到大小合适的多孔氟化锂粉末。此外，各持续时间、颗粒大小、温度等参数可根据需要进行调整。

(2)将多孔氟化锂粉末和线性多嵌段共聚物混合，采用线性多嵌段共聚物作为多孔氟化锂粉末的结构载体，搭建三维结构固定的聚合塑形体。其中，

线性多嵌段共聚物为线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物。作为优选，该线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物中，苯乙烯：丁二烯的摩尔比为1:2；该线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物与氟化锂混合的质量比为1:2.47。

(3)将聚合塑形体放置于成型模具中，在85℃条件下进行预氧化；然后在氮气环境下，进行860℃的高温碳化，从而得到在空间结构上固定的作为五氟化磷吸收剂的多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒。

当然，五氟化磷吸收剂除了可以是上述多孔氟化X碳架构滤芯颗粒以外，也可以是在吸收五氟化磷后可以被还原并得到高纯五氟化磷的其他现有五氟化磷吸收剂。

如图1所示，为了实施上述氯化氢纯化方法，本发明公开一种氯化氢气体纯化设备，其主要包括分离装置4、加热器3、第一进气管道1、第二进气管道2、第一排气管道7和第二排气管道6。

如图1、图2和图3所示，分离装置4包括但不限于两个过滤罐5。该过滤罐包括罐体、滤芯套筒54、上盘体53和下盘体55。

如图1、图2和图3所示，上述罐体包括但不限于相互配合的上顶盖51和下端闭合的筒体52，筒体52的外底部设有支撑座523。上顶盖51与筒体52之间通过连接法兰50相互扣合连接。并且上盘体53的边缘以连接法兰532固定夹设于上顶盖51与筒体52之间。

如图1、图2和图3所示，上顶盖51设有进气口511，罐体的内部在上顶盖51与上盘体53之间形成进气室501。当然，上盘体53与罐体之间的安装方式并不局限于此。

如图1、图2和图3所示，下盘体55嵌设于筒体52的内部，并且筒体52的底部设有排气口521，罐体的内部在上盘体53与下盘体55之间形成隔离室502，在下盘体55与筒体底部之间形成排气室503。

如图1、图2和图3所示，上盘体53设有若干个安装孔531，多根滤芯套筒54的上端以法兰连接于安装孔531，使上端固定连接于上盘体53，这些滤芯套筒54的下端连接于下盘体55。由上盘体53和下盘体55安装和定位多根滤芯套筒54。进气室501和排气室503通过这些滤芯套筒54相连通。

如图1、图2和图3所示，滤芯套筒54的内部填充有五氟化磷吸收剂，由此构成分离装置4的滤芯。作为优选，该五氟化磷吸收剂可以是上述多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒、多孔氟化钠碳架构滤芯颗粒或多孔氟化钾碳架构滤芯颗粒。此外，五氟化磷吸收剂也可以是在吸收五氟化磷后可以被还原并得到高纯五氟化磷的其他现有五氟化磷吸收剂。

如图1、图2和图3所示，作为优选，滤芯套筒54的下端设有滤网(图中未画出)，筒体的底部还设有排污口522。该滤网用于过滤一些吸收五氟化磷过程中产生的较大粉尘，而细小的粉尘则可以通过排污口208排出罐体。

如图1、图2和图3所示，分离装置4的两个过滤罐5，其中一个过滤罐5的排气口与另一个过滤罐的进气口相连接，形成一个具有二级提存处理能力的分离装置4。

如图1、图2和图3所示，分离装置4的进气口(即其中一个过滤罐的进气口)连接有第一进气管道1和装配有加热器3的第二进气管道2。分离装置4的排气口(即另一个过滤罐的进气口)连接有第一排气管道6和第二排气管道7。

如图1、图2和图3所示，其中，第一进气管道1用于通入掺杂有五氟化磷的氯化氢气体，第一排气管道6用于回收提纯后的氯化氢气体。作为优选，第一进气管道1还装配于用于除尘的过滤器8。由第一进气管道1、过滤器8、分离装置4、第一进气管道6构成氯化氢气体的提纯回收通道(即五氟化磷分离管路)。

如图1、图2和图3所示，第二进气管道2用于通入氮气，加热器3用于加热氮气，第二排气管道7用于回收五氟化磷。由第二进气管道2、加热器3、分离装置4、第二进气管道7构成五氟化磷的回收通道(即五氟化磷再生管路)。

如图1所示，作为优选，并且第一进气管道1、第二进气管道2、第一排气管道6和第二排气管道7均设有用于控制启闭的阀门。

如图1、图2和图3所示，以五氟化磷吸收剂为多孔氟化锂滤芯颗粒为例，上述氯化氢气体纯化设备的使用方法：

(一)将湿法制造六氟磷酸锂所产生的尾气经氟化氢分离处理后，得到掺杂有五氟化磷的氯化氢气体。

(二)将掺杂有五氟化磷的氯化氢气体从第一进气管道1通入分离装置4，五氟化磷被滤芯的多孔氟化锂滤芯颗粒吸收并结成六氟磷酸锂，从而得到提纯后的氯化氢气体，提纯后的氯化氢气体经第一排气管道6回收。

(三)在步骤(二)结束后，对分离装置4的五氟化磷吸收剂进行如下还原再生：将氮气从第二进气管道2通入分离装置，通入之前由加热器3对氮气进行加热，并使氮气的温度高于六氟磷酸锂的分解温度。然后由氮气对五氟化磷吸收剂的多孔氟化锂滤芯颗粒进行还原再生，得到氮气与五氟化磷的混合气体，并经第二排气管道7排出。

(四)再对氮气与五氟化磷的混合气体进行分离，并回收五氟化磷。氮气与五氟化磷的分离采用现有技术且较为简单，在此不再赘述。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种氯化氢纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）将掺杂五氟化磷的氯化氢气体通过至少一个含五氟化磷吸收剂的滤芯，由五氟化磷吸收剂吸收五氟化磷，进而得到提纯后的氯化氢气体；

所述五氟化磷吸收剂为多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒、多孔氟化钠碳架构滤芯颗粒或多孔氟化钾碳架构滤芯颗粒；并将氟化锂，氟化钠，氟化钾定义为氟化X，且X=锂，钠或钾；多孔氟化X碳架构滤芯颗粒采用如下步骤制得：

（1）使用氟化氢气体对氟化X粉料进行气-固反应预先处理，然后加热还原，得到多孔氟化X粉末；

（2）将多孔氟化X粉末和线性多嵌段共聚物混合，采用线性多嵌段共聚物作为多孔氟化X粉末的结构载体，搭建三维结构固定的聚合塑形体；所述线性多嵌段共聚物为线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物；

（3）对聚合塑形体进行高温碳化，得到在空间结构上固定的作为五氟化磷吸收剂的多孔氟化X碳架构滤芯颗粒；

（b）对五氟化磷吸收剂进行还原再生，得到并回收五氟化磷。

2.如权利要求1所述的一种氯化氢纯化方法，其特征在于：所述线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物中，苯乙烯：丁二烯的摩尔比为1:2；所述五氟化磷吸收剂为多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒，线性的苯乙烯—丁二烯的嵌段有机体共聚物与氟化锂混合的质量比为1:2.47。

3.如权利要求1或2所述的一种氯化氢纯化方法，其特征在于：所述五氟化磷吸收剂为多孔氟化锂碳架构滤芯颗粒，所述步骤（1）具体是：将粒径小于或等于200μm的氟化锂粉料置于反应管中旋转并通入氟化氢气体，保持温度在23℃以上进行反应；再在氮气保护下加热至250℃；然后用120目筛网筛去微粉，并得到多孔氟化锂粉末；所述步骤（3）具体是：将聚合塑形体放置于成型模具中，在85℃条件下进行预氧化；然后在氮气环境下，进行860℃的高温碳化。

4.如权利要求1所述的一种氯化氢纯化方法，其特征在于，所述步骤（b）中，将氮气加热后通入步骤（a）中所用的五氟化磷吸收剂，对其进行还原再生，得到氮气和五氟化磷的混合气体；然后对混合气体进行分离，得到并回收所述五氟化磷。

5.一种氯化氢气体纯化设备，用于实施如权利要求1-4任一所述氯化氢纯化方法，其特征在于：包括分离装置，该分离装置包括至少一过滤罐，该过滤罐包括罐体、滤芯套筒、上盘体和下盘体，该滤芯套筒的内部填充有五氟化磷吸收剂；所述罐体内部设有所述上盘体和下盘体，将罐体内部空间分为进气室、隔离室和排气室，至少一所述滤芯套筒的一端设于上盘体，另一端设于下盘体，且进气室和排气室通过所述滤芯套筒相连通；所述罐体设有与进气室相通的进气口，还设有与排气室相通的排气口。

6.如权利要求5所述的一种氯化氢气体纯化设备，其特征在于：还包括加热器，所述分离装置的进气口连接有第一进气管道和装配有加热器的第二进气管道，所述分离装置的排气口连接有第一排气管道和第二排气管道；所述第一进气管道用于通入掺杂有五氟化磷的氯化氢气体，所述第一排气管道用于回收提纯后的氯化氢气体；所述第二进气管道用于通入氮气，所述加热器用于加热氮气，所述第二排气管道用于回收五氟化磷。

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